2018年11月8日，以“新時(shí)代·破而立：前行中的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)折之路”為主題的“鋰想”2018第三屆動(dòng)力電池應(yīng)用國(guó)際峰會(huì)(CBIS2018)在北京興基伯爾曼飯店開(kāi)幕。重慶車(chē)輛檢測(cè)研究院新能源中心電池室主任張凱慶在峰會(huì)上發(fā)表主題演講，以下為主題演講內(nèi)容。

重慶車(chē)輛檢測(cè)研究院新能源中心電池室主任張凱慶：

各位與會(huì)的專(zhuān)家，各位領(lǐng)導(dǎo)，大家上午好！我是國(guó)家客車(chē)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心張凱慶，我今天演講的題目是“動(dòng)力電池體系最新技術(shù)進(jìn)展及其檢測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)研究”。分以下三方面給大家進(jìn)行分享：

第一部分，從電動(dòng)汽車(chē)用動(dòng)力電池技術(shù)的現(xiàn)狀。

1，從單體和模組開(kāi)始。

下面這張表可以看到，目前法規(guī)試驗(yàn)的測(cè)試項(xiàng)目和測(cè)試要求，從測(cè)試對(duì)象方面大家可能也比較熟知了，單體電池包括電池模組，目前法規(guī)對(duì)電池單體和模組最基本的要求，包括三方面：穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性、安全性。循環(huán)方面一定要有循環(huán)穩(wěn)定性；經(jīng)濟(jì)性就是大家現(xiàn)在提的比較多的能量密度高，對(duì)于整車(chē)就是續(xù)駛里程要足夠長(zhǎng)；安全性，包括熱、電的安全性。

這張表格就是目前現(xiàn)行法規(guī)安全性的幾個(gè)項(xiàng)目，包括過(guò)充、過(guò)放、過(guò)溫、短路、海水浸泡、低氣壓、溫度循環(huán)的項(xiàng)目，還有實(shí)驗(yàn)的要求，不起火、不爆炸。

這張表格是國(guó)家提出來(lái)要避免劣幣驅(qū)逐良幣之后和之前數(shù)據(jù)的對(duì)比。左邊這張圖就是2016年12月16日，大家都知道這個(gè)日期，就是對(duì)能量密度提出的具體指標(biāo)要求，之前的數(shù)據(jù)大家可以看得出來(lái)，當(dāng)時(shí)是電動(dòng)汽車(chē)上有各種體系的電池，甚至包括鉛酸電池也有用，大家可以看能量密度，當(dāng)時(shí)磷酸鐵鋰最高的就是121瓦時(shí)/公斤，這個(gè)三元材料當(dāng)時(shí)是一個(gè)國(guó)外品牌的他們也能做到262瓦時(shí)/公斤。但是從能量密度指標(biāo)提出一個(gè)具體要求之后，大家可以看到，國(guó)內(nèi)技術(shù)水平的進(jìn)步，尤其是磷酸鐵鋰，從我們中心測(cè)試的值大家可以看出來(lái)，現(xiàn)在能量密度值磷酸鐵鋰最大值已經(jīng)達(dá)到了167瓦時(shí)/公斤，三元材料也能做到285瓦時(shí)/公斤，尤其是看平均值，平均值的提高幅度還是挺大的。

大家也可以看到，2020年國(guó)家的目標(biāo)，就是達(dá)到300瓦時(shí)/公斤，從2016年、2017年科技部的重大專(zhuān)項(xiàng)。這張表格，目前的動(dòng)力電池汽車(chē)上用的四種主流的體系，包括磷酸鐵鋰、三元、錳酸鋰、三元鈦酸鋰的安全項(xiàng)，大家可以看到磷酸鐵鋰，從近幾年的技術(shù)進(jìn)步和技術(shù)研究，可能對(duì)在熱失控，包括過(guò)充、過(guò)放，控制的情況，已經(jīng)有了一個(gè)很樂(lè)觀的現(xiàn)狀。大家可以看到，三元包括錳酸鋰，幾種目前比較容易造成熱失控的試驗(yàn)項(xiàng)目，包括過(guò)充、短路、加熱，幾個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的通過(guò)率還是比較低的。我跟大家分享這個(gè)表格的一個(gè)目的是，電池企業(yè)針對(duì)性的研究，包括整車(chē)企業(yè)的一些進(jìn)貨檢驗(yàn)，怎么去設(shè)置試驗(yàn)檢測(cè)項(xiàng)目，以及設(shè)置試驗(yàn)檢測(cè)的頻率。

