新能源車電池高快充和安全性難兼得？專家解釋來(lái)了

伴隨新能源汽車行業(yè)的快速發(fā)展，“充電焦慮”“續(xù)航焦慮”被不斷放大，如何實(shí)現(xiàn)短充電、長(zhǎng)續(xù)航已成為業(yè)界角逐的焦點(diǎn)。然而，電池快充性能的提升，往往也意味著電池起火的風(fēng)險(xiǎn)加大。

27日，在2021中國(guó)（安徽）科技創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化交易會(huì)舉辦的“新能源與智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新鏈協(xié)同發(fā)展”分論壇上，歐盟科學(xué)院院士、火災(zāi)科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任孫金華表示，以鋰離子電池為動(dòng)力電池的新能源汽車的火災(zāi)發(fā)生率雖然沒(méi)有公眾設(shè)想的那么高，但隨著國(guó)內(nèi)鋰離子電池的產(chǎn)能和應(yīng)用的加速發(fā)展，近年來(lái)，鋰離子電池引起火災(zāi)的頻率、規(guī)模和損失程度都呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。

“在新能源汽車領(lǐng)域，中國(guó)已實(shí)現(xiàn)了‘彎道超車’。而作為主要的動(dòng)力電池，鋰離子電池的應(yīng)用也將在未來(lái)幾年迎來(lái)更大的爆發(fā)期?！彼硎?，目前，中國(guó)已成為全球最大的鋰離子電池生產(chǎn)國(guó)，承擔(dān)了全球73％的鋰離子電池產(chǎn)能，并不斷提高其性能。然而，根據(jù)中國(guó)新能源汽車動(dòng)力電池比能量發(fā)展的趨勢(shì)，這就意味著在技術(shù)層面，要不斷提高電池的能量密度和快充水平。

要解決鋰離子電池的安全問(wèn)題，在孫金華看來(lái)，首先要厘清鋰離子電池著火的共性與特征，再對(duì)癥下藥。

為此，他列舉了一組近年來(lái)國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車火災(zāi)發(fā)生的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)顯示，按電池材料類型劃分，2018年，六成起火的鋰離子電池為三元電池，磷酸鐵鋰僅占5％；按汽車所處狀態(tài)劃分，從時(shí)間角度衡量，2019年，電池在充電和行駛狀態(tài)著火的可能性較高；按月份劃分，2019和2020年間，6～9月為火災(zāi)高發(fā)期。

對(duì)于三元電池起火概率大的原因，孫金華進(jìn)一步解釋稱，在不同正極材料的鋰離子電池?zé)崾Э蒯尫诺目扇細(xì)怏w中，三元電池產(chǎn)生的可燃?xì)飧唷?/p>

所謂的電池?zé)崾Э兀词侵鸽姵禺a(chǎn)生的熱量大于釋放的熱量，進(jìn)而導(dǎo)致熱量積累、溫度迅速升高的過(guò)程。而鋰離子電池的熱失控，主要是由電極和電解液間的化學(xué)反應(yīng)引起。孫金華團(tuán)隊(duì)研究顯示，可燃?xì)庵泻写罅侩娊庖骸?/p>

對(duì)于充電失火的事故原因，此前，中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)執(zhí)行副理事長(zhǎng)歐陽(yáng)明高曾公開解釋稱，一般來(lái)說(shuō)，如果放電到一定程度之后，電池不會(huì)出現(xiàn)熱失控，熱失控一般都是在滿電狀態(tài)發(fā)生。所以，在過(guò)充電時(shí)，熱失控容易被引發(fā)。同時(shí)，充電狀態(tài)下，電池與充電系統(tǒng)連在一起，進(jìn)一步加大了熱失控的可能性。

“此外，電池起火的危害性也不容忽視?！睂O金華稱，滿電狀態(tài)的電池，其熱釋放速率的最大值遠(yuǎn)高于一般原油和PMMA，僅比汽油略低。

他還表示，對(duì)于鋰離子電池火災(zāi)的危險(xiǎn)性判斷，還需要考慮到起火的難易程度，具體來(lái)說(shuō)，即是對(duì)熱失控的臨界溫度和熱釋放速率峰值進(jìn)行評(píng)估。

而聚焦到新能源汽車上，他稱，由于其動(dòng)力系統(tǒng)并非是單體電池，而是多個(gè)電池串并聯(lián)形成的模組。故而，一個(gè)電池著火，其火焰如何傳播、對(duì)于周圍電池產(chǎn)生何種影響也需納入判斷范圍。

研究表明，當(dāng)電池間距離大約2mm時(shí)，將由熱傳導(dǎo)主控轉(zhuǎn)為輻射主控。而在敞開空間電池模組中，熱失控傳播的熱量主要來(lái)自于熱傳導(dǎo)，火焰輻射影響較小。同時(shí)，對(duì)于著火的電池，只要將12%的能量傳導(dǎo)到相鄰電池，就會(huì)引起該相鄰電池的著火。

為保證鋰離子電池的本體、過(guò)程和消防安全，孫金華建議，要構(gòu)建起鋰離子電池安全的三道防線。

其中，第一道防線是構(gòu)建本體安全型電池體系，以降低火災(zāi)發(fā)生的概率；第二道防線是研發(fā)多信號(hào)融合電池多級(jí)預(yù)警技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)火災(zāi)隱患等及早發(fā)現(xiàn)并及時(shí)處置；第三道防線是研發(fā)高效滅火抗復(fù)燃技術(shù)，以防止事故的擴(kuò)大。

展望新能源汽車動(dòng)力電池的發(fā)展，孫金華認(rèn)為，在具體技術(shù)方面，電池的安全性是基礎(chǔ)也是發(fā)展目標(biāo)。為此，對(duì)于鋰離子電池，聚焦于安全電解波的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，需要從全電池材料體系的安全加以研究；而對(duì)于新型電池，高安全、高能量密度、低成本的電池是未來(lái)發(fā)展方向。