近年來,在全球3C鋰電池市場(chǎng)日趨成熟的背景下,動(dòng)力鋰電池已經(jīng)成為新的引擎,帶動(dòng)整個(gè)鋰電產(chǎn)業(yè)鏈快速發(fā)展,預(yù)計(jì)未來幾年國(guó)內(nèi)對(duì)動(dòng)力鋰電池的需求將快速增加,全球鋰電池設(shè)備市場(chǎng)也會(huì)逐漸向中國(guó)轉(zhuǎn)移,中國(guó)也將成為最大的鋰電應(yīng)用市場(chǎng)之一。隨之,鋰電檢測(cè)領(lǐng)域的多年深耕也迎來了新的發(fā)展機(jī)遇。那么當(dāng)下鋰電產(chǎn)業(yè)鏈對(duì)鋰電檢測(cè)的需求如何?鋰電檢測(cè)市場(chǎng)還有哪些亟待解決的痛點(diǎn)?鋰電檢測(cè)的未來市場(chǎng)在哪里?近期,91儀器信息網(wǎng)采訪了納凡檢測(cè)技術(shù)(上海)有限公司創(chuàng)始人周健博士,就這些問題進(jìn)行了一一解答。
2018年創(chuàng)立 致力世界一流失效分析測(cè)試服務(wù)納凡檢測(cè)(上海)有限公司為卡爾伯克科技咨詢(香港)有限公司的下屬實(shí)驗(yàn)室,由幾位年輕的海歸科學(xué)家于2018年創(chuàng)立,致力于為中國(guó)本土和跨國(guó)科技生產(chǎn)企業(yè)提供比肩世界一流實(shí)驗(yàn)室的制程研發(fā)以及失效分析測(cè)試服務(wù)。與傳統(tǒng)檢測(cè)服務(wù)公司不同的是,納凡所有咨詢師均在美國(guó)頂尖名校理工領(lǐng)域獲得博士學(xué)位,具有極強(qiáng)的跨學(xué)科跨平臺(tái)進(jìn)行知識(shí)整合的能力。
納凡檢測(cè)技術(shù)(上海)有限公司創(chuàng)始人周健博士
創(chuàng)始人周健博士于2014年畢業(yè)于美國(guó)加州伯克利大學(xué)材料工程系,懷科技報(bào)國(guó)的愿望回到上海從事科技咨詢行業(yè),為諸多世界級(jí)客戶提供深度的材料分析和失效分析服務(wù)。在此過程中,周健目睹國(guó)內(nèi)科技咨詢和檢測(cè)服務(wù)領(lǐng)域因人才資源分散,資質(zhì)門檻林立等條件的制約,無(wú)法為一流的人才提供跨學(xué)科的綜合性平臺(tái)的現(xiàn)狀,故聯(lián)合眾多海歸校友以及天使投資人于上海創(chuàng)建了納凡。
周健認(rèn)為,精英的人才理念是納凡的最大優(yōu)勢(shì)。憑借創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)高起點(diǎn)的學(xué)術(shù)背景,納凡在創(chuàng)始之初便與國(guó)內(nèi)頂尖的科研院所和大學(xué)建立了密切聯(lián)系,并積極探索如何將最先進(jìn)的材料表征手段運(yùn)用在為客戶解決在產(chǎn)品生產(chǎn)中遇到的實(shí)際問題。同時(shí),納凡在工業(yè)界和學(xué)術(shù)研究機(jī)構(gòu)積極拓展外部顧問,其龐大的顧問團(tuán)隊(duì)包括了國(guó)家實(shí)驗(yàn)室首席工程師,世界知名科學(xué)儀器應(yīng)用專家等,為納凡團(tuán)隊(duì)提供行業(yè)見解。
納凡檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室/辦公室一角
作為一家高起點(diǎn)科技服務(wù)公司,納凡坐落于上海虹橋商務(wù)區(qū),通過機(jī)場(chǎng)和高鐵與長(zhǎng)三角珠三角科技企業(yè)緊密相連。目前公司尚處于初創(chuàng)階段,擁有掃描電子顯微鏡(SEM)、氣相質(zhì)譜儀(Py-GC\MS)、傅里葉紅外光譜(FTIR)、動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析儀(DMA)、差示掃描量熱儀(DSC),卡爾費(fèi)休水分儀,冷凍聚焦離子束切割 (cryo-FIB),電化學(xué)工作站,電池循環(huán)測(cè)試系統(tǒng)等,固定資產(chǎn)過千萬(wàn)。公司目前與眾多國(guó)內(nèi)Tier One消費(fèi)者電子產(chǎn)品制造商開展業(yè)務(wù)合作。
