孚能王瑀:電池安全問題歸根結(jié)底最后都是電芯的熱失控
本次會(huì)議由一個(gè)高峰論壇和三個(gè)主題峰會(huì)組成,在關(guān)于“促進(jìn)動(dòng)力電池安全的前言技術(shù)與保障體系”主題峰會(huì)上,主要研討了動(dòng)力電池安全體系評(píng)估;提高電池系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)的合理性;同意規(guī)劃整個(gè)電池系統(tǒng)的安全防護(hù);電池產(chǎn)品認(rèn)證和檢測(cè);大數(shù)據(jù)推動(dòng)電池智能化管理,提升安全保障;新體系動(dòng)力電池研發(fā)現(xiàn)狀及安全挑戰(zhàn);產(chǎn)業(yè)政策對(duì)電池安全的保障。
孚能科技(贛州)有限公司董事長(zhǎng)王瑀發(fā)表主題演講,內(nèi)容實(shí)錄如下:
我現(xiàn)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(fù)責(zé)鋰電池開發(fā)的,2000年去了美國,2002年開始創(chuàng)業(yè)。今天受組委會(huì)的要求,想讓我講一講動(dòng)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(shí)驗(yàn)、分析、結(jié)構(gòu)等等。后來又參加美國政府的項(xiàng)目,做了大量的機(jī)理分析、模型建立,但是很多都失敗掉了,今天我挑重點(diǎn)講一講,主要想過來做廣告。
今天我講分四個(gè)部分:第一,電動(dòng)汽車的安全挑戰(zhàn)。第二,提升電動(dòng)汽車安全性的措施。第三,孚能科技電動(dòng)汽車電池產(chǎn)品安全性設(shè)計(jì)。第四,孚能科技公司近況介紹。
新能源汽車中國的發(fā)展?fàn)顩r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(chǎn)量、銷售量增長(zhǎng)很快,去年達(dá)到了77萬輛,今年預(yù)期達(dá)到100萬輛,國家戰(zhàn)略方面,從汽車大國走向汽車強(qiáng)國,電動(dòng)車作為一個(gè)走向強(qiáng)國的首選道路。政策傾斜,包括補(bǔ)貼、專用牌照、路權(quán)、優(yōu)先權(quán),成果,今年我們看到已經(jīng)成為了產(chǎn)銷量世界第一。對(duì)于我們30年來在美國做新能源汽車來說,唯一的出發(fā)點(diǎn)就是解決美國的相當(dāng)于石油的自給自足及另外是環(huán)境,最早是從EV開始,鉛酸電池不行,鎳氫不行,后來轉(zhuǎn)到混動(dòng),最后覺得混動(dòng)太貴,放棄了,后來沒想到日本把它產(chǎn)業(yè)化了,后來轉(zhuǎn)成插電,后來變成純電動(dòng),發(fā)展到今天,對(duì)中國來說這個(gè)更加重要。因?yàn)橹袊湍壳暗墓┙o已經(jīng)處于危險(xiǎn),超過60%進(jìn)口。一旦石油受到控制會(huì)比芯片受到控制更加危險(xiǎn)。
我現(xiàn)在舉幾個(gè)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(gè)案例,包括2018年3月23號(hào)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??傊履茉雌嚹壳疤幱谝环N風(fēng)口浪尖上,任何一個(gè)事故都很敏感,就像王芳說的一樣,任何一個(gè)把能量聚集到一個(gè)體積內(nèi)的這樣的一個(gè)物種想絕對(duì)安全是絕對(duì)做不到的,關(guān)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(dān)心。
現(xiàn)在我們采取了很多的安全措施,我隨便舉幾個(gè)例子,大家都很熟悉的,包括可容斷保險(xiǎn)絲、繼電器、箱體、電芯、電池模組、液冷系統(tǒng)、熱管理等等。這個(gè)我就不詳細(xì)介紹了。目前發(fā)生的原因我主要說一下,一個(gè)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(fā)熱,熱失控,電池跑掉了,要么是系統(tǒng)不良,出現(xiàn)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(fā)生事,主要是海水的侵蝕,也包括豐田的混合對(duì)立車的著毀,都是因?yàn)榭諝獾倪M(jìn)入造成了連接件,連接件阻控增加,然后發(fā)熱失控。電池加熱系統(tǒng)失控之后引起的熱失控,再就是電池系統(tǒng)進(jìn)水,所以短路,然后造成的。再就是電池內(nèi)部的短路,出現(xiàn)了事故,再就是過充。但是歸根結(jié)底,所有的原因最后達(dá)成的效果都是電芯的熱失控,歸根結(jié)底就在這兒。如果電芯熱失控,放一個(gè)鐵塊在里面啥事沒有,就這么簡(jiǎn)單的一個(gè)道理。
