【电动汽车百人会】同济大学教授叶际平：电池材料的测试分析

1月11-13日，中国电动汽车百人会论坛（2019）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 

首先感谢组委会能够给我个机会在这里做发言，也感谢最后在座的各位能够留下来听我的报告。

我讲的内容是材料测试分析，主要是用于对高比能化、安全性对这些的作用是什么。这次发言我也代表上海智能新能源汽车创新平台来发言，这个平台稍微介绍一下。这个平台是上海科委和当地政府嘉定政府投资的平台，投资9亿，主要是由同济大学和上海国际之城还有检测中心等五家单位形成的理事单位，平台公司来管理。主要有三块，一块是智能驾驶，还有一块就是燃料电池测试，还有材料测试这一块。在材料测试这一块会投近两个亿做设备，做这件事。是三块，一个是测试，还有原创产品的开发跟产业转化的支持。燃料电池这一块通过材料分析、表征，开展机理化的开发，也就是原创性的开发。

在锂电池方面，它主要是做材料电池性能的闭环性评价机制，它这里面最主要的就是做原位的非大气暴露的分析，开发这样的技术。经过半年不到，已经完成了非大气暴露的分析技术服务线。我们可以抽取单体电池的气体、液体进行分析，也可以对各种各样的材料进行分析。如果我们把第三方的测试平台作为一般门诊的话，它等于一个专家门诊，通过电化学分析、热反应还有机械强度各种各样的测试分析，来建立服务于企业和社会，建立这样一个能力。

能力分三块，一块是服务于电池厂家，还有高校。一个是帮助电池厂家怎么来选择材料，怎么做工艺，怎么开发新的材料，还有对BMS有一个材料上的技术支持。第二个是第二方的测试服务能力，主要为汽车厂家服务，告诉汽车厂家如何选型，BMS功耗差在什么地方，还有电池故障分析，还有电池续用寿命检测和电池安全性分析。最后一个是服务于社会，主要是在市场监督和事故召回方面，对电动汽车有一个风险评估和安全调查。

我们现在电池几乎做到了300瓦时每公斤，但是存在很多问题。今天也有BMS的讨论，BMS一个很大的问题，不能像脑神经跟器官这样，知道冷暖自如，BMS能够控制电池，但是电池里面的材料变化它无法反馈到BMS里面去。这也不多说了，电池采用高镍或者是负极采用硅碳，会发生很多问题，今天上午讲的也很多。总的来说，它跟电解质的反应，会变得不稳定。

比如举个例子，高镍正极分解，产生氧气跟电解液反应，是什么温度发生的，它跟热反应的速率有关。还有它的放量是多少，变大多少。我们在评价电池的时候，不能一味看它的比能量是多少，它的循环次数是多少，也要考虑它的失效温度还有热反应。热反应里面要考虑它的反应速率，还有它的放热量是多少。我们选了三块电池试一下它到底行不行，三款电池都是高镍，我们对三块电池进行评价，它的比能量都是非常高的，但是样品P这款电池循环衰减10%的时候，五十六十的时候就不行了，造成热反应值只有2.6左右。我们看这样一个产品，循环次数非常好，寿命很长，到200次以上，温度很高，近160，热反应值也是非常低，非常好。失效温度可能越高越好，但是它不是着火，不是放烟，最后不是粉末，什么也看不见，它万一发生什么事，这款电池会有剧烈的爆炸。我们看到P这款电池最主要衰竭是形成SEI膜，同时它的正极有很多裂缝，造成内阻变大，是它失效的原因。反过来它的有效锂的量会减少，它的失效温度会增大。总的来说，它这款电池还是比较安全，我们看它一个非常有特征的地方就是它的负极做的非常漂亮。开始它负极留了许多孔在那个地方，它膨胀收缩以后，最后它的正极跟电解质反应温度升高，比较稳定，它的成分也没有变化，它对电解液的反应热量也没有变化。

我们看这款电池，它是S这款电池，它衰减也是SEI主要造成的，但是总的来说，它的放热非常稳定。我们看它的负极是怎么做的，它负极也是有很多孔隙，经过它的充放电以后，有膨胀，有收缩，也会产生很多裂纹。但是它的反应温度是升高，随后你看到它硅跟氧的比例，从60%降到50%，所以它跟电极反应的时候，它的反应热也会降低。它整个电池还是不错的。

我们看L这款电池，开始初始值非常好，但循环以后，它的热反应升高，变得不安全，随后整个平衡，从21掉到13。我们没有再去做200、300、400、500会怎么样，这个电池非常不安定。它的负极在做的时候，它的孔隙率非常小，充放电没有一个空间，能让它膨胀收缩。可以看到它的氧化硅，虽然它跟电解液的反应温度没什么大的变化，但是它直接跟电解液反应，它的放热量增加了三倍，造成这个电池有不安全的倾向。

说得很快，我们想说什么呢？我们在考虑电池优化的时候，不光要考虑它的容量或者它的寿命，也要考虑它的失效以及它的安全性，要考虑这三块，同时在考虑这三块的时候有一定的数字出来，要搞清楚它为什么会发生，对它进行一个非大气暴露分析。随后就能知道它是什么问题，应该改进什么问题。

这是我的讲话内容，谢谢大家。

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