用戶鋰電安全性/可靠性信息缺乏已成痛點(diǎn)納凡專攻定制服務(wù)鋰電池的主要消費(fèi)群體之一為眾多消費(fèi)者電子的生產(chǎn)企業(yè)-尤其是大量的中小型生產(chǎn)企業(yè)。鋰電池對(duì)于他們來說,除了價(jià)格和基本的技術(shù)參數(shù),其安全性和可靠性幾乎是未知的。一旦發(fā)生安全問題,這些生產(chǎn)企業(yè)無(wú)法通過自己的技術(shù)團(tuán)隊(duì)去快速的甄別失效原因,并采取合適的對(duì)應(yīng)措施對(duì)未來批次的電芯進(jìn)行有針對(duì)性的監(jiān)控,導(dǎo)致安全隱患無(wú)法消除。周健表示,針對(duì)鋰電池應(yīng)用行業(yè)的痛點(diǎn),納凡檢測(cè)專攻鋰電池在使用中的安全性和可靠性,為客戶提供定制化的分析服務(wù)。結(jié)合自身團(tuán)隊(duì)的背景,通過對(duì)失效電芯進(jìn)行root cause analysis, 并對(duì)參比電芯進(jìn)行深度的理化測(cè)試,以找出癥結(jié)所在。
對(duì)于劣化電池的代表性理化分析
據(jù)介紹,在鋰電池分析行業(yè),納凡可謂擁有一個(gè)跨界團(tuán)隊(duì),如結(jié)合他們?cè)谙M(fèi)者電子產(chǎn)品領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn),主打從系統(tǒng)的角度去理解電芯的性能和失效,而非將分析局限在電芯本身。典型案例為某電動(dòng)滑板車廠商發(fā)現(xiàn)其電池組在消費(fèi)者使用一段時(shí)間后出現(xiàn)了個(gè)別電芯自放電增高的現(xiàn)象,而懷疑是電芯廠商的質(zhì)量管控問題。而納凡在接到該項(xiàng)目后,對(duì)失效電芯進(jìn)行交流阻抗譜分析和惰性氣氛拆解后,排除了因顆粒物夾雜或鋰枝晶生長(zhǎng)造成的軟短路。通過進(jìn)一步研究客戶電池組的散熱和功耗情況,發(fā)現(xiàn)其獨(dú)特的配組方式和剎車充電模塊的介入,有可能在某些低內(nèi)阻電芯上通過超規(guī)電流,導(dǎo)致其電芯正極集流體附近出現(xiàn)了過百攝氏度高溫,局域的SEI膜發(fā)生了分解導(dǎo)致了上述現(xiàn)象的發(fā)生。納凡進(jìn)一步對(duì)可疑發(fā)熱區(qū)域的負(fù)極材料進(jìn)行了惰性氣氛提取和DSC分析,為客戶證實(shí)了上述失效模式??蛻粼诹私饬嗽搯栴}后,通過限制超規(guī)電流,提高電池組散熱效率方面迅速改進(jìn)其電池組,避免了大規(guī)模產(chǎn)品召回的風(fēng)險(xiǎn),產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
鋰電安全最大挑戰(zhàn):熱失控極低概率和不可預(yù)測(cè)性鋰電檢測(cè)設(shè)備除了生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)必需的電芯分選檢測(cè)系統(tǒng)、充放電檢測(cè)系統(tǒng)、保護(hù)板檢測(cè)系統(tǒng)、線束檢測(cè)系統(tǒng)、BMS 檢測(cè)系統(tǒng)、模組 EOL 檢測(cè)系統(tǒng)、電池組 EOL 檢測(cè)系統(tǒng)、工況模擬檢測(cè)系統(tǒng)等外。鋰電新技術(shù)研發(fā)、開發(fā)也離不開各種分析測(cè)試儀器,如電鏡表征鋰電正極材料或包覆材料結(jié)構(gòu)及形貌、熱分析儀或 X 射線衍射儀分析鋰電正極材料結(jié)晶性能、粒度儀及比表面儀器分析鋰電正負(fù)極材料粒度、孔徑等。當(dāng)問及常規(guī)科學(xué)儀器與大型鋰電檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)備在檢測(cè)需求及應(yīng)用場(chǎng)景上有哪些不同?周健認(rèn)為,大型鋰電檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)備可以幫助我們?cè)诮y(tǒng)計(jì)意義上了解大批量電芯的性能參數(shù),再現(xiàn)失效工況,并為進(jìn)一步的科學(xué)儀器研究提供有價(jià)值的指導(dǎo)。從本質(zhì)上來說,二者相輔相成,缺一不可。
