从技术上确保动力电池安全

叶际平

车载动力电池的分析解析技术，主要用于电池安全性、寿命智能型预测与新型固体电池的开发。

BMS对电池组主要采用主动控制的方法，而电池里面的材料不会反映到BMS上面。它不会像人体一样，有大脑、有神经、有器官，BMS对电池组的控制缺乏具体的数据支持，因此，电池有时候处于过度保护或处于保护不足的状态。

固态电池技术的研究和开发大概有四个阶段，第一是研究，基础研究、要素研究；第二是开发，系统性开发、功能性开发；第三是工艺，也就是做工程；第四是要做成商业化，包括商业模式、标准技术、市场战略。

如果要从一个设计转到另一个设计，就要产品做到功能化、商品化和产业化，在转化的过程中有很多难题。并且，在产品开发和最终供应阶段，也存在很多的技术难题，我们要做很多性能实验、耐久实验，但这还是远远不够的。因此，要做很多材料分析和解析，用技术分析和解析打开技术难题。

电池材料也是有基因的，材料基因就是它的材料工艺，它决定了材料先天的体质，电池材料是一致还是不一致，和它的寿命有很大关系。目前，BMS通过主动控制材料来控制电池，如果能够知道电池的先天体质，就可以均衡控制材料，来优化整个BMS系统。

那么，什么是材料解析？基本有两个解析的方法，一个是用光束，用普通的电子束或者离子束，就能够得到材料各种微观的形貌、微观结构、组成、晶体结构、化学状态等，可以用纳米物性了解各种材料本质的差异存在哪些方面。通过这些差异可以知道材料先天的本质，才能做出一个好的电池来。

我认为，目前，国内应该建立一个材料工艺电池pack的公共服务平台。比如说，就像开医院，不仅要有外科，还要有内科，对关键工艺要开处方这样一个医院。因为材料的功率、容量、安全与它内部各种各样的因素是有关系的，比如，锂的迁移速率、有效锂量的降低、内部电化学系统局部破坏和整个系统破坏与材料是有密切关系的。还有，电池容量与有效锂电的量关系也是非常大的。比如，负极材料产生的SEI膜，和电池寿命、安全性有很大关系。因此，我们要去看各种各样电池的SEI膜如何形成的，也可以用各种各样的化学分析手法，来测量锂是怎么变化的，从而可以测出SEI是有機的还是无机的，知道电池的衰老是与有机有关还是与无机有关。电池的容量也与局部的电化学系统破坏有关，比如SEI膜表面会导电，这是短路破坏的地方。我们来分析电池的安全性，比如，电池在着火之前，与正极的热分解是有关系的。这样，就可以通过各种各样的热分析手法来测电池在正极分解时的温度是多少，产生的热量是多少。如果做电池能够达到这个地步，就不会存在安全问题。我们可以在测过SEIVA后，就知道剩下来的锂量是多少，来把握电池的安全性。一个安全性很高的电池，电池SEI应该是安定的，如果SEI是安定的，电池就绝对不会发生任何的安全问题。

目前，我正在做的一个非常重要的事，就是前面提到的建立一个材料工艺电池pack的公共服务平台，希望它能够实现产业化和商业化，能够为整个中国的电池厂家或者汽车厂家、整车厂来提供这样的服务。在这个平台上，所有的分析数据应该是公开的，并且能够了解真正的电池组健康状态是什么样的。同时，我们也会开发很多新的设备，做很多各种各样的工艺老化寿命的分析，并且给出相应的提案。这个平台也会做全固体的锂离子电池，目前，在日本最受追捧的是硫化物，我们也会对硫化物做很多的研究和开发。因为硫化物第一是化学稳定性，第=是界面的电阻和电抗较低，第三是能够开发新的生产工艺。

全固体锂电池最主要的问题，就是要降低界面的电阻。如果要开发新的界面构造和研究物性分析的方法，就要在实际工作中的进行观察。比如在充放电的时候，能看见它里面的压力是多大，裂缝是如何产生的。如果能够做到现场开发、材料研究和理论计算同时进行，就能加快开发的速度和降低开发的成本。最后，要提高燃料电池的关键材料的能量密度，现在国际上能量密度是3.1Kw/L，希望在两三年以后，我们能达到6 Kw/L以上。

（本文根据作者在“2018中国电动汽车百人会论坛”上的演讲整理，未经本人确认。）