高能量VS安全 動(dòng)力電池首難如何破解？

　　近日，國(guó)家工信部公布了我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)數(shù)據(jù)，2018年我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量分別完成了127萬(wàn)輛和125.6萬(wàn)輛，同比分別增長(zhǎng)了59.9%和61.7%，其中純電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)分別完成98.6萬(wàn)輛和98.4萬(wàn)輛，同比分別增長(zhǎng)47.9%和50.8%。

　　在新能源汽車(chē)行業(yè)不斷蓬勃發(fā)展的同時(shí)卻也帶著些許遺憾，據(jù)公開(kāi)資料顯示，2018年初到2018 年6月前新能源電池車(chē)在國(guó)內(nèi)共發(fā)生 6 次起火事故，進(jìn)入夏季之后，6 月-8 月新能源汽車(chē)的起火事件數(shù)量大幅增加，起火車(chē)型中，特斯拉、北汽新能源等國(guó)內(nèi)外純電動(dòng)汽車(chē)知名品牌均榜上有名。

　　傳統(tǒng)汽車(chē)的車(chē)輛起火原因多數(shù)與添加或使用汽油時(shí)有關(guān)，部分也有因?yàn)殡娐穯?wèn)題而起火，而對(duì)于新能源汽車(chē)來(lái)說(shuō)，雖然因?yàn)椴皇褂每扇嘉锒苊饬巳剂掀鸹穑怯捎阡囯姵毓收虾碗娖鞫搪芬矔?huì)引發(fā)起火。

　　“新能源汽車(chē)難做啊！”一位業(yè)內(nèi)人士在接受SMM采訪時(shí)這樣評(píng)價(jià)道，“如今的新能源汽車(chē)市場(chǎng)有三座大山，安全、成本、電池回收，其中，安全問(wèn)題是擺在第一的重要難關(guān)。”

　　在政策導(dǎo)向和市場(chǎng)激烈的競(jìng)爭(zhēng)之下，車(chē)企以及動(dòng)力電池廠商迫切的需要電池的能量密度以達(dá)到長(zhǎng)續(xù)駛里程，但是高能量密度帶來(lái)的是更高的安全風(fēng)險(xiǎn)，據(jù)業(yè)內(nèi)人士爆料稱(chēng),由于國(guó)家政策將動(dòng)力電池高密度與補(bǔ)貼掛鉤,行業(yè)內(nèi)存在一些企業(yè)為了拿補(bǔ)貼,在技術(shù)尚不完全成熟且缺乏嚴(yán)格驗(yàn)證的情況下,匆忙上馬高能量密度電池項(xiàng)目。由于這些電池開(kāi)發(fā)時(shí)間短,尚不成熟,加之不斷縮短和簡(jiǎn)化的驗(yàn)證試驗(yàn)環(huán)節(jié),各類(lèi)產(chǎn)品問(wèn)題隨之而來(lái)。

　　電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)執(zhí)行副理事長(zhǎng)、中國(guó)工程院院士歐陽(yáng)明高曾這樣評(píng)述，“很大一部分并沒(méi)有建立企業(yè)內(nèi)部的電池安全測(cè)試標(biāo)注,部分企業(yè)甚至沒(méi)有電池安全測(cè)試能力。”他認(rèn)為，將補(bǔ)貼和動(dòng)力電池能量密度掛鉤沒(méi)有問(wèn)題,但要符合技術(shù)發(fā)展規(guī)律,對(duì)能量密度的提升不宜過(guò)快過(guò)頻,新能源汽車(chē)發(fā)展的節(jié)奏一定要穩(wěn)。那么，究竟是什么原因造成了動(dòng)力電池的安全問(wèn)題？

　　電芯安全：薄薄的隔膜撐起了整個(gè)電芯的安全

　　鋰電池，是一類(lèi)由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。鋰離子電池主要由正極、負(fù)極、電解液、隔膜以及外部連接、包裝部件構(gòu)成。其中，電解液是易燃物，它與正極材料遇到高溫時(shí)釋放的助燃劑氧氣以及火源被密封在同一個(gè)容器之中，相比于傳統(tǒng)汽車(chē)易燃物和火源分開(kāi)不同，易燃物、助燃劑、火源三者同處一室的設(shè)計(jì)讓鋰電池的安全不確定性更為的突出。

　　鋰電池電解液是電池中離子傳輸?shù)妮d體，在電解液中含有大量的有機(jī)物，例如碳酸乙烯酯、碳酸丙 烯酯、碳酸 二乙酯。這些鋰電池電解液的優(yōu)良溶劑有毒、易燃、遇明火、高熱有引起燃燒的危險(xiǎn)，同時(shí)，其液體或高濃度蒸氣有刺激性。目前，行業(yè)內(nèi)主流的做法是引入隔膜，將電池的正負(fù)極隔開(kāi)。鋰電池的結(jié)構(gòu)中，隔膜是關(guān)鍵的內(nèi)層組件之一，其具有電子絕緣性，保證正負(fù)極的機(jī)械隔離，同時(shí)有一定的孔徑和孔隙率，保證低的電阻和高的離子電導(dǎo)率，對(duì)鋰離子有很好的透過(guò)性。

