根據(jù)公安部1月17日發(fā)布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,在2024年度新增車輛登記中,新能源汽車全年新注冊量突破1125萬輛,占據(jù)新車登記總量的41.83%。
然而,新能源滲透率在增長狂飆的同時,電池的安全性問題日趨嚴重,特別是近期一系列新能源汽車碰撞導致電池起火,甚至導致車主離世的新聞事件,更是令人不勝唏噓。
面對電池起火這一痛點,近日,工信部祭出有史以來電動汽車動力電池“最嚴國標”,對電池爆燃0容忍。
史上最嚴動力電池國標來了!
4月16日,工信部”對GB 38031—2025《電動汽車用動力蓄電池安全要求》(以下簡稱“新國標”)發(fā)布了官方解讀。
新國標主要修訂5項內(nèi)容,包括修訂熱擴散測試、新增底部撞擊測試、新增快充循環(huán)后安全測試、明確同一型式判定條件等等,其中每一項都加入了一個條件,那就是不爆炸、不起火。而這也是工信部首次把“不起火、不爆炸”作為電池安全的強制性國家標準。
對比之前的標準(2020版),提出的要求是:“著火、爆炸前5分鐘提供熱事件報警信號”,而并未對動力電池不起火、不爆炸作出明確要求。
事實上,過去很多事故案例已經(jīng)告訴我們,5分鐘逃生并不夠用,能否救下生命,仍有不少的挑戰(zhàn)?,F(xiàn)在的新國標則要求,就算電池發(fā)生任何碰撞事故,都不能起火、爆炸,不管是對乘客逃生,還是救援來說,都將會帶來更多寶貴的時間。
也正因如此,新國標稱之為史上最嚴電池國標,因為對于當下電池來說,碰撞起火幾乎是難以根治的難題。
不怕子彈的動力電池,為何會怕碰撞起火?
自電動車正式普及以來,各大車企就碰撞起火的難題絞盡腦汁,拿出了不少解決方案。
為了緩解消費者對動力電池安全性的顧慮,各大車企就電池的結(jié)構(gòu)進行了各種改進,并且為還自家電池起了“固若金湯”的名字比如什么琥珀電池、彈匣電池、金磚電池等等......
意圖通過這些詞匯的象征意義強化用戶心智中的電池安全性概念。并且,通過針刺、槍擊、擠壓、扭曲、泡水等等實驗,來證明自家電池的安全性。
不可否認的是,廠家在電池安全上的努力,確實有一定效果,但只是“改善”,并沒有“根治”,每年電池因為碰撞起火發(fā)生的爆燃事故依舊不少。
關(guān)鍵讓人難以理解的是,為什么連針刺,甚至子彈都不怕的動力電池,發(fā)生碰撞還是會起火!
其實很好理解,電池廠商做針刺,做槍機測試時,往往只測試單個或幾個電芯受損,因此受損面積很小。但是真實車禍呢?碰撞一次就可能導致幾十上百個電芯同時遭受損傷。
從過往收集的事故案例能看到,車輛發(fā)生碰撞,往往都是高速撞擊護欄這樣堅硬且不規(guī)則的障礙物,導致電池包底部被刮蹭、擠壓變形,甚至會出現(xiàn)穿孔的風險。也就是說,碰撞事故會把平時廠家做的那些測試,全部挨個來一遍,甚至很多遍。
所以,你就知道廠家測試與現(xiàn)實碰撞的差距有多大?起碼十倍不止,這就好比拿針刺你手,和拿刀砍你手,效果能一樣嗎?
說到這,肯定有人會說了,那為什么電池發(fā)生碰撞,就容易起火呢?
電池容易起火,從它姓“電”開始就決定了。因為不管是現(xiàn)在的鋰電池、還是什么鎳氫電池電池,都屬于化學電池,在碰撞擠壓的過程中會產(chǎn)生化學反應(yīng)。學過初中化學都知道,只要發(fā)生化學反應(yīng),就會伴有能量產(chǎn)生,從而產(chǎn)生高溫,并引發(fā)起火。
況且,氫氦鋰鈹硼的鋰本身就是非?;钴S的金屬元素,只要暴露在空氣中,就會發(fā)生劇烈的氧化反應(yīng),發(fā)生起火的概率就要比其他化學電池更高。還不止如此,目前的量產(chǎn)的電池幾乎都是液態(tài)電池,液態(tài)電池里電解液在60-70℃就會燒起來,并且在分解時還會釋放甲烷、氫氣等易燃氣體,簡直就是火上澆油。
既然鋰電池這么容易碰撞起火?為什么現(xiàn)在幾乎所有車企還是都會選擇鋰電池?因為鎳氫和鉛酸的能量密度實在太低了,要么電池包重量太大,要么續(xù)航太短,所以只能選擇鋰電池。
為了防火,廠商們各顯神通
不管是在電車時代,還是油車時代,安全都是第一位。為了“防火”,各大廠商們也是各顯神通。
目前很多廠家的電池技術(shù),只是在電池包結(jié)構(gòu)上進行改進和防護,比如加固電池包結(jié)構(gòu),將軟包電芯封裝在硬質(zhì)鋁殼中;比如CTC技術(shù),將電池和底盤一體化),借助底盤的高強度鋼材加強電池包的抗碰撞能力。
比如通過改進電池包設(shè)計,提高安全。典型代表就是比亞迪刀片電池,通過“蜂窩陣列”結(jié)構(gòu)提升整體強度,減少熱失控風險;還有寧德時代采用電池倒置技術(shù),將泄壓閥向下,這樣設(shè)計的好處,會在電池發(fā)生起火的時候,減少對乘員艙的傷害。
還有就是通過“隔離法”防止熱失控,目前常見的就是用熔點高達1200℃的云母板、航空氣凝膠等材料將電芯隔絕,避免發(fā)生電芯發(fā)生熱擴散;還有特斯拉Model Y,采用了蛇形液冷管路,通過將溫差控制在失控范圍以內(nèi),從而避免造成熱失控。
這些這些措施本質(zhì)都只是電池安全的“錦上添花”,只能“治標”,但不能“治本”,因為歸根結(jié)底,導致電池自燃的罪魁禍首,是“鋰”、是“電解質(zhì)”,是人類無法更改的底層化學特性。
固態(tài)電池,全村的希望?
