供应链大会｜杨续来：电池一致性有多重要？

11月10日-12日，由中国汽车工业协会和武汉市人民政府共同主办的“2023中国汽车供应链大会暨第二届中国新能源智能网联汽车生态大会”在武汉经开区举办。本届供应链大会以“踔厉奋发，攻坚克难——打造安全、韧性、绿色汽车供应链”为主题，设置了“1场战略峰会、1场大会论坛、9场主题论坛”共11场会议，围绕供应链安全与布局、新型汽车供应链打造、传统供应链升级、全球化发展等热点话题进行深入交流与探讨，寻找构建世界一流汽车供应链的对策、方法和路径。其中，在11月11日下午举办的“主题论坛一：动力电池——前瞻突破，引领发展”上，合肥学院教授、安徽省锂离子动力与储能电池产业共性技术研究中心主任杨续来发表精彩演讲。以下内容为现场发言实录： 

各位同行、各位专家、领导，大家下午好！我是杨续来。今天这个题目中午有些朋友在问我，你怎么提一个问号的题目在这儿，大家都是正常表述的语句。到底有多重要，大家都知道很重要，但是重要程度这里我也是做一个分享，这里面也是我们此前在做产业共性技术中心的时候大家在讨论做哪些课题，我们讲的低温、固态等等这些点都是要解决的，落到产业化制造里面也会有一个点，所以我们说制造一致性。一致性评价指标涉及的非常多，从哪里入手是比较难的话题。

我今天汇报从这三块来说：第一个，阐述一致性本身非常重要；第二个，这个一致性如何评价，我们做过哪些工作；第三个，一致性管控有一些工作需要做。

今天上午的主论坛，包括我们刚刚经历前面几位专家所讲的这些内容，也都说明一点，在电化学储能，包括车用和储能，目前是锂离子电池在里面占比是最高的，占了90%的份额。有一个数字是马斯克之前说过储能240TWh的概念，变相的就是说全球如果把这些储能都上来之后，能解决全球人类的能源使用需求。电化学储能尤其是锂离子电池在行业里面所起的地位或者它的重要性在这儿。

电池分方形、软包、圆柱，从外形上看就是这三类。从体系上必须要串联和并联，必须要串联的原因是我们讲单体，像磷酸铁锂3.2伏，三元3.6伏，它这是固定的。当然未来全固态电池上来，做成双极电池，它可以做成单个的高压电池，内串可以做。但就今天来讲，它必须是外串和外并的模式，在车用和储能端基本上是一样的。

因为这样一些点，早期的时候孙院士在一个视频里面专门说过这样的话，就是特斯拉的做法我们不敢做。这个原因就是因为特斯拉早期小电池在里面，大量的串并联连接点，一致性较难控制。

其实，电池一致性的影响因素非常多，尺寸是外观能看到的，更多是在批次一致性，在容量、内阻等等这些点，回归到制程过程里面能看到是哪些？这里面涉及到因为本身原材料是否一致，我们讲的涂布工艺，压实是否一致，注液量是否能保证一致，还有焊接，焊接点的内阻是否有差异，如何控制每个焊点又是一样，每个焊点我们讲联接片，电池与电池的串联与并联使用过程，联接片它的阻抗、材质是否是一样，又是要关注的点，等等这些都是在制造过程中这些点非常多。除了制造过程，我们在使用过程中，温度是否能控制一样？所以一致性涉及到电池整个制造和使用过程。

此前我们评价了一款纯电动汽车电池，早期电池装车的时候一致性是非常好的，但是行驶过2万多公里出现用户反映说这个车掉电等等问题。将6串的问题模块拆下来测试后发现满电的串联模块间压差较少，但是放电的时候压差就非常明显，有的已经放到比如说2.0V，有的还在3.0V左右，也就是说在同一串里面的差异非常明显。在国家大数据联盟也有一些统计数据，不管是专用车、乘用车，从故障代码总结出来的数据来看，动力电池一致性差基本上是在方形电池、磷酸铁锂或者三元都有的问题，故障占比是比较高的。

同样在储能端也是一样的问题，动力电池从2010到2020年这十年的过程已经走过了很多，但是同样在储能今天不管是2022、2023或者2024，说它是元年的这个点上，同样会经历动力遇到的问题。也就是说在压差、一致性问题上，在储能电站会有一样的问题。

