鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：775次 | 2021年12月11日
?比克電池陳輝：鋰電池安全與性能的天平如何校準(zhǔn)？
6月12-14日，為期三天的“2019全球新經(jīng)濟(jì)年會(huì)”在上海長(zhǎng)寧世貿(mào)展館順利舉辦。本次大會(huì)由上海市經(jīng)濟(jì)和信息化委員會(huì)、上海市商務(wù)委員會(huì)、上海市長(zhǎng)寧區(qū)人民政府指導(dǎo)，上海市長(zhǎng)寧區(qū)青年聯(lián)合會(huì)、億歐公司聯(lián)合主辦。大會(huì)以“科創(chuàng)引領(lǐng)智能新時(shí)代”為主題，聚焦科創(chuàng)板、5G、智能制造等新興產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新熱點(diǎn)。
新能源汽車產(chǎn)業(yè)峰會(huì)作為此次大會(huì)其中一個(gè)分會(huì)場(chǎng)，受到廣泛關(guān)注。大會(huì)現(xiàn)場(chǎng)，來自北汽新能源汽車股份有限公司、廣汽蔚來、威馬汽車、蔚來、博世中國(guó)、比克動(dòng)力電池、大陸集團(tuán)、車主邦能源、奧動(dòng)新能源、普天新能源、電動(dòng)生活在內(nèi)的十余名大咖嘉賓帶來了精彩分享，就整車制造、三電系統(tǒng)、基礎(chǔ)設(shè)施、出行服務(wù)、氫燃料等方面展開了激烈討論，對(duì)未來新能源汽車發(fā)展機(jī)遇給出了真知灼見。
其中，深圳市比克動(dòng)力電池有限公司平臺(tái)研究院副院長(zhǎng)陳輝帶來了以“鋰離子電池安全與性能的天平如何校準(zhǔn)？”為主題的演講，其主要觀點(diǎn)如下：
1.從目前時(shí)間節(jié)點(diǎn)看，很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，現(xiàn)代鋰電池仍然是未來新能源汽車技術(shù)發(fā)展的主流，目前還看不到有被挑戰(zhàn)的希望；
2.下一代純固態(tài)電池和燃料電池可能在未來占領(lǐng)主要位置。尤其是燃料電池，在政策層面已經(jīng)得到了引導(dǎo)和推進(jìn)；
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
3.安全是溫飽，成本是小康，性能是富裕。一定要先解決溫飽然后才能更加小康和富裕。
以下是其演講實(shí)錄：
很高興億歐組織這個(gè)會(huì)議，比克有機(jī)會(huì)站在這里跟大家分享一下比克電池做的一些工作以及對(duì)鋰電池的一些理解和探討。今天我將從兩方面展開我的演講，第一方面是把比克電池介紹給大家，比克電池成立于1999年，到現(xiàn)在有近20年的時(shí)間。在這20年中我們鍥而不舍一直堅(jiān)持對(duì)鋰離子電池的研發(fā)銷售生產(chǎn)領(lǐng)域，目前形成了三大主流業(yè)務(wù)板塊：第一塊是生活數(shù)碼業(yè)務(wù)，主要面向手機(jī)、移動(dòng)電源等終端消費(fèi)市場(chǎng)；第二塊業(yè)務(wù)是新能源汽車業(yè)務(wù)，比克電池從07年開始涉足這個(gè)行業(yè)，從那時(shí)到現(xiàn)在，我們經(jīng)歷了新能源汽車從無到有，以及從有到現(xiàn)在欣欣向榮的過程，我們是其中最核心的參與者；第三塊業(yè)務(wù)是最近幾年高速發(fā)展，未來面向市場(chǎng)的，非常具有潛力的儲(chǔ)能業(yè)務(wù)。
