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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業(yè)鏈的信心有所動搖。產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,肩負著能源轉型重任的新興產業(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)內人士卻已有推測。北京明泉華清科技有限公司總經理孫杰表示,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、使用不當等,內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,即電池在短時間內到達一定溫度,會產生連鎖熱反應。


此次特斯拉的自燃之所以關注度高,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,不得不讓人聯想到特斯拉的超級電池。


眾所周知,電動汽車續(xù)航的關鍵在于電池組。特斯拉選用的是技術成熟的18650的圓柱鋰電池。ModelS的電池組,由16組總數超過7000顆18650鋰電池通過串并聯組成。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組成電池組后,一致性根本無法保證。其中的一只電池出現問題就有可能引發(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,質量再好的BMS系統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,當前國內電池能量密度與安全性已經呈現相反性,現在經常出現能量密度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燃油車相比并不高。這樣的推算看似有些道理,但一位網友的話發(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業(yè)發(fā)展(泰達)國際論壇上公開發(fā)言強調,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,不管性能多好,能量密度多高,安全性這一關不過,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,有技術過硬者勝出,亦有渾水摸魚者投機取巧。


國家科技成果轉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。


現在很多企業(yè)做電池都強調多功能的使用,加速時需要高倍率,行駛時強調長距離,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材料等全過程的創(chuàng)新,還要保證安全、提升品質,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。


新能源汽車的產銷量,一直在前進。中國汽車工業(yè)協會有數據顯示,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水平的車型。今年的新政,國補下調了50%以上,取消了地補,對應整體退坡幅度在60%以上。


產量進,補貼退。這一進一退之間,考驗的是車企的技術實力和道德底線。


2018年,我國汽車行業(yè)產銷量在連續(xù)28年正增長之后,出現負增長的情況。業(yè)內人士分析,這是汽車行業(yè)的一種信號。意味著,在產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)的關鍵詞。


新能源汽車行業(yè)尤其如此。


當前我國占產銷總量只有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,經常放在單位充電一晚上,而并不自知有這種危險。從前只關心在哪里充電便宜、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。在易車網一個樣本量為2645人的電動車消費滿意度調查中,在是否后悔購買電動車一欄中,選擇后悔的占40.7%。而在BestEV的一項調查中,45%的電動汽車車主表示購買的電動汽車出現過各類安全問題。


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,動力電池出現各類問題,與目前技術尚未達到非常成熟的階段有關。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,技術和數據的積累都需要一定的時間,雖然目前的產品支撐不足以與燃油汽車相比,但隨著技術的發(fā)展,現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,升級液冷系統等都是常用手段。


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