塔菲爾新能源龍繪錦：高安全高能量密度方型電池設(shè)計(jì)
圖為塔菲爾新能源科技集團(tuán)董事長兼總裁龍繪錦在CBIS2018“鋰想”峰會上發(fā)表主題演講
戳此進(jìn)入峰會官方專題，了解更多會議信息：“鋰想”2018第三屆動力電池應(yīng)用國際峰會(CBIS2018)
2018年11月8日，以“新時(shí)代·破而立：前行中的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)折之路”為主題的“鋰想”2018第三屆動力電池應(yīng)用國際峰會(CBIS2018)在北京興基伯爾曼飯店開幕。塔菲爾新能源科技集團(tuán)董事長兼總裁龍繪錦在峰會上發(fā)主題表演講，以下為主題演講內(nèi)容。
塔菲爾新能源科技集團(tuán)董事長兼總裁龍繪錦：
尊敬的鄭院士、楊院士、吳院士，各位業(yè)內(nèi)同仁，大家上午好！
非常榮幸受到主辦方的邀請來給大家介紹塔菲爾公司的方向。
我的分享主要從三方面：第一電池安全失效過程的分析，大家對機(jī)理的了解，怎么失控的大家還是有比較深刻的認(rèn)識，材料安全方面有哪些策略？通過這些策略再更新的安全設(shè)計(jì)和表現(xiàn)。
電動汽車的安全涉及不同的層級，從材料到電芯到電池系統(tǒng)、動力子系統(tǒng)、電動汽車，要呈現(xiàn)給消費(fèi)者就是電動汽車的安全，大家經(jīng)常跳過中間的設(shè)計(jì)，有的說材料不安全，有的說電芯不安全，我們要共同從系統(tǒng)層面上解決整個(gè)電動汽車安全問題。每個(gè)環(huán)節(jié)我們解決安全性問題的時(shí)候都要考慮到其他環(huán)節(jié)最壞的情況，只有這樣，電芯、材料才能做到最安全。
電池失效的分析，安全系統(tǒng)氧化分三個(gè)階段，第一演化，安全性老化、氧化和由突發(fā)事件變化引起的突變。接下來有觸發(fā)，從正常的工作到觸發(fā)，有一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，可能到50步，60步，這跟電池的設(shè)計(jì)有關(guān)系。接下來是擴(kuò)展，觸發(fā)之后，接下來的發(fā)展過程是不可控，我們就要通過整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，車的設(shè)計(jì)來做一些系統(tǒng)上的保護(hù)措施，看怎么保證整個(gè)系統(tǒng)人員的安全和財(cái)產(chǎn)的安全。
剛才講安全性演化和突變的時(shí)間尺度，安全性的演化以年為單位，正常的電池，安全一般分兩種，濫用的安全，使用的安全。我們對濫用的安全關(guān)注過多，我們應(yīng)該更多關(guān)注使用的安全，正常使用過程中，按道理說電池越用越安全，越用內(nèi)阻越高，短路的情況會慢慢的弱化。我們找了很多電池來測試，電池在使用過程中是安全的，但是如果有一個(gè)觸點(diǎn)，用了幾年本來沒有暴露的安全問題，在使用當(dāng)中暴露出來就變成了一個(gè)觸發(fā)的點(diǎn)，這個(gè)真正在使用過程中設(shè)計(jì)不合理，期間的老化考慮不夠，導(dǎo)致安全的演化。然后是安全性的突變，外部的事故，濫用的情況，有時(shí)候發(fā)生撞擊或水淹，就會有安全性的突破，真正的失控，所有的問題是熱失控問題，觸發(fā)有機(jī)械、電、熱觸發(fā)三種，這是整個(gè)電池從20度一直加熱，一直到800度，看電池發(fā)生了哪些過程？50到60度電池會真正出現(xiàn)熱失控，SES膜就開始分解到陽極會產(chǎn)生一些氧氣出來，到真正電池?zé)崾Э?，每一個(gè)階段我們都做過研究，到什么溫度下會有什么樣的情況出現(xiàn)，有的電池越到后面反應(yīng)是越快的，到了80度多以后，很多電池失控，根本沒有辦法控制。
