電動車起火事故頻發:下一代電池開發的方向是什麼?


電池成本的下降伴隨著電動車銷量的增長。 7月10日,中汽協發布的2019年上半年汽車行業產銷數據顯示,今年上半年,我國新能源汽車累計完成產銷分別為61.4萬輛和61.7萬輛,同比分別增長48.5%和49.6%。其中純電動汽車產銷分別為49.3萬輛和49.0萬輛,同比分別增長57.3%和56.6%,約佔新能源汽車銷量的80%。純電動汽車的產銷量的增長也成為中國新能源汽車市場主要驅動力。

同時,隨著電動汽車的普及,截止到今年6月,全國共建成充電樁即公共充電樁41萬,私人充電樁59萬,充電設施總量達到100萬部,全國統一市場基本形成,標准在全國推廣使用,動力電池回收利用體系逐漸成熟。

然而,電動車市場高速增長和動力電池行業的快速發展的同時,頻繁的起火事故也引發了社會的廣泛的關注和討論,也對行業發展帶來了不良影響。

據不完全統計,2018年中國共發生各類電動汽車安全事故52起,今年1到5月共發生19起電動車起火事故,這些事故有29%是在充電時發生的,有19%是在行駛時發生的,還有19%是在停放時發生的,另外,截至今年5月,我國新能源汽車共召回12.3萬輛,其中由於三電故障導致的召回佔比50%。在動力電池故障中,設計原因占到了40%,製造原因占到了60%。

經過十多年的快速發展,目前動力電池已經走到了“十字路口”。一方面,新能源汽車對動力電池的需求巨大;另一方面,動力電​​池企業也面臨著補貼退坡、“白名單”取消、安全事故頻發等一系列挑戰。

電池安全放首位

作為電動汽車核心部件的動力電池,不僅關係到主機廠電動汽車產品的競爭力,更與消費者的駕車出行安全息息相關。 “要用成熟安全的電池,發展安全節能減排的電動汽車。”7月10日,在首屆中國國際電動汽車安全技術創新大會上,中國工程院院士楊裕生強調。

在楊裕生看來,電動車頻繁發生燃燒事故的原因主要有四點。

首先是電池技術原因,由於鋰離子電池都含有易燃溶劑,因此沒有絕對安全的電池。

其次是新能源汽車發展路線的原因。國家重點發展長里程純電動車的發展路線引發了里程焦慮、安全焦慮、充電焦慮、價格焦慮、後續電池焦慮。楊裕生認為,電池組自燃概率除了與電池本性有關外,還與電池總量成正比,里程越長需要裝的電池越多,電池組燃燒概率越高,純電動車追求長里程的發展路線,是燒車頻發的誘因之一。

此外,國家的補貼政策與純電動里程掛鉤,車企追求“多裝電池追補貼”,而過於追求能量密度則誘導企業追逐高能電池。 “雙掛鉤”補貼政策導致電池過度多裝和急促高能化,從而使得安全性下降。

最後,楊裕生指出,目前電動車發展抓不住主要矛盾和矛盾的主要面。 “現在把里程作為矛盾的主要方面,不顧安全,拼命不斷提高里程要求,安全性作為次要方面,這是頻發燒車的思想方法原因,這也是造成發展路線、政策、技術發生問題的根源。 ”

中國動力電池創新聯盟副秘書長、中國電動汽車充電基礎設施充電聯盟副秘書長王子冬同樣認為,新能源汽車安全事故主要由動力電池熱失控所引起,但熱失控僅僅是結果,熱失控原因錯綜複雜,事故源頭難以明確。

在理論上,電池能量密度與安全性成反比,企業盲目追求高能量密度,安全問題也會隨之暴露。雖然未能明確已發生的起火事件與追求能量密度存在多大相關性,但隨著高鎳三元電池進入市場,新能源汽車面臨更高的安全技術要求。

從安全技術角度來看,清華大學鋰離子實驗室主任何向明認為,動力電池起火主要原因是產品可靠性不高。

“電池產品測試驗證嚴重不足,測試週期不足,測試手段不完善,很多工廠一生產可能馬上就出廠了。” 何向明指出,很多電池廠根本不考慮電池這種產品的可靠性,電池在很多人的概念裡邊就是實驗室的電池,不是一個工業產品的電池,在整個研究中行業中,實際可靠性的研究非常少。

