【电动汽车百人会】同济大学叶际平：洞察车载动力电池心灵的分析解析技术

1月20-21日，中国电动汽车百人会论坛（2018）在北京钓鱼台国宾馆召开，同济大学教授叶际平发表了主题演讲，演讲内容如下：

同济大学教授叶际平 

各位专家，各位老师，下午好！非常高兴有这个机会来参加百人会论坛，来跟大家共同探讨如何普及新能源汽车。我今天讲的课题是如何洞察车载动力电池心灵的分析解析技术，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。

昨天也提到根据我们去年新能源汽车销售量，今年肯定会突破100万辆，这是一个非常可喜的前景。但是我们也知道中国的电动汽车面临着很多安全隐患，各种故障和寿命的问题，这会严重影响中国新能源汽车发展的进程。

我们也知道现在的BMS对电池组、电池是采用主动控制的方法，而电池里面的材料是内部正式信息，是不会反映到BMS上面去的，不能像人体一样，有脑有神经有器官，BMS控制缺乏材料具体的数据支持，电池有时候会处于过度保护，有时候处于保护不足。我简单自我介绍一下，我大学毕业以后去日本大概去了三十多年，最主要的经历是在日产材料分析中心，这个公司是日产子公司，在那里呆了20多年，从研究员到开发部长到董事到CTO。我做的工作一个是汽车材料的特性机理研究，还有一个生产技术开发分析。材料体系分三块，一块是锂电池，一块是燃料电池，还有一个是纳米材料的体系。特别想提的是日产的材料解析是我们公司在做的，比如中国特别重视安全问题，它是通过材料解决的，所以它没有任何冷却系统，卖了二三十万台，没有出现一次火灾事故，也是它从材料上根本解决了这些问题。

第二个也是为第一项工作做的，做材料分析的体系构建和设备的二次开发，我们做的锂电池分析，有的实验是想理解它的机理是什么，还要做纳米物性分析，知道它的本性是什么。第三点是平台的产业化、商业化。我们从日产的综合研究所独立出来是五年多了，都是自负盈亏的，而且我们很多服务不是来自日产，5%以上是来自其他的厂家，包括日本所有的汽车厂家跟它的供应商。最近我们做了一个分析流程数据，整个流程大数据采集和整个业务的智能管理，这是我的工作情况（图）。

技术的研究和开发大概有四个阶段，第一个是基础研究、要素研究；第二个开发，就是系统性开发、功能性开发；第三个做工艺，也就是做工程的；第四个，要做成商业化，有商业模式、标准技术、市场战略。从一个设计跳到另一个设计，要做功能化、商品化、产业化，在这之间有很多死谷，如果你做很多研究，最后没成为一个上到市场的产品，是因为里面有很多死谷。在产品开发和最终供应的时候，有很多是黑色盒子，我们做很多性能实验、耐久实验，但这是不够的，要做很多材料分析解析，用这些技术打开黑色的盒子。材料跟人一样，它是有基因的，材料基因也就是它的材料工艺，它决定了材料先天的体质，材料电池是一致性还是不一致性的，这跟它的寿命有很大关系。我们现在BMS主动控制材料来控制电池，知道它可能过老或者过劳。如果我们知道电池先天体质的话，可以均衡控制，来优化整个BMS系统。

什么是材料解析？大家都知道基本是两个，一个是用光束，用普通的电子束或者离子束，能够得到各种微观的形貌、微观结构、组成、晶体结构、化学状态等，可以用纳米物性知道材料本质的差异在什么地方。通过这些东西可以知道材料在想什么，怎么让材料能够心情舒畅，材料才会对你好，才能做一个好的电池出来。

国内应该做一个材料工艺电池pack的公共服务平台，也就是开医院，不光要有外科，要有内科，对关键工艺要开处方这样一个医院。我们说材料的功率、容量、安全与它内部发生的各种各样的因素是有关系的，比如与锂的迁移速率、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是有密切关系的。比如容量与有效锂电的量是非常有关系的。我们在负极会产生SEI膜，跟电池寿命安全性有很大关系。我们要去看里面各种各样电池的SEI膜如何形成长大的，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，可以测SEI是有机的还是无机的，知道电池的衰老是与有机有关还是跟无机有关。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。我们做安全性，电池在着火之前，与正极的热分解是有关系的。可以通过各种各样的热分析手法来测它的正极分解时的温度是多少，产生的热量是多少。如果真的做电池的时候能掌握到这个地步，应该不存在安全问题。我们可以测经过SEI以后，剩下来的锂量是多少，决定电池安全性是多少。如果做一个很好的电池，电池SEI应该是安定的，绝对不会发生任何的安全问题。

我回来以后会做一个非常重要的事，做一个公共服务平台，希望它是能够产业化的、商业化的，能够为整个中国的电池厂家或者是汽车厂家、整车厂来提供这样的服务。当然，在这个平台上所有的分析应该是会大气暴露的，并且能够了解真正的电池组健康状态是什么样的。当然我们也会开发很多新的设备，二次开发新的设备，会做很多各种各样的工艺老化寿命的分析，给出提案。这个平台也会做全固体的锂离子电池，我们知道在日本最红的是硫化物，我们也会对硫化物做很多的开发。第一个是化学稳定性，第二是界面的电阻、电抗的问题，第三个是它还没有生产工艺，要开发新的生产工艺。

全固体锂电池最主要的问题，我说了很多，要降低界面的电阻，我们要开发新的非大气暴露的界面构造和物性分析的方法，做实际工作中的观察。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。做到现场开发、材料研究和理论计算同时进行，能加快开发的速度和降低开发的成本。

第三个是开发燃料电池的关键材料，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它的一倍，也就是6 Kw/L以上。

这是我的发言，谢谢。

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