先有“刀片”后有“弹匣”,锂电池行业拍亮剑呢?
原创2021-03-11 23:55

先有“刀片”后有“弹匣”,锂电池行业拍亮剑呢?

去年,比亚迪发布了“刀片电池”,以其出色的电池安全性能博得了消费者的认可,但同时也揭开三元锂电池行业的痛。


三元锂电池,由于其本身的化学特性,在受到一定程度的结构破坏、极端高温等情况下,会发生极其强烈的反应,即热失控,轻则剧烈燃烧,重则发生爆炸,并且很难在短时间内扑灭。



而就在昨天3月10日,广汽埃安发布了弹匣电池系统安全技术(简称“弹匣电池”),声称解决了三元锂电池的这一难题,实现了三元锂电池整包针刺不起火的安全标准。



在“弹匣电池”针刺实验中,采用了最严苛的标准进行了测试,电池包被刺穿后温度快速提升至686度左右就开始回落,电压开始下降,损伤处有白色烟雾产生,但无起火甚至爆炸现象产生。



并且在实验结束静置48小时后,电池也再无升温或其他异常现象发生。



从电池包针刺实验结果来看,“弹匣电池”不仅达到了国家要求标准,而且超过“5分钟内不爆炸”的要求,可以说给三元锂电池的安全性提升了一个台阶。


尽管之前广汽埃安因为发布“8分钟超充、续航超过1000公里”的石墨烯电池技术而倍受质疑,但毕竟争论的焦点集中在充电设施和电网端的能力,并非电池本身;所以抱着实事求是的态度,笔者认真研究了一下所谓的“弹匣电池”。


广汽的“弹匣电池”技术,本质上是整个电池包的安全系统总称,即包括电芯、电池包物理结构、冷却系统、管理系统四大块的整体方案。


首先,“弹匣电池”所采用的电芯,通过采用纳米级包覆和掺杂技术对阴极材料进行优化,来提高热稳定性,达到防止热失控;在电解液中增加新型添加剂,能够实现SEI膜的自修复,以提高电芯的寿命和降低短路的风险,同时这种添加剂还能够在加热至120度时,在活性材料表面聚合形成高阻抗的聚合物膜,降低热失控时产热量。



阴极材料也就是三元锂电池名字的由来,例如常见的NCA锂电池(镍钴铝三元锂电池)、NCM锂电池(镍钴锰三元锂电池);而阴极材料的粘结剂和导电剂本身是热失控的主要元凶之一,通过纳米级包覆和掺杂技术,可以让粘结剂和导电剂更加均匀覆盖在锂化合物上,从而降低热失控后进一步激化的连锁反应,进而提高热稳定性,防止热失控。


电解液中添加新型添加剂,虽然不清楚到底是什么样的添加剂,但是如果能够实现SEI膜的自修复,则可以降低锂枝晶、阴极材料损耗等现象的产生,进而提高电芯寿命以及降低短路的可能性;同时热失控时活性材料的剧烈反应难以抑制的主要原因,是活性材料和不该相遇的成分能够自由接触导致的,如果添加剂使得活性材料表面形成了高阻抗的聚合物膜,那么即能够抑制或者减小热失控后的反应剧烈程度,从而降低热失控后产生的热量。


其次,“弹匣电池”具备超强隔热的安全舱,即电池包的物理外壳具有超强隔热能力,通过网状纳米孔隔热材料和耐高温外壳,一方面实现外壳耐温达到1400度,另一方面防止电芯热失控蔓延至相邻电芯。



外壳的耐高温,解决的其实是两个问题,一个是外部高温导致内部电芯的不稳定,防止电池以外的温度引起电池包发生危险,另一个则是如果内部热失控后,防止热量传播至外界,保障车内人员的安全。而隔热材料本身则是杜绝内部的电芯与电芯之间的热传导问题,由于电动车所采用的电池都是几十个甚至上百个电芯组合成的电池包,所以发生燃烧甚至爆炸的主要原因之一,就是电芯之间产生的连锁反应导致的,而如果能够控制住电芯热失控的蔓延,则可以将危险降很多倍。


再其次,“弹匣电池”配备了急速降温的温控系统,广汽通过全贴合液冷结构,实现了散热面积提升40%,散热效率提升30%,有效防止热蔓延。



全贴合的结构可以实现更加精准的导热路径以及最大效率的散热过程,提高温控系统的降温速度。而温控系统是扼杀电池热失控的有效防御手段之一,在温度上升的阶段,如果能够尽快控制住“问题”电芯的温度,即可尽快控制住热量扩散,以防其他电芯受热出现危险。


最后,“弹匣电池”采用了全时管控的电池管理系统,通过采用全新的芯片,系统可以实现10次/秒全天候的数据采集,发现温度异常时,立即启动温控系统为电池降温。从而实现第一时间发现危险并及时采取相应措施。


其实管理系统是“预防”热失控的最前端主动手段,在这里如果能够及时发现危险并采取措施遏制,比之后发生电芯热失控后再被动防止加剧要重要的多。


总结来看,广汽埃安所谓的“弹匣电池”,是一套完整的三元锂电池包安全解决方案,并且没有出现什么“雷人”的黑科技,都是研究和业界认可的解决电池安全的方式方法,只不过每个细节中都蕴含着各家独有的研究成果和技术秘密,所以从实际结果来看,的确颇有成效。


三元锂电池具有如此危险的特性,之所以还是被广泛采用,最重要的原因是三元锂电池的能量密度较高、生产技术相对成熟;而作为电动车最重要的痛点之一,续航里程和电池的能量密度息息相关,当然,成本也是一大关键因素。


尽管各家电池厂商都在尝试通过改变或者添加电池本身材料,来增强三元锂电池本身的安全性;但是同时由于成本和量产的限制,目前无论哪种三元锂电池,仅从单电芯角度来看,只能提升一定程度的安全性。


所以对于三元锂电池的安全性看待,本就不应该单纯关注三元锂电池本身,这就像是汽油一样,单纯提高汽油的安全性本就不现实;广汽埃安“弹匣电池”通过整套系统每个方面的提升,最终将优势聚合在一起,才实现了“针刺不起火不爆炸”的结果,无论是方向还是实际结果,都非常正确。


其实也能看出广汽埃安对于电池安全的理解和投入资源的程度之深。


但是话又说回来,无论是从实验结果,还是对“弹匣电池”的技术解析,笔者并不质疑这套系统的能力和实际表现;不过对整个电池包每个部分如此的优化改进,广汽称在提供如此强的安全性同时,体积能量密度提升了9.4%,重量能量密度提升了5.7%,最夸张的是成本却降低了10%。


因为成本的下降,意味着整套系统的量产能力很高,而“弹匣电池”还未问世,广汽就称做到“加量不加价”,甚至还降价,多少有些令人难以相信。


不过信不信并不重要,广汽埃安称今年开始“弹匣电池”就会搭载于自家车型上,到时候看实际的车价就一目了然。


最后笔者真的想吐槽一句,中国的这些电池厂商起名字是照着“亮剑”来的么,是不是下一款号称安全的锂电池,该叫“意大利炮”了。

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