這是熱失控之后的表現(xiàn)，在歐洲、中國的標(biāo)準(zhǔn)每一個(gè)反應(yīng)的狀態(tài)，有的冒煙、燃燒、爆炸，有一些分類，不同階段電池的反應(yīng)。熱失控也是設(shè)計(jì)的時(shí)候經(jīng)常要考慮的，單體電池和單體電池從一個(gè)電池傳導(dǎo)到另一個(gè)電池的控制，不傳導(dǎo)甚至傳導(dǎo)更慢，我們都有一些研究。這是熱失控防范措施，設(shè)計(jì)的時(shí)候要考慮進(jìn)來。
材料安全方面，陶瓷處理的隔離膜，對磷酸鐵鋰影響不大，主要是做高密度的三元電池的時(shí)候，磷酸鐵鋰的電池隔離膜進(jìn)行收縮，產(chǎn)生的短路風(fēng)險(xiǎn)比較小，只有在高能量密度的三元電池?zé)崾Э馗綦x膜發(fā)生了收縮短路的風(fēng)險(xiǎn)很大。我們研究了很多材料的處理，包括涂層的方向，每個(gè)方向進(jìn)行研究，通過什么樣的涂層來處理對隔離膜的支撐會更好。
這是表面涂的高分子層，因?yàn)樗械挠|發(fā)，不安全因素都是熱，我們可以把熱作為一個(gè)鑰匙，達(dá)到熱反應(yīng)的時(shí)候，高分子層會進(jìn)行熱熔，隔離膜的孔會閉上，就會短路，阻止燃燒的發(fā)生。
這是電解液中加入氧化還原，通過添加劑，甚至添加高分子，通過泵讓電池危險(xiǎn)性降到最低，這是負(fù)極表面材料的處理，SEI膜穩(wěn)定溫度對我們影響很大，通過調(diào)節(jié)電解液當(dāng)中的添加劑對表面進(jìn)行控制，形成穩(wěn)定的SEI膜。這是鈷的表面進(jìn)行硅基材料的包覆，50度還是比較穩(wěn)定的，這是正極材料的進(jìn)行磷酸鐵鋰的包覆。可以看到溫升比更高溫降低25度，達(dá)到最高溫度的時(shí)間也延遲了5—10分鐘。這是表面聚合物的包覆，通過表面聚合物的包覆，達(dá)到一定溫度之后，表面材料的熱融可以對正極材料進(jìn)行很好的保護(hù)。
這是我們在工藝上做的研發(fā)，焊接上正極、負(fù)極的處理，殼體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。電芯看就是一個(gè)大的電芯，里面的安全設(shè)計(jì)超過200項(xiàng)，過充、外短路、內(nèi)短路、擠壓、加熱等安全設(shè)計(jì)，這也是經(jīng)過了很多年無數(shù)次的實(shí)驗(yàn)，對我們的設(shè)計(jì)進(jìn)行了很多的改進(jìn)。包括我們在工藝上，整條產(chǎn)線的工藝跟安全性相關(guān)，安全性、一致性、可靠性跟工藝是嚴(yán)重相關(guān)的。大家都在關(guān)注車的續(xù)航里程有多遠(yuǎn)，忽略了工藝，特別是工藝和設(shè)備的結(jié)合對安全性的影響，大家有嚴(yán)重的忽略。我們做國外車廠項(xiàng)目的時(shí)候要經(jīng)過大量的驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)的電池廠跟國外很大的區(qū)別就是在工藝和設(shè)備的結(jié)合方面，對一致性、可靠性保障上，是我們國內(nèi)最缺的。所以我們在設(shè)備和工藝結(jié)合上有很好的監(jiān)控措施，防止析鋰風(fēng)險(xiǎn)和內(nèi)短路的風(fēng)險(xiǎn)。
這是現(xiàn)在做到220瓦時(shí)/公斤的表現(xiàn)，基本上沒有著火和爆炸的現(xiàn)象。這是過充溫升的變化，安全措施處理的還不錯(cuò)。這是擠壓的表現(xiàn)，這是熱箱，做到130度基本上電池只是鼓脹不會有冒煙和失效的風(fēng)險(xiǎn)。這是短路的測試，要把續(xù)航里程和能量密度提升很簡單，要把安全做好，還有壽命，電池其他性能就要妥協(xié)，但是安全性是不能妥協(xié)的，其他的性能都可以向安全性妥協(xié)，能量密度可以做到很高，有500Wh/kg、600Wh/kg，真正的續(xù)航里程只是我們的一個(gè)參數(shù)而已，而且這個(gè)參數(shù)最好是讓消費(fèi)者去選擇。我們真正把電池的性能各方面包括功率、壽命做好。
謝謝大家！
（根據(jù)嘉賓現(xiàn)場演講整理，未經(jīng)本人審閱）
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