电池资讯与服务平台

“BC”互怼再引动力电池技术路线争议 专家解密电池安全检测

2020-06-07 10:00:25 电池世界   浏览次数:37

比亚迪刀片电池

比亚迪刀片电池

近两年,新能源汽车市场异军突起,截至2019年底,全国新能源汽车保有量达381万辆,但消费者心中对于新能源汽车的认知往往与“自燃”画上等号,安全问题成为新能源车推广普及绕不开的话题。

据相关媒体报道,截至目前来自于电动汽车的投诉中,排名前三的问题均与电池质量有关,包括动力电池故障、充电故障以及续航能力不准等三个方面,分别占电动汽车整体投诉量的17.3%、11%和6.2%,占比之和已超1/3。

就在近日,动力电池两大龙头企业“BC”(比亚迪和宁德时代)就电池安全性问题展开激烈争论。

技术路线争议再起  安全性能才是核心

比亚迪和宁德时代的安全事件如何触发?事情的起因要追溯到今年3月29日,比亚迪发布了最新的磷酸铁锂刀片电池。发布会现场,刀片电池更是向针刺实验发起了挑战,三元锂电池、传统块状磷酸铁锂电池与刀片电池在同等测试条件下,刀片电池表现相当抢眼,在被刺穿的时候,没有任何的异常表现,甚至连冒烟都没有,结构依旧稳定。通过温度传感器显示,电池表面的温度只有30℃-60℃,低于夏季北京地面最高70℃的温度。

发布会上,比亚迪集团董事长兼总裁王传福信心满满,认为“刀片电池”将引领全球动力电池技术路线重回正道,把“自燃”从新能源汽车的字典里彻底抹掉。

纯电新车比亚迪汉搭载全新“刀片电池”即将上市,比亚迪的强势崛起,引起动力锂电池一哥“宁德时代”的注意。在5月11日举办的宁德时代2019年业绩网上说明会上,宁德时代董事长曾毓群表示,刀片电池是其2016年量产的CTP结构创新概念中的一种。关于针刺测试,宁德时代副董事长潘健表示,公司三元锂电池和铁锂电池都有可通过针刺测试的产品。曾毓群更是直言:“电池的安全和电池的滥用测试是两回事,有些人把滥用测试的通过等同于电池的安全。”

当日,比亚迪汽车销售公司副总经理李云飞发表微博隔空叫阵:“不服?!那也来扎一下吧!针刺是难度最大的,堪比登珠峰!珠峰都登得了,其他峰肯定都登遍了!”

5月21日,微博网友小鱼锂电发布了一段针对宁德时代811三元锂电池单体的针刺测试。电池容量234a,电压4.2v,穿刺钢针直径7mm,穿刺速度25mm/s,按GB/T31485标准的要求进行针刺测试。从试验视频可见,钢针刺入后电池单体瞬间起火燃烧,并发出巨大的爆炸声。

一时间宁德时代被推向了舆论风口,为了进一步验证自身产品的安全可靠性,宁德时代在5月22日晚,发布了一条微博:“是什么阻碍宁德时代做针刺测试?是技术?是体质?是巨头的面子?不,是钢针!”并发布了一段宁德时代三元电池包针刺测试的视频。测试中,宁德时代的钢针在接触电池包之后,钢针竟然折断了。因此得出结论:宁德时代三元电池包钢针根本刺不穿。

5月23日晚,宁德时代又发了一条微博:“宁德时代早在2017年就已掌握三元电芯通过针刺测试的技术,但是为什么没有推广?通过针刺测试=电池安全吗?”并放出了一段宁德时代两款三元电芯的针刺实验视频。视频中宁德时代的5系和8系三元锂电池都成功通过了针刺测试,这两款电池在针刺和静止1小时后,电池未出现剧烈的升温和爆炸现象。另外,视频中还晒出了公司2017年通过德国莱茵锂电池安全测试认证的文件。当时的针刺测试条件,电池满电,钢针直径3mm,刺入速度80mm/s,整个过程电池没有质量损失,电解液无泄漏,安全阀未打开,电池未起火。

5月24日晚间,比亚迪销售公司副总经理李云飞发布微博回应,称针刺试验的核心目的就是要让电池短路,以便观察电池的热失控;电池没短路就表明针刺试验失败了。

5月25日下午,一名自称为宁德时代工程师的@David工科男在微博怒怼李云飞,称“针刺测试是模拟电池被金属物刺入的场景,电池针刺后一般会发生内短路,但针刺测试的核心目的不是一定要让电池内短路,而是模拟金属刺入的条件下发生热失控的几率”。

