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如何提高鋰電池的安全性?

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2019年12月05日  

近期,特斯拉、蔚來、比亞迪等新能源汽車相繼燒起的幾把大火,似讓觀望者對于電動汽車乃至整個新能源產(chǎn)業(yè)鏈的信心有所動搖。產(chǎn)量一路高歌猛進的快速發(fā)展后,繼補貼退坡、續(xù)航里程、充電設施布局的焦慮,新能源汽車的安全性再次被推上輿論塔尖。這個被寄予厚望,肩負著能源轉(zhuǎn)型重任的新興產(chǎn)業(yè),又一次迎來大眾審視的目光。幾把火之后,新能源汽車的春天還會來嗎?


能量與安全的博弈


追求完美,或是人類的本性。而自然界的設置往往是圓中有缺,不會完滿。之于新能源汽車,比起理想中高續(xù)航里程、高安全性、充電便捷又價格便宜的豐滿想象,現(xiàn)實往往更加真實,全其二者已不易。甚至,能量與安全,已足以構(gòu)成一場博弈。


近期的幾起電動汽車燃燒事件,官方雖未公布起火原因,業(yè)內(nèi)人士卻已有推測。北京明泉華清科技有限公司總經(jīng)理孫杰表示,引起事故的原因可能是多方面的,外部原因如局部過熱引起短路、電池老化、使用不當?shù)龋瑑?nèi)部原因則是電池自身的設計問題。


業(yè)界分析,雖不能確定是電池問題引起的自燃,但片面追求高能量密度電池,導致電池安全性能降低,進而熱失控,確實是新能源汽車起火的重要原因。


中科院院士、清華大學教授歐陽明高曾公開表示:電池熱失控是電動汽車自燃起火的主因之一。所謂電池熱失控,即電池在短時間內(nèi)到達一定溫度,會產(chǎn)生連鎖熱反應。


此次特斯拉的自燃之所以關(guān)注度高,是因為它一非碰撞,二沒充電,三是車庫溫度也正常,在這樣的狀態(tài)下發(fā)生自燃,不得不讓人聯(lián)想到特斯拉的超級電池。


眾所周知,電動汽車續(xù)航的關(guān)鍵在于電池組。特斯拉選用的是技術(shù)成熟的18650的圓柱鋰電池。ModelS的電池組,由16組總數(shù)超過7000顆18650鋰電池通過串并聯(lián)組成。這個超級電池的優(yōu)勢在于能量密度高,劣勢則是電池穩(wěn)定性的隱患大。


天津大學化工學院教授唐致遠表示,單獨看特斯拉使用的每只電池,性能都很好。但問題在于,幾千只電池通過串并聯(lián)組成電池組后,一致性根本無法保證。其中的一只電池出現(xiàn)問題就有可能引發(fā)嚴重的后果。幾千只電池使用中的狀態(tài)不可能完全相同,有些電池充滿電了,但有些電池還沒有充滿,質(zhì)量再好的BMS系統(tǒng)也不可能管理到每一節(jié)電池,因此再次充電時就容易引起部分電池過充,大大增加安全隱患。


單純追求能量密度是風險非常高的一件事,因為這必然犧牲動力電池的安全性、使用壽命。北京大學化學與分子工程學院教授其魯曾公開表示,當前國內(nèi)電池能量密度與安全性已經(jīng)呈現(xiàn)相反性,現(xiàn)在經(jīng)常出現(xiàn)能量密度300Wh/kg、充電一次行駛超過500公里,十分鐘快速充電等概念,追求充一次電超過500公里導致的安全問題越來越可怕。


事發(fā)后,對于媒體連珠炮式的報道,特斯拉汽車CEO馬斯克曾在推特發(fā)文,稱新能源汽車的自燃率與傳統(tǒng)燃油車相比并不高。這樣的推算看似有些道理,但一位網(wǎng)友的話發(fā)人警醒:自燃率雖小,但如果事故發(fā)生在你身上,概率就是百分之百。


國家工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)司副司長瞿國春曾在中國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展(泰達)國際論壇上公開發(fā)言強調(diào),安全性是中國新能源汽車發(fā)展必須保持的底線,安全造車,造安全車,是新能源車企在這個時代應該保有的正義。


能量與安全從不應該是博弈的關(guān)系,若失了安全的前提,高能量密度電池將毫無意義。新能源汽車發(fā)展,其核心要義,仍應是安全為本。


對電動汽車來講,電池的安全性應該具有一票否決權(quán),不管性能多好,能量密度多高,安全性這一關(guān)不過,就得一票否決。決不能拿人的性命開玩笑。唐致遠表示,業(yè)界需要在電動汽車電池的能量密度、續(xù)航里程和安全性能之間找到一個平衡點,在確保電池安全性的前提下,盡可能地提高電池的能量密度和續(xù)航里程。


進與退,市場的法則


制造。當補貼退坡,倒逼技術(shù)升級的時刻來臨,車企們紛紛將目標對準了高能量密度動力電池帶來的高續(xù)航。


當然,有技術(shù)過硬者勝出,亦有渾水摸魚者投機取巧。


國家科技成果轉(zhuǎn)化基金新能源汽車創(chuàng)業(yè)投資子基金合伙人兼總裁方建華曾在公開論壇上指出:本來提高系統(tǒng)的能量密度,應該通過化學的方法來解決,但是實際情況下都是通過物理的辦法,把該有的防護措施,如特斯拉有的熱防護、熱能管理、保險絲等去掉了;為了減重,把該厚的隔膜、電池箱減薄了;把該小的電芯加大了。


