毛焕宇:比克总经理谈“动力电池对锂离子电池的新挑战”

2024年3月8日发(作者：沃尔沃s90l)

动力电池对锂离子电池的新挑战

比可国际（天津）有限公司的总经理毛焕宇

腾讯科技讯 5月23日消息，第四届华南锂电（国际）高层技术论坛今日在深圳会展中心开幕。本次大会以“动力2009——动力电池、3G高容电池、上网本电池”为主题，来自全国锂电行业的数百名专家、企业高层出席了本次论坛，并就锂电行业如何应对金融危机，发掘新市场、新机会、把握行业热点及发展趋势展开讨论。

以下为比克国际（天津）有限公司的总经理毛焕宇演讲的文字实录：

主持人：下一位报告人是毛焕宇博士，他1999年被国务院授予外国专家在中国的最高荣誉奖“友谊奖”，2001年获中华人民共和国国际科学技术合作奖，04年10月任深圳市比克电池有限公司副总裁，负责电池自动生产线的建设，并带来了一系列的先进管理理念，为公司量产及首次赴美成功融资作出了巨大的贡献，2009年1月任比克国际（天津）有限公司的总经理，毛博士今天的演讲题目是《动力电池对锂离子电池的新挑战》。

毛焕宇：今天我要讲的是锂离子电池在动力车用方面的挑战，这是一个全新的领域，我们以前的锂离子电池不管是日本的也好韩国的也好、还是中国的也好，都是在电子器件上面的使用，比如像手机、笔记本电脑方面，现在我们要从单个电池的手机使用到几个电池的使用，几个电池使用是笔记本电脑的使用，几十个电池使用是电动自动车的使用，到几百个电池使用是电动汽车的使用，这里面有很大的挑战。今天我大致把我能理解的一些挑战跟大家分享一下。

首先EV跟HEV在全国有巨大的市场潜力，我们国务院已经通过的《十城千辆》的计划，现在十城不够了，要扩展到十四个城市了，每个城市都争相要上电动车，这个需求是巨大的。

挑战有哪一些呢？我认为有三个主要的挑战，一个是设计跟它的安全，以及包括它的热方面的处理。第二个是一致性的问题，这可能是我们一个最大的平静问题。第三个是制造的成熟度，我们能不能大量地在很低的成本下制造出来，这始终是没有任何人能够回答这个问题，直到今天此时此刻为止也没有。

我们来探讨一下有些什么方面。首先在安全方面前面已经说了很多了，这里我就我们做的ARC实验来证明，这是磷酸铁锂的ARC曲线，这是26650电池做的ARC，总的来看磷酸铁锂最高温度大约到200度而已，然后它就不再放热了，而且放热也比较和缓，所以我认为在今后的车用锂离子电池里面，磷酸铁锂应该是一个很好的选择。

在电池的形状上有些人说是要圆的，有些是方的，有些人说是聚合物，我把聚合物并到方的一起来看。我这里有一个比较，同样体积的两块电池都是113CC的体积，我们从热的面积来看看哪一个比较有优势。我们可以看到这一个方形的它的表面积是175平方厘米，而圆柱形同样体积的表面积是138平方厘米。从这里我们可以看到，方形应该比较有优势，散热比较好，而且厚度可以做得更薄散热会更加好。是不是圆柱就没有优势了呢？

我们再来看一看，这个（PPT）实际上是丰田普锐斯里面的电池安排，它的散热的途径是这样的，如果我们把它做成圆柱形的话，这个散热的途径就比较大，所以比克公司决定怎么做呢？当然我们是自己的选择仅供参考。我们在10安时以下用圆柱，因为圆柱有生产一致性比较好、比较容易生产的优势，主要是一致性。大于10安时的我们还是用方形或者是聚合物。

我们在制作圆柱或者是卷绕式方形的时候我们优化了极耳的数量，我们发现极耳的数量并不是越多越好，到一定的程度，这曲线纵坐标是电阻内阻，横坐标是极耳的个数。当我们看到极耳的个数从一个变到两个时候有巨大的影响，两个到三个、四个到五个以后没有什么巨大影响了，这是我们用计算机模拟和检测得来的结果，我们的极耳到一定的程度就不需要那么多了，这样也可以节省成本了。还有车用电池跟手机笔记本最大的差别是要散热，刚才我说了圆和方的散热问题，为什么这个散热跟汽车散热有什么不一样？这是一个汽车的引擎图，这是汽油的引擎，进水35度，出水55度，这种做法已经延续了一百多年了，一点问题都没有。但是在电池里面我们也这么做就会出问题，如果那一面是35度，我们还是35度进来，这个地方比较凉块，出去55度这个地方比较热，时间一长热的那一部分的电池寿命会大大缩短，两块的电池寿命还是很长，整个寿命就会下降了，这种散热方式在电池里面是不允许的。我们希望有一个平行的散热，进来35度，出去也大概是35度左右，这个当然是不可能，现在我们的客户要求我们最多不能超过3度，整个电池块做大了温差不能超过3度，这也是一个很大的挑战。

