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動(dòng)力電池真能永不起火?

   2020-12-23 汽車(chē)之家14030
核心提示:12月12日,北京城里飄起了雪花,中關(guān)村力學(xué)所里一片靜謐。2個(gè)月前,一輛電動(dòng)車(chē)在這里爆炸起火,現(xiàn)在已經(jīng)看不到痕跡。夏季起火,
12月12日,北京城里飄起了雪花,中關(guān)村力學(xué)所里一片靜謐。2個(gè)月前,一輛電動(dòng)車(chē)在這里爆炸起火,現(xiàn)在已經(jīng)看不到痕跡。

夏季起火,冬季趴窩,2020年,新能源市場(chǎng)高奏凱歌,但電池問(wèn)題依然無(wú)解。2020年新能源大會(huì)期間,應(yīng)急管理部消防救援局副局長(zhǎng)曹奇表示,僅前三季度就有新能源車(chē)火災(zāi)700起,涉及幾乎所有新能源車(chē)品牌。

10月動(dòng)力電池應(yīng)用國(guó)際峰會(huì)上,寧德時(shí)代董事長(zhǎng)曾毓群喊出“永不起火”的口號(hào),孚能、欣旺達(dá)也隨后跟進(jìn)。電池安全問(wèn)題,即將徹底解決?

■ 什么是“永不起火”

“永不起火”是一個(gè)令人心動(dòng)的暢想,但一場(chǎng)場(chǎng)大火,提醒我們必須關(guān)注依然嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)。

準(zhǔn)確點(diǎn)說(shuō),“永不起火”是指“電芯熱失控后可控”。2020年5月,工信部發(fā)布《電動(dòng)汽車(chē)安全要求》、《電動(dòng)客車(chē)安全要求》、《電動(dòng)汽車(chē)用動(dòng)力蓄電池安全要求》三項(xiàng)強(qiáng)制國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。其中,“電池安全要求”明確指出,動(dòng)力電池在發(fā)生熱失控后,5分鐘內(nèi)不得發(fā)生起火和爆炸。

電池“永不起火”,是電池企業(yè)在國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上做的延伸。孚能科技認(rèn)為,永不起火是指“第一個(gè)電芯失控,此后24小時(shí)內(nèi)未起火,且電芯逐步恢復(fù)至常溫安全狀態(tài)。欣旺達(dá)的表述更加簡(jiǎn)單,即電池“只冒煙,不起火”。

廣汽新能源技術(shù)中心副部長(zhǎng)劉太剛表示,電池“永不起火”并不是說(shuō)電池在任何情況下都不會(huì)燒起來(lái),而是對(duì)電池?zé)崾Э啬芷鸬揭种啤C鞔_定義后,這里又涉及到另一個(gè)問(wèn)題,當(dāng)我們說(shuō)“永不起火”時(shí),是特指三元鋰電池,還是所有電池?

2020年,在比亞迪刀片電池帶動(dòng)下,磷酸鐵鋰市場(chǎng)回暖。據(jù)中國(guó)汽車(chē)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟統(tǒng)計(jì),2020年1-11月,磷酸鐵鋰?yán)塾?jì)裝機(jī)量28GWh,同比增長(zhǎng)49.3%;三元鋰?yán)塾?jì)裝機(jī)量40GWh,同比增長(zhǎng)35.6%。磷酸鐵鋰能夠在增速上反超三元,安全是重要因素。

穩(wěn)定是磷酸鐵鋰正極材料的優(yōu)勢(shì),但如果說(shuō)磷酸鐵鋰電池比三元鋰電池更安全,則有偷換概念之嫌。電池安全性,除了材料本身穩(wěn)定性,電池包殼體強(qiáng)度、模組設(shè)計(jì)、電池系統(tǒng)管理(BMS)、生產(chǎn)工藝,都會(huì)影響電池安全。

雖然當(dāng)下電動(dòng)車(chē)失火多與三元電池有關(guān);但在三元鋰普及前,磷酸鐵鋰失火案例同樣不少。只是如今磷酸鐵鋰技術(shù)已經(jīng)成熟,失火情況才得以杜絕。

