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孚能王瑀:電池安全問題歸根結底最后都是電芯的熱失控

發布時間:2018年06月27日 17:39 作者:軒涵 來源:客車網
  2018年6月27日,由青海省人民政府、工業和信息化部、科學技術部、中國電動汽車百人會主辦的“2018中國(青海)鋰產業與動力電池國際高峰論壇”在青海省西寧市召開。

  本次會議由一個高峰論壇和三個主題峰會組成,在關于“促進動力電池安全的前言技術與保障體系”主題峰會上,主要研討了動力電池安全體系評估;提高電池系統整體設計的合理性;同意規劃整個電池系統的安全防護;電池產品認證和檢測;大數據推動電池智能化管理,提升安全保障;新體系動力電池研發現狀及安全挑戰;產業政策對電池安全的保障。

  孚能科技(贛州)有限公司董事長王瑀發表主題演講,內容實錄如下:

  我現在知道為什么把我安排在葉教授的后面,我1996年到2000年是專門負責鋰電池開發的,2000年去了美國,2002年開始創業。今天受組委會的要求,想讓我講一講動力電池安全部分的問題,這部分我過去做了很多的工作。從1996年的毛里開始,做了大量的實驗、分析、結構等等。后來又參加美國政府的項目,做了大量的機理分析、模型建立,但是很多都失敗掉了,今天我挑重點講一講,主要想過來做廣告。

  今天我講分四個部分:第一,電動汽車的安全挑戰。第二,提升電動汽車安全性的措施。第三,孚能科技電動汽車電池產品安全性設計。第四,孚能科技公司近況介紹。

  新能源汽車中國的發展狀況大家都了解,從2015年開始國家投入了巨資,包括政策傾斜,使新能源汽車保有量,包括生產量、銷售量增長很快,去年達到了77萬輛,今年預期達到100萬輛,國家戰略方面,從汽車大國走向汽車強國,電動車作為一個走向強國的首選道路。政策傾斜,包括補貼、專用牌照、路權、優先權,成果,今年我們看到已經成為了產銷量世界第一。對于我們30年來在美國做新能源汽車來說,唯一的出發點就是解決美國的相當于石油的自給自足及另外是環境,最早是從EV開始,鉛酸電池不行,鎳氫不行,后來轉到混動,最后覺得混動太貴,放棄了,后來沒想到日本把它產業化了,后來轉成插電,后來變成純電動,發展到今天,對中國來說這個更加重要。因為中國石油目前的供給已經處于危險,超過60%進口。一旦石油受到控制會比芯片受到控制更加危險。

  我現在舉幾個例子,過去的安全事故,沒有意思去攻擊哪些公司,隨便找了幾個案例,包括2018年3月23號特斯拉在美國加州的事件,包括前兩天好萊塢演員的丈夫放在那里起火,包括中國的碰撞第一次的起火,再加上在北京充電的起火。總之新能源汽車目前處于一種風口浪尖上,任何一個事故都很敏感,就像王芳說的一樣,任何一個把能量聚集到一個體積內的這樣的一個物種想絕對安全是絕對做不到的,關鍵是我們要打造什么樣的安全,能夠符合我們的要求,像汽車一樣,每天坐在汽油上,大家并不擔心。

  現在我們采取了很多的安全措施,我隨便舉幾個例子,大家都很熟悉的,包括可容斷保險絲、繼電器、箱體、電芯、電池模組、液冷系統、熱管理等等。這個我就不詳細介紹了。目前發生的原因我主要說一下,一個是交通事故造成撞車,把人撞壞了,里面短路了,要么就是引起了哪里發熱,熱失控,電池跑掉了,要么是系統不良,出現很多,包括豐田,也包括BAE等等,在國際上很多車,有人使用十年之后開始發生事,主要是海水的侵蝕,也包括豐田的混合對立車的著毀,都是因為空氣的進入造成了連接件,連接件阻控增加,然后發熱失控。電池加熱系統失控之后引起的熱失控,再就是電池系統進水,所以短路,然后造成的。再就是電池內部的短路,出現了事故,再就是過充。但是歸根結底,所有的原因最后達成的效果都是電芯的熱失控,歸根結底就在這兒。如果電芯熱失控,放一個鐵塊在里面啥事沒有,就這么簡單的一個道理。

  究竟什么樣的標準是標準?我記得在美國政府的新能源汽車開發項目的時候,整車廠給我們提出的標準就是不起火、不爆炸、沒有任何反應,這就是我們對電池的要求。當時想了想也無語,沒法答復他,后來提出要求是不起火也不爆炸,后來又改變了,說這個也不做不到,說不爆炸,延遲起火,給出逃逸的時間,多長時間?現在又提出來了只冒煙、不起火、不爆炸,只是電池損壞,車扔就扔了,最后一點大家好像能夠達成共識。

