同濟大學葉際平：洞察車載動力電池心靈的分析解析技術
圖為同濟大學教授葉際平作主題演講
在中國電動汽車百人會論壇（2018）的“優化電池產業鏈 助力電動汽車普及化”主題論壇上，同濟大學教授葉際平發表主題演講。
以下是演講實錄：
各位專家，各位老師，下午好！非常高興有這個機會來參加百人會論壇，來跟大家共同探討如何普及新能源汽車。我今天講的課題是如何洞察車載動力電池心靈的分析解析技術，主要用于電池安全性、壽命智能型預測與新型固體電池的開發。
昨天也提到根據我們去年新能源汽車銷售量，今年肯定會突破100萬輛，這是一個非常可喜的前景。但是我們也知道中國的電動汽車面臨著很多安全隱患，各種故障和壽命的問題，這會嚴重影響中國新能源汽車發展的進程。
我們也知道現在的BMS對電池組、電池是采用主動控制的方法，而電池里面的材料是內部正式信息，是不會反映到BMS上面去的，不能像人體一樣，有腦有神經有器官，BMS控制缺乏材料具體的數據支持，電池有時候會處于過度保護，有時候處于保護不足。我簡單自我介紹一下，我大學畢業以后去日本大概去了三十多年，最主要的經歷是在日產材料分析中心，這個公司是日產子公司，在那里呆了20多年，從研究員到開發部長到董事到CTO。我做的工作一個是汽車材料的特性機理研究，還有一個生產技術開發分析。材料體系分三塊，一塊是鋰電池，一塊是燃料電池，還有一個是納米材料的體系。特別想提的是日產的材料解析是我們公司在做的，比如中國特別重視安全問題，它是通過材料解決的，所以它沒有任何冷卻系統，賣了二三十萬臺，沒有出現一次火災事故，也是它從材料上根本解決了這些問題。
第二個也是為第一項工作做的，做材料分析的體系構建和設備的二次開發，我們做的鋰電池分析，有的實驗是想理解它的機理是什么，還要做納米物性分析，知道它的本性是什么。第三點是平臺的產業化、商業化。我們從日產的綜合研究所獨立出來是五年多了，都是自負盈虧的，而且我們很多服務不是來自日產，5%以上是來自其他的廠家，包括日本所有的汽車廠家跟它的供應商。最近我們做了一個分析流程數據，整個流程大數據采集和整個業務的智能管理，這是我的工作情況（圖）。
技術的研究和開發大概有四個階段，第一個是基礎研究、要素研究；第二個開發，就是系統性開發、功能性開發；第三個做工藝，也就是做工程的；第四個，要做成商業化，有商業模式、標準技術、市場戰略。從一個設計跳到另一個設計，要做功能化、商品化、產業化，在這之間有很多死谷，如果你做很多研究，最后沒成為一個上到市場的產品，是因為里面有很多死谷。在產品開發和最終供應的時候，有很多是黑色盒子，我們做很多性能實驗、耐久實驗，但這是不夠的，要做很多材料分析解析，用這些技術打開黑色的盒子。材料跟人一樣，它是有基因的，材料基因也就是它的材料工藝，它決定了材料先天的體質，材料電池是一致性還是不一致性的，這跟它的壽命有很大關系。我們現在BMS主動控制材料來控制電池，知道它可能過老或者過勞。如果我們知道電池先天體質的話，可以均衡控制，來優化整個BMS系統。
什么是材料解析？大家都知道基本是兩個，一個是用光束，用普通的電子束或者離子束，能夠得到各種微觀的形貌、微觀結構、組成、晶體結構、化學狀態等，可以用納米物性知道材料本質的差異在什么地方。通過這些東西可以知道材料在想什么，怎么讓材料能夠心情舒暢，材料才會對你好，才能做一個好的電池出來。
國內應該做一個材料工藝電池pack的公共服務平臺，也就是開醫院，不光要有外科，要有內科，對關鍵工藝要開處方這樣一個醫院。我們說材料的功率、容量、安全與它內部發生的各種各樣的因素是有關系的，比如與鋰的遷移速率、有效鋰量的降低、內部電化學系統局部破壞和整個系統破壞是有密切關系的。比如容量與有效鋰電的量是非常有關系的。我們在負極會產生SEI膜，跟電池壽命安全性有很大關系。我們要去看里面各種各樣電池的SEI膜如何形成長大的，也可以用各種各樣的化學分析手法，來測量鋰是怎么變化的，可以測SEI是有機的還是無機的，知道電池的衰老是與有機有關還是跟無機有關。容量也與局部的電化學系統破壞有關，比如SEI膜表面會導電，這是短路破壞的地方。我們做安全性，電池在著火之前，與正極的熱分解是有關系的。可以通過各種各樣的熱分析手法來測它的正極分解時的溫度是多少，產生的熱量是多少。如果真的做電池的時候能掌握到這個地步，應該不存在安全問題。我們可以測經過SEI以后，剩下來的鋰量是多少，決定電池安全性是多少。如果做一個很好的電池，電池SEI應該是安定的，絕對不會發生任何的安全問題。
我回來以后會做一個非常重要的事，做一個公共服務平臺，希望它是能夠產業化的、商業化的，能夠為整個中國的電池廠家或者是汽車廠家、整車廠來提供這樣的服務。當然，在這個平臺上所有的分析應該是會大氣暴露的，并且能夠了解真正的電池組健康狀態是什么樣的。當然我們也會開發很多新的設備，二次開發新的設備，會做很多各種各樣的工藝老化壽命的分析，給出提案。這個平臺也會做全固體的鋰離子電池，我們知道在日本最紅的是硫化物，我們也會對硫化物做很多的開發。第一個是化學穩定性，第二是界面的電阻、電抗的問題，第三個是它還沒有生產工藝，要開發新的生產工藝。
全固體鋰電池最主要的問題，我說了很多，要降低界面的電阻，我們要開發新的非大氣暴露的界面構造和物性分析的方法，做實際工作中的觀察。比如在充放電的時候，能看見它里面的壓力是多大，裂縫是如何產生的。做到現場開發、材料研究和理論計算同時進行，能加快開發的速度和降低開發的成本。
第三個是開發燃料電池的關鍵材料，現在國際上能量密度是3.1Kw/L，希望在兩三年以后我們能達到它的一倍，也就是6 Kw/L以上。
這是我的發言，謝謝。
（根據發言整理，未經本人審閱）
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