近日，多个汽车厂家相继发布了各自最新的三元锂电池安全防护技术，一时间，“不起火”、“不爆炸”甚至“不冒烟”的三元锂电池层出不穷。 三元锂电池安全防护技术取得重大突破 3月10日，广汽埃安率先发布了新一代动力电池安全技术——弹匣电池系统安全技术（以下简称“弹匣电池”）。基于“防止电芯内短路，短路后防止热失控，以及热失控后防止热蔓延”的设计思路，弹匣电池采用类似安全舱的设计，可有效阻隔热失控电芯的蔓延、当侦测到电芯电压或温度等出现异常时，自动启动电池速冷降温系统为电池降温。 为了验证弹匣电池的安全性，广汽埃安还公布了中国汽车技术研究中心的测试视频，对搭载了弹匣电池系统安全技术的三元锂电池整包进行针刺热扩散试验。试验结果显示，弹匣电池整包在试验过程中热事故信号发出5分钟后，仅出现短暂冒烟，无起火和爆炸现象。  图片来源：岚图汽车宣传海报截图 3月17日，岚图汽车通过线上技术分享会的形式，对旗下首款量产车型岚图 Free 搭载的三元锂电池包进行了全面的解读。岚图汽车表示，岚图FREE电池包主要有三大优势：首创“三维隔热墙”技术、BMS独创电池安全监测和预警模型、高安全电池PACK方案。在这三大黑科技的加持下，新电池包在热失控触发并发出热事件报警信号后，不冒烟、不起火、不爆炸。 紧随岚图汽车之后，R汽车在3月18日的品牌大会上宣布，R汽车基于航空级标准，能够实现L0级别零热失控管理。通过云端实时监控高效主动预警，为每一块动力电池做云端健康体检，将电池包因电芯问题导致的热失控概率控制在无限接近于零的范围内，做到永不自燃。 研究表现，由于热稳定性相对较差，三元锂电池在某些极端环境下易发生热失控起火。但是，与安全性能相对较高的磷酸铁锂电池相比，三元锂电池又因能量密度高、低温性能好、倍率特性好等特点，常用于高端电动品牌。因此，如何让三元锂电池在高性能和高安全上达到平衡，成为产业多年研发的重点。 而此次，不论是广汽埃安的弹匣电池，还是岚图FREE的“不冒烟，不起火，不爆炸”电池，亦或是R汽车L0级别零热失控管理的永不自燃电池，整车厂在三元锂电池的安全防护技术方面可谓取得了不小的突破。 多维度创新，三元锂电池达到“三不”水准 新能源电池研发专家表示，三元锂电池系统要实现“不起火”、“不爆炸”甚至“不冒烟”，需要从材料、电极、电芯、系统等多个维度进行创新设计与研发。 当前较为主流的实现路径有两种，一是从电芯本体出发，通过材料本体物性改善、添加阻燃剂等方式，让电芯在出现极端情况下，中间的本体发生变更，比如起到热量吸收、表面钝化、阻断膨胀、机械实效的效果等，以此实现电芯不起火；二是从模组及系统层级出发，添加气凝胶等物质及设计，即便是一颗电芯出现极端情况也不会影响其他电芯。 以广汽埃安弹匣电池为例，据官方介绍，该电池包就是从电芯材料、电池结构、冷却系统和电池管理系统四个纬度来提升动力电池的安全性。  弹匣电池系统；图片来源：广汽集团 具体来看，电芯材料方面，通过正极材料的纳米级包覆及掺杂技术的应用，提升电芯热稳定性，防止热失控；电解液应用新型添加剂，可实现SEI膜的自修复，改善电芯寿命；高安全电解液能在高温下自发聚合形成高阻抗特性聚合物膜，大幅降低热失控反应产热。这些关键技术的应用，使得电芯的耐热温度提升30%。 电池结构上，通过网状纳米孔隔热材料和耐高温上壳体，形成超强隔热安全舱，实现三元锂电芯热失控不蔓延至相邻电芯，电池包上壳体能耐温1400℃以上。 冷却系统方面，通过全贴合液冷系统、高速散热通道、高精准的导热路径的设计，弹匣电池实现散热面积提升40%，散热效率提升30%。 电池管理系统采用车规级最新一代电池管理系统芯片，可实现每秒10次全天候数据采集，相比前代系统提升100倍，以24小时全覆盖的全时巡逻模式，对电池状态进行监测。 在上述四大核心技术的加持下，弹匣电池整包在试验过程中热事故信号发出5分钟后，仅出现短暂冒烟，无起火和爆炸现象。广汽埃安还表示，弹匣电池相对于同类普通电池，体积能量密度提升9.4%，重量能量密度提升5.7%，成本下降10%。根据计划，弹匣电池今年将在广汽埃安全系列车型上陆续搭载。 相较之下，岚图FREE电池包的防护技术在做到“不起火、不爆炸”时，还可实现“不冒烟”。而实现这一性能的关键就是上文提到的三大黑科技：“三维隔热墙”技术；BMS电池安全监测和预警模型；高安全电池PACK方案。 