鉅大LARGE | 點擊量：501次 | 2022年06月27日
動力鋰電池能量密度要和安全性平衡
五月四日，杭州九堡客運中心門口，一輛正在行駛的面包車發(fā)生自燃。五月八日，鄭州日產(chǎn)帥客EV在東莞某充電站自燃，致使多車嚴重損毀。六月五日，一輛江鈴易至EX5在湖州長興某小區(qū)發(fā)生自燃。六月二十二日，一輛歐拉iQ在保定市瑞興路的國家電網(wǎng)充電站內(nèi)自燃。六月二十八日，杭州余杭盛奧西溪銘座地下車庫發(fā)生一起新能源汽車自燃事故……
"五月以來，電動汽車安全事故頻發(fā)、‘火燒連營’。"原我國北方車輛研究所動力鋰電池實驗室主任、我國汽車動力鋰電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟副秘書長王子冬坦言，目前電動汽車自燃事故還不能"歸零"，給新能源汽車推廣帶來巨大的負面影響。
在近日舉辦的"動力鋰電池安全設(shè)計及防護技術(shù)線上研討會"上，王子冬反復強調(diào)，對電動汽車安全要有正確認識，在目前電池起火原因尚不明晰的情況下，動力鋰電池能量密度的提升要和安全性尋求平衡優(yōu)化。
電池自燃的根本原因是內(nèi)部短路
"‘高溫炎熱的夏天更容易起火’的說法并不正確。"王子冬指出，從各個月份的電動汽車起火事件分布情況來看，除了十二月的數(shù)量略少之外，其余各個月份都有超過4起嚴重起火事故，其中5、六月和十一月是兩個高峰期，這表明電動汽車起火事故在全氣候條件下均易發(fā)生。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
王子冬認為，電動汽車安全事故重要由動力鋰電池熱失控引起，但熱失控僅是結(jié)果，其原因錯綜復雜。"現(xiàn)在電動汽車普遍配置了熱管理系統(tǒng)，電池不太容易因為單一的熱濫用而觸發(fā)熱失控。"他表示，解決電池安全問題，還要從更為復雜的角度對其誘因進行全面分析。
"說起熱失控，一般都指向了電芯的熱失控。"王子冬強調(diào)，這一觀點很片面，電芯熱失控只是其中的一部分，還有其他原因引起的熱失控，比如，電池包內(nèi)部的低壓線束起火，局部高電阻導致高壓線路升溫、不合理的充電和維護方法等，"在電池包內(nèi)沒有相應的防護措施時，火勢難以控制，形成熱失控和蔓延，最終導致電芯起火，從而出現(xiàn)電芯熱失控的假象。"
"車企在理解熱失控時也經(jīng)常感到困惑，因為當前電池熱失控的含義或研究都是以電芯來設(shè)計的。"王子冬坦言，以電芯先入為主的思路，不利于實際工作中開展熱失控的防護。
厘清電池包的熱失控要回歸本源，即"熱"上。王子冬進一步說明，電池包熱源來自多個方面：周圍外界物體的熱；短路或線路中高溫電阻、電芯內(nèi)阻電流用途出現(xiàn)熱；過充或是低電壓、大電流出現(xiàn)電化學反應出現(xiàn)熱；正負極材料和氧氣出現(xiàn)化學反應，以及氣體膨脹都會出現(xiàn)熱。
在王子冬看來，引發(fā)電池自燃的根本原因是內(nèi)部短路。"加工制備時混入的金屬雜質(zhì)或出現(xiàn)的極片毛刺、電濫用、電解液浸泡不均等引發(fā)的局部析鋰，都有可能劃破電池隔膜，引發(fā)微小的內(nèi)部短路。"王子冬稱，這種微小的短路并不易被察覺會在電池內(nèi)部持續(xù)產(chǎn)熱，當熱量堆積到一定程度就會引發(fā)電池熱失控，致使電池起火。
電池能量密度和安全性成反比
