国联研究院马小利：新产品开发方向给检测技术带来的思考

由中国科学技术协会、北京市人民政府、海南省人民政府、科学技术部、工业和信息化部、生态环境部、住房和城乡建设部、交通运输部、国家市场监督管理总局、国家能源局联合主办的第四届世界新能源汽车大会（WNEVC 2022）于8月26-28日在北京、海南两地以线上、线下相结合的方式召开。

在8月28日下午举办的技术研讨：“动力电池关键技术创新”上，国联汽车动力电池研究院有限责任公司副总经理马小利发表精彩演讲。

以下内容为现场演讲实录：

尊敬的董会长，各位专家、领导，媒体朋友们，大家下午好。我今天代表国联研究院从新产品开发方向给检测技术带来思考的这个角度给大家分享一些观点。

报告分为三个部分。首先新能源汽车渗透率的提高还是非常快的，2021年全年渗透率达到13.4%，今年上半年已经20%以上了，我们判断在2025年的时候，全国的平均水平就有可能要追上现在深圳渗透率的水平，甚至有可能要超过50%渗透率的情况。因为新能源汽车快速的发展，电池增量是非常快的，我们国内电池总量占到了全球总量的一半以上。但是我也在多次的会上提到过，我们现在还是要加大出口，加大在全球市场的占比，这对于未来提升国际化竞争非常重要。

首先，我们说下电池的发展方向。第一个是大电芯技术，是目前动力电池产业关注的重要技术方向，例如，长刀电池，大圆柱电池等，通过增加电芯尺寸、增大电芯容量、优化电芯封装方式、减少电芯附属部件等，减少了电芯外壳以及外部安装结构，并在成组时实现超长尺寸电芯的紧密排列，提高空间利用率，有利于降低电池系统的综合成本、提升电池系统的比能量，延长电动汽车的续航里程。

第二个从电芯材料体系上来讲，不管是发展什么材料，无钴材料也好，铁锂的材料也好，还有黄老师讲的镍锰酸锂的材料也好，保障性能的同时，更追求降低材料的成本。因此我认为电芯材料体系未来一定是低成本化的体系，谁对资源依赖低，谁的成本低，谁的供应链保障强度大，这个材料发展的可持续性就越高。大家看三元是蓝色的柱子，铁锂是绿色的柱子，这是2020年，明显看到铁锂材料体系份额在逐渐增加，刚才杨总讲了观点，他认为铁锂和三元的比例要超过7比3，这个观点我非常赞同，而且我认为有可能要超过7成的比例。事实上铁锂的上涨趋势是非常明显的，而且从有色行业的交流情况来看，包括现在上游材料产业链布局的情况，未来3年的碳酸锂，包括氢氧化铝的价格是非常难以回归到每吨10万以下的水平，甚至到25-30万每吨的水平。基于此，我们对低成本材料的追求动力是非常强的，这是第二个发展方向。

第三是电池集成方式。从早期的电芯到模组发展到了电芯到Pack，然后到电芯到底盘，就是底盘一体化集成技术，提升电芯在车内空间的集成度，加大集成效率，保证更长的续航里程。

第四个大的发展方向，我认为安全是产业持续追求的。通过这些年研发经历来看，我们创新中心一直走的是高比能开发路线，可以用战战兢兢、如履薄冰来形容。从体系开发到产品的验证，到后期检测的实验数据结果来看，高镍体系的发展还是有挑战性的，尤其在安全这块。但是从整车的角度出发，对能量密度的追求，对续航里程的追求，未来基于低钴化成本追求，高镍的方向仍然是全行业极力追求的方向，安全也是非常重要的焦点，甚至于说是哪个企业能解决了安全这张牌，可能拿到非常有利的一个条件，这是我认为的第四个观点。

