动力电池频频自燃背后：钛酸锂电池能否借此登陆乘用车市场？

4月21日晚,上海某小区车库一辆特斯拉Model S自燃并波及临近车辆;4月22日,一辆蔚来ES8也出现起火现象……多起电动车自燃事件把电动车又推向了风口浪尖。甚至有网友爆料称,电动汽车申请车位都会遭物业的“不公平”对待。

截止目前,特斯拉等企业并未就电动车自燃的原因做出官方解释。亿欧汽车就此问题与国创成联合创始人、首席商务官李海波进行了交谈。在他看来,特斯拉在三电系统已经达到了很高的水平,但旗下产品还是不止一次出现自燃的事件,这与其电池技术路线本身有关。

特斯拉使用的三元锂电池负极材料为碳系材料,在李海波看来,碳负极电池本身就是一种本质不够安全的电池。清华大学欧阳明高院士去年发表论文指出:动力电池充电态的正极会释放氧气,只产生较少热量,即电池不会被内部短路的热量产生点燃;但有负极存在时,强还原性的负极(碳系材料)会消耗正极产生的氧气,并产生大量热,最终导致整个电池出现热失控。

通俗来讲,碳系材料本身是易燃物,再加上碳系材料嵌锂会形成化合物LiC6,其性质接近于锂单质,在空气中就可以直接自燃。所以,锂电池的安全性短板是因为存在碳系负极材料,是材料本身的安全隐患。

因此,国创成选择进入一个新的动力电池领域:钛酸锂电池。

钛酸锂电池:高安全性与低能量密度并存

如今,三元锂、磷酸铁锂电池已经占据了我国动力电池产业90%以上的市场。作为一家新晋的动力电池制造商,国创成并未进入当下的主流市场,而是选择专注于钛酸锂电池。当然,这也是因为钛酸锂电池自身有着一定的优势。

首先,与三元锂或磷酸铁锂电池只能靠外部管控系统保证安全相比,钛酸锂电池是材料层级的安全。李海波对亿欧汽车谈到,由于采用尖晶石结构钛酸锂,该结构的材料在脱嵌锂过程中几乎没有体积变化,且嵌锂电位相对较高,所以即使后期在低温、高倍率充电等恶劣使用环境下,钛酸锂电池也不会达到金属锂的析出电位,降低了形成锂枝晶的概率和短路风险。

此外,即使内部出现短路情况,钛酸锂电池的温度最高只能升至60℃,达不到电池燃烧的温度水平。钛酸锂的主体构成是氧化钛,本身不会燃烧的。据李海波介绍,嵌锂后的石墨负极燃烧放热量是钛酸锂负极的10倍左右。“就算钛酸锂电池发生燃烧,也是缓慢燃烧,不会爆炸。”他补充道。

除了安全性高之外,李海波表示,钛酸锂电池还具备其他三大优点:第一、使用寿命长,高倍率充放电次数能达到其他类型电池的10倍甚至20倍以上;第二,温域宽,可以在低温或高温条件下正常的工作;第三,可以实现高倍率充放电,钛酸锂电池可在10分钟,甚至5分钟内充满,耗时远低于三元锂电池的1小时。

既然优点这么多,为何我国主流汽车产品并未采用钛酸锂电池?因为相较于对手,此类电池的能量密度过低了。国创成目前可量产的钛酸锂电池能量密度为100Wh/kg,约为磷酸铁锂电池的70%～80%,只有三元锂电池的50%～60%。以特斯拉Model S为例,该车续航里程超过500公里,但若换成钛酸锂电池也许只能跑300公里。此外,钛酸锂电池的成本也较三元锂电池更高。因此,以能量密度和续航里程作为主要考量依据的乘用车制造商放弃了这一电池品类。

钛酸锂电池的市场何在?

虽然国创成于2016年11月才注册成立,生产的电池在2018年底才正式投产,但据李海波介绍,该公司的团队成员从事钛酸锂电池的研发与生产已有10年以上的历史了。只专注于这一种电池的研发,就是因为他们看到了一个不小的市场机会。

“从目前的客户反馈来看是非常积极的,”李海波表示。目前,国创成已与一些轨道交通公司达成了批量采购协议,并拿下了部分新能源矿车领域的订单,还在物流等领域拥有客户。

这些客户的共同点在于,把安全性作为核心诉求和基础门槛,同时需要充分考量经济性和电池的使用寿命。据李海波介绍,钛酸锂电池的电芯能够达到5万次高倍率的循环充电放寿命,远超整车使用寿命。作为对比,磷酸铁锂电池、三元锂电池的高倍率充放电寿命一般只有几百次,即使是低倍率充放电也只能实现数千次的循环。由于国创成客户的车辆尺寸较大,有更大的空间装载电池,所以对于能量密度的要求则相对较低。

此外,李海波表示,12吨以上的插电式混合动力货车也已在今年进入国家对新能源汽车政策补贴的名单,这正在刺激国创成向这一领域发展。同时,他还表示,该公司正在与部分客车制造商和重型机械制造商进行积极沟通。客车制造商被钛酸锂电池在高倍率充放电和长寿命方面的优势所吸引,而重型机械企业则看中此类电池高倍率充放电和宽温域的特点。此外,国创成在储能市场也有积极推进,钛酸锂电池由于它的高倍率性能,在储能调频里有非常大的发挥空间。

据李海波透露,长远来看,国创成也有入局乘用车市场的规划。随着多起自燃事件的爆发,乘用车未来是否还会坚持以能量密度和长续航为第一考量因素还是未知数;在增程式电动车市场,钛酸锂电池的特性可以解决安全性与里程焦虑两方面问题;此外,预计未来2-3内,48V启停系统将成为乘用车的标配,钛酸锂也是启停电池的最佳选择之一。

李海波表示,就当下而言,国创成最紧急的事务是旗下工厂的产能扩充,该公司现有的产能已远远无法满足既有订单需求。“我们非常看好钛酸锂电池这个市场。”他补充道。

2019中国(西安)新能源汽车产业生态大会

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