電動汽車起火動力電池問題是主要原因嗎？那么如何提高能量密度呢？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-15 14:40
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在杭州舉行的全球未來出行大會上，汽車業(yè)內(nèi)對目前的電動汽車安全問題進(jìn)行了深入分析。據(jù)不完全統(tǒng)計，今年，僅公開報道的電動車起火事件就高達(dá)近20起。
中國電動汽車百人會執(zhí)行副理事長歐陽明高認(rèn)為，電動汽車起火事故主要是產(chǎn)品質(zhì)量問題。產(chǎn)品質(zhì)量問題就是指產(chǎn)品在設(shè)計、制造、驗證、使用過程中沒有嚴(yán)格遵守相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，主要包括三類：第一是電池產(chǎn)品測試驗證不足；第二是車輛使用過程中可靠性變化；第三是充電安全管理技術(shù)有問題。
動力電池問題是電動汽車起火主要誘因。歐陽明高表示：“近些年，國外電動汽車起火的原因主要源于碰撞，而國內(nèi)電動汽車起火主要有幾個特征：一是以三元電池為主，數(shù)量超過一半；二是以圓柱形電池為主，因為這種類型電池是鋼殼，包裹得比較緊，一旦發(fā)生熱失控就會爆炸；三是充電失火的事故占比比較大。”
過去幾年，在國家大力扶持下，新能源汽車產(chǎn)業(yè)取得了快速發(fā)展。數(shù)據(jù)顯示，去年，新能源汽車生產(chǎn)了79.4萬輛，產(chǎn)量已占到當(dāng)年汽車總產(chǎn)量的2.7%，近五年年均復(fù)合增長率達(dá)130%，連續(xù)三年的產(chǎn)銷量居世界第一，占全球市場保有量的50%以上。今年前8月，新能源汽車的產(chǎn)銷分別完成了60.7萬輛和60.1萬輛，同比分別增長75.4%和88%。
行業(yè)內(nèi)權(quán)威人士提醒，在取得成績的同時，也要清醒地看到我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)還不牢固。工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)司副司長羅俊杰提到：“目前國內(nèi)動力電池綜合性能仍需提升，從資源開發(fā)到回收利用等全產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展還不夠平衡，安全等問題使我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)在未來一段時間內(nèi)，仍處于‘爬坡過坎’的階段。”
過度追求補貼
通過對事故的調(diào)查分析，多位專家認(rèn)為，電池?zé)崾Э厥瞧鸹鸬闹饕?，因為?dāng)電池達(dá)到一定溫度時，電池就會產(chǎn)生連鎖的放熱反應(yīng)，溫度快速上升，最高的速度可達(dá)到每秒鐘溫升接近1千度。
引起熱失控的原因有多種，電池包本身溫度不均勻，局部區(qū)域溫度高，過充過放、外短路、內(nèi)短路等原因都會放熱，此外還有機械原因，如進(jìn)水、密封不好、碰撞等等。21世紀(jì)經(jīng)濟報道記者了解到，一般情況下，電池放電到一定程度后不會熱失控，熱失控一般都是在滿電狀態(tài)，所以充電的時候容易引起熱失控。從車型來看，發(fā)生事故的車輛主要是舊車型，電池能量密度并不高。
和往年相比，今年電動汽車起火事件更加頻繁，一些企業(yè)為了盡快拿到補貼，開始降低生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。同時，很大一部分企業(yè)并沒有建立企業(yè)內(nèi)部的電池安全測試標(biāo)準(zhǔn)，部分企業(yè)甚至沒有電池安全測試的能力，生產(chǎn)出來的電池質(zhì)量參差不齊。
