Rachid Yazami：鋰離子電池長壽命及快充新策略
5月22日，CIBF2018 第十三屆中國國際電池技術交流會展覽會在深圳會展中心開幕。新加坡南陽理工大學Rachid Yazami教授在技術交流會上發表主題演講。以下是演講正文：
大家好，首先感謝主辦方，以及劉總邀請我參與此次2018CIBF。我今天想和大家聊的是里電子長壽命及快充新策略，我們一直在研究的ETM技術，這項技術如何解決電池相關方面的問題。我希望能夠以最短的時間給大家進行介紹，讓大家可以很好的理解我們的快充以及相關的新技術。
現在電池的問題，比方說有能量密度的問題，功率密度的問題，充電的狀態，它的安全度，還有健康度等等。當然，我們知道電池應用的方面也是非常廣泛的，比方說用在手機，同時快充方面也有。另外，充電的狀態也是非常重要的，這是需要我們進行控制的一個方面，我們可以知道我們所處的研究階段在哪里，我們也可以知道我們現在的能量。另外，電池的健康程度，它有沒有老化的問題，還有安全度。大家可能也會說到產品的成本，我今后也會更多的和大家解釋一下。
能量密度方面，我們知道能量密度在1991年之后有了很大的提升，我們一般都會用瓦時/千克的單位衡量，在未來4-5年，希望我們的能量密度可以達到300瓦時/千克。但是我們可以看到，我們現在的發展也是非常迅速的。同時，大概我們現在所能達到的能量密度就是250-300瓦時/千克，而能量的密度，這是我們計算的公式，安培每時×于電壓÷千克或升。如果看之前的公式，我們要增加Q和U，并減少M或V。所以我們如何增加Q，也就是我們需要增加新的正極、負極的容量，如何增加安培10的Q，是不是想要改變一些正極、負極的材料。
同時，我們還要增加負極、正極的利用率，盡管我們都會用一些新的材料，但是我們的利用率卻沒有達到百分之百。如何增加電壓呢？我們也要應用更高壓的正極，低壓的負極，大概可以達到5伏，這樣的話可能可以達到100-200MV的程度。另外我們要降低內部的阻力，隔膜和電池工程設計，特別是用高倍率的電池，快充的電池，這方面是需要解決這些問題。
另外，如何降低V呢？我們要用的正極、負極材料，要用更加小容量的質量和程度，另外我們還要用更加高密度的材料，這樣就可以看到能量密度有提升。功率密度的公式（PPT），功率密度怎么增加呢？就和我們剛才研究的步驟是非常相似的，如何增加電流的情況，用非常快速反應的正負極的材料，電流反應速度就會很快。在鋰的嵌入和脫嵌的時候反應會更快，溶解度也會更快一點。這對于我們而言，如果增加現在的功率密度是非常重要的。另外，我們要增加界面的電子材料。
當然，在此，我們可以用到一些結構材料，能夠有更多的活性電子材料，當然這個材料可以幫助我們隨著時間的移動去保持它的容量，而就這個電壓和質量，我們剛才已經討論過了。
核電狀況，這是非常重要的方面，比方說這里有一個電池，或者是電腦方面的電池，我們在此都沒有辦法說以非常簡單的方式去測量這個電池的核電狀態，這也是我們現在所面臨的問題。但是我們沒有有效、高效的去檢測電池的核電狀況。我們現在希望能夠有更好的方法，核電狀況的計算方式（PPT），當然，如果我們有容量，我們就可以算出來電池的核電情況，如果能夠進一步增強SOC，去評價SOC，我們要非常準確的進行評測，我們需要檢測充電和放電I的值，還有T的值，這個T值也是非常重要的，而電池的健康狀態是不是有老化的情況呢？它的容量是不是在下降呢？我們可以看這個等式，我們看到能量密度，它其實和能量密度相關，N是循環數量。我們可以看一下這個就是其中的一個電池狀態檢測的等式（PPT），就是現在的一個能量狀況÷原始的能量狀況。我們當然都想得到電池最好的狀態，需要非常低的放電，我們看這個等式就是如何增強其中的檢測，我們需要檢測它的能量、功率密度、使用時間的長短。
當然，我們知道電池的健康程度其實對于堅持的安全性，使用壽命的長短都是非常重要的。那些老化的電池更容易有熱損失，它也更容易有電池降極等等一些問題。另外一些電池安全度的問題，這是大家都十分關注的，我們可以想到如何真正的預測電池的安全性，可能有些時候這個電池有熱損失，同時還有一些過熱，高倍率充電等等問題，可能都會導致熱損失。當然，安全問題是非常重要的，是不容忽視的。如果我們談能量密度、功率密度和成本，這些在安全方面都是微不足道的。
這是對于電動汽車生產商非常重要需要考慮的一個方面，當然，我們知道電池安全以及它的使用能量，它的一些控制策略，它的融合方面都會有很多方式去做的。接下來說一下ETM的技術，當時我在佳妮福利（諧音）壓研究院做的這個系統，在過去的17年我一直在做ETM，因為每一個月我們都會發現一些新的有關于電池的新技術的進展。ETM的原則，主要是在開放電路，是開路電壓，這里是固定的。我們可以看一下，它是根據溫度發生變化的。
