近日，多個(gè)汽車(chē)廠家相繼發(fā)布了各自最新的三元鋰電池安全防護(hù)技術(shù)，一時(shí)間，“不起火”、“不爆炸”甚至“不冒煙”的三元鋰電池層出不窮。

三元鋰電池安全防護(hù)技術(shù)取得重大突破

3月10日，廣汽埃安率先發(fā)布了新一代動(dòng)力電池安全技術(shù)——彈匣電池系統(tǒng)安全技術(shù)（以下簡(jiǎn)稱“彈匣電池”）?；凇胺乐闺娦緝?nèi)短路，短路后防止熱失控，以及熱失控后防止熱蔓延”的設(shè)計(jì)思路，彈匣電池采用類(lèi)似安全艙的設(shè)計(jì)，可有效阻隔熱失控電芯的蔓延、當(dāng)偵測(cè)到電芯電壓或溫度等出現(xiàn)異常時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)電池速冷降溫系統(tǒng)為電池降溫。

為了驗(yàn)證彈匣電池的安全性，廣汽埃安還公布了中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心的測(cè)試視頻，對(duì)搭載了彈匣電池系統(tǒng)安全技術(shù)的三元鋰電池整包進(jìn)行針刺熱擴(kuò)散試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，彈匣電池整包在試驗(yàn)過(guò)程中熱事故信號(hào)發(fā)出5分鐘后，僅出現(xiàn)短暫冒煙，無(wú)起火和爆炸現(xiàn)象。

圖片來(lái)源：嵐圖汽車(chē)宣傳海報(bào)截圖

3月17日，嵐圖汽車(chē)通過(guò)線上技術(shù)分享會(huì)的形式，對(duì)旗下首款量產(chǎn)車(chē)型嵐圖 Free 搭載的三元鋰電池包進(jìn)行了全面的解讀。嵐圖汽車(chē)表示，嵐圖FREE電池包主要有三大優(yōu)勢(shì)：首創(chuàng)“三維隔熱墻”技術(shù)、BMS獨(dú)創(chuàng)電池安全監(jiān)測(cè)和預(yù)警模型、高安全電池PACK方案。在這三大黑科技的加持下，新電池包在熱失控觸發(fā)并發(fā)出熱事件報(bào)警信號(hào)后，不冒煙、不起火、不爆炸。

緊隨嵐圖汽車(chē)之后，R汽車(chē)在3月18日的品牌大會(huì)上宣布，R汽車(chē)基于航空級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，能夠?qū)崿F(xiàn)L0級(jí)別零熱失控管理。通過(guò)云端實(shí)時(shí)監(jiān)控高效主動(dòng)預(yù)警，為每一塊動(dòng)力電池做云端健康體檢，將電池包因電芯問(wèn)題導(dǎo)致的熱失控概率控制在無(wú)限接近于零的范圍內(nèi)，做到永不自燃。

研究表現(xiàn)，由于熱穩(wěn)定性相對(duì)較差，三元鋰電池在某些極端環(huán)境下易發(fā)生熱失控起火。但是，與安全性能相對(duì)較高的磷酸鐵鋰電池相比，三元鋰電池又因能量密度高、低溫性能好、倍率特性好等特點(diǎn)，常用于高端電動(dòng)品牌。因此，如何讓三元鋰電池在高性能和高安全上達(dá)到平衡，成為產(chǎn)業(yè)多年研發(fā)的重點(diǎn)。

而此次，不論是廣汽埃安的彈匣電池，還是嵐圖FREE的“不冒煙，不起火，不爆炸”電池，亦或是R汽車(chē)L0級(jí)別零熱失控管理的永不自燃電池，整車(chē)廠在三元鋰電池的安全防護(hù)技術(shù)方面可謂取得了不小的突破。

多維度創(chuàng)新，三元鋰電池達(dá)到“三不”水準(zhǔn)

新能源電池研發(fā)專(zhuān)家表示，三元鋰電池系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)“不起火”、“不爆炸”甚至“不冒煙”，需要從材料、電極、電芯、系統(tǒng)等多個(gè)維度進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)與研發(fā)。

當(dāng)前較為主流的實(shí)現(xiàn)路徑有兩種，一是從電芯本體出發(fā)，通過(guò)材料本體物性改善、添加阻燃劑等方式，讓電芯在出現(xiàn)極端情況下，中間的本體發(fā)生變更，比如起到熱量吸收、表面鈍化、阻斷膨脹、機(jī)械實(shí)效的效果等，以此實(shí)現(xiàn)電芯不起火；二是從模組及系統(tǒng)層級(jí)出發(fā)，添加氣凝膠等物質(zhì)及設(shè)計(jì)，即便是一顆電芯出現(xiàn)極端情況也不會(huì)影響其他電芯。

以廣汽埃安彈匣電池為例，據(jù)官方介紹，該電池包就是從電芯材料、電池結(jié)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)和電池管理系統(tǒng)四個(gè)緯度來(lái)提升動(dòng)力電池的安全性。

彈匣電池系統(tǒng)；圖片來(lái)源：廣汽集團(tuán)