第五个观点，我认为固态电池是一个发展方向。固态电池大家做了很多的尝试，从安全的优势上包括他的易用性上，大家没有感受到很好的特点，创新中心内部也是。针对半固态化的一些实验结果，我个人认为目前单一的半固态化的路线是比较难以有显著性安全性的提升，需要多条技术路线的复合型应用，比如说果冻状的电池，就是做凝胶状的也好，它可能只是减少液态电解液的形式，如何能够保障剩余的液态电解液持续的挥发，还要从其他方面来解决，这是我认为的第五个方向。

第六个，我认为梯次利用技术是支撑电池容量最大化应用的一个方向。我应该算是电动汽车使用最早的一批用户，2015年我买了日产Leaf，开了7年，跑了八万公里，这辆车本身是没有衰减的，基本上只衰减了3%-4%，但是当我今年换新车的时候，二手车市场只给我一万块钱，但是我当时全车价格是26万，扣掉补贴之后花了17万多买的这个车。未来电动车的残值还是有很大的利润空间。

以上是我对动力电池产业发展方向的一个大的判断。从这七个方向来讲，我们也比较苦恼，新产品怎么开发，磷酸铁锂怎么做，三元怎么做，带来了很多新的问题，这个问题波及到产业链上下游，上游包括材料，芯片，还包含支撑装备，也包括我今天讲的检测技术的配套，也会随着新产品的开发出现一些新的变动。

第一个是大电芯开发给检测技术的思考。最长一米多的电芯，让市场上现有的检测技术及装备出现了一定的空缺。我举个例子，安全管理和热管理针对原来的，比如说最长是500多毫米电芯都是可以实现的，但是在大电芯上是有难度的，或者说它可以做，但是成本代价非常高，而且这个成本代价不仅仅是检测机构买设备成本高了，是会增加到全产业链上来，这是我的第一个思考。

第二个思考，高集成发展方向给检测技术的思考。现在的电池包不管是去做安全也好，或者去做可靠性也好，都是有据可循的。未来如果做了底盘一体化，或者车身一体化技术以后，带来的变革又在哪些地方呢？底盘一体化的技术做可靠性的时候怎么做呢？现在也有一些思路，就是用切割的方法，把前面切掉后面切掉，左边切掉右边切掉，剩下中间的设备放在震动台上去震动，大家想切割完以后的部件还能不能代表他在车身上的震动可靠性的评价结果，这是我讲的第二个思考。

第三个思考是高镍产品市场化的逐步打开给检测行业带来的思考。去年LG的电芯装到现代的车上，他们也走高比能的路线，NCA的电芯，炸了很多辆，也召回了很多辆。国内的整车企业正与电池厂正向开发高镍产品，目前仍没有大规模走向装车和应用阶段。高镍产品的安全问题一直是全行业关注的焦点，由此带来的检测技术也有很大的难题，例如挤压试验、热箱试验、针刺试验困难。这是大家看到左边的配图，挤压试验，针刺试验等等，单纯从电芯层面上来讲，事实上过了八系以后，目前我们做的所有的针刺试验都过不了，不管是一毫米也好两毫米五毫米全部都不行，这个是肯定的。高镍方向对检测装备和检测标准法规的一个挑战性。去年我们单体电芯针刺的设备，基本上一个月平均坏两到三次，每次维修一两个星期的时间，因为是进口设备，外加上疫情也有很多的影响。未来高镍的市场逐步打开，安全怎么测试，怎么检验，设备怎么更新，怎么迭代，这都是我们要考虑的问题。

固态电池的兴起，不管半固态是否能够真正应用到车型上，还是全固态在8年还是10年能不能上车，至少目前从我们检测中心拿到的样品的情况来看，半固态电池和全固态电池的性能和液态电池性能还是不一样的。这里头涉及比如说凝胶电解质的情况，就和全液态的不一样，它涉及到材料的稳定性，电芯的热稳定性，包括可燃性等等，这些测试的情况和现有的传统手段都不一样，所以这是给在座检测机构的一些参考。