這部分就是電池系統(tǒng)目前的現(xiàn)狀，大家可以看到幾個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目，包括機(jī)械安全性、環(huán)境安全性、功能安全性16個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目，測(cè)試對(duì)象包括電池包和電池系統(tǒng)。安全性方面大家可能比較熟知的包括安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定。第二條我寫(xiě)出來(lái)的是環(huán)保性，目前大家可能知道，車(chē)企，乘用車(chē)、城市客車(chē)車(chē)有車(chē)內(nèi)空氣質(zhì)量TVOC車(chē)內(nèi)可揮發(fā)有機(jī)物的檢測(cè)，如果排除了所有可能的情況造成不合格的原因，大家可以去排查一下動(dòng)力電池包的配件是不是甲醛含量太高、可揮發(fā)有機(jī)物太高。

這個(gè)柱狀圖目前就是從系統(tǒng)層級(jí)的機(jī)械方面安全性通過(guò)率的情況，大家可以看出來(lái)，包括從修改單之前和修改單之后，已經(jīng)是機(jī)械安全性比較難通過(guò)的兩個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目，大家可能覺(jué)得前一段說(shuō)修改單修改了是不是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的要求放松了？大家可以看出來(lái)，實(shí)際修改是充分考慮一個(gè)整車(chē)防護(hù)，另外電池包的防護(hù)，充分考慮兩種要求之后的決定。

這個(gè)就是環(huán)境包括電化學(xué)功能安全性的通過(guò)率，大家可以看到，從高海拔、海水環(huán)境，都有一定的不通過(guò)的情況，大家可以在電池包的設(shè)計(jì)上充分考慮這幾個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目，包括加熱過(guò)程中、海水、鹽霧過(guò)程中可能出現(xiàn)高溫高濕，對(duì)電池包有一定的危害。短路保護(hù)方面，大家可能覺(jué)得短路保護(hù)是一個(gè)繼電器和熔斷器的雙重保護(hù)的狀態(tài)，是很難有不通過(guò)的，但是大家可能下面的試驗(yàn)驗(yàn)證不夠充分，不是很了解包括電池包整體的內(nèi)阻，可能熔斷器的選型上也有可能出現(xiàn)導(dǎo)致短路的情況。短路電流包括短路時(shí)候發(fā)熱量不足以把熔斷器燒斷，有可能導(dǎo)致繼電器的爆炸，甚至繼電器粘連電池包的爆炸。

這組數(shù)據(jù)就是在電池系統(tǒng)層級(jí)的，左邊這張圖就是在上一輪補(bǔ)貼，大家也都知道，物流車(chē)95瓦時(shí)/公斤、電動(dòng)客車(chē)115瓦時(shí)/公斤，上一個(gè)補(bǔ)貼年度的測(cè)試數(shù)據(jù)，當(dāng)時(shí)磷酸鐵鋰126瓦時(shí)/公斤，三元材料系統(tǒng)是138瓦時(shí)/公斤。不知道大家有沒(méi)有對(duì)之前的一個(gè)系統(tǒng)能量密度數(shù)值有一定的印象，大概測(cè)試數(shù)值就是這樣一個(gè)狀態(tài)。

右邊這張圖就是現(xiàn)行的這輪補(bǔ)貼，我們中心測(cè)試的包括鐵鋰系統(tǒng)、三元系統(tǒng)的最大值，包括昨天楊院士也說(shuō)了，目前磷酸鐵鋰系統(tǒng)的能量密度能達(dá)到151瓦時(shí)/公斤，但是我們中心測(cè)值能達(dá)到149瓦時(shí)/公斤，三元材料能達(dá)到174瓦時(shí)/公斤，從平均值方面提高幅度大家可以看到有30%之多，兩年時(shí)間。

這部分是熱失控，一般對(duì)熱失控的測(cè)試對(duì)象，包括BMS管理的最小控制單位。從擴(kuò)展方面，試驗(yàn)方法、試驗(yàn)對(duì)象是可以選擇的，包括測(cè)試對(duì)象，整車(chē)企業(yè)我可以拿一輛整車(chē)去做熱失控，燃料電池企業(yè)也可以選擇電池系統(tǒng)熱失控，也可以選擇電池系統(tǒng)的子系統(tǒng)完成熱失控過(guò)程。觸發(fā)包括加熱、針刺等三種方式。

