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       2021年12月27日，中國電池工程師年會暨電池產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)精英交流會在佛山成功召開。年會以“著重人才管理，掌握技術(shù)方向”為主題，暢談高質(zhì)量人才與電池產(chǎn)業(yè)中各領(lǐng)域各環(huán)節(jié)創(chuàng)新發(fā)展的相輔相成的共進之路。

       在27日下午召開的“智能制造賦能高質(zhì)量發(fā)展”論壇上，舉辦了圓桌沙龍，探討了“動力電池生產(chǎn)過程質(zhì)量管控”主題。

       沙龍由動力電池質(zhì)量專家陳海波主持，他首先拋出了令行業(yè)頭疼的電池兩大問題——析鋰和隔膜刺傷。

       針對隔膜問題，福建師范大學(xué)童慶松博士認為在隔膜的幾個主要問題中，大家容易忽視熱收縮率、耐久性，以及多次循環(huán)檢測和隔膜安裝技術(shù)等影響因素，而這些因素對電池生命周期的性能，特別是長壽命影響非常大。

       相較于影響性能，上海蓄熙新能源材料檢測有限公司總經(jīng)理韓廣帥更看重隔膜影響電池失效的因素，包括隔膜因有毛刺或異物引入導(dǎo)致隔膜穿孔，引起電池微短路或“猝死”現(xiàn)象。在他看來，“隔膜不是千篇一律的，選擇不同應(yīng)用領(lǐng)域的隔膜，不能選擇同一款。”

       天目湖先進儲能技術(shù)研究院有限公司葛志浩博士指出析鋰研究的兩個困難點，一是怎么監(jiān)測是否發(fā)生析鋰現(xiàn)象，二是怎么定量檢測出析鋰具體的量。

       當前，企業(yè)和科研機構(gòu)采用仿真和試驗相結(jié)合、大數(shù)據(jù)等仿真方法進行嘗試，以此試圖解決上述困難點。

       韓廣帥提出了不同的觀點。從失效分析的角度來看，他表示：“如何減緩析鋰的過程和析鋰的時間，這是我們需要做的工作和仿真的工作。”

       除了動力電池，儲能電池同樣出現(xiàn)了諸多安全問題，值得重視。

       “大家一般將儲能理解為大型的電站儲能。”孚能科技（鎮(zhèn)江）股份有限公司儲能事業(yè)部產(chǎn)品總監(jiān)詹燕麗首先理清了儲能概念的誤區(qū)：電動汽車其實也是一個儲能行為，所有電池、所有能量儲存都應(yīng)歸類為儲能范疇。

       她表示，大型儲能電站出現(xiàn)事故是非常可怕的，供應(yīng)鏈管控將更加嚴格，國家也明確規(guī)定不再使用梯次電池。

       陳海波提出“用車規(guī)級思維管控供應(yīng)鏈”的想法。詹燕麗認可，同時她進一步提出，儲能安全的管控要嚴于汽車規(guī)模的品質(zhì)。
 
       以下為現(xiàn)場演講整理：  
 
       主持人-陳海波：關(guān)于動力電池安全和質(zhì)量管理主題，我們請四位行業(yè)專家進行討論。
       上海蓄熙新能源材料檢測有限公司總經(jīng)理 韓廣帥
       福建師范大學(xué) 童慶松博士
       天目湖先進儲能技術(shù)研究院有限公司 葛志浩博士
       孚能科技（鎮(zhèn)江）股份有限公司儲能事業(yè)部產(chǎn)品總監(jiān) 詹燕麗
 
       在動力電池行業(yè)里，最頭疼的，特別是市場端，一說電池有問題，最后分析出來，基本有兩種結(jié)論，一是析鋰，二是隔膜微短路，70%都是這兩方面的原因。

       隔膜在電芯里是最容易受傷的，原因來自內(nèi)部，也來自外部。針對這方面的原因分析，關(guān)于隔膜質(zhì)量一致性，聽一聽童博的意見。

       童慶松：謝謝陳總。現(xiàn)在電池隔膜主要有幾方面問題，大家可能不大關(guān)注。

       一是熱收縮率。大家比較注意它的開關(guān)、熔化溫度，但是沒有注意收縮率，我后來測了很多個廠家，發(fā)現(xiàn)很多隔膜的收縮率偏大，我們認為這是比較大的影響因素。

