想不“火”很難，新能源汽車?yán)m(xù)航和安全不可兼得？

跑得有多遠(yuǎn)，安全性高不高，對(duì)于新能源汽車，這向來(lái)是關(guān)注重點(diǎn)。

由于乘用車車內(nèi)空間有限，且還要避免電池增加行駛負(fù)重，要在此前提下提升續(xù)航里程，因此選用容量更高、能量密度更大的三元鋰電池電芯成為了當(dāng)前的主流趨勢(shì)。

但是，與之相對(duì)的，高能量密度電池也意味著高風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)《新能源汽車國(guó)家監(jiān)管平臺(tái)大數(shù)據(jù)安全監(jiān)管成果報(bào)告》顯示，在國(guó)家監(jiān)管平臺(tái)所發(fā)現(xiàn)的安全事故中，相比于磷酸鐵鋰電池，三元鋰電池在事故車輛中的占比更高。

要提高續(xù)航，安全性就必須大大折扣嗎？艾迪哥來(lái)為你解讀真相！

高續(xù)航背后的風(fēng)險(xiǎn) 更容易自燃

新能源汽車自進(jìn)入公眾視野以來(lái)，“自燃”一直是頻頻引起關(guān)注的隱患。

燃油車出現(xiàn)起火，絕大部分是因?yàn)殡姎饫匣收希移鸹鸷笥休^長(zhǎng)的逃逸時(shí)間。新能源汽車屬于電動(dòng)車，電氣線路通常是燃油車的4-20倍，并且電池系統(tǒng)將燃料和氧化劑都一起放在座位底部的區(qū)域。一旦起火，逃逸的時(shí)間極短，風(fēng)險(xiǎn)自然更高，也更被人們所重視。

新能源汽車發(fā)生自燃主要是因?yàn)閯?dòng)力電池的熱失控，動(dòng)力電池在三類濫用情況下容易引發(fā)熱失控，主要包括機(jī)械濫用、電濫用以及熱濫用：

1.機(jī)械濫用，車輛發(fā)生碰撞時(shí)，電池包里的電芯受到擠壓或穿刺，隔膜被刺穿導(dǎo)致正負(fù)極短接，形成內(nèi)短路，從而引發(fā)熱失控；

2.電濫用，主要由電池的不當(dāng)使用引起，包括過(guò)度充電、過(guò)度放電和快充析鋰等濫用方式；長(zhǎng)期的電濫用容易誘發(fā)一系列副反應(yīng)，例如析鋰、析銅、SEI膜分解和正極釋氧等，最終誘發(fā)熱失控。

3.熱濫用，通常為外部環(huán)境高溫或在熱管理控制系統(tǒng)不起作用導(dǎo)致電池長(zhǎng)期處于異常高溫，溫度過(guò)高時(shí)電池內(nèi)部會(huì)發(fā)生化學(xué)副反應(yīng)，產(chǎn)生大量的熱造成電池溫度劇烈升高，進(jìn)而引發(fā)熱失控現(xiàn)象。

此外，外部短路、電池雜質(zhì)缺陷等也可能引起熱失控。

總體來(lái)說(shuō)，安全問(wèn)題是妨礙動(dòng)力電池在電動(dòng)汽車中應(yīng)用的主要障礙，而熱失控是關(guān)乎電池安全的關(guān)鍵問(wèn)題。為了提升續(xù)航里程，一方面，新能源汽車通常會(huì)將電池布置在底盤下方，面積會(huì)盡可能大到幾乎覆蓋整個(gè)底板，與車身邊緣的距離較近，因此在碰撞或觸底時(shí)受到擠壓；另一方面，電池單體的能量密度也在進(jìn)一步提升，與之相應(yīng)的就是電芯穩(wěn)定性的降低，熱失控風(fēng)險(xiǎn)增大。

新能源汽車為什么這么容易自燃？某種程度來(lái)說(shuō)，這或許是高續(xù)航的代價(jià)。

續(xù)航提升的困局 電池技術(shù)到天花板了？

在汽車電動(dòng)化浪潮之中，國(guó)內(nèi)外電動(dòng)車車型采用的電芯可以普遍分為磷酸鐵鋰電池（LFP）和三元鋰電池（NCM/NCA）。

磷酸鐵鋰電池能量密度較低，基本已經(jīng)達(dá)到了理論極致。在同等重量下，磷酸鐵鋰電池可以行駛350公里，三元鋰電池可以行駛500公里，三元鋰電池自然成為了更好的選擇。

（a.層狀結(jié)構(gòu)的鈷酸鋰 b.橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰）

三元鋰正極材料屬于層狀結(jié)構(gòu)，鋰離子穿梭更自由，也更容易做出高能量與功率密度，但這種結(jié)構(gòu)也更不穩(wěn)固，更容易崩塌。譬如，磷酸鐵鋰電池可以通過(guò)針刺試驗(yàn)，而三元鋰電池很難通過(guò)。