這是最近三年來比克電池在新能源汽車市場(chǎng)取得的成績(jī)，2016年在三元?jiǎng)恿﹄姵?/a>占約30%，比克電池裝載新能源汽車超過5萬輛。2017年，累計(jì)裝載新能源汽車11萬輛，三元圓柱動(dòng)力電池排名全國(guó)第一。2018年圓柱動(dòng)力電池仍然是全國(guó)第一。
我們公司高度重視研發(fā)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，研發(fā)投入占累計(jì)銷售收入8%左右。目前在職研發(fā)技術(shù)工程人員大概在1500人左右，目前專利申請(qǐng)大概在1400多例，實(shí)際授權(quán)有600多，在安全領(lǐng)域目前國(guó)內(nèi)最早也是唯一一家解決圓柱單體電池定向熱失控的技術(shù)，并且結(jié)合我們的模組技術(shù)已經(jīng)在整車層面做到了解決熱失控安全問題，我稍后會(huì)給大家做更詳細(xì)的介紹。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無人設(shè)備
首先，讓我們講一下鋰離子電池，從電池角度怎樣去理解電池安全以及安全與性能平衡的關(guān)系。汽車的全面電動(dòng)化已成為全球共識(shí)。從國(guó)家層面來講，不同國(guó)家在不同的時(shí)間節(jié)點(diǎn)推出了自己的時(shí)間表。從企業(yè)層面來講，國(guó)際國(guó)內(nèi)Tier1，現(xiàn)在國(guó)產(chǎn)車企都在積極擁抱汽車電動(dòng)化并做了很多布局。
如果共識(shí)變成現(xiàn)實(shí)，作為工程技術(shù)人員來講有兩方面工作最為關(guān)鍵：一方面是對(duì)新能源汽車動(dòng)力電池技術(shù)方向的選擇，以及在此基礎(chǔ)上怎樣去解決現(xiàn)在面臨的技術(shù)的難題或者問題。新能源汽車動(dòng)力電池，可選擇的方向很多，一百多年前第一輛汽車就是電動(dòng)的，但電池技術(shù)不成熟，沒有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，那時(shí)候是鉛酸電池，包括豐田推出的鎳氫電池車。現(xiàn)在新能源行業(yè)用的最多的是鋰電池。從目前時(shí)間節(jié)點(diǎn)看，現(xiàn)代鋰電池仍然是未來很長(zhǎng)一段時(shí)間的主流，目前還看不到有被挑戰(zhàn)的希望。下一代純固態(tài)電池和燃料電池也可能在未來占領(lǐng)主要位置。尤其是燃料電池，在政策層面得到了引導(dǎo)和推進(jìn)。鋰離子電池作為目前用的最多的技術(shù)路線，問題較為突出。真正到量產(chǎn)規(guī)?；脑?50、260這樣的水平。同時(shí)還存在成本的問題，尤其是補(bǔ)貼退坡后問題更加突出。另一個(gè)問題是快充能力同實(shí)際終端用戶在窗口運(yùn)行的矛盾。最為核心的是安全問題，現(xiàn)在所有矛盾里面最難解決，也是最棘手的問題。安全是非常復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及方方面面，跟能量密度、循環(huán)、快充、成本等都是復(fù)雜混合的系統(tǒng)，這里面的環(huán)節(jié)相當(dāng)復(fù)雜。