歐陽明高表示：“目前電池產(chǎn)品測試驗證不足。由于補貼退坡的政策周期是一年一次，總體來看與產(chǎn)品的開發(fā)周期不是很匹配，有些企業(yè)盲目地追求高比能量，縮短了測試驗證的時間。為了縮短開發(fā)周期往往首選物理的改進(jìn)方法，比如把電池活性材料增厚，隔膜減薄，這樣電池比能量會上升，但是安全性能會下降。”
除了電池本身，電動汽車在充電的過程中也容易起火。“BMS的廠商和充電機的廠商沒有嚴(yán)格的執(zhí)行新頒布的國家標(biāo)準(zhǔn)。正常情況下，電池管理系統(tǒng)對充電有很好的斷電功能，但很多企業(yè)目前并沒有嚴(yán)格執(zhí)行功能安全的規(guī)范，即ISO26262《道路車輛功能安全》規(guī)范，比如充電繼電器的粘連應(yīng)該有診斷功能，但有的企業(yè)為了節(jié)省成本就沒有裝載，電池管理系統(tǒng)與充電樁也沒有裝備合格的絕緣檢測裝置。”歐陽明高表示。
技術(shù)推廣不宜過快
根據(jù)中國新能源汽車動力電池比能量發(fā)展的趨勢，很快就會向300瓦時/公斤的高比能量電池邁進(jìn)，這就是所謂的高鎳三元811電池，將很快進(jìn)入市場，同時，它們也比原來的電池面臨更高的安全技術(shù)要求。
針對國家提出的產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)，即2020年單體達(dá)到350瓦時/公斤，系統(tǒng)260瓦時/公斤，循環(huán)壽命2000次。多位專家認(rèn)為，要求偏高，不宜強行推行，此外還建議補貼政策要符合技術(shù)發(fā)展的規(guī)律，對能量密度的提升不宜過快、不宜更改過頻。
歐陽明高表示：“電池安全是電池技術(shù)革命性突破的第一重點，也是純電動汽車性能提升的第一關(guān)鍵，電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展越往后期，電池安全就越變成一個瓶頸技術(shù)，比如十分鐘充300公里以上的快充技術(shù)，電池電壓從300V提高到600V甚至800V，這些都與安全相關(guān)，也是今后純電動汽車競爭的主戰(zhàn)場?？梢哉f安全是電動汽車可持續(xù)發(fā)展的生命線，要全面提升現(xiàn)有鋰離子動力電池系統(tǒng)安全技術(shù)，全力突破新型固態(tài)電池技術(shù)。”
對此，英飛凌科技汽車電子事業(yè)部副總裁徐輝說：“我認(rèn)為電動汽車起火是一個行業(yè)發(fā)展的過程，我們不能過度地去強調(diào)因為某一輛車發(fā)生自燃現(xiàn)象，就斷定整個技術(shù)不安全。在發(fā)展過程中，企業(yè)應(yīng)該更多去做一些實驗和驗證。同時，我認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)也很重要，個人更希望政府的法律法規(guī)從整車分布到各個零部件，當(dāng)然目前新能源車還沒有達(dá)到傳統(tǒng)燃油車的技術(shù)程度，所以大家都需要去參與到這個過程中，更快地讓體系能夠完善。”
隨著國家補貼政策的逐步退坡，動力電池企業(yè)間的加速競爭，力電池行業(yè)格局已經(jīng)逐漸成型，早年間大肆擴張的時代已經(jīng)結(jié)束。
新能源汽車對動力電池而言是一把雙刃劍，一方面給予動力電池企業(yè)前所未有的發(fā)展契機，另一方面又對動力電池進(jìn)行無情的壓榨，要求動力電池能量密度不斷提高，續(xù)航里程不斷提升，價格卻要不斷下跌。伴隨補貼逐年大幅退坡，整車廠也開始將部分成本壓力轉(zhuǎn)嫁給動力電池企業(yè)。
我國動力電池行業(yè)表現(xiàn)出集中度提高的趨勢，排名前20的動力電池單體企業(yè)配套量占了總量的近9成。實際上，面對上游原材料成本價格上升及下游主機廠對動力電池采購價格的壓力，這兩年國內(nèi)電池企業(yè)的利潤在不斷壓縮。