  這是電池熱失控所發生的所有的事情,我在九幾年做的研究,熱失控,哪個地方造成失控?就是兩件事,一件事從負極開始,另一件事從正極開始,就這么兩個地兒,負極能反應的就是SEI分解,一個是鋰的反應,正極就是氧化,然后釋放性,這個東西怎么引起的?很簡單,熱,先把SEI給破壞掉,溫度比較低,大約一百度左右。再高就完蛋了,就是隔膜阻短路以后,熱短路,溫度上去了,開始產生一大堆的氣體,造成反應。電池短路可以造成,加熱可以造成,還有一種可能性就是電池做得不好,生成鋰枝晶,鋰枝晶就給你搗亂了。還有一種可能性相當于過充,充電電流太大,再就是低溫,做得不適當,低溫一上去,結果超越了析鋰的電壓,總之就這么幾個原因,大家看到這個圖基本就知道發生什么事,產生什么氣體,都是分析得清清楚楚。

  孚能科技在過去將近二十年做了好多的工作,承擔了美國政府的項目,天天都研究這些東西,花了不少錢。實際上從1997年把軟包電池作為車用動力電池的載體很重要的原因就是安全,現在看來所有的手機、筆記本都是軟包,非常高興能成為第一個做的,而且做液體軟報電池當時,現在變成了一個國際的主流。我們選擇軟包做汽車動力電池也是一個原因,就是安全,為什么?我們沒有能力、沒有本事,把所有的正極材料都搞得非常安全。在我能夠想到開發出汽車電池的過程當中,我還看不到我能開發出一個非常高能量密度的。能做的找好的載體,不要出事,出事的時候頂多放放氣,最多起起火,我把它延遲掉就可以了,這是做汽車電池的第一關,非常重要,是一票否決的。另外一點,正極才倆是主要要反映、要釋放鋰,在一定溫度之下,怎么把它穩定住,多數的情況下都是隔膜紙短路造成的失控,最早我們提出隔膜紙,提出了相當于PE、PP,當時還很難做,最后終于說服了他們,把隔膜紙做出來,現在變成了流行的隔膜紙,因此成為世界上最大的隔膜紙公司。還有正負極材料和負極析鋰,要保證它不要在外面,同時SEI要穩定,不要分解。最后一點是電壓越來越高,過充了,就是高電壓穩定電解液,我提了這幾項。設計的目標就是不起火,也不爆炸,冒煙沒問題。

  我舉了一個例子,工作很多,對于正極修飾能夠帶來什么樣的影響,就是穩定性的提高,這個大家都知道了,這都是常識性的,我就不詳細介紹了,包括參雜、包覆,做了這么多年,都很簡單,當時做的時候都很難。另外一點就是隔膜紙,熱收縮是很大的問題,但是我們也想讓它有收縮,因為電池來來回回,沒有鋰來回跑,這個電池非常安全,關鍵是鋰來回跑,造成大量的放電,造成很多未知的、已知的發生的事故,重點加一個PE膜,讓它適當下降,阻止這個事情。現在看來,阻止不住,就想能不能增加它的熱穩定性,就是最早提出來,九幾年提出來我們做陶瓷涂覆。這幾個溫度下沒有涂覆的隔膜紙已經下降得不像樣了,有涂覆的很穩定。另外高溫隔膜紙我們做了好久,如何發現一個更高的隔膜紙用在汽車上,這個工作做了十幾年,一直到現在還找不出一個好的,包括跟杜邦合作的聚酰亞胺,也包括PET這種隔膜,但是現在離產業化還有好多距離,非常遺憾。另外我們也做了具有氧化還原功能的高溫的隔膜紙,意味著氧化吧,你不要氧化我,電壓永遠上不去,小試很好,大試做不出來。總之目前能用的就是隔膜紙,也基本解決了我們現在需要解決的問題,這一項還是比較滿意的。

  另外就是電解液,電解液我剛才說過了,整個的過充,一起爆過充電解液反氣,這都是電解液搞的鬼,過去我們提出了BP,后來很多包括氧化還原劑等等,還有PS等等,這都是1996年、1997年我們申請的專利,改進也很好,也包括正極SEI的穩定,保證電池很好。SEI分經從負極開始到正極,搞了很多添加劑,效果也不用說,綜合起來幫我們解決了不少問題。再就是高溫電解液,高溫電解液也是一個主要的,我們一過充就分解,另外能量密度越做越高,我們也承擔了美國政府的攻關項目,現在結果也不錯,標準電解液基本上差不多也就是50次循環,經過三年多的努力,現在已經到了差不多四五百個循環,還不錯。5V循環,進展還是不錯的。

  看一下結果,剛才王芳專家也說了,要做這種熱失控的考慮,我們的方法很簡單,在兩個模組之間加兩個加熱板,這個實驗基本上這個是5P5S的模塊,在兩個之間加兩個隔熱板,把溫度全部調到300度,大家看得到,這就是時間軸,這邊是300度,其他所有的模組并沒有看到溫度的升高。而且是在電池設計方面非常重要,因為電池的失控和短路是防不住的,有的是因為事故造成的,有的因為做電池缺陷造成的,實際上都是PPD級或者PPM級的,但是總會發生,所以我們也做了實驗,大家看到零分鐘、37分鐘、43分鐘、兩小時,在系統當中表現怎么樣呢?系統上大家看得不太清楚,作為一個電池包,下面是一個水箱,一旦有問題扔到水箱里面,大家看到我們把第一組讓它失控,可以看到冒煙。一個小時之后還是在冒煙,這個至少符合我們孚能的要求,是安全的。