簡(jiǎn)單把安全和成本、密度、性能之間的關(guān)系分享一下。我們認(rèn)為安全是溫飽，成本是小康，性能是富裕。按照馬斯洛需求分析理論，溫飽就是要具有基本性能，安全就屬于這樣的特性。小康就是讓客戶更加有幸福感，更加滿意，成本就屬于這樣的質(zhì)量特性。另外像高低溫特性，能給客戶帶來更加滿意的質(zhì)量特性指標(biāo)。顯然安全是所有在做產(chǎn)品開發(fā)的過程中，最基本也是最重要的底層的底線。有了溫飽才可能去更小康，更富裕。但現(xiàn)在看到的有些產(chǎn)品，大家在沒有解決溫飽的基礎(chǔ)上，就奔著小康，奔著富裕去了。甚至有些產(chǎn)品，放棄溫飽直接奔小康和富裕去了，這是有待商榷。
下面講下鋰離子電池的安全問題，鋰電池為什么會(huì)有安全問題，鋰電池是儲(chǔ)存能量的裝置，能量分為兩個(gè)部分：一是可逆的進(jìn)行轉(zhuǎn)換，在充放兩端可逆的進(jìn)行。二是本身的能耗，在發(fā)生氧化反應(yīng)時(shí)能夠釋放熱量。電池在正常工況情況下，電池充放電或者能量轉(zhuǎn)換的速度是可控的，但是能量是以電的形式，如果發(fā)生短路，釋放速度非?？?，如果釋放能量的速度不可控，就會(huì)導(dǎo)致熱量大量積聚，達(dá)到不可控的時(shí)候會(huì)發(fā)生爆炸起火，這是鋰電池為什么會(huì)有安全事故的根源。
這是全世界現(xiàn)在大家比較公認(rèn)的兩個(gè)圖，一個(gè)是熱失控的過程，電池里的元素怎么發(fā)生熱失控的。首先要有引發(fā)因素，有一個(gè)觸發(fā)機(jī)制，經(jīng)歷觸發(fā)機(jī)制有幾個(gè)階段，一個(gè)是負(fù)極材料本身分極，負(fù)極材料產(chǎn)生熱量，反過來正向激勵(lì)，導(dǎo)致整個(gè)能量釋放不可控，電池爆炸起火。這是從影響安全因素方面去考慮，鋰電池的安全從主、被動(dòng)兩個(gè)角度去考慮。一個(gè)是主動(dòng)防范，不讓它安全熱失控的發(fā)生。另外如果發(fā)生安全熱失控以后有什么措施，釋放速度以及釋放帶來的危害。一個(gè)是原材料的選擇，希望選擇安全等級(jí)越高，或者釋放能量越少的材料來做電池。從電池設(shè)計(jì)角度來講也是兩部分：一個(gè)是結(jié)構(gòu)安全，怎么避免發(fā)生安全事故，如果發(fā)生之后怎么去避免。
現(xiàn)在行業(yè)已經(jīng)發(fā)生的安全事故絕大部分原因是因?yàn)殡姵厝毕菰斐傻?，電池生產(chǎn)的控制是制程能力。模組系統(tǒng)做了一些安全事故發(fā)生之后的處理。這是BMS、電池包，整車層面。剛才提到安全是個(gè)系統(tǒng)，不僅是材料，也是電池系統(tǒng)材料到整個(gè)電池包，電池的使用，是大系統(tǒng)的工程。
這是比克做的一些工作，從原材料到電池包、模組，BAK圓柱電池目前在安全上實(shí)現(xiàn)了全面突破，這個(gè)電池是1+6的形式，一個(gè)電池背六個(gè)電池包，引爆中間的電池看看它的熱量能不能擴(kuò)散到周圍的電池，測(cè)試下來完全沒有問題。這是我們?cè)趯?shí)際電池包里面做的測(cè)試，我們?cè)陔姵匕锩骐S機(jī)選了28個(gè)電池一次引爆，看看電池引爆之后對(duì)整個(gè)熱系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)車影響的評(píng)估，目前結(jié)果非常理想。這個(gè)電池是引爆的電池，周圍的電池是1+6的結(jié)構(gòu)，紅色的線是引爆電池溫度曲線，下面低的曲線是六個(gè)電池，除了引爆電池都很高之外，其他周圍的電池是很低的。電池包任何一個(gè)電池發(fā)生熱失控的情況下，電池仍然是完好，發(fā)揮作用。任何一個(gè)單體電池發(fā)生熱失控，電池包仍然電壓是正常的。在整車?yán)锩?，其中任何一個(gè)電池發(fā)生了安全事故之后，整車不僅不會(huì)燃燒，反而整車還可以繼續(xù)運(yùn)行，只需要駕駛者接到警報(bào)之后開到4S店維修就好。