再有一个就是电池梯次应用技术给检测技术带来的思考。我更多想强调的是失效分析。梯次现在分为两种路线，一种是整包的梯次，还有一种就是拆解了以后模组再制造的梯次，可能整包的应用更简单一些，但是现在拆开了以后再制造的路线，给行业带来了很大的难题。大家看到左边是一个费了九牛二虎劲才拆开的电池包，因为用了胶，所以电池包根本打不开，有一些胶需要降温到零下40度才能开，还有一些胶需要高温才能开，但是高温开胶本身对电池的安全又是一个极大的隐患，所以如果未来想模组再制造，怎么去拆，怎么走下一步的失效分析，给检测技术带来了深度的思考。

鉴于上面，给大家介绍一下我们创新中心的相关进展。我们创新中心是2016年6月30号在董扬理事长，当时董会长还在协会的时候，在他们的牵头和倡导下，联合国内七家主机厂、天津力神和有研科技集团组建了一个国家级的创新平台，创新平台定位要做国家级动力电池的共性技术攻关。经过几年发展，创新中心建设比较完备，目前是公司+联盟的形式，公司就是以国联研究院为法人实体的运作机制，现在有14家股东，包括宁德时代，贝特瑞，以及八家主机厂，这里头有七家乘用车，还有宇通客车。

还有一个板块是联盟，董扬理事长作为联盟理事长来牵头建成的行业大的联盟。联盟分会的架构是基于动力电池的产业链条，包括材料、电芯、装备、回收、燃料电池，以及固态电池，包括动力电池团体标准的专委会等等，现在总共有八个分会。

今天重点讲一讲检测的情况，现在创新中心投资了6个亿，打造了一南一北两个中心，北京中心落地在怀柔，客户已经有160余家。目前检测中心检测的项目有320余项，覆盖的标准也已经超过了百余项。去年在广东佛山又建立一个检测分中心，总投资是1.2个亿，也已经涵盖了电性能、安全性和可靠性这几大方面。我们中心跟行业里其他检测机构还不太一样，依托法规做的强制性的工作非常少，更多的是产品开发过程研发性的试验，所以到创新中心来做检测工作的，基本上都是急难险重的工作。但是急难险重的任务给团队的培养提供了非常大的帮助。

简单的跟大家看一看我们比较有特色的检测技术。

首先是大电芯的检测技术。针对大电芯检测技术，除了电芯尺寸和电芯长度增加之外，电芯散热也是非常大的问题，我们牵头开发新的动力电池热特性和热物性参数的检测方法、热失控预警评价技术，这两项方法联合行业20多家企业正在做行业标准，这个标准也已经在中汽研的电动汽车分标委里面立项了。

高集成系统检测技术。今年我们正在建国家级的公共服务平台，国家级的公共服务平台针对高集成电池系统的检测思路还是比较清晰的。目前测试都是单因素的，比如说做针刺就是针刺，做震动就是震动，事实上车行驶在路面上并不是单一的因素引起了问题，因此今年希望能够基于现有震动因素，然后结合充放电，以及环境，以及他的一些温湿等等的控制，然后来做多因素试验，形成综合性能测试平台，这是第二个。

第三个高镍产品安全性能检测技术。大家看左边这个图，这是我们自己开发的阻燃电解液，这个图片烧到一半的时候是自动灭掉了，因为它有一个阻燃的效果。大家看DSC，就是热失控这个图最下面，热量是267.5焦每克，加了阻燃和安全剂以后，热量能够明显的降低。

这块是半固态和全固态的检测进展，半固态全固态相对于是比较新的体系，去年依托团体标准的专委会，通过对测试方法、表征技术、评价体系以及失效分析技术的研究，以最终形成固态电池关键材料与器件定性/定量分析测试、电池电化学性能评价与预测以及电池失效分析等技术，目前行业里头也有一些知名的固态电池的企业也在我们那去做相关的评测。

再有就是梯次电池的检测方法。目前行业里说的余能的问题是退役电池交易的甲乙双方总是达不成一致意见，现在这个情况下，我们在开发一种设备检测电池的容量，满足能耗低、周期短、精度高、速度快的检测装备，目前也正在和设备厂商，还有模型数据的厂商来一起共建。

