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动力电池安全问题高悬: 追求高能量密度仍是行业大趋势

2019-06-26 浏览次数:1,709 次 21世纪经济报道

频繁的电动车安全事故,给“高歌猛进”的新能源汽车敲响警钟。

根据市场监管总局掌握的舆情信息,2018年至今有80余电动汽车火灾事故发生。事故频率呈现上升趋势,这引起有关部门的高度重视。

电池,动力电池安全,高能量密度
6月17日,工信部发布了《关于开展新能源汽车安全隐患排查工作的通知》,要求企业对发生起火燃烧事故的车辆及时开展事故调查,对隐瞒不报或不配合开展事故调查的行为将予以处罚;确实存在产品缺陷的,生产企业应当主动向主管部门备案召回。

工信部明确表示,新能源汽车生产企业应当承担汽车安全第一责任。此外,工信部也要求,车企对动力电池故障较多的车辆适当增加排查比例。建议检查包括动力电池的外观检查、软件诊断、气密性检测、开箱检验等内容。

引发电动汽车事故的原因极为复杂,但将电动车的动力电池作为排查的重点,也从侧面反映出电池安全的重要性。当然,电池安全的保障是一个复杂的工程,除了车企之外,电池企业也应积极参与。

值得注意的是,6月24日,工信部发布公告称,为进一步贯彻落实党中央、国务院关于转变政府职能和深化“放管服”改革的精神,经研究,我部决定自2019年6月21日起废止《汽车动力蓄电池行业规范条件》(下称《规范条件》),第一、第二、第三、第四批符合规范条件企业目录同时废止。

工信部于2015年3月发布的《规范条件》,明确了企业生产动力电池需要满足的条件要求,并且,只有使用了符合《规范条件》企业动力电池的新能源汽车,才能登上《新能源汽车推广应用推荐车型目录》,获得新能源补贴。

“这个表单发布的时间已经比较久了,这四批表单中符合规范条件的企业中的部分企业已经破产或者已经不存在了。”6月23日,中关村新型电池技术创新联盟秘书长于清教对21世纪经济报道记者表示。

有业内人士对记者表示,其实企业目录的效果并不明显,废止旧规范之后现在尚不清楚是否会发布新名单,但是动力电池产业的行业规范管理未来或将进一步加强,但重点将放在事中事后监管方面。此外,这同时释放了一个重要信号:欢迎日韩等外资电池进入中国市场、鼓励发挥市场主导作用。

近三成事故在充电时发生

“现在动力电池最重要的问题是安全问题,动力电池产业发展前景非常广阔,但我们必须解决安全问题。”6月23日,中国科学院院士、中国电动汽车百人会执行副理事长欧阳明高在2019中国(青海)锂产业与动力电池国际高峰论坛上表示。

每年6月在西宁举办的动力电池高峰论坛,是锂电行业的风向标。在过去几年,电池行业从探讨三元和磷酸铁锂的技术路线、到争议动力电池结构性产能过剩和优质产能不足,如今,将安全重新摆到行业发展最重要的位置。

6月23日,德国机动车安全检测公司德凯集团执行副总裁、东亚及南亚总裁曾牧对21世纪经济报道记者表示,针对行业安全问题,不仅是车企,电池企业也要对电池的安全保障需要承担很大的责任。

21世纪经济报道记者通过与多位电池企业人士沟通了解到,事实上,电池企业对于电池的安全保障均极为重视。不过,在电池技术高速迭代发展的过程中,电池能量密度不断提高,也对电池的安全提出了更高的要求。

欧阳明高表示,安全事故是新能源汽车发展的致命隐患,而新能源安全事故的本质,是电池热失控。

导致热失控的诱因主要有两种,一是机械电气诱因(针刺、碰撞等事故导致),二是电化学诱因(过充、快充、自发性短路等),电池单体热失控之后传递给相邻单体,随后大面积蔓延,最终导致安全事故的发生。

“近期发生的充电事故的分析表明,主要是不当快速充电或过充引发电池析锂,导致热失控温度大幅度下降,从219℃下降到107℃,并与电解液剧烈反应,电池在107℃发生热失控。”欧阳明高表示。

据欧阳明高介绍,新能源汽车事故的数据统计表明,电动车充电时发生事故的比率较大。2018年,充电时发生新能源汽车事故占比达到了29%,接近三成。而静置、行驶、涉水发生事故的比例分别为14%、14%、10%。

造成充电时发生安全事故的原因包括:不当快速充电引发电池析锂,电池寿命快速衰减、热稳定性变差;充电功能安全设计水平低下;充电过程数据通讯不规范;未执行充电安全相关规范。

