电动车起火事故频发：下一代电池开发的方向是什么？

电池成本的下降伴随着电动车销量的增长。7月10日，中汽协发布的2019年上半年汽车行业产销数据显示，今年上半年，我国新能源汽车累计完成产销分别为61.4万辆和61.7万辆，同比分别增长48.5%和49.6%。其中纯电动汽车产销分别为49.3万辆和49.0万辆，同比分别增长57.3%和56.6%，约占新能源汽车销量的80%。纯电动汽车的产销量的增长也成为中国新能源汽车市场主要驱动力。同时，随着电动汽车的普及，截止到今年6月，全国共建成充电桩即公共充电桩41万，私人充电桩59万，充电设施总量达到100万部，全国统一市场基本形成，标准在全国推广使用，动力电池回收利用体系逐渐成熟。然而，电动车市场高速增长和动力电池行业的快速发展的同时，频繁的起火事故也引发了社会的广泛的关注和讨论，也对行业发展带来了不良影响。据不完全统计，2018年中国共发生各类电动汽车安全事故52起，今年1到5月共发生19起电动车起火事故，这些事故有29%是在充电时发生的，有19%是在行驶时发生的，还有19%是在停放时发生的，另外，截至今年5月，我国新能源汽车共召回12.3万辆，其中由于三电故障导致的召回占比50%。在动力电池故障中，设计原因占到了40%，制造原因占到了60%。经过十多年的快速发展，目前动力电池已经走到了“十字路口”。一方面，新能源汽车对动力电池的需求巨大；另一方面，动力电池企业也面临着补贴退坡、“白名单”取消、安全事故频发等一系列挑战。电池安全放首位作为电动汽车核心部件的动力电池，不仅关系到主机厂电动汽车产品的竞争力，更与消费者的驾车出行安全息息相关。“要用成熟安全的电池，发展安全节能减排的电动汽车。”7月10日，在首届中国国际电动汽车安全技术创新大会上，中国工程院院士杨裕生强调。在杨裕生看来，电动车频繁发生燃烧事故的原因主要有四点。首先是电池技术原因，由于锂离子电池都含有易燃溶剂，因此没有绝对安全的电池。其次是新能源汽车发展路线的原因。国家重点发展长里程纯电动车的发展路线引发了里程焦虑、安全焦虑、充电焦虑、价格焦虑、后续电池焦虑。杨裕生认为，电池组自燃概率除了与电池本性有关外，还与电池总量成正比，里程越长需要装的电池越多，电池组燃烧概率越高，纯电动车追求长里程的发展路线，是烧车频发的诱因之一。此外，国家的补贴政策与纯电动里程挂钩，车企追求“多装电池追补贴”，而过于追求能量密度则诱导企业追逐高能电池。“双挂钩”补贴政策导致电池过度多装和急促高能化，从而使得安全性下降。最后，杨裕生指出，目前电动车发展抓不住主要矛盾和矛盾的主要面。“现在把里程作为矛盾的主要方面，不顾安全，拼命不断提高里程要求，安全性作为次要方面，这是频发烧车的思想方法原因，这也是造成发展路线、政策、技术发生问题的根源。”中国动力电池创新联盟副秘书长、中国电动汽车充电基础设施充电联盟副秘书长王子冬同样认为，新能源汽车安全事故主要由动力电池热失控所引起，但热失控仅仅是结果，热失控原因错综复杂，事故源头难以明确。在理论上，电池能量密度与安全性成反比，企业盲目追求高能量密度，安全问题也会随之暴露。虽然未能明确已发生的起火事件与追求能量密度存在多大相关性，但随着高镍三元电池进入市场，新能源汽车面临更高的安全技术要求。从安全技术角度来看，清华大学锂离子实验室主任何向明认为，动力电池起火主要原因是产品可靠性不高。“电池产品测试验证严重不足，测试周期不足，测试手段不完善，很多工厂一生产可能马上就出厂了。” 