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没人能造出永不起火的电动车

虎嗅   |   梓楠法师
2021-09-27 15:43:46

当动力电池的续航里程提升遭遇瓶颈后,车企开始在电池安全性上内卷。

当动力电池的续航里程提升遭遇瓶颈后,车企开始在电池安全性上内卷。

日前,长城汽车公开了其大禹电池的相关技术细节。在长城汽车的描述中,前述大禹电池是一套电池系统,并非电芯。在该技术的加持下,动力电池可做到在正常工况中不起火不爆炸。

此外,该电池系统可匹配能量密度较高的811NCM三元锂电池及能量密度较低的磷酸铁锂电池。 

在长城汽车之前,不起火不爆炸的电池已经“烂大街”了。比如比亚迪的刀片电池、广汽埃按的弹匣电池、瑞浦能源的不起火电池等。 

这些企业给出的技术设想很美好。但从实际情况来看,要么还没量产,要么已经起火被打脸。 

从当下的动力电池技术进展来看,要从材料层面解决电池安全性问题是天方夜谭。前述车企及电池厂商所做的技术创新,仍是结构方面的创新。简言之,给容易爆燃的电芯加上一面防火墙,或者整个灭火器。 

这没有根本解决电池的安全性问题。 

又一个妥协性方案?

在电池技术上,长城发的也是期货。据长城汽车透露,大禹电池技术仍要等到2022年下半年才会量产装车。

从长城汽车的描述来看,虽然大禹电池技术没有在电芯材料上做出创新,但为车企解决电池安全提供了一个新的思路。

面对动力电池热失控,企业以往的思路是抑制热源、隔离并冷却。而面对电池热失控产生的热流,长城的选择是在隔断热源后进行热流分配、定向排爆、高温绝缘、阻氧等工作。这意味着,给动力电池装上散热器,当电芯爆燃时,将高温分散处理,以保障电池整体的安全性。与以往动力电池隔离并冷却的处理方式相比,多了一道散热的环节。

在长城汽车的技术设想中,在单块电芯发生热失控之后,一方面采取有效措施防止相邻电芯持续发生热失控,一方面在电池包内设计合适的通道,导出热失控产生的烟气,烟气流出车外时温度低于100度。 

为了测试大禹电池的安全性表现,长城汽车选用了安全稳定性最差的NCM811电池进行加热测试。据长城透露,在测试中电池模组连续发生三次多个电芯集聚触发热失控,电池内部温度最高达到1037℃,瞬时最高气压达到16kPa。 

从透露出来的数据来看,大禹电池的安全性表现尚可。目前已知高镍三元锂材料的燃点约为200℃,磷酸铁锂材料的燃点约为500℃,大禹电池系统在测试中的峰值温度超1000℃,且最终未发生整体电池爆燃。 

但加热测试所体现的性能只能证明大禹电池在车辆静置情况下解决了部分电池安全问题,能否保证车辆在事故等极端情况下不爆炸不燃烧仍未可知。“长城做的一些阻断火焰、散热的通道等设备能否在极端事故中保持完整仍未可知”,前述人士表示。

从动力电池技术研发角度来讲,大禹电池的技术仍是改良性研发。目前各类电池技术并未完全解决安全性问题,电池也没有绝对安全这一说。电池安全性问题的根本原因在于,电芯中的极片、电解液等部件含有锂、镍等多种活性元素,这类元素在接触空气后将不可避免地爆燃。电池原材料的基本属性决定了电池本就自带易燃易爆的属性。 

一位动力电池企业内部人士对虎嗅表示,目前解决动力电池安全性问题的思路有三种。第一个层面是电芯内部材料体的调整,即磷酸铁锂材料体系的选择、三元体系材料比例的变化,包括各种添加剂以及电解液的改性等;第二个层面是电芯、模组、电池包等综合安全设计,包括电池管理BMS和电池热管理方面的设计;第三个层面是电池在车上应用以及与充电方式相结合,如预留电池安全富余容量、电池充放电安全预警、电池防水和防碰撞安全设计、电池底盘一体化等。

要想根本性解决电池安全性问题,唯一的出路就是造出不会自燃的电芯,这需要电池电化学体系的创新。

目前,由于安全性较高的磷酸铁锂电池能量密度已不存在提升空间。为了平衡能量密度和安全性,车企和电池厂主要选择在电芯、电池模组层面进行安全性开发。

比亚迪的刀片电池即是将电芯的原材料从三元锂切换至稳定性更高的磷酸铁锂体系已实现安全性的提升。但这样的作法牺牲了电池的能量密度。最终,为了提升磷酸铁锂电池的能量密度,比亚迪又对电芯的工艺做出改良,诞生刀片电池。

而大禹电池同样面临能量密度的问题。”从披露的信息来看,大禹电池系统做了很多泄压通道的设置,这些材料的增设会影响电池整体的体积能量密度,对整车设计可能会有负面影响“,前述人士表示。

在电池材料体系尚未突破的情况下,企业为了满足市场需求做了诸多妥协性研发。而长城的大禹电池,只是这些妥协性研发中名字和思路较为独特的一个。

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不过长城汽车同时也宣布大禹电池的相关技术专利将免费开放,这一点值得肯定。

安全性的内卷

电池的技术瓶颈让多数企业短期内只能做妥协性研发。而技术迟迟不突破带来的另一个坏事就是内卷。

自比亚迪发布刀片电池开始,新能源领域企业对电池安全性的内卷就已开始。

在刀片电池发布后,比亚迪和宁德时代就曾因动力电池的针刺实验引发争议。彼时,二者的争议有一个前提就是,针刺实验是对动力电池安全性实验中最严格的一环。 

但在争议过后,业内对针刺实验的质疑时有出现。日前,岚图汽车新能源技术总监黄敏就表示:”从过去长时间试验的统计结果来看,针刺试验的波动性较大,重复性不太好。一个重复性不太好的结果,我们不太有把握说这就是最后的试验结果,是安全性的体现。所以我们还是选择用比较可控的热扩散这种方式来做。” 

而另一位人士则对虎嗅表示:“针刺实验的宣传意义大于实际意义,但当部分用户的心智被印上针刺实验的烙印后,所有企业都不得不做针刺实验”。 

除了针刺实验外,还有一个问题就是。市场真的需要永不爆炸永不起火的新能源汽车吗? 

今年1月1日,工信部组织制定的“三项强标”由国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会批准发布,已经开始实施。针对车用动力电池,《电动汽车用动力蓄电池安全要求》增加了电池系统热扩散试验,要求电池单体发生热失控后,电池系统在5分钟内不起火不爆炸,为乘员预留安全逃生时间。

“目前市面主流的新能源汽车安全性都已远高于工信部的要求,从市场需求出发,安全性也并不是消费者对新能源汽车的唯一要求。除安全外,充电速度、能量密度、成本等也是消费者关注的问题,企业在电池安全性上过分偏执也是一种矫枉过正”,前述人士表示。

更有趣的是,目前从特斯拉、LG化学等企业的动力电池技术路线来看,成本和能量密度是其更关注的部分。特斯拉在做4680无钴电池,计划降低电池成本,而LG化学等日韩电池企业,在技术路线上一直押注安全性低但能量密度较高的三元锂路线。

在电池技术瓶颈尚未突破的当下,动力电池安全性与能量密度的博弈仍将继续。最终的结果仍需要市场来解答。

而这其中一个比较关键的问题是,新能源汽车做到什么程度才算安全?


网站编辑: 郭靖

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