挑战针刺不起火

一根钢针检验了三元锂电池包的安全新答案。

近日，广汽埃安正式发布弹匣电池系统安全技术（简称“弹匣电池”），宣告在行业内首次实现了三元锂电池整包针刺不起火。
发布当日，广汽埃安用视频全面展现了试验过程。
热事故信号发出5分钟后，电池包仅有短暂冒烟、无起火和爆炸现象。静置48小时后，电压降至0V，温度恢复至室温……在中国汽车技术研究中心首席专家、国家电池安全标准起草人之一刘仕强带领团队进行的针刺热扩散试验中，弹匣电池整包针刺后只有被刺电芯模块热失控，没有蔓延到其他电芯。打开电池整包内部结构完好。
目前纯电动乘用车上搭载的动力电池以磷酸铁锂和三元锂两种材料为主。在安全性方面，业内普遍认为磷酸铁锂比三元锂相对更安全。近年发生的电动汽车动力电池导致的起火事故中，8成以上的事故车辆搭载三元锂电池。

把电池装入安全舱
广汽埃安如何让三元锂电池包不起火？
广汽埃安的研发团队发现，当前电池自燃多由于电芯出现内短路，导致温度升高、电芯内部反应产热最终出现热失控，随后蔓延到整个电池包所致。对此，这款弹匣电池基于“防止电芯内短路，短路后防止热失控，以及热失控后防止热蔓延”的设计思路，采用类似安全舱的设计，目的是有效阻隔热失控电芯的蔓延、当侦测到电芯电压或温度等出现异常时，自动启动电池速冷降温系统为电池降温。
在研发人员看来，电芯安全解决的是电池本质安全，而整包安全是以系统思维解决从电芯、模组到系统的全方位安全，相比电芯安全更为重要，也更难实现。因此，弹匣电池的设计既不是纯粹结构优化，也不是简单增加隔热，而是从电芯本征安全提升、到被动安全强化、再到软件主动防控的一整套安全技术。

4大核心技术
广汽埃安通过哪些技术保障动力电池系统安全？
官方资料显示，弹匣电池具备4大核心技术：
超高耐热稳定的电芯。电芯通过正极材料的纳米级包覆及掺杂技术的应用，能有效提升热稳定性，防止热失控；电解液新型添加剂的应用实现了SEI膜的自修复，改善电芯寿命，降低电芯短路风险；其高安全电解液，通过特殊电解液添加剂在加热至120℃以上时，在活性材料表面自发聚合形成高阻抗特性聚合物膜，大幅降低热失控反应产热。这些关键技术的应用，使电芯的耐热温度提升了30%。
超强隔热的电池安全舱。通过网状纳米孔隔热材料和耐高温上壳体，弹匣电池构筑了超强隔热的安全舱，最终实现三元锂电芯热失控不蔓延至相邻电芯。同时，电池包上壳体能耐温1400℃以上，有效保护电池整包。
极速降温的速冷系统。通过全贴合液冷系统、高速散热通道、高精准的导热路径的设计，弹匣电池实现了散热面积提升40%，散热效率提升30%，有效防止热蔓延。
全时管控的第五代电池管理系统。通过采用车规级最新一代电池管理系统芯片，可实现每秒10次全天候数据采集，相比前代系统提升100倍，以24小时全覆盖的全时巡逻模式，对电池状态进行监测。发现异常时，立即启动电池速冷系统为电池降温。
成本竟降10%
层层增加的系统安全设计是否会大大增加重量和成本？
据透露，弹匣电池还在冷却系统、电芯设计、整包布置等方面进行全面优化。搭载弹匣电池系统安全技术的电池包，相对于同类普通电池包，体积能量密度提升9.4%，重量能量密度提升5.7%，但成本却下降了10%，在没有牺牲续航和提高成本的基础上，实现了高安全、长续航、低成本。
按计划，“弹匣电池”将从今年开始在AION全系车型上陆续搭载。近日，广汽埃安AION Y车型作为搭载弹匣电池的首款车型，已正式公布预售价格10.59万-14.99万元，续航里程达到410-600km。

“不起火”大比拼
近两年，一系列以“不起火”为首要目标的动力电池技术问世，宁德时代宣布开发出不起火的811电池，欣旺达、孚能等也公布了各自的动向，比亚迪推出了全新的刀片电池（磷酸铁锂），江淮新能源的“蜂窝电池”则建立了从电芯到整车的5层热失控安全标准。
弹匣电池并非“不起火”的首款电池，之所以引起业内关注，关键是“针刺试验”，还有“三元锂”。针刺试验是锂电池安全测试中最为严苛的项目，2019年工信部官网发布的《电动汽车用动力蓄电池安全要求》已将电芯针刺试验取消。比亚迪刀片电池电芯仍然挑战针刺不起火，向各方证明其安全性。
相比之下，刀片电池的正极材料是安全性相对较好的磷酸铁锂，进行针刺测试的是电芯。而弹匣电池用的是三元锂，做的是整包针刺试验。这也体现出业内针对电池安全的两种思路，一种是先让电芯在极端条件下不起火，系统再加防护；另一种是通过层层防护，做到即便偶有电芯起火，不导致整个电池包着火。
紧随弹匣电池，岚图也公布了一项测试结果：其FREE纯电版的三元锂电池系统通过了中汽中心的热扩散测试，宣称是目前国内首个拿到“不冒烟”成绩的三元锂电池。
虽然不是针刺测试，但有消息称，岚图这一电池系统采用的是高镍8系电芯，是业内公认最难解决好安全问题的电池。广汽埃安未在发布会上说明采用的哪种电芯，但据了解是5系，就材料而言是三元锂电芯中安全稳定性相对较好的一种。业内有专家指出，无论是5系还是8系，目前三元锂电芯通过针刺测试几无可能。

三元锂电池目前仍是纯电动乘用车的主流选择，真正解决好系统安全问题，对各方都是莫大的好消息。

注：本文首发于《汽车纵横》杂志2021年4月刊