目前，產(chǎn)業(yè)界對(duì)鋰離子電池高比能量的過(guò)高追求可能會(huì)帶來(lái)多個(gè)層面的問(wèn)題，比如在正極材料端，雖然克容量逐漸新增，但是結(jié)構(gòu)/熱穩(wěn)定性卻逐漸降低，過(guò)渡金屬溶出情況加劇，尤其是811型。上海蓄熙新能源材料檢測(cè)有限公司總經(jīng)理韓廣帥表示：“有關(guān)NCM體系，隨著Ni含量新增，NCM體系正極材料的放電容量越高，循環(huán)穩(wěn)定性下降，熱穩(wěn)定性下降。”

有關(guān)負(fù)極材料領(lǐng)域，容量越高，硅或氧化亞硅材料越多，極片膨脹率越大，和電解液間的副反應(yīng)越多，內(nèi)阻增大。

此外，隔膜越來(lái)越薄，隨之而來(lái)的則是安全風(fēng)險(xiǎn)的新增；電解液分量減少，會(huì)使得電池的循環(huán)性能變差，而且電解液粘度變大后，整個(gè)電池產(chǎn)品的內(nèi)阻就會(huì)新增。

從對(duì)材料本身的安全性影響角度來(lái)看，高比能化會(huì)導(dǎo)致正極過(guò)渡金屬溶出。Ni、Co、Mn三種元素在循環(huán)過(guò)程中都會(huì)發(fā)生溶解，在4.6V以上時(shí)，三種元素幾乎是以化學(xué)計(jì)量比溶出的，但是Mn元素的溶解會(huì)對(duì)鋰離子電池循環(huán)壽命出現(xiàn)更嚴(yán)重的破壞。

薄集流體化之后，大電流下、內(nèi)阻大發(fā)熱量高，涂布、輥壓收卷容易出現(xiàn)斷片現(xiàn)象。少粘結(jié)劑會(huì)導(dǎo)致活性物質(zhì)易脫落，長(zhǎng)循環(huán)接觸內(nèi)阻增大。薄隔膜趨勢(shì)之下，會(huì)出現(xiàn)單層PE基膜熱穩(wěn)定差，涂層膜內(nèi)阻較大，長(zhǎng)循環(huán)后涂層易團(tuán)聚、脫落等。

01

高比能“陷阱”？

追求極致完美或許是最一般也最隱蔽的“美麗陷阱”。在鋰離子電池行業(yè)，追求高比能是多方綜合因素下的產(chǎn)物。其中，最直接的就是市場(chǎng)消費(fèi)需求的倒逼。其次是鋰離子電池技術(shù)上實(shí)實(shí)在在的提升以及產(chǎn)業(yè)供給端的迎合。

“電動(dòng)汽車(chē)至少要能跑個(gè)500公里以上才考慮購(gòu)買(mǎi)。”北上廣等一線城市是新能源汽車(chē)的重要消費(fèi)陣地，尤其是北京，新能源汽車(chē)的接受度比較高。該北京網(wǎng)友還表示，電動(dòng)汽車(chē)要能滿足日常工作、外出游玩所需的里程，畢竟充電還不是很方便。

合眾汽車(chē)2019年相關(guān)客戶調(diào)研統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示“消費(fèi)者愿意接受的續(xù)航里程為300-450公里。”我國(guó)電池聯(lián)盟認(rèn)為，隨著鋰離子電池比能量技術(shù)的升級(jí)，以及固態(tài)電池技術(shù)的商業(yè)化前景趨好，未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，消費(fèi)者的普遍續(xù)航需求或?qū)⒎€(wěn)定在500公里左右，200公里以下的車(chē)型或?qū)⒅饾u退出。

目前，鋰離子電池技術(shù)創(chuàng)新的確有了很大的提升。從代表性公司相關(guān)新能源車(chē)型動(dòng)力鋰離子電池包組的能量比變化看：

在磷酸鐵鋰離子電池領(lǐng)域，2015年，比亞迪e5（續(xù)航256km）電池包組的能量密度比大約為91wh/kg。2020年，比亞迪e3（續(xù)航405km）電池包組的系統(tǒng)能量比提升至大約156wh/kg，提升約71%。

在三元電池領(lǐng)域，2015年，北汽EU200（續(xù)航200km）電池包組的電池能量密度大約為96wh/kg。2020年，北汽EU5（續(xù)航401km）電池包組的電池能量密度提升到了大約161wh/kg，提升約68%。

此外，國(guó)家有關(guān)產(chǎn)品準(zhǔn)入的要求越來(lái)越高。2018年《有關(guān)調(diào)整完善新能源汽車(chē)推廣應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)貼政策的通知》引導(dǎo)生產(chǎn)公司把新能源汽車(chē)的續(xù)航里程推向500公里以上。根據(jù)國(guó)家政策頂層設(shè)計(jì)與戰(zhàn)略規(guī)劃，到2020年,我國(guó)電池能量密度達(dá)到300Wh/kg；到2025年,電池能量密度達(dá)到400Wh/kg;2030年,電池能量密度達(dá)到500Wh/kg。

但是，我們也看到，尺寸越做越大、能量密度越做越高帶來(lái)的則是電池的散熱性能的下降，電解液出現(xiàn)貧富液、浸潤(rùn)性不好、死區(qū)和析鋰可能性增大。這也是導(dǎo)致新能源汽車(chē)安全事故的重要因素。如今，新能源汽車(chē)的消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品安全的重視程度比以往有了很大的提升，因此對(duì)汽車(chē)以及電池產(chǎn)品著火事故頗為不滿。但是反過(guò)頭來(lái)，高能量比也是消費(fèi)需求助推的一個(gè)必然結(jié)果。

02

電池安全診斷：望聞問(wèn)切

有關(guān)新能源汽車(chē)著火事故頻發(fā)，韓廣帥博士認(rèn)為：“新能源汽車(chē)安全失火也就是熱失控，重要有內(nèi)外兩個(gè)方面的原因。”

他分析后指出，從外部原因重要是機(jī)械濫用、電濫用、熱濫用等行為造成的。比如車(chē)輛碰撞等車(chē)輛結(jié)構(gòu)破壞導(dǎo)致B級(jí)電路短路、電池受到擠壓、穿刺等物理結(jié)構(gòu)的損壞；比如外部電路過(guò)流、短路等非預(yù)期的大電流引起，超過(guò)了電池或電池系統(tǒng)可以承受的最大電流；再比如超過(guò)電芯安全界限的加熱，可能來(lái)自于相鄰熱失控電池，或散熱系統(tǒng)失效所積攢的熱量。

從內(nèi)部原因看重要是高比能化與快充導(dǎo)致發(fā)熱量新增，溫升升高，副反應(yīng)新增；內(nèi)阻新增不一致性放大導(dǎo)致析鋰脹氣等。

“理解電池才能不斷提升電池品質(zhì)。”韓廣帥認(rèn)為，“電池醫(yī)院”的“望聞問(wèn)切”價(jià)值在于通過(guò)對(duì)電池失效原因的準(zhǔn)確分析，制定針對(duì)性的解決方法，幫助電池產(chǎn)品提升品質(zhì)。以下為韓廣帥博士在我國(guó)電池聯(lián)盟產(chǎn)業(yè)云課堂“動(dòng)力鋰離子電池失效原因分析與解析技術(shù)”直播演講時(shí)提出的兩個(gè)具體分析流程。

整體解決方法之逆向分析流程

整體解決方法之正向分析-正極材料

整體解決方法之正向分析-負(fù)極材料

整體解決方法之正向分析-隔膜

整體解決方法之正向分析-電解液