王子冬進一步表示，近幾年電動汽車安全事故呈現(xiàn)出一定趨勢。"電動客車起火頻次和占比逐年減少，而乘用車起火頻次和占比總體上在上升，三元電池的使用是一個原因。"王子冬坦言，盲目追求高能量密度是問題的焦點，如何在高能量密度和提高安全性之間取得平衡，是當前業(yè)內(nèi)亟待解決的一大難題。
各動力鋰電池公司在不遺余力地創(chuàng)新。2019年九月，CATL推出了全新的CTP方法，改變了原有的電芯—模組—電池包結(jié)構(gòu)，電芯直接集成到電池包。據(jù)了解，北汽EU5成為首款搭載該電池的車型，該電池包體積利用率提高了15%—20%，能量密度進一步提升至200Wh/kg，大幅降低了動力鋰電池的制造成本。TSLA、蜂巢能源均對CTP技術(shù)進行了布局。
比亞迪今年也重磅推出了刀片電池，設(shè)計上取消了縱梁、橫梁，以電芯作為電池包結(jié)構(gòu)的支撐件，使其體積能量密度從普通電池包的251Wh/L提高至332Wh/L。
"上述新技術(shù)沒有隔離墻，這就要求電池確保萬無一失，但目前還做不到。"王子冬直言，目前還沒有真正弄清楚鋰電池的著火原因、是什么環(huán)節(jié)出了問題、什么場景會出問題。"為了降低成本、多帶電池，直接取消模組的做法值得商榷，有相當大的風險。"在他看來，理論上，電池能量密度和安全性成反比。動力鋰電池成組時最關(guān)鍵、最核心的問題是安全和使用壽命，其影響因素除了電池自身工藝性和產(chǎn)品質(zhì)量外，充電的安全性和熱管理技術(shù)也至關(guān)重要，假如沒有完善這兩項技術(shù)，電池的安全性和長壽命循環(huán)就無法得到保證。
為應對動力鋰電池自燃事故的發(fā)生，很多公司都在研究BMS（電池管理系統(tǒng)）。"假如電池受到外部影響，目前的BMS基本能夠起到防護用途，但假如是電池內(nèi)部出現(xiàn)問題，一般的BMS就不太管用了。"王子冬建議，BMS研究的重點應該在電芯的檢測和事故前的監(jiān)控上，BMS不能是"事后諸葛亮"。
電池設(shè)計要從整體系統(tǒng)優(yōu)化
值得注意的是，目前有相當一部分安全事故集中在充電環(huán)節(jié)。王子冬指出，正常充電過程中引發(fā)的電池起火事故正逐年上升，其中有充電設(shè)備故障引起的，也有電池過充引發(fā)的。實際上，電動汽車在停止狀態(tài)下也會自燃，這對電池安全管理提出了更高要求，不僅在運行過程中，在斷電狀態(tài)下也要對電池進行有效監(jiān)管和防護。"斷電后的監(jiān)護，目前還是盲點。"
王子冬進一步表示，隨著電動汽車保有量的上升和充電樁建設(shè)速度的加快，對充電方法和充電設(shè)施進行更加規(guī)范化的管理，對充電電池組進行有效的狀態(tài)檢測，十分重要。
目前，行業(yè)正致力于大功率直流快充的技術(shù)攻堅。王子冬提醒，快充對動力鋰電池的要求很高，和之相伴的是，如何減小電池組在快充過程中單體電池之間的差異問題。"要實現(xiàn)快充，就必須在其它方面做出犧牲。"王子冬解釋，快充會在鋰電池內(nèi)部出現(xiàn)大量熱量，過高的溫度會破壞負極材料的粘接性能，從而導致負極活性物質(zhì)的脫離，使電池可逆容量快速衰降、電池性能劣化，嚴重影響動力鋰電池的使用壽命。
王子冬表示，行業(yè)已經(jīng)在減小電池級片的厚度、改變電池結(jié)構(gòu)，以及選擇更合適快充的材料等方面進行調(diào)整。不過，這些都將新增動力鋰電池的生產(chǎn)成本，電池設(shè)計需從整體角度進行系統(tǒng)優(yōu)化。
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