大會現場

電動汽車最大的短板是什么？對于消費者或許是里程焦慮，但對于生產者，電池安全才是他們最操心的問題。

鋰電池不僅是電動汽車最核心的零部件，它還是引發電動汽車自燃的首要原因——截至今年5月，新能源汽車國家監管平臺共發現79起安全事故。58%的起火源于電池問題。

2019年10月7日，第三屆國際電池安全研討會在北京召開，會議主題是“為電動汽車制造更安全的高比能電池”。在動力電池比能量不斷提升的背景下，來自全球高校知名教授、企業的動力電池研發設計者，討論了電池熱失控機-電-熱誘因及防控方法、電池熱失控發生機理與抑制方法、電池燃燒爆炸特性及火災安全、電池系統熱失控蔓延與熱管理等議題。

在中國汽車技術研究中心首席專家王芳看來，不斷提高電池系統能量密度、新材料體系，電池越做越大等趨勢，為電池安全帶來了巨大挑戰。中國科學院院士歐陽明高牽頭的團隊對鋰電池進行深入研究，通過單體電壓監測、可燃氣體預警、改善電解質、建立防火墻等方式來降低熱失控概率和控制熱擴散。車企方面，也在碰撞安全設計、監測、控制熱蔓延等各方面加強電池的安全性。

左邊是高比能需求，右邊是安全性——動力電池從業者，需要在保持兩邊平衡的同時向前走。到目前為止，他們習得了哪些“平衡術”？

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動力電池安全評價：

四大挑戰

對電動汽車長續航里程、快充的訴求，帶來技術變革，而變革就會帶來挑戰。中國汽車技術研究中心首席專家王芳將其總結為四大挑戰。

中國汽車技術研究中心首席專家王芳

首先，能量密度提升帶來穩定性的挑戰。電池系統的能量密度逐年攀升，從2015年的90瓦時/公斤，到現在的140多瓦時/公斤，問題也顯而易見。“2016、2017、2018我分別測試了當時量比較大的國內外產品，包括三星、LG的電池，隨著能量密度的提升，不管你的本體安全性如何去提升，電池的穩定性都在變差。”王芳說。

第二，材料體系變化的挑戰。現在的產品追求高比能，電池從磷酸鐵鋰往三元體系轉變，從三元333、到532、再到811體系。這個變化帶來的弊端是熱失控時間不斷提前,正極材料的釋氧溫度逐步降低，電池材料的熱穩定性越來越差。

第三，長續駛里程的挑戰。提高續駛里程，除了改變材料體系，就是在有限的空間里塞盡量多的電池，這樣就會導致電池就會越做越大，必然會把電池的鋁箔和銅箔做薄，同時隔膜也會做薄。但是隔膜越薄，其抗穿刺能力就會越差，越容易被刺穿導致電池短路。

第四，電池衰減后的安全性挑戰。王芳指出，他們統計的事故中，有很多都是1萬多公里以后發生的。這就證明，電池是一個動態變化的過程。

這就意味著，在全生命周期內，電池的可用、可控和失控的評價面臨巨大挑戰。對電池的測試評價技術可能會是一個貫穿全生命周期的評價工程。在電芯的整個生命周期中，安全性會隨著壽命的衰減而變化。在不同的循環周數下，電芯的內部狀態和外部指標，也在發生變化。

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熱失控：

從三大原因求解

電池的危險來自于熱失控，應對電池熱失控，首先要了解機理，找到表現形式。歐陽明高總結，造成電池熱失控的原因有三個，即內短路、正極釋氧以及負極析鋰。

中國科學院院士歐陽明高

○依靠BMS檢測內短路

內短路又分為緩變型和突變型。歐陽明高介紹說，緩變型內短路，第一步表現是電壓下降，到第二步才會有溫升，最后形成熱失控。對于緩變短路，在第一個過程即電壓下降階段通過故障診斷就可檢測出，可防止它進一步惡化。例如，針對串聯電池組，首先是從電壓的一致性來進行分析，某一個電池電壓下掉，說明這個電池有可能有內短路。但還不能確認的話，再加入溫度檢測。

應對突變型內短路，例如一個微短路，可以依靠可燃氣體傳感器，它可以做到至少提前3分鐘進行熱失控預警。也就是說，通過BMS可以有效檢測出內短路。

○改進正極和電解質減少釋氧

沒有內短路依然會熱失控。隔膜崩潰、正負極發生物質交換，即正極的釋氧跑到負極，形成劇烈反應，引發熱失控。要對材料進行改進，一個是正極材料，一個是電解質。歐陽明高舉例說，正極材料可以從多晶到單晶就可以使釋氧的溫度提升100度。電解質方面，可以采用高濃度電解質，例如DMC（碳酸二甲酯）。

此外，從電解液的添加劑、高濃度電解質、新型電解質等方面還大有可為。

○充電控制減少析鋰

電池全生命周期安全性最主要的影響因素是析鋰，如果沒有析鋰衰減的電池安全性并不會變差。析鋰多的放熱大，析出的鋰會直接跟電解液發生劇烈反應，引發大量溫升，可以直接誘發熱失控。

“負極電位與析鋰相關，只要控制負極的過電勢，就可以保證不析鋰。通過這個模型就可以推導出不析鋰的充電曲線。我們讓它負極電勢始終不低于零，可以得到無析鋰的最佳充電曲線。我們可以用三電極標定這條曲線，這樣來做充電算法。”歐陽明高表示，他們已經跟企業合作，利用這個算法可以完全實現不析鋰。但是這種是一個標定過程，隨著時間的延長電池的衰減性能是會變的，所以他們又做了反饋的無析鋰的控制算法，也就是要有一個觀測器來觀測負極的過電勢，實際就是一個數學模型。

○控制熱擴散

在歐陽明高看來，熱失控整體來看還是有規律的。并聯電池組熱失控的特征是，第一個電池熱失控后會短路，造成電壓下降；串聯電池的熱失控就是一個熱傳導的過程；第三種情況是，剛開始是有序蔓延，后面是劇烈蔓延，這就會導致立即爆炸、燃燒事故。

歐陽明高認為，電池只隔熱是不夠，還需要散熱的設計。“利用防火墻技術，隔熱、散熱相配合，通過隔熱將傳熱擋住，通過散熱把能量帶走。”

另外還有一種熱失控是噴發。從實驗可以看出，噴發有固態、液態、氣態三態，這中間氣態都是一些可燃氣體，就是燃料，固態是一些固態的顆粒，往往形成火焰。一般是收集顆粒物，就像傳統汽車一樣，把顆粒物通過過濾器進行捕集；另一個方法是稀釋可燃氣體。