新能源車電池高快充和安全性難兼得？專家解釋來了

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，如何實現(xiàn)短充電、長續(xù)航已成為業(yè)界角逐的焦點。然而，電池快充性能的提升，往往也意味著電池起火的風險加大。

27日，在2021中國（安徽）科技創(chuàng)新成果轉化交易會舉辦的“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，歐盟科學院院士、火災科學國家重點實驗室副主任孫金華表示，以鋰離子電池為動力電池的新能源汽車的火災發(fā)生率雖然沒有公眾設想的那么高，但隨著國內(nèi)鋰離子電池的產(chǎn)能和應用的加速發(fā)展，近年來，鋰離子電池引起火災的頻率、規(guī)模和損失程度都呈現(xiàn)快速增長的態(tài)勢。

“在新能源汽車領域，中國已實現(xiàn)了‘彎道超車’。而作為主要的動力電池，鋰離子電池的應用也將在未來幾年迎來更大的爆發(fā)期?！彼硎?，目前，中國已成為全球最大的鋰離子電池生產(chǎn)國，承擔了全球73％的鋰離子電池產(chǎn)能，并不斷提高其性能。然而，根據(jù)中國新能源汽車動力電池比能量發(fā)展的趨勢，這就意味著在技術層面，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題，在孫金華看來，首先要厘清鋰離子電池著火的共性與特征，再對癥下藥。

為此，他列舉了一組近年來國內(nèi)電動汽車火災發(fā)生的統(tǒng)計數(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月為火災高發(fā)期。

對于三元電池起火概率大的原因，孫金華進一步解釋稱，在不同正極材料的鋰離子電池熱失控釋放的可燃氣體中，三元電池產(chǎn)生的可燃氣更多。

所謂的電池熱失控，即是指電池產(chǎn)生的熱量大于釋放的熱量，進而導致熱量積累、溫度迅速升高的過程。而鋰離子電池的熱失控，主要是由電極和電解液間的化學反應引起。孫金華團隊研究顯示，可燃氣中含有大量電解液。

對于充電失火的事故原因，此前，中國科學院院士、中國電動汽車百人會執(zhí)行副理事長歐陽明高曾公開解釋稱，一般來說，如果放電到一定程度之后，電池不會出現(xiàn)熱失控，熱失控一般都是在滿電狀態(tài)發(fā)生。所以，在過充電時，熱失控容易被引發(fā)。同時，充電狀態(tài)下，電池與充電系統(tǒng)連在一起，進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高于一般原油和PMMA，僅比汽油略低。

他還表示，對于鋰離子電池火災的危險性判斷，還需要考慮到起火的難易程度，具體來說，即是對熱失控的臨界溫度和熱釋放速率峰值進行評估。

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

研究表明，當電池間距離大約2mm時，將由熱傳導主控轉為輻射主控。而在敞開空間電池模組中，熱失控傳播的熱量主要來自于熱傳導，火焰輻射影響較小。同時，對于著火的電池，只要將12%的能量傳導到相鄰電池，就會引起該相鄰電池的著火。

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

其中，第一道防線是構建本體安全型電池體系，以降低火災發(fā)生的概率；第二道防線是研發(fā)多信號融合電池多級預警技術，以實現(xiàn)火災隱患等及早發(fā)現(xiàn)并及時處置；第三道防線是研發(fā)高效滅火抗復燃技術，以防止事故的擴大。

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