  我稍微說幾句,未來的發展,目前鋰電技術我們還是要繼續如何穩定正負極材料,大量的工作要做,一定做得成。我1996年做鋰電池的時候跟現在做的困難一模一樣,價錢也是我們公關。我們希望我們的同仁要有信心,要有決心,未來一定會做出來,剛才還問我價錢的問題,說未來能不能把電池系統搞到3毛錢,我說三毛錢可能都不止,為什么這樣說,1996年做的時候是14塊錢一瓦時,現在你們都知道價錢多少,才200億美金的市場,這是一個萬億美金的市場,我覺得沒有問題。另外隔膜紙非常重要,我希望大家做更多的工作開發出抗高溫、抗氧化型、可阻斷型的隔膜紙,阻斷能解決很多問題。再就是高穩定性、高電壓、阻燃型的電解液系統。我們做了二十多年也沒做成功,希望我們老了,你們年輕人再接再厲把它做出來。最后一個就是過渡到固體電解質,這些所有的問題都是跟有機氧化物有關系,如果沒了它啥事沒有,這個就擺脫俞總抓緊時間做出來,我來用。

  孚能科技的情況,孚能科技2002年在美國加州成立,原有的團隊一直是承擔美國政府新能源汽車開發的,后來因為金融危機出現問題,我們單獨出來成立,2009年在贛州成立,注冊資本8.3億,大規模產業化動力電池。在美國承擔美國政府40多項純電動汽車的開發項目,各種各樣的,很多,剛才王芳講的所有想法,我估計在美國都做過了,但是好像我們做的百分之八九十都失敗掉了,最后也沒得出一個真正的結論,尤其是模型怎么算我們也沒算出來,真是花了好多錢。當時覺得伯克利很牛,但是最后的結果也是給不了我們什么東西。

  300Wh/Kg的電池項目是我們其中一個項目,我們2009年SOP,開發時間是2013-2015年,當時我們是項目總承擔方,合作方包括伯克利、杜邦,也包括NANOSYS,也包括寶馬公司,結果還不錯,現在為我們2019年產業化打下了基礎。現在正在承擔的,就是400Wh/Kg的美國政府的項目,主承擔方是孚能,項目技術管理方是通用、福特、克萊斯勒和美國能源部,項目合作伙伴包括德國巴斯夫、杜邦和3M等等。

  這是我們的產品路線圖,今年大部分產品產業化都在這個范圍之內,210到260,2019到2020年是270到300,2021年到2022年是310到330,大家的想法都差不多,還是對硅這個東西很不放心,

  孚能科技目前基本專注只做純電動乘用車電池系統,2012年投產之后主要是供美國,2015年中國市場爆發,進入中國市場,開始跟北汽合作,2016年底開始供貨,非常榮幸2017年我們成為了一匹黑馬,整個供貨量達到了前三,軟包電池出貨量我們達到了第一,在乘用車上我們的電池出貨量是中國第二。我們的汽車主要分三類,主要是純電動、插電混合、微混,下面這個主要是我們供的一系列車的情況,從A0級車一直到C級車,基本上包括了北汽所有的車型。除了17180(音)之外,其他所有車型孚能都是獨供商,還有一款車沒有放上去,是兩個人的改裝車,很好,希望你們女孩子想買一個小型電動車的話,那是非常好的選擇,非常漂亮,250公里續航里程。非常幸運的是孚能到現在已經出貨超過10萬輛,到目前為止,無一輛安全事故,這個是我們非常驕傲的,多少年對新能源汽車的敬畏心,讓我們對這個市場相當小心。

  孚能科技在今年上半年完成了C輪、C+輪融資,融資總額達到了64億人民幣。中國國新控股成為孚能科技單一第一大股東,中國國新是國務院批準成立的國有獨資國家授權的投資機關,由國務院國資委代表履行出資職責,目前管理的資金超過8000億,是國務院平臺下最大的新能源投資公司,所以孚能也很有幸成為了這個相當于國家國資委反向混改的試點單位,成為了一個新央企的培育單位,構造國有占大股,但是保持民營機制,希望能給帶來不同的結果。孚能的未來三年要投入大概120億,用于國內的擴產,布局華南、華東、華北三打擊敵,產能要達到35GWh,這個布局很快就會啟動。

  另外一點,大家很關心產業鏈,孚能也一樣,孚能之前也不關注,現在非常關注。所以孚能要保證孚能供應,保證孚能的質量,保證未來孚能的戰略能夠實現,現在中國國新跟孚能公司成立了100億孚能產業鏈整合基金,所以愿意跟孚能合作的上游的供應商非常歡迎你們跟我們進行合作,我們有100億資金來做后盾,來進行整合,希望我們大家成為命運共同體,把中國的新能源汽車做好。

  最后一頁是孚能所有參加過很多次世界上的大將賽奪得冠軍,去年開始參與電動摩托大獎賽,希望第五屆能夠囊括冠軍,是中國的電池在世界上第一次成為冠軍的動力,謝謝大家。

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