下面我將從電池性能角度與安全之間的相互關(guān)系再做一個(gè)簡(jiǎn)單介紹。首先，高能量密度大家非常關(guān)心。高能量密度方向有兩個(gè)點(diǎn)，一是選一些新的材料，現(xiàn)在比較多的是高鎳+硅材料，另外在有限空間里面提供更多的材料，在有限空間里面裝更多的能量。高鎳+硅材料的引用，新能源車從最早鎳含量3，到后來的6，到現(xiàn)在的8，材料本身熱能量下降。這對(duì)電池的設(shè)計(jì)，尤其是要經(jīng)過安全設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)很大，這也是為什么高鎳產(chǎn)量在大方形電池里面比較少，就是安全的問題很難解決。這是負(fù)極另外高能量密度材料，是硅材料，特別容易破碎，導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)容易破裂和粉化，循環(huán)性能變差。安全和高能量密度之間怎么平衡是非常值得深入研究的課題。
剛才提到的痛點(diǎn)談到了快充，終端客戶希望新能源汽車充電時(shí)間最好和燃油車一樣，能隨時(shí)解決問題?，F(xiàn)在電池充電速度是2C，但實(shí)際上的電池大概是0點(diǎn)幾C。市場(chǎng)客戶終端的需求和我們行業(yè)的現(xiàn)狀差別特別大，目前在快充方面做的比較好的是3C、4C快充能力。那快充為什么影響性能，因?yàn)榭斐渚鸵泻艽蟮碾娏鲗?duì)電動(dòng)車充電，大電流充電意味著速度很快，就會(huì)直接導(dǎo)致電池?zé)崃窟M(jìn)入，溫度上去，這是嚴(yán)重裂化安全性能的影響因素。另外，在快充的時(shí)候是鋰電池動(dòng)力學(xué)，可能輸入更多能量，必然會(huì)有金屬鋰，金屬鋰是非?；顫姷慕饘伲褪卿囯姵乩锩娴目植婪肿?。金屬鋰的缺陷一定也是電池性能要求裂化，快充現(xiàn)在是終端需求，同時(shí)還會(huì)帶來安全問題的一個(gè)重大隱患。
再談下產(chǎn)品化問題，電池在長(zhǎng)期使用過程中安全特性到底會(huì)如何演化，這個(gè)問題非常重大，現(xiàn)在做的工作是相對(duì)比較少。比克在這方面有專門的團(tuán)隊(duì)去研究，鋰電池在全生命周期安全與性能的變化，電池到后期的時(shí)候，材料結(jié)構(gòu)、個(gè)人的因素都能導(dǎo)致更容易產(chǎn)生熱失控反應(yīng)，電池的安全特性對(duì)行業(yè)是非常重要的課題。目前發(fā)展到現(xiàn)在電池投入的量以及時(shí)間維度還沒有到那個(gè)點(diǎn)，行業(yè)高度重視。
最后是成本問題，安全問題盡管復(fù)雜，但現(xiàn)在有很多措施都能解決，只是說措施的有效性，但鋰電池畢竟是工業(yè)品，一定要在成本和安全之間做到平衡，不是安全問題不能解決，安全問題都能解決。但成本問題需要在客戶接受范圍內(nèi)。所以我們強(qiáng)調(diào)成本，在成本和安全之間追求一個(gè)平衡。
簡(jiǎn)單小結(jié)一下，安全是溫飽，成本是小康，性能是富裕。一定要先解決溫飽然后才能更加小康和富裕，這是比克在這方面的基本理念。第二點(diǎn)是安全問題的解決核心是控制能量轉(zhuǎn)換的速率，以及由此帶來的熱積累。安全成本、性能互相制約、互相耦合的過程，怎么樣去做到平衡是我們工程技術(shù)人員應(yīng)該著力解決的問題。億歐