       二是耐久性，或者叫析鋰性，這跟隔膜還是有關(guān)的。很多人認為隔膜是惰性的。作為隔膜來說，對析鋰有影響。現(xiàn)在研究固態(tài)電解質(zhì)，發(fā)現(xiàn)隔膜的一些活性，對于析鋰的性能，大多數(shù)采用三氧化二鋁，我們用磷酸來涂，我們發(fā)現(xiàn)這個性能有很大影響，包括析鋰性能是有一定影響的。

       還有耐久性，特別三元材料，大量采用陶瓷隔膜涂覆。我們測試后認為，原來檢測標準，包括剝離率檢測可能不夠了。因為電池在長時間浸泡過程中，可能發(fā)生比較大的變化，剛剛開始的檢測不夠，需要更多次循環(huán)檢測。原來的檢測方法相對來說比較粗糙，所以我們研究怎么把陶瓷膜涂得牢固，又不脫落，阻抗小，電池相容性小。

       我注意到某企業(yè)對隔膜安裝是非常有技術(shù)的，裝完后，電池性能特別好，阻抗特別低，低溫性能非常好。所以大家覺得隔膜就是一塊布，做襯衫一樣，貼上去壓一下，實際上很有技術(shù)。

       后來我注意到這些原因，我們拆解過國內(nèi)外著名公司電池產(chǎn)品，國內(nèi)品牌的手機也拆過，國外手機電池也拆過。國外品牌電池拆開后，隔膜干干凈凈的，跟新的隔膜一模一樣。國內(nèi)很多廠家，還挺有名企業(yè)的電子產(chǎn)品，還有手機電池，拆完后看起來很臟。上述幾方面我覺得對電池生命周期的性能，特別是長壽命影響非常大。

       主持人-陳海波：在電池失效方面，韓博可能有話要說。

       韓廣帥：我個人認為隔膜確實有一定的問題。隔膜不是千篇一律的，選擇不同應(yīng)用領(lǐng)域的隔膜，不能選擇同一款。要做快充電芯或者更高倍率電芯時，選擇隔膜要選擇離子電導(dǎo)率非常高的隔膜，包括孔隙率高，這是很重要的一件事情。

       為什么產(chǎn)生析鋰？我經(jīng)常舉一個例子，大家坐地鐵時，發(fā)現(xiàn)里面很空可以很快進去。但是如果里面依然很空，外面人很多時，你想很快進去也很難，因為大家都在擠。所以這時你要排隊，有秩序進去會很快。如果20%以上SOC，大家進去把門打開了，這時再進去，我認為會很快，門多了，甚至把窗戶都打開了，這時大家再往里進非常快；當?shù)?0%或90%時，這時依然進不去，但是大家往里挪一挪腳，擠一擠可以進去；如果不往里挪腳，大家只能在門口往里推，導(dǎo)致門口的人只能在關(guān)門的時候貼在門上，這其實就是析鋰現(xiàn)象。

       這個過程中，為什么不允許過充？隔膜發(fā)生褶皺時，傳播路徑是一致的，隔膜褶皺處，大功率充電時一定析鋰，因為褶皺不允許它穿過去，兩層和一層有區(qū)別，還有隔膜速率有很大區(qū)別，如果選擇不同匹配的隔膜，進行大功率充放電，隔膜產(chǎn)生的析鋰非常多，所以要選擇合適的隔膜做，針對不同的電芯做。還有剛才說的整個長循環(huán)過程中，隔膜本身耐壓性很高，擊穿電壓1000-1200V，還有隔膜上是否干凈，因為隨著生命周期延長，內(nèi)部粉塵，長時間振動，會讓內(nèi)部表面粉塵掉落，所以會吸附到隔膜表面，隔膜是否干凈，后期會堵孔，導(dǎo)致電池衰減。

