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强化顶层设计,大力提升动力锂电池的安全性

作者:刘文婷 来源:新能源汽车报 发布时间:2022-06-28 浏览:

中国储能网讯:近年来,动力锂电池燃烧和因电池故障导致的召回事件频繁发生,消费者对电动汽车的关注由“里程焦虑”逐渐转移到“安全焦虑”。据不完全统计,从2021年初至今全国已发生50多起电动汽车着火事件,绝大部分由电池热失控引起,动力锂电池安全问题已成为电动汽车行业发展的“绊脚石”。

01  高度重视研发安全性电池成为业内共识

近年来,随着电动汽车的不断普及,全球范围内所涉及的召回事件也呈现出日益高发的趋势,召回的责任方包括现代、通用、大众、特斯拉、威马、北汽、LG新能源、三星SDI等国内外主流主机厂和电池企业。特别是韩国电池巨头LG新能源因电池安全频发,深陷召回漩涡并支付了高额赔偿金,损失惨重。LG新能源接连发生的召回事件也为整个电池行业敲响了警钟,进一步提升锂电池的安全性迫在眉睫。当下,多家电池企业和汽车企业开启了电池安全“军备竞赛”,纷纷推出“不起火”方案。

部分电池企业和汽车企业推出的电池安全技术

此外,动力电池安全成为消费者新顾虑。据德勤消费者调研,我国消费者对电动汽车主要关注因素中,安全性达29%,占比较高。此外,从电动汽车质量投诉比例看,电池投诉占37.1%,包括动力电池故障、充电故障、电瓶故障等。这一调查结果为电池企业和主机厂发展提供了较强的决策依据,电池安全也成为汽车企业除续航和快充之外的新一轮宣传点。从消费者角度来看,提高锂电池的安全性有利于保障其合法权益,提振消费信心,激发消费潜力。

02  当前提升动力锂电池安全的新特点

降低电池热失控风险:新型电池技术从本征安全、被动安全、主动安全等三方面创新。一是本征安全。即从单体电池的热失控机理着手,在材料层面提升各电芯材料的热稳定性,在工艺层面从设计和制造的角度保证电芯可靠性。例如:OPPO研发的“夹心式安全电池”,用复合集流体代替传统集流体,不易断裂,以解决高镍三元的安全问题。二是被动安全。即在某一个单体电池热失控以后,通过隔热和散热的方法抑制热蔓延。例如:广汽埃安研发的“弹匣电池”、岚图汽车发布的“琥珀”和“云母”电池等都重在深化隔热解决方案。三是主动安全。其核心是电池管理系统(BMS),通过大数据等技术对热失控进行提前预警。例如:蔚来发布的“100kWh电池”,在BMS中集成了一个热失控传感器,可以24小时实时监控热压力,从而提升电池安全性。

多种技术路线同步发展:磷酸铁锂和三元占主流地位,大圆柱电池备受关注。在电池材料方面,磷酸铁锂和三元在我国占主流地位。由于磷酸铁锂材料来源丰富,安全性高、成本低、循环性能好等优势,近年来磷酸铁锂电池市场需求升温,出货量爆发式增长。据统计,2021年磷酸铁锂和三元锂电池装机占比分别为53%、47%,彻底扭转了2018年以来磷酸铁锂电池产量连年不及三元锂电池的趋势。此外,钛酸锂、锰酸锂等已有一定应用。在电池形态方面,当下动力电池市场形成了方壳/刀片、软包、圆柱三种形态三分天下的局面,凭借高安全性、高能量密度及低成本优势,大圆柱电池正在成为最受瞩目的技术趋势之一。结合整车实际需求,目前很多电动汽车企业已经敲定了未来5-10年的动力电池方案,即经济型采用方壳或刀片磷酸铁锂电池,中高端采用三元+大圆柱电池的布局。

03  强化顶层设计,重点关注锂电池安全的三个方面

加强技术联合攻关,实现跨行业的协同融合。锂电池的安全性是个极其复杂的系统性问题,既涉及材料研究,也与技术应用、结构优化等问题息息相关,且安全问题已逐步延伸到上下游产业链及跨产业融合的边界区域。建议:一是持续攻关核心锂电池安全技术。坚持磷酸铁锂、三元两条路线并重,开展固态电解质、阻燃电解液等关键材料技术研究,加快动力电池热失控安全、电池系统高压绝缘安全和碰撞安全、三元材料动力电池热稳定性、充电安全防护等安全技术攻关。二是发挥叠加优势,组织跨行业协同攻关。积极开展电池企业与整车企业的协同,在设计阶段、车辆匹配、热管理策略、异常状态的监测、测试与验证等方面开展深入合作;加强电池企业与消防行业的协同,围绕动力电池火灾案例分析、动力电池热失控早期火灾探测、长时效灭火剂、自动灭火装置等方面开展交流与联合研究。

加强锂电池检测能力建设,保证量产前产品充分的测试验证周期。电池量产前的测试与验证不充分已成为制约行业发展的突出问题。一方面,部分企业为获得补贴盲目追求高比能量,缩短测试验证时间,将至少要3年的电池研发和验证期缩短了一半。另一方面,电池测试验证手段不完善,甚至部分企业没有电池安全测试的能力。建议:一是保持补贴政策的技术条件适当稳定。电动汽车准入和补贴等指标的设定要符合技术发展规律,不宜频繁变更,如果变动,应给企业至少两三年的时间进行开发、设计、验证新产品。二是加强电池测试能力建设。完善企业自主检测、公共服务检测和国家认证检测相结合的检测体系。鼓励电池生产企业、电动汽车生产企业、研究机构以及检测认证机构加强产品测试验证等相关数据积累,为产品开发、标准制修订、产品一致性管控夯实基础。

完善锂电池安全标准体系建设,进一步提升电池热失控报警和安全防护水平。目前,我国动力锂电池安全标准要求及相关测试规程主要针对新鲜动力电池,但已有研究表明,中后期或将是动力电池热失控反应的“高发期”,需要特别加以预防和控制。建议:一是加快锂电池安全标准制修订工作。提高动力电池单体、模组和系统的全生命周期安全性测试标准,弥补现有标准的不足;针对现行标准中用于电池测试后如泄露、外壳破裂、起火、爆炸等现象的定义和描述较为宽泛现象,加强可量化测试结果判定依据。二是开展更严苛的安全质量标准研究。如针刺实验作为锂电池测试中非常有效、苛刻的一种方法,建议逐步纳入国家强制性标准。三是推进标准的国际化进程。加快国际标准的转化工作,积极推进检验检测结果的互认共享。支持行业组织和企业积极参与国际标准和技术法规的制定,不断提升我国国际话语权。

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关键字:动力电池

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