究竟什么樣的標(biāo)準(zhǔn)是標(biāo)準(zhǔn)?我記得在美國政府的新能源汽車開發(fā)項(xiàng)目的時(shí)候,整車廠給我們提出的標(biāo)準(zhǔn)就是不起火、不爆炸、沒有任何反應(yīng),這就是我們對(duì)電池的要求。當(dāng)時(shí)想了想也無語,沒法答復(fù)他,后來提出要求是不起火也不爆炸,后來又改變了,說這個(gè)也不做不到,說不爆炸,延遲起火,給出逃逸的時(shí)間,多長(zhǎng)時(shí)間?現(xiàn)在又提出來了只冒煙、不起火、不爆炸,只是電池?fù)p壞,車扔就扔了,最后一點(diǎn)大家好像能夠達(dá)成共識(shí)。
這是電池?zé)崾Э厮l(fā)生的所有的事情,我在九幾年做的研究,熱失控,哪個(gè)地方造成失控?就是兩件事,一件事從負(fù)極開始,另一件事從正極開始,就這么兩個(gè)地兒,負(fù)極能反應(yīng)的就是SEI分解,一個(gè)是鋰的反應(yīng),正極就是氧化,然后釋放性,這個(gè)東西怎么引起的?很簡(jiǎn)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(chǎn)生一大堆的氣體,造成反應(yīng)。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(dāng)于過充,充電電流太大,再就是低溫,做得不適當(dāng),低溫一上去,結(jié)果超越了析鋰的電壓,總之就這么幾個(gè)原因,大家看到這個(gè)圖基本就知道發(fā)生什么事,產(chǎn)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(dān)了美國政府的項(xiàng)目,天天都研究這些東西,花了不少錢。實(shí)際上從1997年把軟包電池作為車用動(dòng)力電池的載體很重要的原因就是安全,現(xiàn)在看來所有的手機(jī)、筆記本都是軟包,非常高興能成為第一個(gè)做的,而且做液體軟報(bào)電池當(dāng)時(shí),現(xiàn)在變成了一個(gè)國際的主流。我們選擇軟包做汽車動(dòng)力電池也是一個(gè)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(fā)出汽車電池的過程當(dāng)中,我還看不到我能開發(fā)出一個(gè)非常高能量密度的。能做的找好的載體,不要出事,出事的時(shí)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(guān),非常重要,是一票否決的。另外一點(diǎn),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(wěn)定住,多數(shù)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(dāng)于PE、PP,當(dāng)時(shí)還很難做,最后終于說服了他們,把隔膜紙做出來,現(xiàn)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(fù)極材料和負(fù)極析鋰,要保證它不要在外面,同時(shí)SEI要穩(wěn)定,不要分解。最后一點(diǎn)是電壓越來越高,過充了,就是高電壓穩(wěn)定電解液,我提了這幾項(xiàng)。設(shè)計(jì)的目標(biāo)就是不起火,也不爆炸,冒煙沒問題。
我舉了一個(gè)例子,工作很多,對(duì)于正極修飾能夠帶來什么樣的影響,就是穩(wěn)定性的提高,這個(gè)大家都知道了,這都是常識(shí)性的,我就不詳細(xì)介紹了,包括參雜、包覆,做了這么多年,都很簡(jiǎn)單,當(dāng)時(shí)做的時(shí)候都很難。另外一點(diǎn)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?yàn)殡姵貋韥砘鼗?,沒有鋰來回跑,這個(gè)電池非常安全,關(guān)鍵是鋰來回跑,造成大量的放電,造成很多未知的、已知的發(fā)生的事故,重點(diǎn)加一個(gè)PE膜,讓它適當(dāng)下降,阻止這個(gè)事情?,F(xiàn)在看來,阻止不住,就想能不能增加它的熱穩(wěn)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(gè)溫度下沒有涂覆的隔膜紙已經(jīng)下降得不像樣了,有涂覆的很穩(wěn)定。