       但是熱壓時，隔膜有一面涂膠，另一面涂陶瓷，正極對膠面，一定會粘下來，所以隔膜方面，我不是特別贊同隔膜的好壞取決于隔膜表面是否干凈，但是隔膜因毛刺導(dǎo)致電池微短路或者出現(xiàn)“猝死”——隔膜會穿孔，這種現(xiàn)象會有，但是是在一定失效模式下才會出現(xiàn)。所以隔膜方面，主要失效原因是這兩種。

       主持人-陳海波：根據(jù)我的經(jīng)驗總結(jié)，現(xiàn)在市場上的車輛，70%回來都是析鋰問題。針對這個問題，請葛志浩博士聊一聊如何有效分析析鋰發(fā)生概率，有沒有一些方法？   

       葛志浩：關(guān)于析鋰問題，我們和電芯廠、主機廠溝通比較多，大家對這方面比較頭疼，大家必須要認識到，這是比較困難的一個問題，困難是兩個點：一是怎么監(jiān)測是否發(fā)生析鋰現(xiàn)象。我們通過前期調(diào)研以及與一些專家溝通交流，現(xiàn)在通過無損方式，可以看到小容量電池發(fā)生析鋰現(xiàn)象，電池如果做大，局部析鋰對于電池的表現(xiàn)，不是那么明顯。無損的方式是有條件、有范圍的。可以通過拆解的方式看到一些析鋰現(xiàn)象，但如果析鋰量比較少，通過肉眼方式，也很難看到具體發(fā)生在什么地方，發(fā)生起始點在什么位置。即使看到電池發(fā)生析鋰，怎么定量檢測出析鋰具體的量也是存在挑戰(zhàn)的。

       目前我們正在做的一件事情，通過仿真和試驗相結(jié)合的方式，確定析鋰的一些量。我們的思路是，通過人為的讓電池進行低溫大倍率充電，讓它強制析鋰，觀察出外特性的一些表現(xiàn)，通過仿真建模方式，對標不同析鋰量時電壓隨著時間的響應(yīng)。

       在析鋰邊界判定方面，目前行業(yè)存在不同的認識，我們跟頭部企業(yè)交流的時候發(fā)現(xiàn)，負極電位低于0伏這個判定標準可能不準確，要做更低。怎么驗證？試驗方面有三電極技術(shù)，通過植入三電極，觀察電位。三電極技術(shù)也是很講究的，我們最近看了清華大學(xué)張強老師發(fā)的一篇綜述，講三電極不同位置對測試結(jié)果也有影響。我們想通過仿真和試驗對標，人為調(diào)整析鋰標準，得到一個析鋰量，再跟實際的電池拆解之后得到的析鋰量進行對標，首先保證有一個數(shù)量級上的準確性，再調(diào)整優(yōu)化，這是相對來說機理比較明確的仿真方式。

       還有一種仿真方式，相當于黑箱模型，就是用大數(shù)據(jù)的方式，。人為的設(shè)定一個樣本總量，電池一千只、一萬只，在不同快充方式下，看電池發(fā)生析鋰的概率目前在一些企業(yè)里面研究析鋰問題，可能仿真+大數(shù)據(jù)兩條路同時在走。

       主持人-陳海波：失效分析，包括仿真分析。在電池界里，很多企業(yè)缺乏這方面的人才和經(jīng)驗，也沒有這方面的設(shè)備。我認為韓博和葛博，你們兩個如果聯(lián)手做仿真和失效分析，對動力電池安全和質(zhì)量提升是非常有幫助。

       韓廣帥：動力電池正常情況下析鋰，哪些會優(yōu)先出來，為什么會在這個地方出現(xiàn)析鋰，我認為大家一定要清楚。還有如何減緩析鋰過程，這才是大家要關(guān)心的點。不是說要檢測析鋰，如果是斑點狀析鋰，根本檢測不出來。還有大面積析鋰，可能可以檢測出來，檢測出來，是不是電池就有問題，低溫下偶然充一次電問題不大，很多析鋰是具有可逆性的，如果說很快。

