年终纪事2020|动力电池真能永不起火

　　12月12日，北京城里飘起了雪花，中关村力学所里一片静谧。2个月前，一辆电动车在这里爆炸起火，现在已经看不到痕迹。

　　夏季起火，冬季趴窝，2020年，新能源市场高奏凯歌，但电池问题依然无解。2020年新能源大会期间，应急管理部消防救援局副局长曹奇表示，仅前三季度就有新能源车火灾700起，涉及几乎所有新能源车品牌。

　　10月动力电池应用国际峰会上，宁德时代董事长曾毓群喊出“永不起火”的口号，孚能、欣旺达也随后跟进。电池安全问题，即将彻底解决?

　　■ 什么是“永不起火”

　　“永不起火”是一个令人心动的畅想，但一场场大火，提醒我们必须关注依然严峻的现实。

　　准确点说，“永不起火”是指“电芯热失控后可控”。2020年5月，工信部发布《电动汽车安全要求》、《电动客车安全要求》、《电动汽车用动力蓄电池安全要求》三项强制国家标准。其中，“电池安全要求”明确指出，动力电池在发生热失控后，5分钟内不得发生起火和爆炸。

　　电池“永不起火”，是电池企业在国家强制标准基础上做的延伸。孚能科技认为，永不起火是指“第一个电芯失控，此后24小时内未起火，且电芯逐步恢复至常温安全状态。欣旺达的表述更加简单，即电池“只冒烟，不起火”。

　　广汽新能源技术中心副部长刘太刚表示，电池“永不起火”并不是说电池在任何情况下都不会烧起来，而是对电池热失控能起到抑制。明确定义后，这里又涉及到另一个问题，当我们说“永不起火”时，是特指三元锂电池，还是所有电池?

　　2020年，在比亚迪刀片电池带动下，磷酸铁锂市场回暖。据中国汽车动力电池产业创新联盟统计，2020年1-11月，磷酸铁锂累计装机量28GWh，同比增长49.3%;三元锂累计装机量40GWh，同比增长35.6%。磷酸铁锂能够在增速上反超三元，安全是重要因素。

　　稳定是磷酸铁锂正极材料的优势，但如果说磷酸铁锂电池比三元锂电池更安全，则有偷换概念之嫌。电池安全性，除了材料本身稳定性，电池包壳体强度、模组设计、电池系统管理(BMS)、生产工艺，都会影响电池安全。

　　虽然当下电动车失火多与三元电池有关;但在三元锂普及前，磷酸铁锂失火案例同样不少。只是如今磷酸铁锂技术已经成熟，失火情况才得以杜绝。

　　回顾2020年电动车失火案例，不难发现失火原因多与小供应商、低端产品、私自改装有关。三元锂，特别是高镍三元技术尚未成熟，部分企业产品没有达标，从而引起公众认为三元材料本身不安全。

　　刘太刚说，把安全性和某一种技术路线绑定起来，容易引起消费者误解。从行业趋势看，“永不失火”将成为2021年电池行业标配，各主机厂、电池厂都将在这一方面加大研发力度。无论磷酸铁锂还是三元811，都要全场景、全周期、全方位、全系统安全。

　　■ 攻克安全难关

　　如何实现“永不起火”?是电池企业与车企需要共同面对的问题。

　　中国科学院院士、动力电池专家，清华大学教授欧阳明高认为，解决动力电池安全问题，要从本征安全、主动安全、被动安全三方面入手。

　　本征安全即弄清电池热失控机理，从原理层面控制电池失火。欧阳明高表示，目前磷酸铁锂，三元523、811，发热机理都已基本清楚。在本征层面控制电池安全可以实现。

　　除磷酸铁锂和三元高镍两条主流路线外，2021年6月，蜂巢“无钴电池”也将量产落地。“无钴电池”采用高电压镍锰酸锂正极材料，与三元锂、锰酸锂相比，镍锰酸锂高压导电性、比能量、成本、安全性均具有优势。但镍锰酸锂制造工艺一直是难点，无钴电池量产，将给电池安全带来新的可能。