咱們?cè)趫?chǎng)可能有很多做電池包括電池系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)的一些專(zhuān)家?？赡芸紤]電池和電池系統(tǒng)極端濫用的情況，首先是強(qiáng)降雨之后整車(chē)涉水的極端情況，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的報(bào)道也能看出來(lái)當(dāng)城市強(qiáng)降暴雨之后有一些涉水行駛的情況，也發(fā)生過(guò)因?yàn)樯嫠旭倢?dǎo)致電動(dòng)客車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)電池包的鼓脹。還有整車(chē)進(jìn)水，主要是夏天的時(shí)候城市內(nèi)澇，包括城市管網(wǎng)的排水系統(tǒng)，甚至導(dǎo)致汽車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)、電動(dòng)客車(chē)在暴雨里有一個(gè)12小時(shí)、24小時(shí)的長(zhǎng)時(shí)間浸泡，包括上年的時(shí)候江蘇有一起網(wǎng)絡(luò)報(bào)道的事件，泡了24小時(shí)直接燒成鐵殼了。

熱失控應(yīng)該考慮另一個(gè)極端情況，就是追尾和側(cè)碰，江蘇上半年一個(gè)寶馬車(chē)直接闖紅燈撞上來(lái)了，這就是極端情況，也會(huì)導(dǎo)致電池包的熱失控。

這部分是充電安全，但是充電安全是系統(tǒng)的概念，因?yàn)橄到y(tǒng)安全不單涉及到電池和BMS，還涉及到充電樁以及充電樁的控制策略。這個(gè)是高溫?cái)R置，一般會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部短路，還有就是長(zhǎng)時(shí)間的暴曬，電池包包括電池系統(tǒng)可能因?yàn)楦魺?、絕熱防護(hù)不夠而導(dǎo)致一些電池安全的發(fā)生。另外就是最極端的情況，包括追尾、碰撞導(dǎo)致大量的變形，導(dǎo)致短路擠壓，導(dǎo)致熱失控。

這是我們行業(yè)的現(xiàn)狀，磷酸鐵鋰包括磷酸鐵鋰擴(kuò)散方面，從標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)的角度大家可以看到它的安全性相對(duì)來(lái)說(shuō)還是比樂(lè)觀的，錳酸鋰、鈦酸鋰，大家充分考慮電池包物理部分的防護(hù)，另外就是BMS可靠性、循環(huán)穩(wěn)定性的防護(hù)，大家可以看到三元材料，目前三元材料體系的電池包、電池系統(tǒng)一直沒(méi)有應(yīng)用到客車(chē)上的原因，就是因?yàn)榘◤膯误w熱失控以及系統(tǒng)三種處罰方式，目前都是沒(méi)有通過(guò)率的，從我們中心的測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)看。

這是第一部分的小結(jié)，目前單體層級(jí)能量密度能夠達(dá)到167瓦時(shí)/公斤，三元284瓦時(shí)/公斤，系統(tǒng)層級(jí)目前能量密度是磷酸鐵鋰149瓦時(shí)/公斤，三元體系174瓦時(shí)/公斤。在行業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，各種問(wèn)題已然存在，尤其是前一段時(shí)間接二連三有電動(dòng)汽車(chē)起火、燃燒的情況?；A(chǔ)研究包括測(cè)試驗(yàn)證，應(yīng)該放在最重要的環(huán)節(jié)。另外，從動(dòng)力電池單體到系統(tǒng)、到整車(chē)是一個(gè)閉環(huán)聯(lián)動(dòng)的狀態(tài)。電池企業(yè)應(yīng)該了解整車(chē)企業(yè)的要求，整車(chē)企業(yè)也應(yīng)該允許供應(yīng)商參與到整個(gè)正向開(kāi)發(fā)的過(guò)程中的。

第二部分，動(dòng)力電池體系的技術(shù)趨勢(shì)。

我把所用到的動(dòng)力電池的體系都列舉了一下，包括最早的鉛酸、鎳氫、鋅空氣、鋰離子電池、鉛酸電池，通過(guò)這個(gè)發(fā)展大家就有比較明確的應(yīng)用方向，包括對(duì)動(dòng)力電池體系有一個(gè)重量比能量、體積比能量、倍率快充、溫度適應(yīng)性這塊，從優(yōu)點(diǎn)多、缺點(diǎn)少的角度，大家可能知道脫穎而出的就是超級(jí)電容器和鋰離子電池，超級(jí)電容主要用于弱混合和后續(xù)的啟停這種體系，鋰離子電池是目前研究的一個(gè)熱點(diǎn)。