但目前動力電池汽車起火原因未明,究竟是生產過程中的質量控制?還是後期使用中出現的問題?抑或是什麼樣的場景下出現問題?王子冬認為,這些問題現在都還說不清楚。

動力電池路線之爭

面對電動汽車安全問題,楊裕生提議用增程技術解決安全與里程矛盾。具體的技術路線包括以微小型純電動車為突破口,純電動車微小型,大中型車發展純電驅動的增程式。

“微小型純電動車可以用鉛酸電池做低速車,也可以用磷酸鐵鋰電池做高速車;增程式電動車可解純電動車五大焦慮,特別是安全焦慮,市場化最可行。” 楊裕生表示。

當然,頻繁發生的電動汽車起火事故也引發磷酸鐵鋰電池和三元電池的發展路線之爭。

“磷酸鐵鋰電池和三元電池一直在爭,爭奪的就是成本、安全和能量密度。我們必須承認電池組是一種很高能物質的部件,具有危險的本質,說這個電池一點危險都沒有,這是不可能的。”王子冬指出,“隨著電池比能量和比功率提高,發生安全事故的危險也增大,這是有一定的關聯度的,所以我們要選擇一個平衡的優化。”

據了解,磷酸鐵鋰電池的特點在於安全性高,高倍率充放電特性和較長的循環壽命,但是能量密度不如三元電池;而三元電池能量密度高,一致性好,低溫性好,但是安全性差,循環壽命不如磷酸鐵鋰電池。

“車載動力電池不僅僅是重量比能量,更重要的是體積比能量,體積比能量才決定了車真正能跑多遠,從這個意義上來看,鋰離子電池是有優勢的。”歐陽明高認為,固態鋰離子電池的應用還需要再等幾年。

歐陽明高指出,隨著補貼的退出,磷酸電池在轎車市場中的規模將大幅上升,尤其是以比亞迪為代表的整車企業,將會以磷酸電池為重點,雖然能量偏低一點,但是系統比能量差距更大;另外,壽命大概提高一倍,現在已經可以將成本控制在5毛錢以內,比三元電池低多了。

“綜合來看磷酸電池會大幅回升,但是三元電池仍然是我們的重點,未來需要把安全的平衡點從三元電池的1:1:1,或者5:2:3提升到8:1: 1,也就是八元熱電池。”

在未來電動汽車發展方向上,歐陽明高建議城市出行發展小型電動車,大中型電動車使用純電型插電式——發展可以外接充電的混合動力,城區出行選擇純電動,高速長途使用單電機並聯聯合混動。

在電池工藝上,目前CATL、松下、三星SDI、孚能科技、萬向A123、微宏動力等鋰電池行業新舊勢力計劃在2022年之後導入疊片工藝的計劃。蜂巢能源也在7月9日正式推出方形疊片電池,並在動力電池技術路線上,基於NCM三元獨立發展四元電池、無鈷電池、固態電池等多種路線。

對於下一代車規級動力電池,清華大學安全與節能國家重點實驗室主任盧蘭光直言:“捲繞工藝優點是生產效率高,層間箍緊力可控,但是由於存在曲率半徑,特別是卷芯的內部中心曲率半徑小,導致N/P小,充放電受力不均勻,形變不一致,容易析鋰等問題。而疊片工藝正相反,各個部分受力均勻,不易變形。疊片更加適合形變大的電極材料,有利於保證充放電循環中形變一致,避免析鋰等問題。”

何向明則認為下一步研究的重點是想辦法減少電動車燃燒事故的損害。 “電池裡面有很多化學反應的動力學,這是目前的一個空白,我認為大家要更關注,去控制。第二我們講電池的固有安全技術指標特別重要,我們一定要明確目標,作為電池安全性目標是什麼,很多企業沒有目標。”

真鋰研究創始人墨柯認為,2025年電動汽車應該能夠突破1600萬,2030年達到3500萬,而目前看來只有鋰離子電池能擔此大任,未來當然還有極大可能出現更加高度新型電池技術,但目前沒有看到。因此如何在目前這樣的技術水平下,平衡能量密度和安全,是車企和動力電池企業努力的方向。

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