2018年6月27日，由青海省人民政府、工業和信息化部、科學技術部、中國電動汽車百人會主辦的“2018中國(青海)鋰產業與動力電池國際高峰論壇”在青海省西寧市召開。
本次會議由一個高峰論壇和三個主題峰會組成，在關於“促進動力電池安全的前言技術與保障體系”主題峰會上，主要研討了動力電池安全體系評估;提高電池系統整體設計的合理性;同意規劃整個電池系統的安全防護;電池產品認證和檢測;大數據推動電池智能化管理，提升安全保障;新體系動力電池研發現狀及安全挑戰;產業政策對電池安全的保障。
Envate副總裁George Chen發表主題演講，內容實錄如下：
謝謝大家。既然今天第三峰會的主題是促進動力電池安全的發展，所以我就想從這個方面來引出，剛才王芳老師講過，有四種不同的角度、不同層面來改善提高安全，第一個是從材料層面做起，我們今天就從化學材料方面來闡述一下我們做了些什麼技術創新。我這裡所指的所謂化學材料就是以硅作為主導的負極。我順便糾正一下，今天可能有人說負極要麼是石墨碳，要麼是硅碳，其實是錯的，以業界的習慣來說，百分比多的那個元素一定要放在前面，既然要說也只能說碳硅，不能說硅碳。因為今天的做法是在石墨碳裡面加少量的硅作為添加劑，硅的成分不會超過10%。我們是用完全不一樣的做法，我們的負極幾乎是純硅的。一會兒簡單介紹一下我們是怎麼做成的。由於做成以硅為主導的負極有兩個方面的優勢，一是從而從根本基礎上解決了最關鍵的安全隱患-析鋰，我們的硅負極不會產生析鋰，從而不會造成鋰枝晶，這是直接對安全的貢獻。第二是間接對安全的貢獻，有了這個硅負極帶來很多優勢，包括增加能量密度同時可以超快速充電，這樣給所有的同仁，包括做電芯的和做電動車的廠商，提供了一個全新的設計概念，設計電池和電車的時候可以有更全面的綜合考量，把加強安全因素提高到更高的層面來。
這麼多年來有很多因素和壁壘造成大家不願意買電動車。林林總總，側重先後不一。但據我所知，自從今年1月份百人會開過大會以後，所有我參加過的的國際會議，基本上都歸納成這樣一個次序(里程焦慮和充電不便時間太長，價格下不來，性能有侷限)。非常巧的是，這個順序和跟今天早上百人會張老師講得一模一樣，第一就是擔心裡程不足和充電問題，第二，還是有價格差的，這個價格差不單單是因為電池，因為電池的侷限性，大家拼命一味搭配越來越大的電池，所以電動車價格下不來，缺乏選擇性。最後是在低溫的氣候情況下目前的電動車的性能有很大的侷限性。安全放在第五位是普通消費者想的，因為畢竟電車目前普及很少。但是業界的同仁實際上應該將安全性的提升和保障放在很前面。我記得歐陽老師今年講了一句話：“安全應該是在能量密度之上考量的一件事情”。以這個作為一個引子。我們公司的願望和信念就是我們的技術可以把這幾個主要壁壘全部清除掉，非常坦白講，如果把阻礙清楚掉大家就會買車子。
我們是在美國開了多年的一家公司，主要技術創新是硅負極，包括做硅負極配合的最佳電解液、以及整個電芯的研發公司。我覺得我們這個技術如果做出來之後，有一個關鍵點來消除剛才講過主要的壁壘。這就是我們可以做到快速充電4C、6C、8C，只要電網承受得了，同時我不會犧牲能量密度，這是非常關鍵的。今天這兩件事情一定要同時講，不能分開講。高速快充和高能量密度一定要同時講才有意義，單講是沒有意義的。第二，通過有了這個快速充，我們可以使廠商製造比較小的電池低成本電動車，第三有絕佳低溫運行，第四可以提高電池安全性能，技術的內在優勢防止析鋰。我們還是一個小型公司，大概有8-10年時間，我們非常自豪的是，鋰電池技術的先驅Dr. Goodenough在我們公司技術委員會里面，也是他接受作為技術委員會成員的唯一的一家公司，對我們的創新技術前景非常認可。
現在來看看到底有什麼重要的技術指標可以支持我們講這些話。首先大家都知道硅有做為負極的非常好的特性，但是目前硅做不成負極的困難也是人人都知道。今天如果我們把硅負極做成了這個事情就先走出了一大步。首先我不是用納米級的，我是用微米級的，所以在成本上有控制，而且是一個非常普通的不貴的材料。第二，最為關鍵的，我不是將硅塗到銅片上去的，所以我不用黏結劑，多數的龜裂都是膨脹係數不一樣破裂了，所以充電幾次後負極就壞掉了。第三，我們想了一個辦法，把所有微米級的材料做成單體化的一體膜，你膨脹你的我順其利導，只要控制膨脹的範圍就不會碎掉，這是關鍵。既然這樣做成了，大家來看一下技術指標怎麼樣。