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从欣旺达“不起火”电池 看动力电池安全风向

日期:2020-12-09    来源:电池中国

国际新能源网

2020
12/09
11:27
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关键词: 欣旺达 三元锂电池 新能源汽车

欣旺达“不起火”电池材料选用的正是三元电池材料,这意味着三元电池正在迈向安全的新高度,有望在产业界的共同努力下,迈过安全门槛。

近日,有消息称,进入汽车智能网联领域的华为,已明确采用三元锂电池作为智能汽车的新能源技术方向。与特斯拉在高端Model 3、Model Y车型电池技术路线选择上一样,华为目前也认定三元电池将是目前乃至未来一段时间中高端乘用车的主流技术路线。

相较于磷酸铁锂电池,三元电池能量密度更高、充放电倍率性能更强、耐宽温性能更好,鉴于电动汽车长续航和智能化的需求,国内外知名电动车型目前都将三元作为主流技术路线。

尽管如此,三元电池也并非完美无瑕,其中最为突出的就是其相对于磷酸铁锂电池目前存在的安全性“劣势”。数据显示,截至目前,今年配套三元电池和磷酸铁锂电池的新能源汽车着火事故率已分别降至万分之0.24和万分之0.09,但可以看出三元电池相对铁锂电池仍然有点“高烧”。

显然,如果谁能提早破解三元电池的安全顽疾,量产“不起火”的三元电池,那么谁就有可能在这一轮竞争中获得国内外主流车企的青睐。

近日,欣旺达对外发布了“不起火的‘欣旺达方案’”。据小编了解,欣旺达“不起火”电池材料选用的正是三元电池材料,这意味着三元电池正在迈向安全的新高度,有望在产业界的共同努力下,迈过安全门槛。

随着新能源汽车的普及率提高,车企、消费者对于车辆安全的诉求增强,“不起火”已经成为今年电池企业集中攻克的新方向。年初,比亚迪基于本身不易自燃的磷酸铁锂电池材料,通过结构和工艺创新,推出了“不起火”的刀片电池;但是反观三元电池,目前包括国内乃至全球,推出“不起火”三元电池的企业可谓如凤毛麟角。

从欣旺达公布的“不起火”视频内容可以看出,其对单颗电芯通过持续加热,引发热失控冒烟,周边电芯有温升但未被触发热失控(未发生热扩散蔓延)。据业内人士介绍,“加热触发,其实是一个比针刺实验还要严苛的一个热触发的实验”。年初国内几家电池企业围绕针刺实验进行了激烈争吵,认为针刺是电池安全的“珠穆朗玛峰”,但如果能通过加热引发热失控,而不起火以及不扩散蔓延,也大致可以了解这种电池安全的可靠性有多高。

“与众不同”的三元电池

动力电池领域,目前国内应用的三元电池根据正极材料中镍钴锰配比的不同,可分为三元523、三元622和三元811电池。值得注意的是,目前这些材料电池都是多晶体系。

从欣旺达公布的“不起火”电池方案可以看出,其三元电池材料采用的是5系的单晶高电压三元材料——镍5X正极材料。

据了解,采用单晶材料实际上有两个好处:一是更安全;二是可以做高电压,可以提升能量密度。

单晶材料由于内部没有晶界,可提升三元材料的稳定性,同时产热也会少很多。

据欣旺达相关负责人透露,欣旺达采用单晶高电压镍5X体系材料,产热比其它体系要低至少18%;热稳定性(热失控温度)也比其它体系高30%以上。

能量密度方面,由于单晶材料电压更高,通过提升单晶材料电压,可以提升其能量密度。据悉,镍5X能量密度已经接近目前的811材料体系。

除了材料安全和热安全设计,在机械安全设计方面,欣旺达还采用Z向挤压设计,这种设计的好处是即便底部变形达到15%,电芯仍然是很安全的状态。

值得一提的是,基于材料安全、热安全和机械安全设计的电池安全设计只是欣旺达“不起火”电池安全防护体系中的第一个层次。欣旺达还通过BMS电池管理系统、电芯阻隔、模组层级安全设计和系统层级人身安全防护设计等构建的“五层安全设计体系”,最终实现电池包不起火,保证人身和财产安全。

“不起火”将成电池安全新风向

在动力电池的各种指标中,安全是唯一一个没法讨价还价的。

近几年,随着新能源汽车的大规模普及,车辆起火事件时有发生。新能源汽车作为一种“新事物”,因而一旦发生起火事故,消费者对于其安全性的顾虑要比燃油车更大。尽管数据显示,近几年新能源乘用车着火率明显降低,如2019年新能源汽车发生着火的比率约为万分之0.38,而2020年截至目前,这一数字已经降低至万分之0.18,新能源汽车安全有明显提升。但无论是车企,还是消费者,都希望拥有“绝对安全”,至少是不会“起火自燃”的车辆。

目前的情况来看,尽管这几年动力电池技术,如能量密度、充电倍率、循环寿命指标都在快速提升,但如果电池一旦存在安全隐患,那么其它的各项性能指标也不再有意义。

事实上,整车厂对于电池的安全隐患也是零容忍。今年以来,宝马、福特、现代、通用等国际车企陆续召回了约20万辆电动汽车,皆因车辆动力电池存在起火安全隐患。

今年年初,比亚迪依托在磷酸铁锂材料上的技术积淀,以及磷酸铁锂在客车领域的应用积累,推出了基于磷酸铁锂材料的“不起火”电池解决方案。随之电动汽车不起火的最终难题就抛给了三元材料体系电池。

欣旺达推出完整版的单颗电芯加热触发热失控,最终只冒烟、不起火的实验视频,实际上也是在产业界将三元电池的安全提上了一个新高度。可以预见,在接下来的一段时间内,无论是动力电池,还是新能源整车企业,都会将电池热失控不扩散、电池包不起火,作为动力电池安全的新标杆,进行技术探索和攻关。

过去,高安全和高能量密度一直被视为一个矛盾的两个面,无法兼具。然而,随着电动汽车的普及,长续航、智能网联都要求在有限的电池包内装尽可能多的电量,高能量密度与高安全难兼容的痛点必然要被攻破。

目前,欣旺达基于单颗电芯热失控,但通过“五层安全体系设计”使得单颗电芯失控后不发生热蔓延、不扩散,同时针对单颗电芯的安全防护设计,也使得整个电池包“不起火”成为现实。据了解,除了欣旺达,目前宁德时代也推出了“不起火”电池系统,可以看出,业界已经认识到动力电池安全的“新标准”。相信,未来在这些头部企业的示范影响下,整个产业也会将单颗或多颗电芯热失控,但是整包不发生热失控、无热蔓延,作为研发和设计的目标,这也会令动力电池系统和整车“不起火”变为标配,而这将有助于推动电动汽车大规模推广。

在即将到来的2021年,小编预计蔚来等新势力造车企业将会率先应用不起火电池,传统新能源车企应该也将会随之快速跟上。作为电动汽车的心脏,未来,这种高安全、不起火的电池有望成为车企的“首选”,而优先具备这种技术和量产能力的企业,必将在新一轮竞争中抢得先机。


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