这是科陆电子发表的一篇文章数据，可以看出来在车用端出现的问题在储能电站里面一样会有，这会影响我们储能电站的安全或者寿命。

基于这些数据来看，原先在若干年前大家认为梯次利用电池，或者B品电池是可以转到储能上用的，好的是上车的电池。但到今天我觉得没有谁再说这个了，不会说不行的电池转到储能上去，今天会逐步发现储能的要求远远比车用的要求更高。因为从车用里面，一台车，像大巴200度电、300度电，小车是100度电，储能电站一个20尺集装箱就已经装到5兆瓦时，就是5000度电的规模，它一致性的要求远远比我们讲的车用要求要高。

同样的安全性，那么大的面积在那个地方，它本身里面装的电池会更多，它的安全性要求也会更高。同样今天我们也是在说8000次、10000次、12000次、15000次，原来在车端没有谁提过这么长的需求，但是至少在储能端提出这么长的需求。也就是说今天让你看到我们在车用和储能这几年的发展来说，已经能认识到储能端对一致性的要求更高。所以我们看到这个寿命要求更长，安全性要求更高，某种程度上成本要求更低，相对来说只是对能量密度这一块不是那么非常极致的追求。但是现在大家在追求储能模式的时候，它的能量密度或多或少也有一定的要求，举例原来装2兆瓦时、3兆瓦时，现在要求装5兆瓦时，这5兆瓦时的电池里面，同样能量密度要求逐步也在提上来。所以未来大家能看到在储能电池的空间里面，它比我们动力电池要求会更高。

第二个，在电池一致性评价技术方向，我们做了一些工作。首先看北理工吴峰老师这个大组做的一些工作，大家一直在说并联串联等等这些工作，这个工作很多人都在做，前人做了很多工作，当时我们这个工作的结果表明，并联电池数越多，电池整体的一致性肯定越差，后来为什么大家把电池越干越大也是有这个因素在里面。串联数相对多一点对一致性有一定帮助。如果必须要并联的话，那就是先并联后串联，所有产业一直是这样做，我们只是把这样做的机理或者为什么这样做的原因以论文的形式做了研究总结。我们看到今天在储能这一端更多的是单并一个电池，串起来之后再通并联的模式，这种做法就像我在右下角展示的，就是先串后并的模式，现在如何解决环流问题，这种模式对电池一致性是不利的。目前行业可能用DC/DC或者某种技术方式来解决这些问题，但是串并联拓扑结构对电池一致性的影响是值得关注的。

同时，展示一个若干年前我们在做车用电池的问题，一个电池包容量衰减非常快，检测后发现单体电池本身没问题，但并联模块中有一个焊点有问题，直接导致这个模块衰减就比别人快。结合这个实际情况，我们在实验室模拟情况探索了一下，前期大家说联接片问题可以通过温度拿一个红外枪扫一下，或者做温度场分布，看看它到底行还是不行，或者早期焊接的方式，如果经历过前几年很早的时候就是拿个起子或者刀子来撬，看它到底好还是不好，好的撬不动，不好的一撬就裂的这种，说明这个焊接不好。其实这些点我们能看到基于温度点的识别早期可能有一定的缺陷，后面逐步会完善。

现在我们讲的并联点上的温度点，只有在充电或者放电的末期才会体现出温度差异，如果前期在并联点上如果有虚焊的情况，它根本不会出现有温度差异，甚至比其他好的点温度还低。只有在末端才会有温度差异。但是我们相对讲如果在串联点上本身就有这种虚焊点，那是比较明显的，一眼就能看出来，只要一通电那个温度就上来了。所以这个也要判断在串联点、温度点上本身有一定的差异。

同时我们也能看到基于这样一个点存在，一个虚焊点存在，它对整体的电压，对整体的压差是有影响的。

这里我们讲的这种虚焊，到底什么叫虚焊？一般我们讲一个小的铝的连接点基本上就0.2毫欧这么小的内阻的连接点，但是你说0.3毫欧、0.4毫欧算不算虚焊？欧姆定律，内阻与电压和电流直接相关。只能说尽可能做到连接阻抗比较一致才好。

除了温度探测，有一些检测方法也可以做一致性评价，就是大家讲的EIS，这个EIS这几年多个场合都会提到EIS，用于无损检测。无损检测现在讲梯次利用这一端，大家经常评价到底好还是不好，怎么做这一块有人会用，当然我们在一致性评价里面也用了这一点。这里面通过整个模组的EIS，通过模组里面整个单体之间，串与串之间，整个串之间的单体，或者是并联，每一个小模组并联，都可以通过EIS来做。本身一个单体是什么样的，这里举了几个例子，如果单体跟单体有差异，很容易通过EIS发现。如果单体是一模一样的，串联在里面，通过EIS曲线的形状就能发现到底是哪个点有问题，但这个技术对设备的要求较高。

