第三個方面，是熱失控的誘因和電池管理。第一個誘因就是內(nèi)短路，對在用電池和事故電池的分析發(fā)現(xiàn)，電池制造時均勻的極片在使用一段時間之后會產(chǎn)生折疊區(qū)域的破裂，容易發(fā)生局部的析鋰，從而導(dǎo)致熱失控。另外就是制造過程中的雜質(zhì)也會引起內(nèi)部的短路，我們把這個叫電池的癌癥，因為不知道它什么時候誘發(fā)熱失控，有時候往往會經(jīng)歷很長時間之后產(chǎn)生內(nèi)短路。為此我們發(fā)明了電池內(nèi)短路的一個替代實驗方法，通過在一個特定電池里面植入記憶合金實現(xiàn)預(yù)期的內(nèi)短路。我們研究之后把內(nèi)短路分成了四類，其中鋁集流體和負(fù)極相連是最危險的內(nèi)短路。也是必須要提前預(yù)警的，為此我們做了一系列的研究，并獲得了內(nèi)短路的三階段演變過程。第一階段，只有電壓的下調(diào)，沒有溫度的上升；第二階段才有溫度的上升，第三階段才發(fā)生急劇的溫度上升現(xiàn)象，也就是熱失控。根據(jù)這個演變過程，我們爭取在前兩個階段把內(nèi)短路判別出來，就可以提前15分鐘將可能引發(fā)熱失控的內(nèi)短路預(yù)警出來，這一技術(shù)已經(jīng)與寧德時代進行了合作。

 

第二個方面就是充電，我們通過測試分析搞清了過充熱失控機理，在此基礎(chǔ)上，通過熱電耦合模型來預(yù)測電池過充熱失控的表現(xiàn)。過充事故一般是微過充，比如電池的不一致性導(dǎo)致的，因為不一致，充電過程中有的地方已經(jīng)充滿了，有的地方還沒有充滿，就會導(dǎo)致有一些充滿的電池微過充，接著就會在負(fù)極材料上析鋰，產(chǎn)生鋰枝晶，就是所謂的析鋰，導(dǎo)致安全性變差，導(dǎo)致短路。

 

為了解決這一問題，我們開發(fā)了基于參比電極的無析鋰快充技術(shù)，把負(fù)極的電位控制在零以上（零以下會析鋰），這需要增加一個電極，即三電極。在三電極基礎(chǔ)上，可以基于模型進行反饋和觀察，這就是我們的無析鋰快充技術(shù)，這種技術(shù)應(yīng)用之后就沒有析鋰發(fā)生，而且充電速度加快。

 

第三個原因是老化。電池老化后的不一致性會擴大，這就是電池循環(huán)次數(shù)的增加不一致性會變得越來越大的原因，而隨著容量一致性變差，電池管理的精確性也就很差。另外，低溫環(huán)境下的老化會嚴(yán)重影響電池的熱穩(wěn)定性，發(fā)生熱失控的自生熱溫度會降低，這就更容易導(dǎo)致熱失控。

 

通過對這些問題的分析，我們發(fā)現(xiàn)保障電池系統(tǒng)安全性的核心是研發(fā)先進的電池管理系統(tǒng)。目前，在電池管理系統(tǒng)方面，國內(nèi)的產(chǎn)品的功能不足、精度不夠，尤其是安全功能是不全，因此需要加大電池管理系統(tǒng)的研發(fā)力度。清華在電池管理系統(tǒng)的積淀比較豐富，已經(jīng)獲得65項專利授權(quán)，這些專利在國內(nèi)外著名公司合作中得到了應(yīng)用，其中部分專利也授權(quán)給了奔馳汽車公司。

 

那么我們?nèi)绾螐氐捉鉀Q電池安全性問題？近期可以通過一些技術(shù)來保障安全性，但是長遠(yuǎn)看，要保障電池的絕對安全就需要前瞻性的科學(xué)研究。鋰離子動力電池高比能是全世界范圍的發(fā)展方向和趨勢，我們不能因為有安全問題就不發(fā)展高比能量電池，關(guān)鍵是把握高比能量與安全性之間的平衡點。比如高鎳三元鋰離子動力電池的本征安全問題，其機理是正極會釋放氧，我們可以通過界面的修飾來延緩正極釋氧，提高穩(wěn)定性；再一個就是開發(fā)下一代的固態(tài)電解質(zhì)，從根本上解決電解液燃燒的問題。

 

基于各國動力電池技術(shù)路線的比較，短期是液態(tài)電解液的鋰離子電池，下一步將會向固態(tài)電池方向發(fā)展。綜合考慮電池成本和動力電池的發(fā)展方向，我們建議我國也應(yīng)該走類似的路徑，即短期是液態(tài)電解質(zhì)，發(fā)展高鎳三元正極和硅炭負(fù)極，通過電池管理系統(tǒng)和熱蔓延的抑制來防止安全事故發(fā)生，這類電池能夠滿足電動汽車500公里續(xù)駛里程的要求。中長期，從液態(tài)電解質(zhì)逐步過渡到全固態(tài)電池，估計在2030年全固態(tài)電池將會得到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

 

總之，我們要力爭解決動力電池本征安全問題，保障新能源汽車行業(yè)的健康發(fā)展。對我的報告的總結(jié)，可以歸納為：

 

我們要正確看待近期新能源汽車起火的事件，其主要原因是產(chǎn)品質(zhì)量問題，沒有遵守技術(shù)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)驗證周期的偏短等等。

 

在政策方面的建議包括：

 

第一，原有的產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)（2020年單體達到350瓦時/公斤，系統(tǒng)260瓦時/公斤，循環(huán)壽命2000次）是偏高的，從安全角度考慮，我認(rèn)為不宜強行推行。

 

第二，補貼政策要符合技術(shù)發(fā)展的規(guī)律，對能量密度的提升不宜過快、不宜更改過頻，這是我對財政部的建議。

 

第三，盡快推出電動汽車安全年檢規(guī)范。同時，為了更好處理和分析電動汽車事故，最好有電動汽車黑匣子，同時電池包要留有消防安全的接口，目前的電池包封的很死，導(dǎo)致消防滅火的時候困難重重，這些是對公安部的建議。

 

最后，我覺得電池安全是電池技術(shù)革命性突破的第一重點，也是純電動汽車性能提升的第一關(guān)鍵，電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展越后期電池安全就越變成一個瓶頸技術(shù)，比如十分鐘充300公里以上的電的快充技術(shù)，會對電池安全帶來挑戰(zhàn)，電壓從300V提高到600V甚至800V，這些都與安全相關(guān)，也是今后純電動汽車競爭的主戰(zhàn)場。可以說安全是電動汽車可持續(xù)發(fā)展的生命線，動力電池國家科技研發(fā)，要以安全為核心，全面提升現(xiàn)有鋰離子動力電池系統(tǒng)安全技術(shù)，全力突破新型固態(tài)電池技術(shù)。