       析鋰最可怕的是形成死鋰，最先出現(xiàn)的析鋰和電解液發(fā)生反應(yīng)，形成的副產(chǎn)物有問題，消耗電解液，增加附產(chǎn)物增加電池內(nèi)部的膨脹，它的并發(fā)癥有很大問題，本身析鋰并不是特別可怕。所以大家不要把析鋰想得特別可怕，但是析鋰并發(fā)癥很可怕，析鋰屬于正常死亡中的一環(huán)，只是說如何減緩析鋰的過程和析鋰的時間，我認為這是后面我們需要做的工作和仿真的工作。

       針對我剛才拋出兩個點，如果多幾個卷繞，一般折彎處會優(yōu)先出現(xiàn)析鋰，后期，電芯中間會出來大片析鋰，這時將面臨極大問題，電芯膨脹很大，電解液消耗很大，這時再快速充電，可能會產(chǎn)生非常大的熱量，這種死亡會很快。

       主持人-陳海波：詹總是做儲能的，現(xiàn)在市面上，儲能也出現(xiàn)很多問題。所以我提了一個想法，用車規(guī)級思維做儲能。車規(guī)級思維反應(yīng)在供應(yīng)鏈上的質(zhì)量管控，特別是一些關(guān)鍵零部件。我想跟詹總溝通一下，這能不能行得通？用管汽車供應(yīng)鏈的方法管儲能供應(yīng)鏈。

       詹燕麗：儲能這快，是近幾年開始的嗎？其實并不是。儲能從我們有電池的時候就開始了。剛才陳總提出車規(guī)級做儲能，電動汽車其實也是一個儲能行為，能量輸入后再輸出，都是儲能行為。只是汽車電池因為市場規(guī)格和重視程度另行分列出來的一個模塊。在大眾的認知里，儲能理解為大型的電站儲能。我們把所有的電池，所有能量儲存都歸類為儲能現(xiàn)象。剛才說的“車規(guī)級管理供應(yīng)鏈”，我覺得是沒有問題的。

       韓廣帥：大儲能電站到兆瓦級，比車規(guī)級更嚴，電芯更多，發(fā)生的概率更大。

       詹燕麗：儲能方面，大家都在關(guān)注單顆電芯最大做到280AH，已經(jīng)有企業(yè)做到了300AH、甚至320AH，這樣，對于一個電池來說，它的管控需要比汽車規(guī)模的品質(zhì)IATF16949已經(jīng)是最高級別了，我們要嚴于IATF16949。大型儲能電站出現(xiàn)事故是非常可怕的事情，供應(yīng)鏈這一塊需要進行更加嚴格管控，不能再使用梯次電池，這是國家已經(jīng)出臺的關(guān)于儲能品控的規(guī)定和政策。所以車規(guī)思維做大型儲能電站級并不沖突。大型電站儲能的品控需要高于車規(guī)級，這也是目標。

       主持人-陳海波：不管動力電池還是儲能電池，安全和質(zhì)量是在座每一位的責任，我強調(diào)車規(guī)級思維，其實就是通過潛在風險識別及預(yù)防管理。還沒有發(fā)病前，我們就從設(shè)計環(huán)節(jié)、生產(chǎn)環(huán)節(jié)、供應(yīng)環(huán)節(jié)，就進行預(yù)防和管控，避免質(zhì)量問題發(fā)生。

       我們在質(zhì)量管理這個環(huán)節(jié)有一句話，防錯防呆。我們在座各位干設(shè)備的、干工藝的、干研發(fā)的，在這個行業(yè)里，要想干一點成績或者跟別人不一樣的東西，特別是將來動力電池安全和儲能安全，假如買你的設(shè)備或你研發(fā)的產(chǎn)品，生產(chǎn)一次合格率很高，而且不會發(fā)生質(zhì)量問題，那就是我們在座每個電池人值驕傲的事情。    

       電池行業(yè)仿真分析和失效分析，人才緊缺，希望電池聯(lián)盟在這方面人才培訓(xùn)多培養(yǎng)些人才，今天的圓桌會議就討論這兩個話題。感謝四位，謝謝。
 
       （根據(jù)速記整理，未經(jīng)本人審核）