動(dòng)力電池的安全與性能平衡關(guān)系

汽車(chē)電動(dòng)化已成為全球共識(shí)。從國(guó)家層面來(lái)講，已有國(guó)家在不同的時(shí)間節(jié)點(diǎn)推出了自己的時(shí)間表。從企業(yè)層面來(lái)講，現(xiàn)在車(chē)企都在積極擁抱汽車(chē)電動(dòng)化并做了很多布局。

從共識(shí)變成現(xiàn)實(shí)，主要有兩方面工作最為關(guān)鍵：一方面是對(duì)新能源汽車(chē)動(dòng)力電池技術(shù)方向的選擇，另一方面是在此基礎(chǔ)上怎樣去解決現(xiàn)在面臨的技術(shù)的難題或者問(wèn)題。

新能源汽車(chē)動(dòng)力電池可選擇的方向很多，一百多年前第一輛汽車(chē)就是電動(dòng)的，但當(dāng)時(shí)電池技術(shù)不成熟，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，那時(shí)候是鉛酸電池。

現(xiàn)在新能源汽車(chē)行業(yè)使用最多的是鋰電池。從目前時(shí)間節(jié)點(diǎn)看，現(xiàn)代鋰電池仍然是未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間的主流，目前還看不到有被挑戰(zhàn)的勢(shì)頭。

下一代固態(tài)電池和燃料電池也可能在未來(lái)占領(lǐng)主要位置。尤其是燃料電池在政策層面得到了引導(dǎo)和推進(jìn)。鋰離子電池作為目前用的最多的技術(shù)路線(xiàn)，安全問(wèn)題較為突出。同時(shí)還存在成本的問(wèn)題，尤其是補(bǔ)貼退坡后問(wèn)題更加突出。

動(dòng)力電池為什么會(huì)有安全問(wèn)題？

動(dòng)力電池最為核心的是安全問(wèn)題，是現(xiàn)在所有矛盾里面最難解決和最棘手的問(wèn)題。安全是非常復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及方方面面，能量密度、循環(huán)、快充、成本等都是復(fù)雜混合的系統(tǒng)，這里面的環(huán)節(jié)相當(dāng)復(fù)雜。

鋰電池是儲(chǔ)存能量的裝置，能量分為兩個(gè)部分：一是可逆的進(jìn)行轉(zhuǎn)換，在充放兩端可逆的進(jìn)行。二是本身的能耗，在發(fā)生氧化反應(yīng)時(shí)能夠釋放熱量。

電池在正常工況情況下，電池充放電或者能量轉(zhuǎn)換的速度是可控的，但是能量是以電的形式，如果發(fā)生短路，能量釋放速度又非常快，就會(huì)導(dǎo)致熱量大量積聚，當(dāng)速度達(dá)到不可控的時(shí)候就會(huì)發(fā)生爆炸起火，這就是鋰電池為什么會(huì)有安全事故的根源。

電池?zé)崾Э赜幸粋€(gè)觸發(fā)機(jī)制，經(jīng)歷觸發(fā)機(jī)制有幾個(gè)階段，先是負(fù)極材料本身分解，負(fù)極材料產(chǎn)生熱量，反過(guò)來(lái)正向激勵(lì)，導(dǎo)致整個(gè)能量釋放不可控，電池爆炸起火。

如何防止電池?zé)崾Э兀渴状问窃牧系倪x擇，盡量選擇安全等級(jí)高，或者釋放能量少的材料來(lái)做電池。另外，從電池設(shè)計(jì)角度來(lái)講，現(xiàn)在電池安全事故絕大部分原因是電池缺陷造成的。安全是個(gè)系統(tǒng)工程，它不只是材料環(huán)節(jié)，從電池系統(tǒng)材料到整個(gè)電池包，直至電池的使用環(huán)節(jié)。

以比克電池為例，從原材料到電池包、模組，BAK圓柱電池目前在安全上實(shí)現(xiàn)了全面突破。比克在電池包里隨機(jī)選了28個(gè)電池一次引爆，看看電池引爆之后對(duì)整個(gè)熱系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)車(chē)影響的評(píng)估，目前結(jié)果比較理想。