其實大家都很知道，對於硅來講可以做到3000mAh/g比容量，對比石墨大概有將近10倍，這個大家都知道，可是我在設計的時候，我記得剛才哪位老師講過，負極有1000就夠了，我們在電芯設計時只用了1200到1500mA/g而已，我有這麼大的比容量，設計的時候只用了一半。再一個，我在今天只用了一半和不到一半的情況下我已經可以達到800Wh/L或者300Wh/Kg，已經可以做到了，後面還有很多提升的空間，我今天不做提升有很多的原因，後面可以講，安全是最重要的。同時在沒有做任何預鋰的情況下，我們首次庫侖效率在電極上可以做到93%，，全電芯做到90%，還有高材料密度、低比表面，都是跟硅為主導的負極材料帶來的，最關鍵的是我這樣做下來以後，今天做石墨負極電芯的生產線可以照常使用，當做成了電極以後根本不知道我這個是硅的，前面有一部分需要有一些更新，大概估計85-90%可以照用，10-15%需要更新，更新的所有儀器和機器不需要現發明，市場上都買得到。
首先談談從安全隱患的內部因素的改進著手從而提高安全性。主要的安全隱患都是以負極析鋰產生的。主要因素三種，第一，為了追求極限，正負極冗餘度設計不夠，今天是多少我不知道，做得非常非常接近。第二，鋰離子不能跑的太慢，低溫的時候就會跑得很慢。第三，這鋰離子也不能跑得太快，比如大電流充電時，都會在負極的表面造成析鋰。最後就會造成鋰枝晶，這個東西就會穿透今天的透隔膜，導致正負極短路，造成起火等一系列的嚴重的事情發生。既然是這樣，我們就從這裡著手，我們先解決它，我們把負極析鋰的根源解決掉。
今天的石墨和以石墨為主材的負極都是一樣的，都不能避免會有析鋰，有了析鋰之後就會長鋰枝晶，長鋰枝晶之後就會爆炸，這個是沒有辦法的事情，但是如果今天的負極做成以硅為主的負極以後，就不會析鋰。主要原因是，硅電位會比較高，不但是比析鋰的電位高，也比石墨的要高很多，因為負極裡面沒有石墨，所以在在充電的過程中不需要跑到低電壓就已經充完了，所以根本不可能碰到析鋰的電壓。第二，硅的特性就是鋰離子的進入硅會比進入石墨快很多很多。所以由於這兩個有本身的固有的安全性優勢，就會把最大的安全隱患析鋰去掉。如果今天我們做到這一關鍵點，下面你會看到會產生很多很多優勢，包括安全的優勢，包括性能上的優勢。我可以舉幾個例子，第一個，剛才我們說過了，如果在低溫的情況下我解決了這個析鋰的問題，就不會產生鋰支晶刺透隔膜的問題。另外，今天的技術侷限電動車只建議在較窄的一個溫度區間運營，如果把這個事情解決了，雖然在高溫方面沒有改進，但是低溫的運營空間一下改進擴展了很多，現在可以做到-40度。這是一個巨大的好處。再舉一個例子是高速充電，我們的感覺是高速充電一定是大家買車的動力源泉，一定要解決，在高速充電今天的技術裡面，最大的問題就是會實現析鋰，把這個解決了，高速充電加上高能量密度就會變成現實。再舉一個例子，這個事情大家可能沒有想到，在電車裡面有這個再生制動技術，在剎車的時候不只是剎車片，還會利用電機反轉來將動能轉為電能反向給電池充電。但是如果在寒冷氣候條件下再生制動是很危險的事情，電池在寒冷的情況下是非常非常容易析鋰的，所以目前的情況下是不建議做的。但是今天我們解決了這個問題，這件好事情在今後的設計之中就可以考慮進去了。再舉一個例子，剛才王老師講過，過充保護，你可以說有BMS，這個沒有錯，但是過充畢竟在最最基本電芯的環節上還是要有更加冗餘的保護。
這個月初在清華大學也是百人會舉辦的一場座談會里面，有一位業界的老師做總結的時候說了這麼一句話，我想給大家分享一下，他說電動汽車要想市場化必須減少電池用量，降低車價，而不是片面追求長里程、多裝電池;也不是拼命提高電池比能量、增加危險性。所以我們覺得如果要想解決這個問題，關鍵就是一定要能夠做到要在非常高能量密度的情況下同時還可以做極速快充，如果我們能夠做到這樣的話，他講的問題我們是可以避免的。舉一個例子，如果今天我們充電就如同加油一樣快速便捷，我就不一定非要買大電池車，車廠就有靈活性，做各種里程車子適合各種不同情況需求的人來購買。為什麼汽油車裡面有Mini cooper沒有問題?為什麼電動車要做大的?如果把這個問題解決了就可以做適用於各種人和家庭。不一定是有兩輛車、三輛車的人才會買電動車。一定要顧及到第一次買車和只有一輛車的的人和家庭，這個時候才可以把電動汽車做到接近於汽油車一樣對里程沒有顧慮。