回顧2020年電動(dòng)車(chē)失火案例,不難發(fā)現(xiàn)失火原因多與小供應(yīng)商、低端產(chǎn)品、私自改裝有關(guān)。三元鋰,特別是高鎳三元技術(shù)尚未成熟,部分企業(yè)產(chǎn)品沒(méi)有達(dá)標(biāo),從而引起公眾認(rèn)為三元材料本身不安全。

劉太剛說(shuō),把安全性和某一種技術(shù)路線綁定起來(lái),容易引起消費(fèi)者誤解。從行業(yè)趨勢(shì)看,“永不失火”將成為2021年電池行業(yè)標(biāo)配,各主機(jī)廠、電池廠都將在這一方面加大研發(fā)力度。無(wú)論磷酸鐵鋰還是三元811,都要全場(chǎng)景、全周期、全方位、全系統(tǒng)安全。

■ 攻克安全難關(guān)

如何實(shí)現(xiàn)“永不起火”?是電池企業(yè)與車(chē)企需要共同面對(duì)的問(wèn)題。

中國(guó)科學(xué)院院士、動(dòng)力電池專(zhuān)家,清華大學(xué)教授歐陽(yáng)明高認(rèn)為,解決動(dòng)力電池安全問(wèn)題,要從本征安全、主動(dòng)安全、被動(dòng)安全三方面入手。

本征安全即弄清電池?zé)崾Э貦C(jī)理,從原理層面控制電池失火。歐陽(yáng)明高表示,目前磷酸鐵鋰,三元523、811,發(fā)熱機(jī)理都已基本清楚。在本征層面控制電池安全可以實(shí)現(xiàn)。

除磷酸鐵鋰和三元高鎳兩條主流路線外,2021年6月,蜂巢“無(wú)鈷電池”也將量產(chǎn)落地。“無(wú)鈷電池”采用高電壓鎳錳酸鋰正極材料,與三元鋰、錳酸鋰相比,鎳錳酸鋰高壓導(dǎo)電性、比能量、成本、安全性均具有優(yōu)勢(shì)。但鎳錳酸鋰制造工藝一直是難點(diǎn),無(wú)鈷電池量產(chǎn),將給電池安全帶來(lái)新的可能。

主動(dòng)安全指通過(guò)BMS,對(duì)電池安全邊界加以主動(dòng)控制。在電池安全性方面,車(chē)企需要承擔(dān)更多責(zé)任。除電池本身安全性,整車(chē)電池管理能力、車(chē)身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,也是防止電動(dòng)車(chē)失火的重要方面。

11月6日,蔚來(lái)發(fā)布100kWh電池,發(fā)布會(huì)上蔚來(lái)創(chuàng)始人李斌稱(chēng):“蔚來(lái)的加入,讓寧德時(shí)代實(shí)現(xiàn)永不起火的計(jì)劃提前了4年”。蔚來(lái)大幅提高電池安全性,關(guān)鍵是與寧德時(shí)代合作時(shí),在BMS中集成了一個(gè)傳感器元件,并通過(guò)云端大數(shù)據(jù),對(duì)電池狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控,從而提升電池安全性。

被動(dòng)安全是在電池發(fā)生問(wèn)題后,擁有足夠的安全冗余,實(shí)現(xiàn)“不冒煙,不起火”。寧德時(shí)代方面接受訪談時(shí)表示,為了做到“永不起火”,寧德時(shí)代主要依靠自主研發(fā)的自隔離安全技術(shù)(NP技術(shù)),使電池做到單體耐溫耐壓、模組內(nèi)不擴(kuò)散、系統(tǒng)內(nèi)不蔓延。


除了技術(shù)問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)電池安全還要解決非技術(shù)問(wèn)題。劉太剛表示,在追求“永不起火”時(shí),小企業(yè)的產(chǎn)品穩(wěn)定性和技術(shù)可靠性往往會(huì)差一點(diǎn)。如果車(chē)企選擇供應(yīng)商不當(dāng),即使技術(shù)問(wèn)題得到解決,產(chǎn)品安全也不能保證。

電池安全是一個(gè)系統(tǒng)性問(wèn)題,既涉及到材料研究,也涉及到應(yīng)用問(wèn)題、結(jié)構(gòu)優(yōu)化,整車(chē)策略?xún)?yōu)化。實(shí)現(xiàn)電池安全,需要車(chē)企與電池企業(yè)共同努力。