正因?yàn)槿绱?，?duì)三元鋰電池開(kāi)展更嚴(yán)格的測(cè)評(píng)，更有助于其安全性的提升。為了降低風(fēng)險(xiǎn)，車企往往也會(huì)采取不同的解決方案，中國(guó)汽研新能源動(dòng)力測(cè)評(píng)部也對(duì)此展開(kāi)了測(cè)試工作。

接下來(lái)，我們以賽力斯電池系統(tǒng)（含三元811混合材料）所進(jìn)行的兩項(xiàng)測(cè)試為例，來(lái)看看如何防止熱擴(kuò)散。

在加熱電池觸發(fā)熱失控安全試驗(yàn)中，電池包被加熱13分鐘后，通過(guò)數(shù)據(jù)記錄儀判斷已達(dá)到最高工作溫度，目標(biāo)電芯的溫升速率超過(guò)1℃/s，且已持續(xù)3s以上。此時(shí)加熱的目標(biāo)電芯已發(fā)生熱失控，斷開(kāi)加熱后電池包持續(xù)冒出煙霧，周圍電芯出現(xiàn)熱擴(kuò)展，加熱目標(biāo)電芯達(dá)到最高溫度230℃后開(kāi)始下降。在停止加熱后的兩小時(shí)內(nèi)，未發(fā)生起火或爆炸。

在針刺電池觸發(fā)熱失控安全試驗(yàn)中，直徑6mm的鎢鋼針以每秒4mm的速度對(duì)電池包進(jìn)行穿刺。

在鎢鋼針刺入電芯100mm后停止動(dòng)作，電池包因內(nèi)部短路觸發(fā)熱失控，出現(xiàn)劇烈的溫度變化，周圍電芯出現(xiàn)熱擴(kuò)展，持續(xù)產(chǎn)生煙霧，未出現(xiàn)起火或爆炸。根據(jù)兩項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，賽力斯順利通過(guò)了兩項(xiàng)試驗(yàn)，這主要得益于其“不起火”電池技術(shù)。

三元鋰電池結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)為續(xù)航提升了可能性，而鋰電池的特性也決定了動(dòng)力電池并不可能絕對(duì)安全。在電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，車企選用能量密度高的電芯是值得肯定的，但這也反向要求了車企對(duì)開(kāi)發(fā)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)要盡可能的“就高不就低”。

賽力斯“不起火”電池技術(shù)主要是通過(guò)“監(jiān)控-報(bào)警-防爆-隔熱-降溫”五個(gè)層面對(duì)風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且在風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生利用技術(shù)手段進(jìn)行干預(yù)。首先，電池系統(tǒng)會(huì)利用合理的機(jī)械安全設(shè)計(jì)盡可能避免電池包內(nèi)部因外力破壞，從而使得內(nèi)部發(fā)生重大變化。其次，賽力斯通過(guò)BMS（電池管理系統(tǒng)）實(shí)時(shí)監(jiān)控電芯溫度、電壓、煙霧濃度等狀態(tài)。其中，當(dāng)檢測(cè)到內(nèi)部煙霧濃度過(guò)高時(shí)，整車所有冷卻系統(tǒng)都將為電池系統(tǒng)循環(huán)。如果出現(xiàn)起火風(fēng)險(xiǎn)，賽力斯利用合理的電氣安全設(shè)計(jì)和化學(xué)安全設(shè)計(jì)，譬如短路防護(hù)、接觸防護(hù)以及防爆、泄放等防護(hù)措施，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)的干預(yù)。

以中長(zhǎng)期的角度來(lái)看，從原材料和化學(xué)體系上突破磷酸鐵鋰和三元技術(shù)瓶頸，例如鋰硫電池、固態(tài)電池技術(shù)等，自然是更好的發(fā)展方向，但這又是在短期內(nèi)難以突破的難題。在現(xiàn)階段，三元鋰電池相對(duì)來(lái)說(shuō)是更好的選擇，而賽力斯“不起火”電池技術(shù)也為有效防止熱失控提供了一種思路。據(jù)悉，這項(xiàng)技術(shù)已于賽力斯2021技術(shù)大會(huì)發(fā)布，并將搭載于賽力斯后續(xù)車型中。

關(guān)于三元鋰電池動(dòng)力電池和磷酸鐵鋰電池孰優(yōu)孰劣的爭(zhēng)論已久，而電動(dòng)汽車在磷酸鐵鋰和三元鋰電池之間的左右搖擺其實(shí)也側(cè)面反映了行業(yè)正在逐步趨于成熟和理性。事實(shí)上，不管是應(yīng)用哪種類型的電池，設(shè)計(jì)更合理的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，更安全地利用鋰離子電池才是如今的主流。

新能源汽車的續(xù)航和安全性并非不能兼得，正如刀片電池從結(jié)構(gòu)上創(chuàng)新，在極限的邊緣努力實(shí)現(xiàn)與普通三元鋰電池相當(dāng)?shù)哪芰棵芏纫粯?，三元鋰電池又何嘗不是通過(guò)創(chuàng)新，在安全性上去貼近磷酸鐵鋰電池呢？

（圖/文/攝：太平洋汽車網(wǎng) 周琳）