深圳市比克動力電池有限公司總裁解國林向網(wǎng)易汽車坦言，“今年上半年電池材料的成本沒有下降，車企的付款周期也給電池廠帶來很多壓力，電池企業(yè)2016年的時候有130家，去年公告上只有90家，今年可能會剩60家左右”。
一邊是，電池產(chǎn)業(yè)鏈多家企業(yè)陸續(xù)遭遇資金困境面臨倒閉。
今年6月，曾經(jīng)的電池企業(yè)頭部玩家沃特瑪發(fā)布放假通知，坦承放假是因為公司訂單不足、資金困難。連續(xù)多年位居全國動力電池裝機量第三的沃特瑪，一下陷入資金鏈斷裂的困境，讓人看到動力電池領(lǐng)域競爭的殘酷。
同時，AESC作為日產(chǎn)Leaf唯一的電池供應(yīng)商，被日產(chǎn)賣給了中國的金沙江資本，同樣也引發(fā)行業(yè)熱議。
一邊卻是寧德時代、比亞迪這樣的企業(yè)增資擴展跑馬圈地上提產(chǎn)能，并連續(xù)與多家企業(yè)合作成立合資公司；這一年里，倒閉和買賣重組在動力電池行業(yè)變得司空見慣，動力電池產(chǎn)業(yè)洗牌已經(jīng)全面開啟。
2016年，我國動力電池領(lǐng)域的投資超過1000億元，導(dǎo)致產(chǎn)能大幅擴容，2017年中國動力電池的產(chǎn)能已經(jīng)超過了200GWh，但總體產(chǎn)能利用率只有40%。產(chǎn)能利用率低下，是中國動力電池產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)性產(chǎn)能過剩的突出體現(xiàn)。
2013年，我國動力電池裝機量僅為0.8GWh,2017年為37.6GWh，而當(dāng)年產(chǎn)能規(guī)劃達(dá)到228GWh。產(chǎn)能全部釋放的話可以滿足年產(chǎn)500萬輛電動乘用車的需求，顯然目前市場規(guī)模還遠(yuǎn)達(dá)不到這個量級。
此外，這種過熱的勢頭導(dǎo)致龍頭企業(yè)的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品受到追捧，中小企業(yè)的產(chǎn)能得不到消化，生存空間不斷被擠壓。低端產(chǎn)品過剩、高端產(chǎn)品不足的結(jié)構(gòu)性產(chǎn)能過剩，依然是當(dāng)前困擾國內(nèi)動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的突出問題。
動力電池是重資產(chǎn)行業(yè)，又是技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，在技術(shù)快速迭代過程中，一旦技術(shù)或資金跟不上市場的步伐，將很可能被淘汰出局。動力電池產(chǎn)業(yè)的洗牌才剛剛開始，對于部分動力電池企業(yè)而言，顯然這個秋天來的著實有點早。
新能源汽車最近因為多起起火事件，再次引發(fā)人們對新能源汽車安全性的廣泛關(guān)注和擔(dān)憂。
瓦叔得到的消息是，今年以來，新能源汽車頻繁出現(xiàn)起火事件，讓有關(guān)部門不得不重新審視動力電池安全性問題，未來可能將淡化補貼與能量密度關(guān)系，進(jìn)一步提升安全性的權(quán)重。
最近新能源汽車頻繁曝出起火事件，從車型上看，有客車，有乘用轎車，從配套的電池上看，有三元電池，也有磷酸鐵鋰電池。
電池行業(yè)普遍達(dá)成的共識是，三元電池相對于磷酸鐵鋰電池安全性較差，但是最近幾年三元電池因為高能量密度的天然優(yōu)勢，逐漸成為新能源汽車采用的主流動力電池。
如果想讓新能源汽車充一次電行駛更遠(yuǎn)的里程，就必須提高單位電池重量中的能量密度。
那么如何提高能量密度呢？
三元動力電池材料主要包括三種元素——鎳、鈷、錳，如果要提高能量密度，必須提高鎳元素的比例。