这是材料检测方法。事实上所有电池出现的问题最后都是本身的问题，还是要回归到材料层级进行研究，所以我们在材料的表面切割技术上做了一些工作，通过表面无损切割，能够真实的看到材料表层的一些情况，包括极片的附着力，极片的膨胀性，以及材料结构、颗粒上的裂纹等情况。

高精度扫描检测技术，这是利用高精度CT，通过不同状态电芯的内部缺陷观测（鼓胀、裂纹等），探索内部缺陷对电芯性能产生的影响，对电池的研发过程及失效机理研究提供数据支撑。

电池析锂边界的分析技术。这个大家也比较关注，析锂是造成电池安全隐患非常大的因素，这个分析技术是我们和国内的一个主机厂共同开发的。我们利用了微参比电极的手段，通过微参比电极来对析锂的情况进行测试，得到析锂边界的条件，让电池企业在产品开发过程中对于析锂的情况能够有一个正向参考的方法。

还有就是电池原位检测技术。通过电池原位产气量的分析，大家看到这边是电池产气以后鼓包，与我们现有的检测技术同时联用，分析产气情况，包括产了什么气体，大概什么时间产的，产了多少气体都会在这一套检测方法上有所体现。

这个是内短路的测试。基于企业需求提，通过内置镍片，能够精准的在客户需要的位置上模拟内短路，通过模拟内短路让电池开发逆向推导过程得以验证。比如说有一块电芯出了问题，你判断电芯可能是因为这个问题，然后拿一个新的电芯，我们把这套方法用上以后做验证，来佐证你的分析是不是对的，所以对产品开发可能有一定参考。

电池系统内短路预警模型检测技术。事实上这是浅刺和慢刺的技术，这个技术现在也是跟主机厂在联合开发，现在也得到一些成果，但还在研究的路上。

加热触发热失控技术。大家看左边这个图，电芯放在那以后，通过高速成像的原理，大家能看到加热前的电芯是绿色的，加热后140秒钟电芯开始出现红热的状态，就是温度非常高了，然后到了200秒的时候，上面的黄色会瞬间喷射出来火花，电池已经开始泄露了，到400秒出现热失控，整个过程非常清晰的看到电池是在什么时间出的问题，在哪里出的问题，它的缺陷在哪里，这是一个可视的热失控检测手段。

我们去年联合行业15家电池企业和整车企业一起做了热失控产气的分析。一方面5分钟逃生的预警时间现在不够，行业里正在加强。还有就是热失控以后产气的种类，到底产什么样的气体，这个气体量到底产多少，对成员舱到底有没有危害，这也是我们最近一直在研究的工作，最近取得了一些进展，我们预计通过这套方法能够实现电芯预警提前30分钟，这还是蛮重要的。行业里也有一些机构正在做电池系统热失控这样一个设备，这个设备是非常大的，但是我个人的观点，如果电池系统都做到热失控，或者用这个设备去做，其实就说明电芯的控制不是那么好。我认为的预警是一定要在电芯出问题的时候就要查到，如果电池包已经热失控了，这个危害就已经非常大了，热失控的时间是非常短的，不会给你留那么长的时间让你逃生。

最后非常高兴有这个机会跟大家分享创新中心在检测技术的进展。我本人认为检测是辅助产品开发全过程的一个技术手段，检测技术进展的缓、慢、快对产品开发手段是非常有正向帮助的。2016年，我在日本参加全球电池展的时候，很感触，我说日本的检测的装备也好，检测的技术也好，发展的都非常好，而且越是材料级的，越是粉体级的检测手段越强，这对国内，包括国产装备，包括检测标准、检测方法的创新，都是很好的参考和借鉴。希望未来我们能够通过共性的检测技术，为行业新产品的开发助力。谢谢大家。

（注：本文根据现场速记整理，未经演讲嘉宾审阅）