從欣旺達“不起火”電池 看動力電池安全風向
發布時間:2020-12-08 17:09:14

近日,有消息稱,進入汽車智能網聯領域的華為,已明確采用三元鋰電池作為智能汽車的新能源技術方向。與特斯拉在高端Model 3、Model Y車型電池技術路線選擇上一樣,華為目前也認定三元電池將是目前乃至未來一段時間中高端乘用車的主流技術路線。

 

相較于磷酸鐵鋰電池,三元電池能量密度更高、充放電倍率性能更強、耐寬溫性能更好,鑒于電動汽車長續航和智能化的需求,國內外知名電動車型目前都將三元作為主流技術路線。

 

盡管如此,三元電池也并非完美無瑕,其中最為突出的就是其相對于磷酸鐵鋰電池目前存在的安全性“劣勢”。數據顯示,截至目前,今年配套三元電池和磷酸鐵鋰電池新能源汽車著火事故率已分別降至萬分之0.24和萬分之0.09,但可以看出三元電池相對鐵鋰電池仍然有點“高燒”。

 

顯然,如果誰能提早破解三元電池的安全頑疾,量產“不起火”的三元電池,那么誰就有可能在這一輪競爭中獲得國內外主流車企的青睞。

 

近日,欣旺達對外發布了“不起火的‘欣旺達方案’”。據小編了解,欣旺達“不起火”電池材料選用的正是三元電池材料,這意味著三元電池正在邁向安全的新高度,有望在產業界的共同努力下,邁過安全門檻。

 

隨著新能源汽車的普及率提高,車企、消費者對于車輛安全的訴求增強,“不起火”已經成為今年電池企業集中攻克的新方向。年初,比亞迪基于本身不易自燃的磷酸鐵鋰電池材料,通過結構和工藝創新,推出了“不起火”的刀片電池;但是反觀三元電池,目前包括國內乃至全球,推出“不起火”三元電池的企業可謂如鳳毛麟角。

 

從欣旺達公布的“不起火”視頻內容可以看出,其對單顆電芯通過持續加熱,引發熱失控冒煙,周邊電芯有溫升但未被觸發熱失控(未發生熱擴散蔓延)。據業內人士介紹,“加熱觸發,其實是一個比針刺實驗還要嚴苛的一個熱觸發的實驗”。年初國內幾家電池企業圍繞針刺實驗進行了激烈爭吵,認為針刺是電池安全的“珠穆朗瑪峰”,但如果能通過加熱引發熱失控,而不起火以及不擴散蔓延,也大致可以了解這種電池安全的可靠性有多高。

 

01

“與眾不同”的三元電池

 

動力電池領域,目前國內應用的三元電池根據正極材料中鎳鈷錳配比的不同,可分為三元523、三元622和三元811電池。值得注意的是,目前這些材料電池都是多晶體系。

 

從欣旺達公布的“不起火”電池方案可以看出,其三元電池材料采用的是5系的單晶高電壓三元材料——鎳5X正極材料。

 

據了解,采用單晶材料實際上有兩個好處:一是更安全;二是可以做高電壓,可以提升能量密度。

 

單晶材料由于內部沒有晶界,可提升三元材料的穩定性,同時產熱也會少很多。

 

據欣旺達相關負責人透露,欣旺達采用單晶高電壓鎳5X體系材料,產熱比其它體系要低至少18%;熱穩定性(熱失控溫度)也比其它體系高30%以上。

 

能量密度方面,由于單晶材料電壓更高,通過提升單晶材料電壓,可以提升其能量密度。據悉,鎳5X能量密度已經接近目前的811材料體系。

 

除了材料安全和熱安全設計,在機械安全設計方面,欣旺達還采用Z向擠壓設計,這種設計的好處是即便底部變形達到15%,電芯仍然是很安全的狀態。

 

值得一提的是,基于材料安全、熱安全和機械安全設計的電池安全設計只是欣旺達“不起火”電池安全防護體系中的第一個層次。欣旺達還通過BMS電池管理系統、電芯阻隔、模組層級安全設計和系統層級人身安全防護設計等構建的“五層安全設計體系”,最終實現電池包不起火,保證人身和財產安全。

 

02

“不起火”將成電池安全新風向

 

在動力電池的各種指標中,安全是唯一一個沒法討價還價的。

 

近幾年,隨著新能源汽車的大規模普及,車輛起火事件時有發生。新能源汽車作為一種“新事物”,因而一旦發生起火事故,消費者對于其安全性的顧慮要比燃油車更大。盡管數據顯示,近幾年新能源乘用車著火率明顯降低,如2019年新能源汽車發生著火的比率約為萬分之0.38,而2020年截至目前,這一數字已經降低至萬分之0.18,新能源汽車安全有明顯提升。但無論是車企,還是消費者,都希望擁有“絕對安全”,至少是不會“起火自燃”的車輛。

 

目前的情況來看,盡管這幾年動力電池技術,如能量密度、充電倍率、循環壽命指標都在快速提升,但如果電池一旦存在安全隱患,那么其它的各項性能指標也不再有意義。

 

事實上,整車廠對于電池的安全隱患也是零容忍。今年以來,寶馬、福特、現代、通用等國際車企陸續召回了約20萬輛電動汽車,皆因車輛動力電池存在起火安全隱患。

 

今年年初,比亞迪依托在磷酸鐵鋰材料上的技術積淀,以及磷酸鐵鋰在客車領域的應用積累,推出了基于磷酸鐵鋰材料的“不起火”電池解決方案。隨之電動汽車不起火的最終難題就拋給了三元材料體系電池。

 

欣旺達推出完整版的單顆電芯加熱觸發熱失控,最終只冒煙、不起火的實驗視頻,實際上也是在產業界將三元電池的安全提上了一個新高度。可以預見,在接下來的一段時間內,無論是動力電池,還是新能源整車企業,都會將電池熱失控不擴散、電池包不起火,作為動力電池安全的新標桿,進行技術探索和攻關。

 

過去,高安全和高能量密度一直被視為一個矛盾的兩個面,無法兼具。然而,隨著電動汽車的普及,長續航、智能網聯都要求在有限的電池包內裝盡可能多的電量,高能量密度與高安全難兼容的痛點必然要被攻破。

 

目前,欣旺達基于單顆電芯熱失控,但通過“五層安全體系設計”使得單顆電芯失控后不發生熱蔓延、不擴散,同時針對單顆電芯的安全防護設計,也使得整個電池包“不起火”成為現實。據了解,除了欣旺達,目前寧德時代也推出了“不起火”電池系統,可以看出,業界已經認識到動力電池安全的“新標準”。相信,未來在這些頭部企業的示范影響下,整個產業也會將單顆或多顆電芯熱失控,但是整包不發生熱失控、無熱蔓延,作為研發和設計的目標,這也會令動力電池系統和整車“不起火”變為標配,而這將有助于推動電動汽車大規模推廣。

 

在即將到來的2021年,小編預計蔚來等新勢力造車企業將會率先應用不起火電池,傳統新能源車企應該也將會隨之快速跟上。作為電動汽車的心臟,未來,這種高安全、不起火的電池有望成為車企的“首選”,而優先具備這種技術和量產能力的企業,必將在新一輪競爭中搶得先機。


撰稿:閆志剛

來源:電池中國


稿件來源: 電池中國網
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