据岚图汽车新能源技术总监黄敏博士介绍，三维隔热墙的技术原理是，在电池包内使用超强高分子隔热阻燃材料（一般隔热材料仍会在触发热失控后致电池包冒烟或起火，三维隔热墙技术可做到无热扩散现象发生），对每个电芯实现单独的全方位三维立体包裹。三维隔热墙在电芯与电芯之间，形成高效的隔热阻燃防护层，每个电芯均处于隔热阻燃材料的充分包裹中，形如“琥珀”。 BMS电池安全监测和预警模型则基于BMS云端卫士进行大数据分析和追踪，可实现 “千车千面”。据悉，电池包在原有温度电压预警基础上，搭建了精确的电池安全监测和预警大数据模型，基于不同使用场景（例如平原与山区、南北方温度和湿度、高低海拔昼夜温差等），追踪每一台车、每一块电池的使用数据。 此外，岚图还采用了高安全电池PACK方案，即定制化开发车身防护、高强框架、压力传递、形变吸能和电池双保险共五大电池安全结构设计。 总结下来，岚图FREE电池包主要在隔热、监测以及车体方面做了改进，在电池材料这块并未有明显变化。据悉，岚图FREE电池包纯电版将首发搭载新电池包，并于今年第三季度上市交付。 强标实施后，动力电池安全防护技术成车厂角逐新焦点 上述多个汽车厂家相继发布最新的三元锂电池安全防护技术背后，还要追溯到去年5月12日，工信部制定的三项电动汽车强标。 2020年5月12日，工业和信息化部组织制定的GB 18384-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》、GB 30381-2020《电动汽车安全要求》和GB 38032-2020《电动客车安全要求》三项强制性国家标准（以下简称“三项强标”）由国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会批准发布，并定于2021年1月1日起开始实施。 这三项强标中，《电动汽车用动力蓄电池安全要求》是国内电动汽车用动力电池领域的第一项强制性标准，该项标准在优化电池单体、模组安全要求的同时，重点强化了电池系统热安全、机械安全、电气安全以及功能安全要求，试验项目涵盖系统热扩散、外部火烧、机械冲击、模拟碰撞、湿热循环、振动泡水、外部短路、过温过充等。 其中，需要特别指出的，该项标准增加了电池系统热扩散试验，要求电池单体发生热失控后，电池系统在5分钟内不起火不爆炸，为乘员预留安全逃生时间。 据参与该标准制定的中国汽车动力电池产业创新联盟副秘书长王子冬介绍，标准设置的初衷是构筑安全底线，对于消费者生命安全考虑，本来制定的时候是要30分钟的，后来做了调整，5分钟已经是最为基础的底线要求了。不管是什么体系的电池，从安全的角度出发，这个标准必须要达到。 其实，在强标正式实施前，在“不起火”的三元锂电池布局上，相关动力电池企业早已有所行动。
宁德时代811电池热扩散试验 2020年10月，宁德时代就公开表示已开发出“只冒烟、不起火”的三元电池，通过高安全电解液、热扩上隔离技术，直击高能量密度、高安全性的痛点，可以确保电池包不燃烧，即便一个电芯起火，整个电池包只冒烟。 同年12月，蜂巢能源在其电池日上对外发布了热失控系统性解决方案——冷蜂，通过材料、电芯、电池包、监控系统四大层级的原创技术彻底解决电池系统的热失控问题。 欣旺达也在2020年宣布成功研发“只冒烟、不起火”电池包，并可通过“加热触发电芯热失控实验”，即单个电芯在被触发发生热失控之后，整个电池包只冒烟不起火。 今年3月12日，作为动力电池新势力的领湃新能源亦发布“四个零战略”，即零风险、零衰减、零焦虑、零误差。据悉，领湃新能源从材料、电极、电芯、系统等多个维度进行创新设计与研发，杜绝热失控，实现零风险、高安全电池。其首款产品高电压中镍VDA355电芯模组将于今年SOP。 基于此，有分析人士指出，随着强标的正式实施，以及动力电池企业新技术的加持，进入2021年，动力电池安全防护技术将成为继续航、智能、5G之后，整车厂商在新能源汽车领域角逐的一个新的发力点。 小结：很长一段时间，当听闻电动汽车发生起火、自燃等事故时，电池往往被首当其冲地列为“罪魁祸首”，而今在国家强标的约束下，在动力电池企业新技术的不断突破下，并在整车厂商的大力聚焦推动下，相信“不起火”、“不爆炸”、“不冒烟”的三元锂电池将从一个个标签成为现实，而电动汽车起火、自燃事故也将不复存在。 |