■ 電池產(chǎn)業(yè)走向何方

2020年行至尾聲,雖然電池起火給行業(yè)蒙上一層陰影,但發(fā)展趨勢(shì)并沒(méi)有改變。平安證券預(yù)測(cè),到2030年,全球動(dòng)力電池出貨量將達(dá)到1577GWh。中商產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)測(cè),2021年,中國(guó)動(dòng)力電池市場(chǎng)出貨量將達(dá)到157GWh。

市場(chǎng)前景看好,更需要解決電池安全隱患。欣旺達(dá)電池副總裁梁銳認(rèn)為,過(guò)去幾年在市場(chǎng)需求刺激、補(bǔ)貼政策引導(dǎo)下,部分電池企業(yè)、車(chē)企急于讓高能量密度電池上車(chē),對(duì)電池的研發(fā)驗(yàn)證不夠充分。只有靜態(tài)測(cè)試,忽視動(dòng)態(tài)測(cè)試,導(dǎo)致部分電動(dòng)車(chē)出現(xiàn)起火事故。

安全是商用的基礎(chǔ)。在2020年國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)后,電池安全被擺到首要位置。在保證安全性的前提下,多種技術(shù)路線需要同步發(fā)展。

2020年,幾場(chǎng)關(guān)于電池安全的爭(zhēng)論,最終都淪為對(duì)某一技術(shù)路線的批判。歐陽(yáng)明高表示,“磷酸鐵鋰可以有更高能量密度,三元也可以更安全,應(yīng)當(dāng)均衡發(fā)展。”解決安全問(wèn)題,不等于選擇某一條技術(shù)路線,磷酸鐵鋰、三元鋰,包括無(wú)鈷電池、石墨烯電池,都有可能在市場(chǎng)占據(jù)一席之地。

智能電池,是電池安全的另一個(gè)發(fā)力點(diǎn)。通過(guò)在電池包獨(dú)立模組上增加電子監(jiān)控元件,利用5G、云端技術(shù)增強(qiáng)電池監(jiān)控。通過(guò)主被動(dòng)安全多管齊下,讓電池“永不起火”并非癡人說(shuō)夢(mèng)。歐陽(yáng)明高說(shuō),“極端情況雖然不可避免,但讓熱失控時(shí)不燒起來(lái),從技術(shù)角度是可以做到。從工程角度、從大規(guī)模應(yīng)用角度,目前(起火)還是會(huì)偶爾發(fā)生一些,但是會(huì)越來(lái)越少。”

當(dāng)電池足夠安全,追求更高續(xù)航,是每一位電池從業(yè)者的“永恒追求”。在蜂巢能源表示無(wú)鈷電池將突破800km限制后,近期智己汽車(chē)又宣布將攜手寧德時(shí)代,在5年內(nèi)推出最高1000km續(xù)航、20萬(wàn)公里零衰減的電池。

梁銳認(rèn)為,電池問(wèn)題最終解決還是要看固態(tài)電池。目前,在實(shí)驗(yàn)室里固態(tài)電池已完成技術(shù)驗(yàn)證,但想要大規(guī)模商用,還需跨越“體系不穩(wěn)定、循環(huán)壽命短、易膨脹變形、成本高”等多道難關(guān)。“預(yù)計(jì)大規(guī)模商用要到2030年”,梁銳說(shuō)。

從更長(zhǎng)遠(yuǎn)看,電池企業(yè)想解決安全問(wèn)題,需要通過(guò)材料研發(fā)和設(shè)備工藝積累,構(gòu)建全產(chǎn)業(yè)鏈整合能力,這也是未來(lái)電池企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。

■ 結(jié)語(yǔ)

梁銳感嘆,電池行業(yè)“忽悠”不少,但永不起火是行業(yè)共同追求。電動(dòng)車(chē)起火,除了技術(shù)問(wèn)題,也有車(chē)企和電池企業(yè)“人為因素”,一味追求高續(xù)航、誤導(dǎo)性宣傳,會(huì)加劇用戶(hù)對(duì)產(chǎn)品不信任,最終對(duì)行業(yè)不利。消費(fèi)者既需要產(chǎn)品安全,也需要心理安全。打消公眾對(duì)電動(dòng)車(chē)的疑慮。需要全行業(yè)共同努力。 
 
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