以前，三元材料中鎳、鈷、錳的組合比例主要是3：3：3，雖然安全性能較高，但是能量密度較低。此后，為了提高能量密度，電池企業(yè)開始將鎳、鈷、錳比例逐漸變成5：2：3、6：2：2、8：1：1。因為鎳元素較為活躍，隨著鎳量的增加，在能量密度提高的同時，電池的熱失控溫度和安全性逐步下降。
那么電池為什么會燃燒，甚至爆炸？
可以將電池組理解成汽油箱一樣，是一種含高能物質(zhì)的部件。鋰離子電池中的電解液是用有機溶劑配制而成，其易燃的程度不亞于汽油。
電池正極的氧化劑和負(fù)極的還原劑只隔一層微米級厚的隔膜，一旦短路就會生熱；充放電時，電池內(nèi)阻也會生熱。在達(dá)到一定溫度時，正極上的氧化劑會與電解液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。大量的化學(xué)反應(yīng)熱會造成熱失控，產(chǎn)生大量氣體，進(jìn)而導(dǎo)致氣壓升高，電池破裂，繼而出現(xiàn)車輛燃燒、爆炸情況。
按照中國工程院院士楊裕生的權(quán)威說法，使用熱失控溫度越低的正極材料，電池的安全性越差。特斯拉用的三元鋰離子電池，熱失控溫度不足200℃，尤其是三元材料在達(dá)到一定溫度時還會分解釋放出極活潑的初生態(tài)氧，即使在沒有外界氧氣供應(yīng)的情況下，這種電池內(nèi)部就完整地具備燃燒三要素。
麻煩的是，在當(dāng)前的技術(shù)條件下，并沒有太好的辦法來解決三元電池這一安全性問題。
而磷酸鐵鋰電池不同，它和三元電池，分別可以視為安全性與高性能的產(chǎn)品代表。
在中國工程院院士楊裕生看來，在磷酸鐵鋰電池中，磷酸鐵鋰分子里的氧被牢固地束縛在磷酸根中，很難成為助燃劑，磷酸鐵鋰電池的熱失控溫度要高得多，在700度以上才會分解燃燒，其安全性高得多。
既然磷酸鐵鋰電池要安全的多，為什么最近頻繁燃燒或爆炸的新能源汽車中也有采用磷酸鐵鋰電池的？
從技術(shù)角度來看，磷酸鐵鋰電池比三元電池要安全的多，但是并不代表廠商做磷酸鐵鋰電池的質(zhì)量能跟得上。
過去幾年，因為新能源汽車產(chǎn)銷量增長迅猛，動力電池產(chǎn)業(yè)投資被廣泛的帶動起來，廠家魚龍混雜，為了拿補貼，許多磷酸鐵鋰電池廠家不惜犧牲質(zhì)量，大干快上增加產(chǎn)能。當(dāng)然三元電池同樣存在這一問題。
在9月17日舉行的清華大學(xué)汽車工程系和媒體座談會上，另一位權(quán)威專家、中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽明高說，目前新能源汽車補貼政策，導(dǎo)向不大合適，雖然補貼跟能量密度掛鉤，總體方向是對的，但是要符合技術(shù)發(fā)展的規(guī)律，能量密度提升的節(jié)奏要穩(wěn)，不能提得太快。太快，企業(yè)就跟不上，沒有時間驗證產(chǎn)品的成熟度。
而在中國工程院院士楊裕生看來，與磷酸鐵鋰電池技術(shù)路線不同，從技術(shù)層面看，三元電池本身存在安全的缺陷，暫時是無法解決的。
電池行業(yè)有一種戲稱：
未來三元電池能否被大量應(yīng)用的關(guān)鍵因素并不在于電池本身，而在于車輛的逃生系統(tǒng)以及相關(guān)的保險體系是否完善。
雖然安全性問題還沒有得以很好的解決，但是過去幾年三元電池因為能量密度優(yōu)勢，在市場中的比重卻在不斷提升。
今年前8個月，中國動力電池累計產(chǎn)量達(dá)38.52GWh，其中三元電池累計生產(chǎn)20.12GWh，占比上升到了52.23%；磷酸鐵鋰電池累計生產(chǎn)17.78GWh，占比下降到了46.17%。其中8月份三元電池占比更是上升到了63%。
而2016年，三元動力電池占比還只有22%。
中國工程院院士楊裕生說，近幾年我國出現(xiàn)“人造三元風(fēng)”，之所以說“三元風(fēng)”是“人造”的，是因為它不是因技術(shù)優(yōu)勢自然形成的，而是片面追求純電動長里程政策引導(dǎo)的結(jié)果。
所以他強烈建議我國應(yīng)將磷酸鐵鋰電池作為發(fā)展重點。