所以,要真正降低電池起火風險,提升電池的安全性能,唯有靠電池材料技術(shù)上的革命?,F(xiàn)在,行業(yè)把“全村最后的希望”都押注在了固態(tài)電池上。
此前智己、蔚來等車企在推廣其搭載“半固態(tài)電池”的車型時,在宣傳策略上存在模糊技術(shù)界限的傾向。
實際上,目前量產(chǎn)的半固態(tài)電池技術(shù),僅是在傳統(tǒng)液態(tài)電池基礎(chǔ)上引入固態(tài)電解質(zhì)(如氧化物陶瓷材料),但仍需依賴液態(tài)電解液作為離子傳導介質(zhì)。所以,本質(zhì)上還是會存在電解液泄漏及熱失控引發(fā)的燃燒隱患。
而真正的固態(tài)電池完,是全采用固態(tài)電解質(zhì),如硫化物/氧化物/聚合物等固態(tài)電解質(zhì)體系,沒有任何液態(tài)成分,不易燃、不揮發(fā),更沒有漏液的可能,燃燒概率等于是0。而且,因為固態(tài)電池內(nèi)部的電子分布更加均勻,鋰電子生成鋰晶枝的可能性大大減少,避免了電池內(nèi)部發(fā)生短路自燃的情況。
所以,理論上,固態(tài)電池可以徹底杜絕電池自燃和爆炸的風險。
值得注意的是,固態(tài)電池相較于傳統(tǒng)液態(tài)電池,不僅安全性更優(yōu),其能量密度也實現(xiàn)顯著突破。這主要歸因于固態(tài)電解質(zhì)材料密度遠高于液態(tài)體系,使得單位體積內(nèi)可儲存更多能量。
根據(jù)最新數(shù)據(jù),某新能源廠商研發(fā)的固態(tài)電池能量密度已突破720Wh/kg大關(guān),達到了主流三元鋰電池能量密度的三倍以上。
目前100度左右的三元鋰電池,續(xù)航能做到七八百公里,100度的固態(tài)電池,續(xù)航突破2000公里就不是什么神話了。
甚至,傳統(tǒng)電池所謂的低溫活性低即“冬天怕冷,續(xù)航打折”的問題,在固態(tài)電池這里也不是問題。因為本身它就是固態(tài),沒有電解液,所以低溫并不會改變電子的流通速率,自然就不會出現(xiàn)冬天續(xù)航打折的情況。
一個不起火、續(xù)航長的動力電池,簡直就是完美解決了當下電車的兩大痛點——安全焦慮和續(xù)航焦慮。
然而,看起來如此完美的電池,至今卻沒有普及,這就說明,固態(tài)電池想要量產(chǎn)商業(yè)化,并沒那么簡單。
首先是充電太慢。由于電解質(zhì)是固態(tài),電子在固態(tài)電解質(zhì)中流通的阻力更大,明顯不如液態(tài)電解質(zhì),因此導電性不足,這就好比拿針戳木板和果凍,明顯后者更容易穿透。所以,就算上用800V+5C補能效率依舊很慢。能改嗎,諸如蔚來的換電模式,就是一個很好的方法,直接避開充電,選擇換電。
其次是壽命短。根據(jù)業(yè)內(nèi)統(tǒng)計,目前一般能量密度500Wh/kg的固態(tài)電池只能實現(xiàn)幾十次循環(huán),相比三元鋰或磷酸鐵鋰動輒幾千次的循環(huán),簡直少的可憐。
所以,固態(tài)就像是帶刺的玫瑰,雖然看著很美,但一時半會還沒辦法擁有。固態(tài)電池想要真正實現(xiàn)量產(chǎn),就必須要解決電池壽命、充電速度等等一系列難題。
對了,固態(tài)電池的成本也比液態(tài)電池貴了好幾倍,這也是固態(tài)電池必須要解決的問題。
總之,固態(tài)電池想要實現(xiàn)最終商業(yè)化量產(chǎn),那么就必須要先解決壽命、成本和充放電速度等問題。而在此期間,廠商只能繼續(xù)圍繞目前的液態(tài)電池進行不斷優(yōu)化安全設(shè)計,為電動汽車的安全性多增加一道防線。
而此次工信部祭出史上最嚴格國標,某種程度上就是在倒逼企業(yè)們,別整天打嘴炮發(fā)明新名詞了,趕緊扎扎實實地搞搞真技術(shù)研發(fā)吧!
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