何向明指出，很多电池厂根本不考虑电池这种产品的可靠性，电池在很多人的概念里边就是实验室的电池，不是一个工业产品的电池，在整个研究中行业中，实际可靠性的研究非常少。但目前动力电池汽车起火原因未明，究竟是生产过程中的质量控制？还是后期使用中出现的问题？抑或是什么样的场景下出现问题？王子冬认为，这些问题现在都还说不清楚。动力电池路线之争面对电动汽车安全问题，杨裕生提议用增程技术解决安全与里程矛盾。具体的技术路线包括以微小型纯电动车为突破口，纯电动车微小型，大中型车发展纯电驱动的增程式。“微小型纯电动车可以用铅酸电池做低速车，也可以用磷酸铁锂电池做高速车；增程式电动车可解纯电动车五大焦虑，特别是安全焦虑，市场化最可行。” 杨裕生表示。当然，频繁发生的电动汽车起火事故也引发磷酸铁锂电池和三元电池的发展路线之争。“磷酸铁锂电池和三元电池一直在争，争夺的就是成本、安全和能量密度。我们必须承认电池组是一种很高能物质的部件，具有危险的本质，说这个电池一点危险都没有，这是不可能的。”王子冬指出，“随着电池比能量和比功率提高，发生安全事故的危险也增大，这是有一定的关联度的，所以我们要选择一个平衡的优化。”据了解，磷酸铁锂电池的特点在于安全性高，高倍率充放电特性和较长的循环寿命，但是能量密度不如三元电池；而三元电池能量密度高，一致性好，低温性好，但是安全性差，循环寿命不如磷酸铁锂电池。“车载动力电池不仅仅是重量比能量，更重要的是体积比能量，体积比能量才决定了车真正能跑多远，从这个意义上来看，锂离子电池是有优势的。”欧阳明高认为，固态锂离子电池的应用还需要再等几年。欧阳明高指出，随着补贴的退出，磷酸电池在轿车市场中的规模将大幅上升，尤其是以比亚迪为代表的整车企业，将会以磷酸电池为重点，虽然能量偏低一点，但是系统比能量差距更大；另外，寿命大概提高一倍，现在已经可以将成本控制在5毛钱以内，比三元电池低多了。“综合来看磷酸电池会大幅回升，但是三元电池仍然是我们的重点，未来需要把安全的平衡点从三元电池的1：1：1，或者5：2：3提升到8：1：1，也就是八元热电池。”在未来电动汽车发展方向上，欧阳明高建议城市出行发展小型电动车，大中型电动车使用纯电型插电式——发展可以外接充电的混合动力，城区出行选择纯电动，高速长途使用单电机并联联合混动。在电池工艺上，目前CATL、松下、三星SDI、孚能科技、万向A123、微宏动力等锂电池行业新旧势力计划在2022年之后导入叠片工艺的计划。蜂巢能源也在7月9日正式推出方形叠片电池，并在动力电池技术路线上，基于NCM三元独立发展四元电池、无钴电池、固态电池等多种路线。对于下一代车规级动力电池，清华大学安全与节能国家重点实验室主任卢兰光直言：“卷绕工艺优点是生产效率高，层间箍紧力可控，但是由于存在曲率半径，特别是卷芯的内部中心曲率半径小，导致N/P小，充放电受力不均匀，形变不一致，容易析锂等问题。而叠片工艺正相反，各个部分受力均匀，不易变形。叠片更加适合形变大的电极材料，有利于保证充放电循环中形变一致，避免析锂等问题。”何向明则认为下一步研究的重点是想办法减少电动车燃烧事故的损害。“电池里面有很多化学反应的动力学，这是目前的一个空白，我认为大家要更关注，去控制。第二我们讲电池的固有安全技术指标特别重要，我们一定要明确目标，作为电池安全性目标是什么，很多企业没有目标。”真锂研究创始人墨柯认为，2025年电动汽车应该能够突破1600万，2030年达到3500万，而目前看来只有锂离子电池能担此大任，未来当然还有极大可能出现更加高度新型电池技术，但目前没有看到。因此如何在目前这样的技术水平下，平衡能量密度和安全，是车企和动力电池企业努力的方向。