在今天充電設施的基礎上，包括你的家裡、你的停車場、工作場合、旅店，再加上高速充電，在街角型的，在中國也是一樣，加油都在街角，充電就不行，所以我們想把加油站變成加電車在街角上或者高速路邊上，這樣的話大家才不會有里程焦慮，這是我們的一個想法。這樣做以後剛才那位老師提出的問題就解決了，可以緩解里程焦慮，即使小電池的車也沒有里程焦慮，我多加一次電就像多加一次油是一樣的道理。如果我可以這樣做了，電池設計的時候，就可以同時對安全和能量密度做一個權衡，我就不必一味再單一極端追求能量密度，導致大幅增加危險性。這是中國的一位高級工程師跟我講，他說在每增加10%的能量密度下，安全程度下降是呈十倍以上的，如果今天有一個車子是400公里的車子，我不想買，因為我害怕不夠，如果說今天440公里了，我還是不買，但是安全上10倍降低，你想一想，有了這個技術以後，在安全上是反過來是更好的，這就是為什麼我提出來直接對安全有好處，在設計理念上也會帶來新的思路，在大家設計車和實際電芯的情況下，而不是一味地單純追求大電池或者高能量密度。我記得是葉老師說了一句話，說你回國這麼長時間看到大家都追求高密度你嚇死了，真是這麼一回事，你想一想，今天大電池在出事的時候，它造成的惡劣影響一定比小電池的多，你何必在所有的人，在路上的人每天只用電池容量的20%，但每天都要背一個大電池跑?這個不合理的。
說了半天，大概介紹一下做到什麼地步。第一張圖是指今天我可以做到跟常規的石墨相比可以做到長電流的時間幾乎在75%，確實可以做到在前面這段時間之內，在先行階段之中已經把電池，不一定非得充滿，但是可以充到80%，不像手機電池，電車電池很少用光的，基本上40%就已經開始找充電站了，多數的情況下充的都是在上面那一段，而不是下面這一段，跟手機不一樣。第二，不管充電是0.5C，是1C、2C、4C，我的循環是一樣的，我改進了1C就會改進4C，不存在要講高速充電我的循環會受到影響，在右邊這張圖是非常重要的一個以硅為主的負極的特性。我今天還是在不斷地改進這個循環，但是我在做的過程之中，我不一定要犧牲我的高速充電能力，因為它是一樣的。
舉一個很簡單的例子作為結束，豎軸是每充五分電跑多少，這個軸電池尺寸大小，我挑了三個常用的或者有比較典型範例的。第一個是30千瓦時的電池，在普通情況下充五分鐘可能跑幾公里，第二個60的是一樣的，5分鐘跑十幾二十公里，如果用這種技術做出來，可以超過200公里，比較極致的是100的比較大號的電池，可以跑300-400公里，在這種情況下就好比右邊的圖看到的，好多好多好處一下子都產生了。
這是我們做的認證標準，我就不說了，大家都知道。在中國有一位比較有權威的老師，他說你這個聽著真好，你讓我試一試，我需要一天半就知道你是不是吹牛。我1月份參加百人會以前來了，我就給了他，他用兩天做了兩個實驗，一個是上面是不同的速率充電，最後看看保持性如何，他說做幾個循環就會知道了。第二個他說要做中國特有的熱箱實驗，做到標準要求的135度就停止，過程中說135度沒問題我繼續往上是不是OK?我說OK，我沒做過，我不知道會發生什麼事情，後來做到175度都沒有著火，只是表面有點煳。760毫安時的全電池，不是鈕釦電池，這是一個極好的開端，證明這個事情是有潛力可以做到的。
總結：最重要的這個技術可以防止鋰析出，從而防止鋰枝晶，下面一個是對俞老師的固態電解液有點意思，如果這個事情做成了，今天我們已經跟大的電芯廠商、大的整車廠商開始合作了，如果這件事情做成了，我預測，第一會大大推遲對所謂的全固態電池的需求，因為這個已經解決了很多問題。第二，我完全負極可以不一定用鋰金屬，我完全負極可以用硅負極搭上您的固態電解液，什麼好處?就是我今天所有的好處，高速充電都不會流失，如果是用您的技術加上鋰的話，所有的高速充電都沒有了，所以這可能是一個潛在的優勢，這可能會大幅提前固態電池的應用。今天早上聽寧德時代的老師說，今天全世界，包括中國也是這樣生產過剩，再過五年以後很可怕，大家把車生產過剩是一件很可怕的事情，大家為什麼買車?你不把它解決掉了沒有用的。我們感覺做了這件事情以後，第一解決了大家不願意買車的壁壘，同時，它固有的帶來的安全上的優勢又幫助我們進一步提高了安全上的好處，一箭雙鵰，作為結語，謝謝。
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