另外高溫隔膜紙我們做了好久,如何發(fā)現(xiàn)一個(gè)更高的隔膜紙用在汽車上,這個(gè)工作做了十幾年,一直到現(xiàn)在還找不出一個(gè)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(xiàn)在離產(chǎn)業(yè)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(yuǎn)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(xiàn)在需要解決的問題,這一項(xiàng)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(gè)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(qǐng)的專利,改進(jìn)也很好,也包括正極SEI的穩(wěn)定,保證電池很好。SEI分經(jīng)從負(fù)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(gè)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(dān)了美國政府的攻關(guān)項(xiàng)目,現(xiàn)在結(jié)果也不錯(cuò),標(biāo)準(zhǔn)電解液基本上差不多也就是50次循環(huán),經(jīng)過三年多的努力,現(xiàn)在已經(jīng)到了差不多四五百個(gè)循環(huán),還不錯(cuò)。5V循環(huán),進(jìn)展還是不錯(cuò)的。
看一下結(jié)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(jiǎn)單,在兩個(gè)模組之間加兩個(gè)加熱板,這個(gè)實(shí)驗(yàn)基本上這個(gè)是5P5S的模塊,在兩個(gè)之間加兩個(gè)隔熱板,把溫度全部調(diào)到300度,大家看得到,這就是時(shí)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(shè)計(jì)方面非常重要,因?yàn)殡姵氐氖Э睾投搪肥欠啦蛔〉模械氖且驗(yàn)槭鹿试斐傻?,有的因?yàn)樽鲭姵厝毕菰斐傻模瑢?shí)際上都是PPD級(jí)或者PPM級(jí)的,但是總會(huì)發(fā)生,所以我們也做了實(shí)驗(yàn),大家看到零分鐘、37分鐘、43分鐘、兩小時(shí),在系統(tǒng)當(dāng)中表現(xiàn)怎么樣呢?系統(tǒng)上大家看得不太清楚,作為一個(gè)電池包,下面是一個(gè)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(gè)小時(shí)之后還是在冒煙,這個(gè)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(fā)展,目前鋰電技術(shù)我們還是要繼續(xù)如何穩(wěn)定正負(fù)極材料,大量的工作要做,一定做得成。我1996年做鋰電池的時(shí)候跟現(xiàn)在做的困難一模一樣,價(jià)錢也是我們公關(guān)。我們希望我們的同仁要有信心,要有決心,未來一定會(huì)做出來,剛才還問我價(jià)錢的問題,說未來能不能把電池系統(tǒng)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(shí)候是14塊錢一瓦時(shí),現(xiàn)在你們都知道價(jià)錢多少,才200億美金的市場(chǎng),這是一個(gè)萬億美金的市場(chǎng),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(fā)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(wěn)定性、高電壓、阻燃型的電解液系統(tǒng)。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(gè)就是過渡到固體電解質(zhì),這些所有的問題都是跟有機(jī)氧化物有關(guān)系,如果沒了它啥事沒有,這個(gè)就擺脫俞總抓緊時(shí)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(tuán)隊(duì)一直是承擔(dān)美國政府新能源汽車開發(fā)的,后來因?yàn)榻鹑谖C(jī)出現(xiàn)問題,我們單獨(dú)出來成立,2009年在贛州成立,注冊(cè)資本8.3億,大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化動(dòng)力電池。在美國承擔(dān)美國政府40多項(xiàng)純電動(dòng)汽車的開發(fā)項(xiàng)目,各種各樣的,很多,剛才王芳講的所有想法,我估計(jì)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(gè)真正的結(jié)論,尤其是模型怎么算我們也沒算出來,真是花了好多錢。當(dāng)時(shí)覺得伯克利很牛,但是最后的結(jié)果也是給不了我們什么東西。