這部分分享鋰離子電池不同時(shí)期的情況，最早2008年之前，這個(gè)數(shù)值大概就是以前動(dòng)力電池正極材料，一般用鈷酸鋰，還有層狀的鎳酸鋰和層狀的錳酸鋰，這個(gè)時(shí)期的動(dòng)力電池正極材料的缺點(diǎn)，包括成本高、熱穩(wěn)定性差。這部分還是目前主流的部分，包括尖晶石狀的鐵酸鋰、錳酸鋰，這部分實(shí)踐持續(xù)的最長(zhǎng)，這個(gè)時(shí)期的材料能量密度的要求已經(jīng)逐漸滿(mǎn)足不了市場(chǎng)的需求，尖晶石錳酸鋰也存在熱穩(wěn)定性的問(wèn)題。

這個(gè)階段就是目前走的相對(duì)靠前的一些企業(yè)所采用的方式，包括多陰極體系，昨天當(dāng)升的陳總都介紹了。現(xiàn)在通過(guò)多陰極、622包括富鋰材料，通過(guò)多陰極的方式，逐步提高公司無(wú)法兼容安全性和能量密度高的情況。最后一個(gè)情況就是目前比較主流的，走的相對(duì)靠前的產(chǎn)業(yè)化研究前沿的階段，目前采用的就是811以及鎳錳兩元正極材料，就是大家所說(shuō)的鎳鈷鋁。

負(fù)極材料包括硬碳、軟碳，天然的、人工的，碳材料應(yīng)用范圍是最廣的，但是已經(jīng)成為提高動(dòng)力電池能量密度的一個(gè)短板。硅基昨天專(zhuān)家也都介紹了，包括一些鼓脹、一些脫落都有可能發(fā)生。目前大家可能比較集中做的就是硅炭的多陽(yáng)極的體系，就是硅炭產(chǎn)業(yè)目前是研究的熱點(diǎn)，包括非金屬的氧化物的狀態(tài)。

這部分有一個(gè)小結(jié)，目前咱們行業(yè)可能過(guò)多的把研究方向定到正極材料了，但是實(shí)際上動(dòng)力電池是一個(gè)體系，因?yàn)殡娊庖喊ㄘ?fù)極甚至殼體都是提高性能的方向，去優(yōu)化正極，包括硅炭材料，包括非金屬氧化物在負(fù)極材料的應(yīng)用，都可以有效提高負(fù)極的比能量。熱點(diǎn)話(huà)題就是全固態(tài)鋰離子電池，也是同時(shí)優(yōu)化正負(fù)極以及全產(chǎn)業(yè)鏈的系統(tǒng)工程，從中長(zhǎng)期，也是動(dòng)力電池整個(gè)產(chǎn)品體系上的一個(gè)變化。

最后一部分，我們從動(dòng)力電池的測(cè)試評(píng)價(jià)體系做的一些工作，包括出廠、倍率安全、研究水平、循環(huán)性能以及其他方面的研究，從右邊這塊可以看出來(lái)一些目前企業(yè)設(shè)置的試驗(yàn)項(xiàng)目，包括國(guó)家法規(guī)設(shè)置的試驗(yàn)項(xiàng)目。

安全水平待會(huì)兒展開(kāi)說(shuō)一下，其他部分也有一個(gè)測(cè)試評(píng)價(jià)，從熱失控方面一般采用的方式交流阻抗、絕熱、涼熱、升溫等還有常規(guī)的部分，這部分把安全等級(jí)和安全標(biāo)準(zhǔn)的分類(lèi)，從防火、防水、機(jī)械安全做了6—7個(gè)方面的研究，首先法規(guī)的層級(jí)符合不符合，我們往前走了一步，是不是符合C—NCAP的要求，目前這是整車(chē)企業(yè)準(zhǔn)入審查的具體要求，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈、整個(gè)體系的研究，包括人員能力，包括設(shè)備能力，以及體系文件，體系文件的執(zhí)行能力，人員需要有能夠支撐從進(jìn)貨到最后銷(xiāo)售售后的人員，人員的能力要充分的適宜，做研發(fā)的、做產(chǎn)業(yè)化的。包括設(shè)備能力，包括精度、體系文件的執(zhí)行能力，這是一個(gè)完整的產(chǎn)業(yè)鏈。

這個(gè)就是今天我給大家分享的一個(gè)主要內(nèi)容。謝謝大家！