現(xiàn)在很多企業(yè)做電池都強調(diào)多功能的使用,加速時需要高倍率,行駛時強調(diào)長距離,夏天時要求熱穩(wěn)定性高,冬天時要求抗寒能力好……但電池不是全能的,要求一個電池運用到所有領(lǐng)域,是有問題的。孫杰表示,應該反思一下電動汽車電池的設計,在性能和使用方面給出一些更詳細的規(guī)范。


業(yè)界分析,補貼逐步退坡,新能源汽車車企要承擔一部分壓力,以前車企基本上把電池的成本消化在補貼里。此次新政推出,意味著車企自身需要消化30%~40%的電池采購價格。


市場的抉擇很艱難,想在控制電池成本的前提下實現(xiàn)材料等全過程的創(chuàng)新,還要保證安全、提升品質(zhì),新能源車企們面臨兩難選擇。


相比消費者對新能源汽車的焦慮,車企的壓力并不小。資本必然逐利,在短時間內(nèi)開發(fā)出讓消費者完全滿意并可與燃油車PK還能賺錢的電動汽車,從產(chǎn)業(yè)發(fā)展的規(guī)律來說,可能性幾乎為零。


新能源汽車的產(chǎn)銷量,一直在前進。中國汽車工業(yè)協(xié)會有數(shù)據(jù)顯示,我國新能源汽車銷量從2013年的1.8萬輛發(fā)展至2018年的125.6萬輛,已經(jīng)成為全世界最大的新能源汽車市場。截至2018年年底,中國新能源汽車保有量達到290萬輛,占全球新能源汽車保有量的53%。


產(chǎn)銷量高歌猛進,新能源汽車補貼政策是在確保2021年補貼全部退出后,產(chǎn)業(yè)不發(fā)生大的波動。2016年,電池能量密度作為重要的考核指標,首次納入新能源汽車補貼政策。2018年,新一輪補貼政策明確提出要鼓勵高能量密度、低能耗車型應用,補貼資金傾斜于更高技術(shù)水平的車型。今年的新政,國補下調(diào)了50%以上,取消了地補,對應整體退坡幅度在60%以上。


產(chǎn)量進,補貼退。這一進一退之間,考驗的是車企的技術(shù)實力和道德底線。


2018年,我國汽車行業(yè)產(chǎn)銷量在連續(xù)28年正增長之后,出現(xiàn)負增長的情況。業(yè)內(nèi)人士分析,這是汽車行業(yè)的一種信號。意味著,在產(chǎn)量看好的快速生長期過后,回歸理性、回歸市場、回歸科學,將是汽車行業(yè)的關(guān)鍵詞。


新能源汽車行業(yè)尤其如此。


當前我國占產(chǎn)銷總量只有4%的新能源汽車,卻有200多家汽車企業(yè)在


春天并不遠


聽到特斯拉又起火的消息,北京的白領(lǐng)穆江開始有些慌張。靜置狀態(tài)下起火,聽起來讓人毛骨悚然。他想到自家剛買不到一年的電動汽車,經(jīng)常放在單位充電一晚上,而并不自知有這種危險。從前只關(guān)心在哪里充電便宜、遠郊出行電夠不夠的他,對這個載著全家人的代步工具,第一次開始了安全性的考量。


這或許代表了一部分電動汽車車主的想法。在易車網(wǎng)一個樣本量為2645人的電動車消費滿意度調(diào)查中,在是否后悔購買電動車一欄中,選擇后悔的占40.7%。而在BestEV的一項調(diào)查中,45%的電動汽車車主表示購買的電動汽車出現(xiàn)過各類安全問題。


新能源汽車,真的像人們擔心的一樣不安全嗎?


業(yè)界分析,新能源汽車相比燃油車發(fā)展時間較短,動力電池出現(xiàn)各類問題,與目前技術(shù)尚未達到非常成熟的階段有關(guān)。燃油汽車發(fā)展了100多年,而電動汽車發(fā)展的時間比較短,技術(shù)和數(shù)據(jù)的積累都需要一定的時間,雖然目前的產(chǎn)品支撐不足以與燃油汽車相比,但隨著技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)有的問題會慢慢克服。孫杰說。


實際上,國家與企業(yè)都在同步努力,電動汽車的安全其實有多重保障。


今年1月10日,我國發(fā)布了首個《電動汽車安全指南》,從研發(fā)設計生產(chǎn)到銷售和使用,為電動汽車提供全環(huán)節(jié)的安全指導。工信部裝備工業(yè)司副司長羅俊杰對外表示,已完成電動汽車安全要求、電動汽車用動力蓄電池安全要求、電動客車安全要求三項強制性國家標準的制訂,正在抓緊履行報批程序,之后將成為新能源汽車產(chǎn)品報批準入的基礎要求。該系列標準對于單體電池熱擴散以及整體系統(tǒng)的安全控制均提出了明確要求。


除上述標準外,今年我國還完善相關(guān)政策,加強新能源汽車召回管理,并將三電零部件納入汽車三包政策。


為了提高動力電池的安全性,還需避免或抑制熱失控的發(fā)生。整體來看,業(yè)界解決鋰離子電池熱失控問題,主要從系統(tǒng)保護和電芯改進兩個方面進行。在電芯之間放置氣凝膠、冷卻片和泡棉,升級液冷系統(tǒng)等都是常用手段。


相關(guān)產(chǎn)品

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