哪些因素影響動(dòng)力電池安全？

電池包需要保證在任何一個(gè)電池發(fā)生熱失控的情況下，電池包仍然完好，仍能正常運(yùn)行。任何一個(gè)單體電池發(fā)生熱失控，電池包仍然電壓正常。在整車(chē)?yán)锩?，任何一個(gè)電池發(fā)生了安全事故之后，整車(chē)不會(huì)燃燒，還可以繼續(xù)運(yùn)行，并且需要警報(bào)提示駕駛者開(kāi)到4S店維修。

關(guān)于電池性能與安全之間的相互關(guān)系，高能量密度大家非常關(guān)心。高能量密度有兩個(gè)方向，一是選一些新材料，現(xiàn)在比較多的是高鎳+硅材料，二是在有限空間里提供更多的材料、更多的能量。由于高鎳+硅材料的應(yīng)用，新能源車(chē)從最早3價(jià)鎳含量，到現(xiàn)在8價(jià)鎳含量，材料本身熱能量下降。

電池的設(shè)計(jì)，尤其是安全設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)很大，安全問(wèn)題很難解決，這也是為什么高鎳產(chǎn)量在方形電池方面應(yīng)用比較少的原因。另外，負(fù)極高能量密度的硅材料，特別容易破碎，容易導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)破裂和粉化，循環(huán)性也可能變差。

還有一個(gè)痛點(diǎn)就是電池快充。目前在快充方面做的比較好的是3C、4C快充能力，車(chē)主們都希望新能源汽車(chē)充電時(shí)間最好和燃油車(chē)加油時(shí)間接近，而不是長(zhǎng)時(shí)間的充電等待，但電動(dòng)車(chē)主的需求和行業(yè)現(xiàn)狀差距仍然較大。

快充為什么影響電池性能？因?yàn)榭斐渚鸵泻艽蟮碾娏鲗?duì)電動(dòng)車(chē)充電，大電流充電意味著速度很快，就會(huì)直接導(dǎo)致電池?zé)崃窟M(jìn)入，溫度上去，這是嚴(yán)重裂化安全性能的影響因素。另外，在快充的時(shí)候，鋰電池可能輸入更多能量，其中必然會(huì)有金屬鋰，金屬鋰是非常活潑的金屬，電池性能會(huì)裂化，所以快充是造成動(dòng)力電池安全的一個(gè)重大隱患。

此外，在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，電池產(chǎn)品安全特性到底會(huì)如何演化，這個(gè)問(wèn)題非常重大，但現(xiàn)在做的工作相對(duì)較少。

深圳市比克動(dòng)力電池有限公司平臺(tái)研究院副院長(zhǎng)陳輝表示，比克有專(zhuān)門(mén)的團(tuán)隊(duì)去研究鋰電池在全生命周期安全與性能的變化，電池到生命后期時(shí)，材料結(jié)構(gòu)、個(gè)人因素等都會(huì)容易導(dǎo)致熱失控反應(yīng)，所以電池安全是非常重要的課題。

最后是成本問(wèn)題，安全問(wèn)題盡管復(fù)雜，但現(xiàn)在有很多措施能去解決。鋰電池畢竟是工業(yè)品，一定要在成本和安全之間做到平衡。不是安全問(wèn)題不能解決，安全問(wèn)題能解決，但成本問(wèn)題需要在客戶(hù)接受范圍內(nèi)。所以強(qiáng)調(diào)成本，在成本和安全之間追求一個(gè)平衡。

總結(jié)一下，安全問(wèn)題的解決核心是控制能量轉(zhuǎn)換的速率，以及由此帶來(lái)的熱積累。怎么樣去做到安全成本、性能互相制約和互相耦合的平衡，是眼下應(yīng)該著力解決的問(wèn)題。

（本文素材源于2019全球新經(jīng)濟(jì)年會(huì)速記，文中專(zhuān)家觀(guān)點(diǎn)未經(jīng)本人審閱。）