300Wh/Kg的電池項(xiàng)目是我們其中一個(gè)項(xiàng)目,我們2009年SOP,開發(fā)時(shí)間是2013-2015年,當(dāng)時(shí)我們是項(xiàng)目總承擔(dān)方,合作方包括伯克利、杜邦,也包括NANOSYS,也包括寶馬公司,結(jié)果還不錯(cuò),現(xiàn)在為我們2019年產(chǎn)業(yè)化打下了基礎(chǔ)?,F(xiàn)在正在承擔(dān)的,就是400Wh/Kg的美國政府的項(xiàng)目,主承擔(dān)方是孚能,項(xiàng)目技術(shù)管理方是通用、福特、克萊斯勒和美國能源部,項(xiàng)目合作伙伴包括德國巴斯夫、杜邦和3M等等。
這是我們的產(chǎn)品路線圖,今年大部分產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化都在這個(gè)范圍之內(nèi),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(duì)硅這個(gè)東西很不放心,
孚能科技目前基本專注只做純電動(dòng)乘用車電池系統(tǒng),2012年投產(chǎn)之后主要是供美國,2015年中國市場(chǎng)爆發(fā),進(jìn)入中國市場(chǎng),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(gè)供貨量達(dá)到了前三,軟包電池出貨量我們達(dá)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(dòng)、插電混合、微混,下面這個(gè)主要是我們供的一系列車的情況,從A0級(jí)車一直到C級(jí)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(dú)供商,還有一款車沒有放上去,是兩個(gè)人的改裝車,很好,希望你們女孩子想買一個(gè)小型電動(dòng)車的話,那是非常好的選擇,非常漂亮,250公里續(xù)航里程。非常幸運(yùn)的是孚能到現(xiàn)在已經(jīng)出貨超過10萬輛,到目前為止,無一輛安全事故,這個(gè)是我們非常驕傲的,多少年對(duì)新能源汽車的敬畏心,讓我們對(duì)這個(gè)市場(chǎng)相當(dāng)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(dá)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(wù)院批準(zhǔn)成立的國有獨(dú)資國家授權(quán)的投資機(jī)關(guān),由國務(wù)院國資委代表履行出資職責(zé),目前管理的資金超過8000億,是國務(wù)院平臺(tái)下最大的新能源投資公司,所以孚能也很有幸成為了這個(gè)相當(dāng)于國家國資委反向混改的試點(diǎn)單位,成為了一個(gè)新央企的培育單位,構(gòu)造國有占大股,但是保持民營機(jī)制,希望能給帶來不同的結(jié)果。孚能的未來三年要投入大概120億,用于國內(nèi)的擴(kuò)產(chǎn),布局華南、華東、華北三打擊敵,產(chǎn)能要達(dá)到35GWh,這個(gè)布局很快就會(huì)啟動(dòng)。
另外一點(diǎn),大家很關(guān)心產(chǎn)業(yè)鏈,孚能也一樣,孚能之前也不關(guān)注,現(xiàn)在非常關(guān)注。所以孚能要保證孚能供應(yīng),保證孚能的質(zhì)量,保證未來孚能的戰(zhàn)略能夠?qū)崿F(xiàn),現(xiàn)在中國國新跟孚能公司成立了100億孚能產(chǎn)業(yè)鏈整合基金,所以愿意跟孚能合作的上游的供應(yīng)商非常歡迎你們跟我們進(jìn)行合作,我們有100億資金來做后盾,來進(jìn)行整合,希望我們大家成為命運(yùn)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(dòng)摩托大獎(jiǎng)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(dòng)力,謝謝大家。
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