国家新能源汽车创新工程项目专家组组长王秉刚同样对快充技术持有谨慎态度,他认为,对目前尚较脆弱的动力电池安全性来说,大功率快充可能会带来较大的风险,对电池的寿命也会带来一定损失。

曾牧认为,电动汽车和动力电池安全不仅要关注设计层面,还要重视检测和验证的保障作用。“加强电池管理可以帮助降低安全危险。功能性的硬件问题、耐力问题、实用性问题、电池兼容性问题、可靠性问题都是应该关注的安全重点。”

展望行业未来,欧阳明高认为,锂离子电池能量密度会继续提高,300Wh/kg的能量密度已经达到了,体积和能量都提升是不可逆转的趋势。

“在这种情况下,对安全防控的技术要求会越来越高,我们要着力解决锂离子电池的安全性问题,发展出更加安全的锂电池,保证电动汽车车产业的顺利发展。”欧阳明高表示。

安全阻止不了能量密度升高

虽然提升能量密度、追求高续航是大趋势,但在天津力神股份有限公司常务执行副总裁王念举看来,能量密度跟安全是很难调和的矛盾。

“补贴退坡的周期一年一次,与产品开发周期不匹配。为了追求高能量密度来提高续航里程,不少企业缩短研发周期,产品未能得到充分验证。”6月23日,一位电池企业高层对21世纪经济报道记者表示。

根据2018年的新能源汽车补贴标准,电动车补贴的多少直接与能量密度挂钩。要想获得更高的补贴,乘用车电池系统能量密度需达到160Wh/kg。而2019年的补贴政策,由于新能源汽车获得的补贴多少,直接影响到其市场竞争力。整车企业对于高能量密度有了更大的需求,头部电池企业由于研发实力更强能够更快跟上趋势,但一些研发技术并不强的电池企业为了不被市场淘汰,也只能“赶鸭子上架”。

“在技术更新比较快的情况下,过去几年差不多是一年一变,每年都有新产品,生命周期只有一年。”国轩高科材料有限公司董事长杨续来表示。

在这种情况下,部分车企和电池对于能量密度盲目追求,但其实本身安全保障的能力未能及时跟上技术进步的步伐。

“超速迭代是对安全性能拔苗助长,是对摩尔定律的误读。过去燃油车一般三年出一个车,新能源汽车有很多非常变化的条件,但我们又要求它一年一迭代,这就导致了整体安全性问题没有得到很好的解决。”多氟多新能源科技有限公司董事长李云峰表示。

他告诉21世纪经济报道,动力电池开发验证到应用的周期,理想状态下应该在3年左右。不过,他也表示,到2020年电池迭代没有像之前拔苗助长的要求,安全性的问题对企业来讲可能会得到一些缓解。

根据2019年的补贴政策,尽管电池能量密度的门槛由2018年的105Wh/Kg提至125Wh/Kg,但没有将指标上限提高,仍然为160Wh/Kg。一个明确的原则是:技术上要先进、质量上要可靠、安全上有保障。

不过,从整车厂的需求来看,长期的趋势仍然是追求长续航里程,追求更高的能量密度。

动力电池“811时代”已经到来。宁德时代量产的NCM811电池,将率先搭载在宝马的插电式混动车型和广汽新能源纯电动车AION S上。

NCM811电池指的是三元锂电池的正极材料镍、钴、锰三种金属比例为8:1:1的电池,与现在市面上常见的NCM523和NCM622电池相比,提高了镍的含量同时降低钴和锂的量。

镍的比例增高,能够增加能量密度,但也带来了更加激烈的电化学反应,影响电池的安全性能。不过,由于减少了钴的用量,NCM811电池也将大幅降低电池的价格,对于车企来说,这样的电池极具吸引力。

811电池的应用,无论是对于车企还是电池企业都提出了更高的安全要求。而如果宁德时代将电池应用到量产车型之中,也无形中给其他电池企业带来巨大的市场压力,不得不被迫加快自己的产品节奏。

“虽然宁德时代的811电池开发得早,肯定也做过长期的验证,但现在行业内对于811电池仍然充满顾虑。业内更大担忧的是,一些其他的企业为了抢市场,以次充好,把安全验证并不成熟的电池带到市场。”有电池企业人士告诉21世纪经济报道记者。

他对记者强调,电动车企业需要具有辨别力,同时,也必须匹配提升电池管理系统的安全管控,留出更多的冗余,来保障整个动力电池系统的安全。

“发展811电池,是锂电池的宿命,无论是否担心安全,阻止不了能量密度往前走。这是行业的趋势,也是市场需求。”6月23日,王念举接受21世纪经济报道记者采访时表示。

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