　　主动安全指通过BMS，对电池安全边界加以主动控制。在电池安全性方面，车企需要承担更多责任。除电池本身安全性，整车电池管理能力、车身结构强度，也是防止电动车失火的重要方面。

　　11月6日，蔚来发布100kWh电池，发布会上蔚来创始人李斌称：“蔚来的加入，让宁德时代实现永不起火的计划提前了4年”。蔚来大幅提高电池安全性，关键是与宁德时代合作时，在BMS中集成了一个传感器元件，并通过云端大数据，对电池状态实时监控，从而提升电池安全性。

　　被动安全是在电池发生问题后，拥有足够的安全冗余，实现“不冒烟，不起火”。宁德时代方面接受访谈时表示，为了做到“永不起火”，宁德时代主要依靠自主研发的自隔离安全技术(NP技术)，使电池做到单体耐温耐压、模组内不扩散、系统内不蔓延。

　　除了技术问题，实现电池安全还要解决非技术问题。刘太刚表示，在追求“永不起火”时，小企业的产品稳定性和技术可靠性往往会差一点。如果车企选择供应商不当，即使技术问题得到解决，产品安全也不能保证。

　　电池安全是一个系统性问题，既涉及到材料研究，也涉及到应用问题、结构优化，整车策略优化。实现电池安全，需要车企与电池企业共同努力。

　　■ 电池产业走向何方

　　2020年行至尾声，虽然电池起火给行业蒙上一层阴影，但发展趋势并没有改变。平安证券预测，到2030年，全球动力电池出货量将达到1577GWh。中商产业研究院预测，2021年，中国动力电池市场出货量将达到157GWh。

　　市场前景看好，更需要解决电池安全隐患。欣旺达电池副总裁梁锐认为，过去几年在市场需求刺激、补贴政策引导下，部分电池企业、车企急于让高能量密度电池上车，对电池的研发验证不够充分。只有静态测试，忽视动态测试，导致部分电动车出现起火事故。

　　安全是商用的基础。在2020年国家强制标准出台后，电池安全被摆到首要位置。在保证安全性的前提下，多种技术路线需要同步发展。

　　2020年，几场关于电池安全的争论，最终都沦为对某一技术路线的批判。欧阳明高表示，“磷酸铁锂可以有更高能量密度，三元也可以更安全，应当均衡发展。”解决安全问题，不等于选择某一条技术路线，磷酸铁锂、三元锂，包括无钴电池、石墨烯电池，都有可能在市场占据一席之地。

　　智能电池，是电池安全的另一个发力点。通过在电池包独立模组上增加电子监控元件，利用5G、云端技术增强电池监控。通过主被动安全多管齐下，让电池“永不起火”并非痴人说梦。欧阳明高说，“极端情况虽然不可避免，但让热失控时不烧起来，从技术角度是可以做到。从工程角度、从大规模应用角度，目前(起火)还是会偶尔发生一些，但是会越来越少。”

　　当电池足够安全，追求更高续航，是每一位电池从业者的“永恒追求”。在蜂巢能源表示无钴电池将突破800km限制后，近期智己汽车又宣布将携手宁德时代，在5年内推出最高1000km续航、20万公里零衰减的电池。

　　梁锐认为，电池问题最终解决还是要看固态电池。目前，在实验室里固态电池已完成技术验证，但想要大规模商用，还需跨越“体系不稳定、循环寿命短、易膨胀变形、成本高”等多道难关。“预计大规模商用要到2030年”，梁锐说。

　　从更长远看，电池企业想解决安全问题，需要通过材料研发和设备工艺积累，构建全产业链整合能力，这也是未来电池企业核心竞争力。

　　梁锐感叹，电池行业“忽悠”不少，但永不起火是行业共同追求。电动车起火，除了技术问题，也有车企和电池企业“人为因素”，一味追求高续航、误导性宣传，会加剧用户对产品不信任，最终对行业不利。消费者既需要产品安全，也需要心理安全。打消公众对电动车的疑虑。需要全行业共同努力。