第三个，能够监测到一致性问题，后面就是电池一致性的管控。前面是做过的一些工作，我们看一致性既然能够找到它，其实长期管控也是能够发现的，也是能够进行监控的。但是后面相对来说如何管控，我们认为还是在于整个过程的管控。这个行业这几年经常出现各种电池厂，大家都知道怎么做，但是差异在哪里？差异比的还是内功，内功都是这一张图上，有的是装备，有的是经验，有的是人员的素质等等，如何体现出来其实都是在这个过程里面。

在实际过程中大家在做的，更多的现在是用电池管理系统，就是BMS管理系统和热管理系统。这是目前常规的大家都是这样做，如何控制压差，或者如何保证本身电压的一致性，这个是确实在做的。但是这一块到目前为止如何做好，行业里面大家都没有问题的话，车也就不会出现频繁报压差故障大等等问题，也就是说这个点本身在一致性这一块，我们尽管前端感觉控制得很好，但是到过程用了之后，它的问题全出来了。这个过程中这些点BMS是一个点，热管理是一个点，我们讲的制造过程中里面有些问题可能开始没发现，在使用过程中逐步放大。也就是说在一致性它是个活的，它并不是前面分好一致性，后面会随着整个时间和使用过程工况的变化，整体的在进行变化。

我们看到在管控的同时，大家逐步在电池这一端，既然并联，因为并联之间有些环流，大家尽可能都在做大电池。大电池比较有代表性的就是18650—21700-46800等等，大家更多讲的就是减少外部并联，做结构创新。电池我们讲的既然是做成大的，不是就没有问题了，大方型电池一般是两个卷芯，在内部泡在一个电解液环境里面，其实内部并联的环流问题目前来说单个大电池也不好解决，所以对于叠片来说如果整体做好之后，它是有一定这样的优点，可能减少内部的环流。但是这种东西怎么说到底是好还是不好呢？相对来说只能说我们尽可能做得一致，但是完全避开是有难度。

余下的一些，设计防止外部环流的这种，尤其在储能电站里面经常会用到DC/DC的设计，这里我们找了一些网络上的图片，大家都在考虑如何做让并联对并联之间减少环流，对一致性，对整个安全或者系统寿命有一定的帮助，从现在设计端大家也是逐步在往前走的。

最后在避开电池一致性痛点上，前几年我们就和行业相关专家做过可重构电池技术交流和技术对接，今年国家重点研发计划也提出了一个点，这个对储能端提出来叫可重构电池储能技术。这个很多单位也都在做相关研究，我们依然在积极跟踪和关注这个事情。这一块如果确实能够做到可重构，和传统的串联并联的模式相比，大量使用了电子元器件，用开关的这种方式，用电路来控制，若这条技术线如果能产业化打通的话，电池新的、旧的，不同类型的电池完全可以混在一起用，对于前面所讲的各种一致性的事情就可以忽略了，本身可以不关注这个事情。

所以我的问题前面说的重要不重要？目前来说所有在一致性这块是非常重要，不管是从制造到使用，到后面都非常要关注一致性这个事情。但如果真的是动态可重构电池系统这条线能打通的话，这种技术能够产业化，并且低成本产业化，电池就不存在今天我们讲的一致性问题。

简单总结一下，单体电池的不一致性主要来源于制造或存储过程和使用过程。制造过程中经常通过对工艺/设备精度的控制来降低不一致性，但难以彻底消除。电池的不一致性具有传递性和累积性，受多因素交互影响，使用过程中初始参数的细微差别会被过程放大。可实时观察到使用过程中的一致性问题，但尽可能提升初始一致性。动态可重构电池储能技术有望提升电池储能系统的安全性和能量效率，为构建大规模长寿命低成本电池储能系统提供了全新的路径。

做两页小广告，目前也是从技术团队做一些产业孵化的角度来说，做了一个 7GWh的电池厂国科能源，目前主攻的就是储能市场，做储能电池。产品就是300、314这样相对比较标准的产品，同时在与省产业共性技术研究中心协同建立一个独立法人的电池研究中心，做电池材料评价和电池化学体系研究，接受相关测试委托，期待与大家建立合作。

我今天的汇报就这些，谢谢大家！

（注：本文根据现场速记整理，未经演讲嘉宾审阅）