下面的挑战是什么呢？这是美国国家新能源实验室做的一个比较，比较铅酸、镍氢跟锂离子电池在PHEV上的使用，这些绿色的都是比这些要好的，这个红的就是它的低温性能锂离子电池不如那两个好，但是这个已经不是事实，A123做的电池的低温性能非常好，这个可以解决。唯独不太好解决的一个是电池的一致性，一个是生产的成熟度，这两个问题是确确实实存在也不好解决。成熟度是产品的一致性，这个生产越是成熟的话一致性就越好。成本涉及到一个什么问题呢？涉及到一个非常严重的问题，我觉得成本买材料不是问题，我们人工也不是问题，设备也不是问题，最恼火的就是成品率上不去是一个大问题，成品率上不去百分之几十地扔掉了，其他的成本都是很少的一部分。

我们来讨论一下这个一致性的问题，如果我们有两个电池把它串联起来，它原始的条件是同样的容量、同样的电压和不同的置换电速率，置换电的速度不一样，什么都一样，我们要怎么知道呢？要放很长的时间才知道，放到一定的时间再去做那个置换电的速率还是查不到，这是一个最难做的东西，很难彻底解决掉。开始放的时候放到3V，充到4.2V，假设是一个三元体系。有一个A电池置换电速率跟另外一个有一点不一样，相当于这个电池内部有一个小电阻在放电，虽然这个电很小，但是它是一天24小时、一周7天时时刻刻都在放，时间长了以后就使这两个电池的容量不一样了，就有可能不一样了，一个多一些一个少一些。我们再继续地充电放电，这个没有放完，那个过放了。充的时候那个没有充满，这个已经过充了。所以说，像这种情况就是一个置换电速率真正影响整个电池，时间长了一个电池会坏掉，一个没事，这会引起不一致，哪怕是初始条件一致，到那时候就不一致了。我们电池放在车上用一开口就是用十年、十五年，这个要求是非常非常高的。

这是一个挑战，我们要怎么做呢？质量控制，我们要控制得非常好，第二是通过一些电路的方式来解决，这个电路是它不够的时候我加一点进去，多的放掉一点，这个可以解决。如果我们说是并联起来会怎么样呢？假设把它并联起来，我们做了一个实验，这是我们的实验数据，两个电池一个A一个B，检测这两个电池的电流，这是一个负载，同样的是一样的容量和一样的电压，就是I1内阻有一点压力，我们这看看这两个电池并联完了以后会出现什么问题，这是我们实验室的实验数据，非常有意思的是这个内阻稍微低一点的并联出来就放电，那一组低一点的一开始电压就比较大，I1在这里，这个内阻高一点的开始电压就小，保持电压始终是一致的，因为它是并联，所以电压始终是一样的，走着就变了，原来电流大的变小了，原来电流小的变大了，最后的结果是把全部放光了。结果是什么呢？对于我们电池的寿命影响来说，这一个电池它的温度升到了78多度，下面这个电池才70度，这一个循环就差了8度，这是我们实验室的数据。长此以往的话，上面的那个肯定时间不长就要坏掉了，不要说10年、15年，可能1、2年就开始坏掉了。这个情况我们认为没有什么电路能够来解决，没有平衡电路能够帮助到的，所以这是一个很大的问题。

有人会说了“我们把电池做大一点，也不并联，那不挺好吗？”我们来看看做大了会有什么问题。这是叠片是电池为例，这个红色的是正极，蓝色的是负极，从这个端面来看它是这样的，我再把它扩大一点来看，加一些细节在里面，我们可以发现这个东西也不是那么一致的，你看这是一个电池C1，是这个的负极面对这面的正极，C2是这边的正极面对那边的负极，他中间没有连接，中间是背靠背，所以没有电阻。但是这边有一个连接线，