具體來(lái)看，電芯材料方面，通過(guò)正極材料的納米級(jí)包覆及摻雜技術(shù)的應(yīng)用，提升電芯熱穩(wěn)定性，防止熱失控；電解液應(yīng)用新型添加劑，可實(shí)現(xiàn)SEI膜的自修復(fù)，改善電芯壽命；高安全電解液能在高溫下自發(fā)聚合形成高阻抗特性聚合物膜，大幅降低熱失控反應(yīng)產(chǎn)熱。這些關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，使得電芯的耐熱溫度提升30%。

電池結(jié)構(gòu)上，通過(guò)網(wǎng)狀納米孔隔熱材料和耐高溫上殼體，形成超強(qiáng)隔熱安全艙，實(shí)現(xiàn)三元鋰電芯熱失控不蔓延至相鄰電芯，電池包上殼體能耐溫1400℃以上。

冷卻系統(tǒng)方面，通過(guò)全貼合液冷系統(tǒng)、高速散熱通道、高精準(zhǔn)的導(dǎo)熱路徑的設(shè)計(jì)，彈匣電池實(shí)現(xiàn)散熱面積提升40%，散熱效率提升30%。

電池管理系統(tǒng)采用車(chē)規(guī)級(jí)最新一代電池管理系統(tǒng)芯片，可實(shí)現(xiàn)每秒10次全天候數(shù)據(jù)采集，相比前代系統(tǒng)提升100倍，以24小時(shí)全覆蓋的全時(shí)巡邏模式，對(duì)電池狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

在上述四大核心技術(shù)的加持下，彈匣電池整包在試驗(yàn)過(guò)程中熱事故信號(hào)發(fā)出5分鐘后，僅出現(xiàn)短暫冒煙，無(wú)起火和爆炸現(xiàn)象。廣汽埃安還表示，彈匣電池相對(duì)于同類(lèi)普通電池，體積能量密度提升9.4%，重量能量密度提升5.7%，成本下降10%。根據(jù)計(jì)劃，彈匣電池今年將在廣汽埃安全系列車(chē)型上陸續(xù)搭載。

相較之下，嵐圖FREE電池包的防護(hù)技術(shù)在做到“不起火、不爆炸”時(shí)，還可實(shí)現(xiàn)“不冒煙”。而實(shí)現(xiàn)這一性能的關(guān)鍵就是上文提到的三大黑科技：“三維隔熱墻”技術(shù)；BMS電池安全監(jiān)測(cè)和預(yù)警模型；高安全電池PACK方案。

據(jù)嵐圖汽車(chē)新能源技術(shù)總監(jiān)黃敏博士介紹，三維隔熱墻的技術(shù)原理是，在電池包內(nèi)使用超強(qiáng)高分子隔熱阻燃材料（一般隔熱材料仍會(huì)在觸發(fā)熱失控后致電池包冒煙或起火，三維隔熱墻技術(shù)可做到無(wú)熱擴(kuò)散現(xiàn)象發(fā)生），對(duì)每個(gè)電芯實(shí)現(xiàn)單獨(dú)的全方位三維立體包裹。三維隔熱墻在電芯與電芯之間，形成高效的隔熱阻燃防護(hù)層，每個(gè)電芯均處于隔熱阻燃材料的充分包裹中，形如“琥珀”。

BMS電池安全監(jiān)測(cè)和預(yù)警模型則基于BMS云端衛(wèi)士進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析和追蹤，可實(shí)現(xiàn) “千車(chē)千面”。據(jù)悉，電池包在原有溫度電壓預(yù)警基礎(chǔ)上，搭建了精確的電池安全監(jiān)測(cè)和預(yù)警大數(shù)據(jù)模型，基于不同使用場(chǎng)景（例如平原與山區(qū)、南北方溫度和濕度、高低海拔晝夜溫差等），追蹤每一臺(tái)車(chē)、每一塊電池的使用數(shù)據(jù)。

此外，嵐圖還采用了高安全電池PACK方案，即定制化開(kāi)發(fā)車(chē)身防護(hù)、高強(qiáng)框架、壓力傳遞、形變吸能和電池雙保險(xiǎn)共五大電池安全結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

總結(jié)下來(lái)，嵐圖FREE電池包主要在隔熱、監(jiān)測(cè)以及車(chē)體方面做了改進(jìn)，在電池材料這塊并未有明顯變化。據(jù)悉，嵐圖FREE電池包純電版將首發(fā)搭載新電池包，并于今年第三季度上市交付。

強(qiáng)標(biāo)實(shí)施后，動(dòng)力電池安全防護(hù)技術(shù)成車(chē)廠角逐新焦點(diǎn)

上述多個(gè)汽車(chē)廠家相繼發(fā)布最新的三元鋰電池安全防護(hù)技術(shù)背后，還要追溯到去年5月12日，工信部制定的三項(xiàng)電動(dòng)汽車(chē)強(qiáng)標(biāo)。