對(duì)于發(fā)生內(nèi)短路的18650電池的高精度CT分析
接著,周健補(bǔ)充道,納凡更傾向于圍繞具體問題制定高度定制化的測(cè)試分析方案,而非像常規(guī)的鋰電檢測(cè)機(jī)構(gòu)的固定的檢測(cè)流程。我們通常會(huì)使用工業(yè)高精度CT對(duì)問題電芯進(jìn)行無(wú)損剖析,使用電化學(xué)阻抗譜(EIS)了解其內(nèi)部劣化信息,必要時(shí)還會(huì)對(duì)電芯進(jìn)行拆解,運(yùn)用綜合的理化分析手段(SEM/EDS, DSC, FIB, TEM/EELS, GC/MS)對(duì)電極材料,隔膜材料,電解液和集流體進(jìn)行分析。
鋰電安全研究最大的挑戰(zhàn)在于熱失控事件的極低的概率 (目前成熟廠商的電芯失效概率在ppm級(jí)別)和不可預(yù)測(cè)性。起火燃燒后的電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)及化學(xué)組分被嚴(yán)重破壞,導(dǎo)致可靠的逆向根因分析幾乎不可能完成。這對(duì)鋰電安全分析機(jī)構(gòu)提出了新的挑戰(zhàn),即我們必須有針對(duì)每一種電池平臺(tái)的系統(tǒng)性測(cè)試,總結(jié)歸納其可能的失效模式,預(yù)防性的建立數(shù)據(jù)庫(kù)以進(jìn)行失效時(shí)的比對(duì)(即失效模式的正向模擬)。據(jù)介紹,納凡聯(lián)合上海地區(qū)某國(guó)家鋰電研究所,正在有序的開展該方面數(shù)據(jù)庫(kù)的搭建工作。
鋰電生活應(yīng)用場(chǎng)景廣泛滲透 鋰電檢測(cè)機(jī)構(gòu)面臨更高挑戰(zhàn)對(duì)于鋰電檢測(cè)機(jī)構(gòu)的未來市場(chǎng),周健認(rèn)為,鋰電產(chǎn)業(yè)在未來勢(shì)必蓬勃發(fā)展,并滲透到更多的生活應(yīng)用場(chǎng)景。與此同時(shí),對(duì)電池的安全性和可靠性都提出了更高的要求。國(guó)內(nèi)鋰電檢測(cè),尤其是深度的分析方面尚缺乏權(quán)威機(jī)構(gòu),所以納凡希望能與眾多科研院所以及國(guó)內(nèi)外檢測(cè)機(jī)構(gòu)一起開拓這方面的市場(chǎng)。由于鋰電研發(fā)迭代速度快,許多之前尚處于實(shí)驗(yàn)室階段的成果(例如高壓電解液添加劑,正極材料包覆)正快速的被運(yùn)用到商用電池中。所以對(duì)檢測(cè)分析機(jī)構(gòu)的研發(fā)和學(xué)習(xí)能力提出了極高的挑戰(zhàn),而這正是納凡的優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域所在。
針對(duì)以上鋰電檢測(cè)市場(chǎng)發(fā)展背景,周健表示,納凡目前有兩大發(fā)力方向,一是在鋰電池安全與可靠性方面測(cè)試方面持續(xù)的投入資源,研發(fā)新的檢測(cè)技術(shù)并推動(dòng)其商業(yè)運(yùn)用。二是運(yùn)用公司與鋰電池表征和測(cè)試相關(guān)的資源,繼續(xù)為國(guó)內(nèi)外客戶提供一流的綜合性材料研發(fā)以及失效分析測(cè)試服務(wù)。在人才培養(yǎng)方面,納凡希望為國(guó)內(nèi)外的理工科背景的青年博士們提供一個(gè)跨學(xué)科的舞臺(tái)施展自己的才華,在中國(guó)建立一個(gè)現(xiàn)代化的高端科技服務(wù)集團(tuán)。
后記
鋰電產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用的背景下,鋰電安全問題已逐漸成為廣大用戶關(guān)注的焦點(diǎn),相關(guān)檢測(cè)機(jī)構(gòu)便成為助力解決這一問題的平臺(tái)之一。而縱觀中國(guó)檢測(cè)機(jī)構(gòu)市場(chǎng),專注鋰電檢測(cè)的機(jī)構(gòu)并不多,而針對(duì)鋰電不同應(yīng)用場(chǎng)景深度定制化的檢測(cè)機(jī)構(gòu)更是缺乏。在此背景下,以“定制化”、“深度分析”定位的納凡檢測(cè)的出現(xiàn),或映射了鋰電檢測(cè)精細(xì)化藍(lán)海市場(chǎng)的悄然開啟。