“現(xiàn)在動(dòng)力電池最重要的問題就是安全，動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景非常廣闊，但前提是必須解決安全問題。” 中國(guó)科學(xué)院院士歐陽(yáng)明高表示，根據(jù)市場(chǎng)監(jiān)管總局提供的數(shù)據(jù)，2018年至今，已發(fā)生80余起電動(dòng)汽車火災(zāi)事故，電動(dòng)汽車的安全問題已不容忽視。

 

“據(jù)統(tǒng)計(jì)，在2018年的新能源汽車事故中，充電引起的占29%，靜置引起的占14%，涉水引起的則占10%。”歐陽(yáng)明高表示，為尋求解決電動(dòng)汽車安全隱患的答案，其團(tuán)隊(duì)在研究了國(guó)內(nèi)外主要電動(dòng)汽車品牌的電池后發(fā)現(xiàn)，電池在快充300-500次后穩(wěn)定性變差。“通常新電池的熱失控溫度約為215度，而過多使用快充的電池?zé)崾Э嘏R界點(diǎn)則會(huì)降至107度。”

 

對(duì)此，中國(guó)北方車輛研究所動(dòng)力電池實(shí)驗(yàn)室主任王子冬表示認(rèn)同。王子冬坦言，其團(tuán)隊(duì)也曾做過相關(guān)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)同一批生產(chǎn)的電池，放置不動(dòng)和安裝在車上使用，導(dǎo)致的結(jié)果完全不同。“在車上使用的電池更易出現(xiàn)問題，電池放置不用并不會(huì)著火，兩者的差異就在于是否使用和充電。”

 

記者了解到，除電池使用不當(dāng)易引發(fā)安全問題外，一味追求高性能也是引發(fā)電池安全問題的重要原因之一。“動(dòng)力電池的性能包括能量密度、公里密度、循環(huán)壽命、成本四個(gè)方面，這四個(gè)方面不僅很難全部兼顧，還很容易與安全起沖突，即企業(yè)選擇了高性能就無法顧及安全。比如目前大熱的三元電池，其安全性就不如磷酸鐵鋰電池。”中國(guó)工程院院士陳清泉坦言。

半導(dǎo)體芯片帶來曙光

“想要降低快充給電池帶來的熱失控，就必須對(duì)快充技術(shù)進(jìn)行精確管控，需要根據(jù)不同溫度、電荷狀態(tài)、 衰減情況等多因素建立輸出功率的MAP圖或模型。” 寧德時(shí)代董事長(zhǎng)助理孟祥峰表示，掌握熱控制對(duì)電池的安全至關(guān)重要。

 

此外，發(fā)展更安全的電池技術(shù)路線也是保障安全的重要舉措之一。“未來高鎳三元鋰等高能量密度電池不應(yīng)是發(fā)展重點(diǎn)，全固態(tài)電池則尚看不清未來。所以我認(rèn)為，未來應(yīng)該以磷酸鐵鋰電池為發(fā)展主力，在此基礎(chǔ)上再提高性價(jià)比。” 中國(guó)工程院院士楊裕生表示，磷酸鐵鋰電池具備安全性高、壽命長(zhǎng)，不含短缺金屬三大優(yōu)勢(shì)，是較為理想的動(dòng)力電池技術(shù)路線。“磷酸鐵鋰電池不需用到鎳、鈷等稀有金屬，再加上目前已掌握的微納結(jié)構(gòu)—碳包覆技術(shù)，就能彌補(bǔ)電導(dǎo)率不高的問題，在微小型電動(dòng)車和第二代增程式車完全適用。”

 

而針對(duì)快充問題，楊裕生則認(rèn)為需要發(fā)展新型電池。“目前使用的石墨負(fù)極，可以快放電，但不能快充；鈦酸鋰電池可以實(shí)現(xiàn)快速充放，但價(jià)格很高，所以我們要發(fā)展新型電池。”楊裕生認(rèn)為，想要得到高安全性、廉價(jià)的快充電池，關(guān)鍵在于新材料的使用，目前該項(xiàng)目的研發(fā)已取得一定進(jìn)展。

 

“目前，我們已經(jīng)掌握了一項(xiàng)突破性的新技術(shù)，可以通過使用制造半導(dǎo)體的方法來解決動(dòng)力電池高性能與高安全性之間的矛盾，但目前還無法實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。”陳清泉透露，雖然目前由于保密原因無法對(duì)外公布太多關(guān)于該技術(shù)的詳情與細(xì)節(jié)，“但只要能夠利用好半導(dǎo)體芯片，就能同時(shí)解決動(dòng)力電池安全性、高性能和產(chǎn)業(yè)化的問題。”在純電動(dòng)汽車中，動(dòng)力電池系統(tǒng)是由多個(gè)動(dòng)力電池單體電芯構(gòu)成，在工作過程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量聚集在狹小的電池箱體內(nèi)。而如果熱量不能夠及時(shí)地快速散出，不僅會(huì)影響動(dòng)力電池壽命，而且嚴(yán)重情況下還會(huì)出現(xiàn)熱失控的現(xiàn)象，從而引發(fā)起火爆炸等事故。而如果從原理上說，造成熱失控的原因主要有四種情況，即機(jī)械濫用、電濫用、熱濫用以及內(nèi)部短路。

image005.jpg其中，機(jī)械濫用主要是指當(dāng)汽車發(fā)生碰撞時(shí)，由于受到外力的作用，鋰電池單體、電池組發(fā)生變形，自身不同部位發(fā)生相對(duì)位移，導(dǎo)致電池隔膜被撕裂并發(fā)生內(nèi)部短路，易燃電解質(zhì)泄漏最終引發(fā)起火。在機(jī)械濫用中，穿刺傷害最為嚴(yán)重，它可能會(huì)引發(fā)導(dǎo)體插入電池本體，造成正負(fù)極直接短路。

而電濫用主要是對(duì)電池的使用不當(dāng)造成的，有外部短路、過度充電和過度放電幾種類型。其中，因?yàn)檫^渡放電導(dǎo)致的危害最小，但是由于過度放電造成的銅枝晶的增長(zhǎng)會(huì)降低電池的安全性，從而增加熱失控的幾率。而外部短路是在兩個(gè)存在壓差的導(dǎo)體在電芯外部接通導(dǎo)致的結(jié)果，當(dāng)外部短路發(fā)生時(shí)，電池產(chǎn)生的熱量無法很好的散發(fā)，電池溫度也會(huì)隨之上升，高溫觸發(fā)熱失控。最后，過度充電是電濫用中危害最高的一種。由于過量的鋰嵌入，鋰枝晶在陽(yáng)極表面生長(zhǎng)。而鋰的過度脫嵌導(dǎo)致陰極結(jié)構(gòu)因發(fā)熱和氧釋放而崩潰。氧氣的釋放加速了電解質(zhì)的分解，產(chǎn)生大量氣體。由于內(nèi)部壓力的增加，排氣閥打開，電池開始排氣。電芯中的活性物質(zhì)與空氣接觸后，發(fā)生劇烈反應(yīng)，放出大量的熱，從而引發(fā)電池包燃燒起火。