这个连接线有电阻，我们不要小看了这个连接线的电阻，以为没有电阻，手机是没有问题的，笔记本电脑可能也没有问题，到了HEV、EV的话，如果那个电阻到了几十个微欧，毫欧都会有问题。总的电路是这样的情况（见图），把整个东西拿掉整个的等效电路就是这样的电路，这就是等效电路。然后它有两个基本的等效电路，一个是这样的（见图），一个是这个样子的。这里每个电阻我都标了一下R1—R4，然后是C1—C4，都是这样重复下去连续的，实际上这就是在电池内部的并联，这个并联的效果跟我们前面的几乎是一模一样的。会有什么问题呢？如果R1不等于R2也不等于R3也不等于R4，我刚才说的现象就会发生，在一个电池里面有一些片的温度高，有一些片的温度低，十年以后你来看这会出现什么问题。

N/P的比例的问题，这个N/P的比例是负极对正极的配比，容量不一致没有关系，并联不怕容量不一致，怕什么呢？怕N/P比不一样，如果我们想象一个阶段的情形，假设有一面正极比负极多，以充放电的时候你的电压都是一模一样的，最后一充完了以后，假设这个正极比这个负极多，这边的正极比这边的少，这两边充到同样的电压一边会析锂，一边不会析锂，如果析锂长此以往就很严重了。这种情况经常会发生，我们经常会发现两边的锂不一样，这不是危言耸听。

最后的结论是什么呢？哪怕你要做大电池也得要有很好的一致性，否则的话你这个小电池所有的并联的问题在那里面还是会发生，而且会扔很大一个，过去小电池扔一两个我修一修还能够用。这是并联状况下有问题。

下面我说一下一致性方面的问题，涂布机，涂布机会有什么问题呢？我们做普通的电池，一个比较典型的数据突破50mg/平方厘米，突破基数是征服1毫米，国产比这个水平高多了总体是2%的差异。因为这个涂布机不管是高还是薄正负极不变的，涂布以后分布曲线是一个很好的曲线，这个曲线是集中在这个位置，同样的还是这个涂布机，做动力电池的时候厚度要大大降低，我涂薄一点涂到20%，但是这个一点都不少，很自然的这个变数到了5%了，你做一个电池如果有5%的差异还搞什么？5%的差异是什么意思呢？这个差异是不得了的。

下面我谈一下成品率的问题，如果我有一堆正极粉末在这里，中间有一颗会造成内部的短路，如果拿这个来做100个电池，这个粉会落到一个电池里面去，这个成品率是99%，如果用这堆粉做10个电池，他也要落到1个电池里面，他就是90%的成品率了，一下子降了10%。如果做一个电池的话，那就没有办法了只有打包丢掉了。这个是关于粉的杂质的要求是非常非常高。

隔膜经常有这种问题，它经常有一点点问题，它过不了那个Hi—Pot，一打就穿了，如果我这个地方形成这样的一个Hi—Pot，一样的道理，我做100个损失10个，这样损失太大了，我就别干了。我们这里面经常发现一些短路在边缘，这有一个边缘缺陷，这个边缘缺陷很难避免，我发现这个东西总是有问题，假设我这一堆极片里面有一个这样的边缘缺陷，我做1个是这样，做10个也这样，我做1个大的也是白干了。

有一种导电的粉末，不知道哪来的，经常有那种导电的粉末，我真的不知道它哪来的，就把电池搞短路了，有时候一颗几十个里面有一个，这种导电的粉末造成一个什么呢？就是用电压去冲击一下这个就打穿了。这个发生的效果是一模一样的，这一颗粉末也不是很多，如果是很多还有一点办法，产生的效果就是同样的效果，另外还有一个内部链接的时候发生短路，比如说我做小电池从外面一个个链起来，我用镍片、点焊把它焊起来，很容易焊也很容易做。但是做大了以后，你的接口就多了，这个多了以后把这些全部转移到电池内部去了，没有放到外面，外面当然好弄，里面很难弄了。这是我们一个透视图，这里面有很多的极耳的链接，有一家做这个东西，客户投诉第一名的就是链接片内部短路甚至是发热，甚至是发生安全的问题。所以你做大了就会出现这样的情况。

林林总总这些东西加起来以后，我们发现这个东西从小做大不是那么简单，这个成品率的损失与尺寸我们有大量的数据证明它是一个平方跟立方的关系，这个怎么来？后来我们做了一些计算，这些东西我们做了一个好电池的成本，这样相加有一个数量的关系，我把它总结起来，一个好的电池它的成本跟最后的容量Y×C这两项同样的直接关系，如果Y×C成本很低成本很低了，就是1就行了。