歐陽明高：高能量密度電池不宜強推

在近日的相關(guān)大會上，中國科學(xué)院院士、中國電動汽車百人會執(zhí)行副理事長歐陽明高作了題為《新能源汽車動力電池安全性》的演講。

熱失控致電動汽車起火 高比能量電池面臨嚴(yán)峻安全挑戰(zhàn)

歐陽明高表示，最近電動汽車事故非常引人關(guān)注。通過事故統(tǒng)計，近年來電動汽車自燃起火原因主要是碰撞后起火。以三元電池為主，其次是磷酸鐵鋰電池，電池類型以圓柱形電池為主，充電失火的事故占比比較大，由于發(fā)生事故的主要是前幾年裝的車，總體來看系統(tǒng)比能量并不是非常高。

他指出，電池?zé)崾Э厥瞧鸹鹗鹿手饕?。電池過熱就會發(fā)生熱失控，電池包溫度不均勻、過充過放、外短路、內(nèi)短路等都會引發(fā)過熱，另外電池進水、密封不好、碰撞等也會引發(fā)過熱。

歐陽明高表示，電動汽車起火的主體原因，還有產(chǎn)品質(zhì)量問題。

首先，電池產(chǎn)品測試驗證不足。有些企業(yè)盲目追求高比能量密度，縮短了測試驗證時間；有時為縮短開發(fā)周期采用物理的改進方法，導(dǎo)致安全性能下降。第二是電池測試驗證的手段不完善，不能反映實車的使用條件，大部分企業(yè)沒有建立企業(yè)內(nèi)部電池安全測試標(biāo)準(zhǔn)。第三是車輛使用在老化過程中可靠性降低。第四是充電過程中數(shù)據(jù)通訊不規(guī)范，BMS廠商和充電機廠商沒有嚴(yán)格執(zhí)行新頒布的國家標(biāo)準(zhǔn)。

歐陽明高表示，高比能量電池面臨更嚴(yán)峻的安全技術(shù)挑戰(zhàn)。根據(jù)我國新能源汽車動力電池比能量發(fā)展趨勢，整個產(chǎn)業(yè)正向300瓦時／公斤的高比能量密度邁進，高鎳三元811電池很快就會進入市場。

他表示，811電池跟622或者532電池相比，放熱峰明顯要高很多，表明811電池的熱穩(wěn)定性較差。高鎳正極對全電池安全有較大的影響，硅炭負(fù)極對安全性能在初期影響不大，但是在循環(huán)衰減后影響比較大。

快充、BMS等技術(shù)研發(fā)或可減少熱失控發(fā)生

他表示，清華大學(xué)專門設(shè)立電池安全實驗室，并將熱失控作為研究重點，包括熱失控的誘因、發(fā)生機理和熱蔓延。對高比能量電池的熱失控控制，不僅靠材料本身，還要從系統(tǒng)層面來進行。

歐陽明高指出，一個電池單體熱失控，所有電池包全部蔓延起來，就會引發(fā)起火事故。在主導(dǎo)傳熱的路徑上加隔熱材料，可以達(dá)到隔斷熱失控蔓延的效果。這種防火墻技術(shù)已經(jīng)在中國倡導(dǎo)的國際電動汽車熱失控蔓延的法規(guī)中得到采納。

他指出，電池制造時均勻的極片在使用一段時間后，會產(chǎn)生折疊區(qū)域的破裂，容易發(fā)生局部的析鋰，從而導(dǎo)致熱失控。另外，制造過程中的雜質(zhì)也會引起電池內(nèi)部短路。

電池過充事故一般是微過充，是由于電池的不一致性導(dǎo)致的，充電過程中充電不均勻，導(dǎo)致局部微過充，在負(fù)極材料上析鋰，導(dǎo)致短路。歐陽明高表示，研究人員開發(fā)了基于參比電極的無析鋰快充技術(shù)，把負(fù)極的電位控制在零以上，這需要增加一個電極，即三電極。在三電極基礎(chǔ)上，可以基于模型進行反饋和觀察，這就是無析鋰快充技術(shù)。

電池老化后不一致性會擴大，隨著電池容量一致性變差，電池管理的精確性也會變差。另外，低溫環(huán)境下的老化會嚴(yán)重影響電池的熱穩(wěn)定性，更容易導(dǎo)致熱失控。

歐陽明高表示，防止熱失控、保障電池系統(tǒng)安全性的核心，是研發(fā)先進的電池管理系統(tǒng)。目前，在電池管理系統(tǒng)方面，國內(nèi)產(chǎn)品的功能不足、精度不夠，尤其是安全功能不全，需要加大電池管理系統(tǒng)的研發(fā)力度。

全固態(tài)電池是未來方向

如何徹底解決電池安全性問題？歐陽明高認(rèn)為，從長遠(yuǎn)看，要保障電池的絕對安全，就需要前瞻性的科學(xué)研究。鋰離子動力電池高比能化是全世界范圍的發(fā)展方向和趨勢，不能因為有安全問題就不發(fā)展高比能量電池，關(guān)鍵是把握高比能量與安全性之間的平衡。

他指出，高鎳三元鋰離子動力電池本身的安全問題，其機理是正極會釋放氧，可以通過界面的修飾來延緩正極釋氧，提高穩(wěn)定性。開發(fā)下一代的固態(tài)電解質(zhì)，可以從根本上解決電解液燃燒的問題。

基于各國動力電池技術(shù)路線的比較，短期內(nèi)是液態(tài)電解液的鋰離子電池，下一步將會向固態(tài)電池方向發(fā)展。綜合考慮電池成本和動力電池的發(fā)展方向，歐陽明高建議，短期采用液態(tài)電解質(zhì)，發(fā)展高鎳三元正極和硅炭負(fù)極，通過電池管理系統(tǒng)和熱蔓延的抑制來防止安全事故發(fā)生。中長期，要從液態(tài)電解質(zhì)電池逐步過渡到全固態(tài)電池，估計在2030年全固態(tài)電池將會得到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

高能量目標(biāo)不宜強行推行

歐陽明高表示，要力爭解決動力電池本身安全問題，保障新能源汽車產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，要正確看待近期新能源汽車起火事件。在政策方面，他建議

第一，國家原有的產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)，即2020年電池單體能量密度達(dá)到350瓦時／公斤，系統(tǒng)260瓦時／公斤，循環(huán)壽命2000次，是偏高的，從安全角度考慮不宜強行推行。

第二，國家補貼政策要符合技術(shù)發(fā)展的規(guī)律，對電池能量密度的提升不宜過快，不宜更改過頻。

第三，盡快推出電動汽車安全年檢規(guī)范。同時，為了更好處理和分析電動汽車事故，最好有電動汽車黑匣子，同時電池包要留有消防安全接口。

最后，歐陽明高表示，安全是電池技術(shù)革命性突破的第一重點，也是純電動汽車性能提升的第一關(guān)鍵。安全是電動汽車可持續(xù)發(fā)展的生命線，動力電池國家科技研發(fā)，要以安全為核心，全面提升現(xiàn)有鋰離子動力電池系統(tǒng)安全技術(shù)，全力突破新型固態(tài)電池技術(shù)。

作者馬騰云