新能源車電池高快充和安全性難兼得？專家解釋來了

伴隨新能源汽車行業的快速發展，“充電焦慮”“續航焦慮”被不斷放大，如何實現短充電、長續航已成為業界角逐的焦點。然而，電池快充性能的提升，往往也意味著電池起火的風險加大。

27日，在2021中國（安徽）科技創新成果轉化交易會舉辦的“新能源與智能網聯汽車產業鏈創新鏈協同發展”分論壇上，歐盟科學院院士、火災科學國家重點實驗室副主任孫金華表示，以鋰離子電池為動力電池的新能源汽車的火災發生率雖然沒有公眾設想的那么高，但隨著國內鋰離子電池的產能和應用的加速發展，近年來，鋰離子電池引起火災的頻率、規模和損失程度都呈現快速增長的態勢。

“在新能源汽車領域，中國已實現了‘彎道超車’。而作為主要的動力電池，鋰離子電池的應用也將在未來幾年迎來更大的爆發期。”他表示，目前，中國已成為全球最大的鋰離子電池生產國，承擔了全球73％的鋰離子電池產能，并不斷提高其性能。然而，根據中國新能源汽車動力電池比能量發展的趨勢，這就意味著在技術層面，要不斷提高電池的能量密度和快充水平。

要解決鋰離子電池的安全問題，在孫金華看來，首先要厘清鋰離子電池著火的共性與特征，再對癥下藥。

為此，他列舉了一組近年來國內電動汽車火災發生的統計數據。該數據顯示，按電池材料類型劃分，2018年，六成起火的鋰離子電池為三元電池，磷酸鐵鋰僅占5％；按汽車所處狀態劃分，從時間角度衡量，2019年，電池在充電和行駛狀態著火的可能性較高；按月份劃分，2019和2020年間，6～9月為火災高發期。

對于三元電池起火概率大的原因，孫金華進一步解釋稱，在不同正極材料的鋰離子電池熱失控釋放的可燃氣體中，三元電池產生的可燃氣更多。

所謂的電池熱失控，即是指電池產生的熱量大于釋放的熱量，進而導致熱量積累、溫度迅速升高的過程。而鋰離子電池的熱失控，主要是由電極和電解液間的化學反應引起。孫金華團隊研究顯示，可燃氣中含有大量電解液。

對于充電失火的事故原因，此前，中國科學院院士、中國電動汽車百人會執行副理事長歐陽明高曾公開解釋稱，一般來說，如果放電到一定程度之后，電池不會出現熱失控，熱失控一般都是在滿電狀態發生。所以，在過充電時，熱失控容易被引發。同時，充電狀態下，電池與充電系統連在一起，進一步加大了熱失控的可能性。

“此外，電池起火的危害性也不容忽視。”孫金華稱，滿電狀態的電池，其熱釋放速率的最大值遠高于一般原油和PMMA，僅比汽油略低。

他還表示，對于鋰離子電池火災的危險性判斷，還需要考慮到起火的難易程度，具體來說，即是對熱失控的臨界溫度和熱釋放速率峰值進行評估。

而聚焦到新能源汽車上，他稱，由于其動力系統并非是單體電池，而是多個電池串并聯形成的模組。故而，一個電池著火，其火焰如何傳播、對于周圍電池產生何種影響也需納入判斷范圍。

研究表明，當電池間距離大約2mm時，將由熱傳導主控轉為輻射主控。而在敞開空間電池模組中，熱失控傳播的熱量主要來自于熱傳導，火焰輻射影響較小。同時，對于著火的電池，只要將12%的能量傳導到相鄰電池，就會引起該相鄰電池的著火。

為保證鋰離子電池的本體、過程和消防安全，孫金華建議，要構建起鋰離子電池安全的三道防線。

其中，第一道防線是構建本體安全型電池體系，以降低火災發生的概率；第二道防線是研發多信號融合電池多級預警技術，以實現火災隱患等及早發現并及時處置；第三道防線是研發高效滅火抗復燃技術，以防止事故的擴大。

展望新能源汽車動力電池的發展，孫金華認為，在具體技術方面，電池的安全性是基礎也是發展目標。為此，對于鋰離子電池，聚焦于安全電解波的研究還遠遠不夠，需要從全電池材料體系的安全加以研究；而對于新型電池，高安全、高能量密度、低成本的電池是未來發展方向。