【节能与新能源方向专题分论坛二】动力电池技术革新与应用挑战

王芳（中国汽车技术研究中心有限公司首席科学家、新能源专项总工程师、新能源检验中心总工程师）：

我的报告是关于电池的技术革新和应用的挑战，实际内容包括两个方面，一是技术革新，二是从安全的角度讲一讲面临的挑战。

随着新能源汽车快速发展，电池作为其中的心脏，也在快速发展，同时也在支撑着新能源汽车发展。从现有技术来说，更多的是从车的应用过程中，从消费者的反馈，从产业技术提升进步可以体会到对于电池产品技术革新的诉求。因为，对车来说每个性能要求都会反馈到电池上，车的续航、寿命、充电和安全。大家可能希望对电池来说，希望能量密度越高越好，充电补能的效率，快速补能这种诉求会越来越高，安全肯定是第一位的。

在这些年当中动力电池的产品，其实它是在不断地快速革命换代，梳理了一下从2020年到2024年一些产品官宣的时候，每个产品里面的特征都做过详细的分析，很多电池也都做过详细的解读。简单总结一下，可以看到这些产品的特点，有一些是从体系方面的原始革新，有大部分是从结构、工艺设计方面的变革，到近期可以看到，比如说闪充的电池更关心快速补能的效果，大家在大会也听到半固态、固态电池往产业界的渗透。

总结了一下，可能主要的变化是从1到N技术上的创新和0到1原始的创新。从整体来说无外乎从结构以及这里面的热安全的设计，改善它的性能，另外，它的化学体系的变革，在化学体系方面昨天欧阳老师也做了详细的介绍。大家可以看到对电池来说在体系方面，我们为了能够高镍或者锂金属或者像昨天说到的锂空气这样的材料用到电池里，从根本上来改变它的特性，让它的性能变得更高。

所以，大家希望能够克服现有液态电解质的束缚，尝试用全新的，把固态电解质引入，这是现在整个产业技术革新的方向。在这些方向我们尝试的目的是里面要体现出来的，安全性的设计会越来越好。这个是我们实验室测试的结果，我们从这几年的结果里大家可以看到，我记得当时我在2018年开始把GB38031起草的时候，行业现状是这样，不起火不爆炸的电池是很少的部分，统计到今年上半年的结果，完全不起火不爆炸的电池可以达到百分之六七十以上了。

第二，能量密度越来越高，空间的利用率、适配性都是越来越好的。这个也是我在实验室测试的结果，大家可以看到系统能量密度、单品能量密度的提升。

第三，高压或者大电流的快充技术，刚才蔡老师也提到对电池来说我们现在测试的有些样品，比如说6C的也有在做，在过程中我们要关心很多问题，我就从第二部分快速交流几个我们典型的问题。

在新能源车使用过程中，需要在全生命周期考虑到不同的应用场景，不同的外界干扰和不同的影响因素下，都能够保障衰减或者失效。

所以，我这么多年一直在做电池的测试，比如说一些机械的破坏，尤其是底部的磕碰，常态化发生外界的破坏，或者是频繁的快充，电池到底能不能长寿，还有自燃，失效到底是发生什么位置，当发生失效内部产生什么后果，以及危害程度有多大，能不能阻止它，尽量降低损坏者这是我们要关心的。

最近GB38031要修订了，马上就开始审查，很快就要发布，发布标准里有三个关键改变的点，分享大家关注比较多的地方。

第一就是快充，快充后的安全，说能够5C，或者5分钟就可以跑几百公里，在充电的时候，有正常的衰减，快充的时候有非正常的衰减也会出现各种极化反应的产生等等，这种快充会伴随在里面内阻的增加，以及一些容量的衰减。充电的过程锂离子在电解里面嵌入的过程，当电流变大的时候，这种无序化就会增大的会导致嵌入的过程是不正常的，那就会带来石墨负极的增大，也会带来电池材料的间隔的变化和晶格的变化。以及电池热失控第一个温度点的前移，导致比如说金属的非正常的沉积，带来这种锂枝晶生产可能性的增加。这种情况下会导致电池热失控的温度点前移，这是试验结果，当快充循环多少次以后，TE的温度点会大幅度的前移失控的可能性明显地增加，当宣扬电池快充的时候，你可以全生命周期快充的，在这个标准修订也会加入对于快充和安全的考量。

第二，底部的防护，分为两大类，一类就是各种异物对底部的冲击，还有剐蹭，经过障碍物从前面刮到后面的破坏。

我们模拟一下，当用一个底部冲击受到冲击力的时候，像这种情况应该认为它是可靠性，必须能够满足的，而且大家在设计的时候，电池在设计过程中应该考虑它必须满足什么，在全生命周期里大概可以承受多少次的冲击还能保持正常使用，这是需要考虑的状态。

这是从前刮到后的状态，这种剐蹭我们需要考虑，一个是在设计的时候，电池包前面对它的防护，另外也要考虑在过程中，它的剐蹭过程中侵入量以及对电池的伤害。

快速说一下热，热实际上我们对于电池热的评价，一方面是外部的热的火源的环境，外部的烘烤、炙烤等等。现在大家最关心的是热失控试验里面，当一个电机热失控发热的时候，在发生烟气泄漏的过程当中，关注更多的是当发生热失控的时候，哪些因素发生变化，哪些因素是可以感受到，这对报警和采取措施非常重要。

另外产生的一氧化碳，以及产生的一些气体，包括爆燃，以及对人体伤害的这种可能性，我们对气体它的成分爆炸的极限，和燃烧的速率，以及毒性，现在企业都非常的关心，在未来会越来越多的关注，尤其是当新体系电池应用的时候，无论是对热还是机械也好，它的评价是全层级的，全生命周期的，所以我们一个方面都写了全生命周期的安全，全生命周期的安全很重要。

最后简单提一下固态，传统液态电池的热失控温度点，稳定性是比较低，所以当用了固态以后，认为固态电池就象征着安全，原因是热稳定性增加了，从这个角度来说安全性相对会比较好，所以在做200度热箱，针刺我们做过一些半固态的，明显看到是有改善的，但是这种只是说安全系数增加了，不代表绝对安全，安全的边界依然存在，还要考虑一个点就是固态电池的初衷是什么，是希望把高镍、锂金属这些高能量密度的材料用到电池里，而高能量密度材料意味着高的能量释放效率，当突破这个边界以后，安全风险或者说造成的结果是我们需要克服的另外的课题。这就是一款用锂金属做负极的电池，我们做针刺的时候，大家可以看到明显的这个结果。

所以在这个过程中，锂金属瞬间的温升，大的能量释放效率，可以很快地看到达到1000度左右，这些都需要攻克的问题，而且除了这个之外，还有它的循环特性等等这些都需要有很多的技术协同创新，一步一步地去解决。

所以最后做一个总结，无论是从材料创新或者结构创新也好，我们可能都是一个系统的工程，尤其是对于这个电池固态化的过程中，除了刚才说的安全问题，我们新的安全课题要解决之外，还存在力学问题，因为界面变化了，大家看到当这个电极是泡到电解液里面，液态电解质的时候，它是变成固态电池以后，是点面的接触，点面接触的平衡破坏之后，性能的衰减是瞬间的崩塌式的，所以对力学的控制就变成一个新的课题，当这种材料体系和电池出现的时候，有可能它的管理难题从热管理难题就会变成力管理难题，这是我们需要克服的系统工程，需要一步步科技创新才能实现。

今天时间关系，跟大家简单分享到这，希望以后有机会跟大家多多交流，谢谢！