第二個原則，它的溫度是直線的情況，我們有各項同性的情況。在開路電壓當中，我們會有能量，各種同性和各項異性。這是一個非常簡單的方法進行商值（諧音）的衡量（PPT），我們在充電的過程當中，衡量的開路電壓就是商值（諧音），紅色穩定的值是25，灰色的曲線講的是電壓的情況。我們有一個線性依賴的情況，在底下，大家可以看到非常明顯的線性開路電壓的情況。這就是我們的商值，在充電過程中可以看一下商值的剖面圖，我們可以看一下它的OCP的路徑（PPT），我們看一下H這個剖面，有最高和最低值，它是并不是完全一樣的變化，有高有低，這里有一些相變。實際上告訴我們在充電和放電的過程當中，我們有一些相變的情況出現，它影響了Deta S和DetaH，我們可以高最高值，但不是開路電壓的數據。我們可以看到預值，在這方面我們研究了更多的信息，對于正極、負極的過程，以及它的原理。如果我們只衡量電壓的話，那不是夠的。
為了做這些工作，我們研發了一些設備，在新加坡NGU，我的公司正在研發這些設備，它能夠了解商值，這是60安培小時。這是鋰電池商值圖譜，我們可以看到NCO、LCO，磷酸鐵鋰、鋰，看一下商值在各個電池當中不同，我們可以看一下電池的不同，可以決定電池組成的情況。
接下來給大家說一下ETM技術的應用，我們如何提高能源密度，而不要改變太多的電化學。我們做的基本工作就是提高它的熱穩定，熱動力，我們做了半個電池和全電池的循環周期。從理論上來說，我們可以看一下這個紅色的是全電池（PPT），藍色的是它的商值正極和負極。深顏色的是計算的值。在藍色和紅值有一個巨大的變化，這就意味著在充電的過程當中，SOC不同于正極和負極的充電情況，這就意味著并不是百分之百的使用正極和負極的利用效率。通過這個計算，我們進行轉變它的位置，它的正極和負極情況，我們計算的值會變得更好，它能夠到達峰值，可以到達商值和全電池有一個同樣的商值情況。
為了進一步的推動電池技術的發展，我們沒有完全利用百分之百的效率，我們用殘余的鋰電池，我們在放電過程當中進行觀察，有碳酸鹽、碳酸鋰的電池在第一個充電回合，然后進入到負極，然后鋰在第一次充電不能夠恢復，這是出現鋰的損失。第二個回合以后，完全進行放電，那么我們可以看一下負極出現了一些金色，還有染色，已經完全的進行了放電。為了進一步的提升能量密度，我們看到在放電末期，我們使用了三電極三極管的概念，在負極當中，鋰得到恢復，圖表看的非常清晰（PPT），我只用負極，并沒有用正極來做這樣的測試。我們可以看一下，這個是鋰（PPT），左邊的電池像一個新電池一樣。這個過程，不僅是涉及到電極，這是一個非常低的電壓，我們看到了一個氧化的過程，有一個基層氧化的過程，這是我們不想看到的。
我們在做這樣的實驗當中，我們看到右邊（PPT）給大家展示了正極的變化情況，在完全充放電的情況。我們看一下0.92，這個是最高的情況，還有最低的情況是0.6，還有Y軸的最大是0.62，Y軸最小是0.06。如果我們看一下負極，它是完全放電，這個鋰是最低的。為什么呢？因為只有6，所以這里我們并沒有百分之百的使用負極，在這個方面我們只有0.62。
我們注意到這一點，我們不知道有多少鋰是從負極出來的，我們大家可以看到，有一個完全的周期，在這個過程當中這個鋰可以完全恢復。我們可以給予電池新的壽命。
接下來說一下快充，作為快充來說，我們是引進非線性的伏特衡量的方法。CC是我們經常使用的全電量衡量的技術，現在進行有效的衡量，快速的充電我們是小于30分鐘的，所以用NLV，我們做的是這樣的功能（PPT），我們的電流，還有它的時間情況，還有SOH的情況，還有生命周期的情況。從這個情況來說，我們看到了典型的NLV的充電圖，這是37分鐘的充電時間。紅色的是電壓，藍色的是倍率，我給大家展示它的容量，這是200個周期以后還是非常穩定，我們只充了35分鐘。如果我們比較一下這個技術，這是CCCV和NLV，我們有更好的效率，我們有更好的周期。NLV和CCCV比有很多的優勢，CCCV是一個小時，NLV是30分鐘，時間上就有很好的優勢。
現在我們每天做的日常工作，我們想要一個電池使用著，每天早上六點起來要上班，在工作的時候可能會對電池進行快充，30分鐘，在一個小時內可以充好，一天可能會充3次，然后他們會回家，有6個小時CCCV的充電時間，一個是30分鐘的NLV的充電時間，3次。我們做400個周期，新加坡的同事昨天說其實已經做了500個周期，在這里可以看到（PPT），容量的情況在30分鐘的表現是非常的好。
（PPT）這些是其他的技術，這是10分鐘的電流和電壓的情況，我們只用幾秒鐘的充電時間就可以到一個非常大的電壓，4.7伏，只要10分鐘。這是一個倍率的放電圖，在充了10分鐘以后。150個周期在一個小時，大家可以看到這個圖譜非常好，表現的非常優異。（PPT）這是充電的狀態，非常感謝大家。
提問：作為快充來說，能不能說一下鋰離子的低溫表現？
Rachid Yazami：我們沒有做任何低溫的衡量，這是另外一個非常重要的一點，我們應該要找到這個答案。比如說在10度以下發生了什么，我們正在看。在10度30分鐘的充電時間我們沒有做過這樣的實驗。現在我們還沒有看到容量的變化，因為容量還是比較穩定的。這種鋰平板的實驗，當電流變成0的時候，我們其實還沒有看到鋰方面的變化。
（根據速記整理，未經嘉賓審閱）
相關閱讀：
驗證碼：