　　但是，隨著鋰電池向著高能量密度的趨勢(shì)發(fā)展，為了保證更多的能量供給，相比于更為重要的電解液，廠家只能削減隔膜的厚度，據(jù)中國(guó)汽車(chē)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟副秘書(shū)長(zhǎng)王子?xùn)|在中國(guó)汽車(chē)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟2018年度會(huì)議暨動(dòng)力電池協(xié)同創(chuàng)新研表示，原本的主流鋰離子電池隔膜厚度有30至40微米，而現(xiàn)在僅僅只有12微米。

　　大幅削減隔膜厚度之后，若隔膜一旦破損，電池便會(huì)引發(fā)短路，值得的注意的是，鋰電池在使用的過(guò)程中，本身會(huì)在電極的表面形成類(lèi)似毛刺一般的枝晶，隨著枝晶的疊加增大，扎破隔膜的風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)越來(lái)越大。

　　電池系統(tǒng)安全：BMS監(jiān)控電池系統(tǒng)

　　電池系統(tǒng)，是以整車(chē)需求為核心，安全為基礎(chǔ)，從電芯、機(jī)械機(jī)構(gòu)、BMS系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)這五個(gè)方面來(lái)開(kāi)發(fā)的，在電池系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)之中，往往會(huì)考慮機(jī)械沖擊、擠壓、跌落、振動(dòng)、模態(tài)五個(gè)方面。

　　蘇州正力蔚來(lái)新能源科技有限公司 BMS 開(kāi)發(fā)經(jīng)理王志剛表示，目前，國(guó)內(nèi)電芯的技術(shù)雖然已經(jīng)很先進(jìn)了，但仍然存在產(chǎn)品一致性差的問(wèn)題。此外，電芯模塊里面，可能會(huì)存在一些很難被檢測(cè)出來(lái)的微短路。這些微短路，就像一個(gè)個(gè)小小的螞蟻穴一樣，對(duì)于一個(gè)大壩而言，它剛開(kāi)始是不會(huì)有影響的。但是，電動(dòng)車(chē)長(zhǎng)期使用過(guò)程中，電池包經(jīng)歷過(guò)成百上千次充放電，或者因?yàn)檫M(jìn)水以及碰撞等緣故，這些微短路會(huì)不斷變大，最后導(dǎo)致整個(gè)電芯模塊的短路，然后熱失控就發(fā)生了。

　　目前，業(yè)內(nèi)通常使用BMS來(lái)應(yīng)對(duì)這個(gè)問(wèn)題。BMS，即電池管理系統(tǒng)，主要對(duì)象是二次電池，主要就是為了能夠提高電池的利用率，防止電池出現(xiàn)過(guò)度充電和過(guò)度放電，可用于電動(dòng)汽車(chē)，電瓶車(chē)，機(jī)器人，無(wú)人機(jī)等。

　　而一旦電池出現(xiàn)熱失控現(xiàn)象，合格的 BMS 首先要能夠精準(zhǔn)的檢測(cè)出來(lái)，識(shí)別出具體是哪個(gè)電芯模塊發(fā)生了熱失控。之后會(huì)馬上做兩件事：第一，強(qiáng)制啟動(dòng)液冷系統(tǒng)，以降低熱失控蔓延速度，延緩爆發(fā)時(shí)間；第二，跟整車(chē)系統(tǒng)配合，通知乘客趕緊逃離。但是，目前國(guó)內(nèi)的 BMS 還處于探索階段，王志剛表示，“目前國(guó)內(nèi)的 BMS 都還處于初級(jí)階段，只具備一些基礎(chǔ)功能，如顯示電壓電流，對(duì)充電放電進(jìn)行管理等等。很多廠家推出的 BMS 其實(shí)都還沒(méi)有真正的熱失控管理功能。

　　整車(chē)安全：牢固、絕緣

　　據(jù)東風(fēng)汽車(chē)公司技術(shù)中心資料顯示，其對(duì)于電池系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)要求有六點(diǎn)，分別為：電池箱本體、電池箱體絕緣墊、箱體密封墊、熱管理系統(tǒng)、零件固定支架和零部件固定螺栓。

　　首先，在電池箱本體之中，要求能夠在各種規(guī)定的工況下均能可靠地固定電芯的各個(gè)零部件；電池箱體絕緣墊中，要求有效可靠的起到絕緣的作用；箱體密封墊則起到了防護(hù)等級(jí)的要求。其次，在熱管理系統(tǒng)之中，要求在低溫環(huán)境下可以對(duì)電芯進(jìn)行加熱，在高溫環(huán)境下對(duì)電芯進(jìn)行冷卻，在動(dòng)力電池系統(tǒng)工作時(shí)保證電芯的溫度一致性；零件固定支架則要求在各種規(guī)定的工況才均能安全可靠地固定電芯等各個(gè)零部件；最后零部件固定螺栓則保證在固定著的零部件不會(huì)有松動(dòng)斷裂或腐蝕的現(xiàn)象。

　　要高能量密度？還是安全性？是困擾產(chǎn)業(yè)鏈上的一個(gè)大難題，在新能源汽車(chē)補(bǔ)貼臨近完全退坡的關(guān)口，如何兼顧兩者成為業(yè)界討論的話題，國(guó)家工信部副部長(zhǎng)辛國(guó)斌曾表示，能夠產(chǎn)業(yè)化的電動(dòng)車(chē)用動(dòng)力電池的性能提高，不僅僅是正、負(fù)極材料性能上需要有大幅度改進(jìn)，同時(shí)在許多方面都需要有比較大的突破，才有可能實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池真正意義上的提高。這樣看來(lái)，技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展才是未來(lái)應(yīng)對(duì)一切難關(guān)的基本前提。