2020年5月12日，工業(yè)和信息化部組織制定的GB 18384-2020《電動(dòng)汽車(chē)用動(dòng)力蓄電池安全要求》、GB 30381-2020《電動(dòng)汽車(chē)安全要求》和GB 38032-2020《電動(dòng)客車(chē)安全要求》三項(xiàng)強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（以下簡(jiǎn)稱“三項(xiàng)強(qiáng)標(biāo)”）由國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)批準(zhǔn)發(fā)布，并定于2021年1月1日起開(kāi)始實(shí)施。

這三項(xiàng)強(qiáng)標(biāo)中，《電動(dòng)汽車(chē)用動(dòng)力蓄電池安全要求》是國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)用動(dòng)力電池領(lǐng)域的第一項(xiàng)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)在優(yōu)化電池單體、模組安全要求的同時(shí)，重點(diǎn)強(qiáng)化了電池系統(tǒng)熱安全、機(jī)械安全、電氣安全以及功能安全要求，試驗(yàn)項(xiàng)目涵蓋系統(tǒng)熱擴(kuò)散、外部火燒、機(jī)械沖擊、模擬碰撞、濕熱循環(huán)、振動(dòng)泡水、外部短路、過(guò)溫過(guò)充等。

其中，需要特別指出的，該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)增加了電池系統(tǒng)熱擴(kuò)散試驗(yàn)，要求電池單體發(fā)生熱失控后，電池系統(tǒng)在5分鐘內(nèi)不起火不爆炸，為乘員預(yù)留安全逃生時(shí)間。

據(jù)參與該標(biāo)準(zhǔn)制定的中國(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)王子冬介紹，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置的初衷是構(gòu)筑安全底線，對(duì)于消費(fèi)者生命安全考慮，本來(lái)制定的時(shí)候是要30分鐘的，后來(lái)做了調(diào)整，5分鐘已經(jīng)是最為基礎(chǔ)的底線要求了。不管是什么體系的電池，從安全的角度出發(fā)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)必須要達(dá)到。

其實(shí)，在強(qiáng)標(biāo)正式實(shí)施前，在“不起火”的三元鋰電池布局上，相關(guān)動(dòng)力電池企業(yè)早已有所行動(dòng)。

寧德時(shí)代811電池?zé)釘U(kuò)散試驗(yàn)

2020年10月，寧德時(shí)代就公開(kāi)表示已開(kāi)發(fā)出“只冒煙、不起火”的三元電池，通過(guò)高安全電解液、熱擴(kuò)上隔離技術(shù)，直擊高能量密度、高安全性的痛點(diǎn)，可以確保電池包不燃燒，即便一個(gè)電芯起火，整個(gè)電池包只冒煙。

同年12月，蜂巢能源在其電池日上對(duì)外發(fā)布了熱失控系統(tǒng)性解決方案——冷蜂，通過(guò)材料、電芯、電池包、監(jiān)控系統(tǒng)四大層級(jí)的原創(chuàng)技術(shù)徹底解決電池系統(tǒng)的熱失控問(wèn)題。

欣旺達(dá)也在2020年宣布成功研發(fā)“只冒煙、不起火”電池包，并可通過(guò)“加熱觸發(fā)電芯熱失控實(shí)驗(yàn)”，即單個(gè)電芯在被觸發(fā)發(fā)生熱失控之后，整個(gè)電池包只冒煙不起火。

今年3月12日，作為動(dòng)力電池新勢(shì)力的領(lǐng)湃新能源亦發(fā)布“四個(gè)零戰(zhàn)略”，即零風(fēng)險(xiǎn)、零衰減、零焦慮、零誤差。據(jù)悉，領(lǐng)湃新能源從材料、電極、電芯、系統(tǒng)等多個(gè)維度進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)與研發(fā)，杜絕熱失控，實(shí)現(xiàn)零風(fēng)險(xiǎn)、高安全電池。其首款產(chǎn)品高電壓中鎳VDA355電芯模組將于今年SOP。

基于此，有分析人士指出，隨著強(qiáng)標(biāo)的正式實(shí)施，以及動(dòng)力電池企業(yè)新技術(shù)的加持，進(jìn)入2021年，動(dòng)力電池安全防護(hù)技術(shù)將成為繼續(xù)航、智能、5G之后，整車(chē)廠商在新能源汽車(chē)領(lǐng)域角逐的一個(gè)新的發(fā)力點(diǎn)。

小結(jié)：很長(zhǎng)一段時(shí)間，當(dāng)聽(tīng)聞電動(dòng)汽車(chē)發(fā)生起火、自燃等事故時(shí)，電池往往被首當(dāng)其沖地列為“罪魁禍?zhǔn)住?，而今在?guó)家強(qiáng)標(biāo)的約束下，在動(dòng)力電池企業(yè)新技術(shù)的不斷突破下，并在整車(chē)廠商的大力聚焦推動(dòng)下，相信“不起火”、“不爆炸”、“不冒煙”的三元鋰電池將從一個(gè)個(gè)標(biāo)簽成為現(xiàn)實(shí)，而電動(dòng)汽車(chē)起火、自燃事故也將不復(fù)存在。