……

比亚迪和宁德时代此次“针锋相对”同时把钢针扎进自家电池包,已不能当一场闹剧来看,技术互怼的背后是一场磷酸铁锂电池与三元电池技术路线之争,是两大动力电池巨头市场份额之争,是一场电池安全检测标准之争,更是一场产品安全性能之争。

有业内专家表示,从化学材料的成分来看,磷酸铁锂本身热稳定性更好、成本更低,但能量密度较低、续航里程偏低;三元电池能量密度更高、续航里程较长,但材料活性强、稳定性较差。两种动力电池优缺点都很明显,作为国内动力电池行业的领头羊,这两种电池,无论是宁德时代,还是比亚迪,均有研发并生产。

近年来在政策引导及市场迎合的影响下,三元电池的装机量远远超过磷酸铁锂电池。在能量密度与电池安全之间求得平衡,背后实质上反映的是市场的选择。而新能源汽车无论是搭载磷酸铁锂电池还是三元电池,保障消费者生命财产安全,都应是最重要的事。

中俄新能源材料技术研究院院长王庆生认为,一场针刺试验之争,就定义磷酸铁锂及三元电池技术路线之争胜负,这样看问题是不够全面和不了解电池体系技术,太片面。

王庆生重申,动力电池性能不是一种材料就能决定的,三元还是磷酸铁锂材料的应用还是要取决于市场的应用领域和拥有电池技术的成熟度以及产品使用工况路况的要求,来匹配合适的工艺与材料。作为电池设计者制造商,不是只能做一个技术一种电池,一项安全性能测试也并不能代表材料应用领域的使用问题,再说这不是一个材料就能解决的,所以不同技术、不同材料都一样有着自己的市场角色和应用领域。

专家详解安全检测秘密 新国标或引发行业变革

比亚迪与宁德时代的“技术互怼”虽暂告一段落,但两者争论的焦点“针刺测试这种极端的测试能否反映电池的安全性”仍未得到答案,一场针对针刺实验真实性和必要性的争论仍持续发酵。

对此,电池网(微号:mybattery)采访了一些电池检测领域专家,王庆生表示,电池针刺早在国际IEC标准和之前国家锂电检测标准中都是存在的,因后期国内大多数锂电池厂集中在三元液态体系技术上,导致针刺试验几乎过不去,后来行业协会讨论把针刺列为非必要强检项。王庆生认为,“从安全检测角度出发针刺检测是应该存在的,我们降低标准是采取了普惠政策,照顾企业和材料应用推广,但这无利于技术的进步。”

在王庆生看来,“在动力电池安全性能测试中,高压耐过充才是最难的,当然单项冠军不算,因为不少企业有很多为满足这一项做的电池其他性能都没有或很弱甚至不能使用,为了测检而测检做的电池就不能算正常电池了。”

动力电池热失控问题被认为是目前新能源汽车着火或爆炸事故的主要原因,电池网注意到,5月12日,工业和信息化部组织制定的GB18384-2020《电动汽车安全要求》、GB38032-2020《电动客车安全要求》和GB38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》三项强制性国家标准由国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会批准发布,将于2021年1月1日起开始实施。电动汽车颠覆性国标出台,电池热失控需保证5分钟内不爆炸。

有业内人士分析称,新能源汽车的电芯在受到过充、针刺、碰撞时会引发热失控,产生大量的热量,若仅仅是单体电池的热失控不会造成事故的发生,而热失控电芯会快速向周围电芯传递热量,引发大量电芯发生连锁式的热失控,进而造成电池包起火甚至爆炸。但是,由于锂电的特点,就目前的消防手段而言,整个行业基本上都是束手无策。

根据热失控发生的机理,首先早预防早监控、早发现早处理,即在电池热失控最早期有效识别安全隐患,防止热失控诱发和蔓延才是重点,只有做到极早期的热失控监测以及智能化预警,才是避免热失控蔓延、火灾发生的最直接、有效的手段;其次优化电芯成组结构,抑制或减缓热失控发生后的热扩散速率,避免单体热失控蔓延至周围电芯,造成连锁反应;最后,若已经出现单体热失控蔓延,就只能采用物理或者化学干预,但是却往往不能阻止电池热失控的连锁反应,不能从根源上对热失控加以控制。

因此,从技术角度讲,只有做到早期智能监测,在热失控的极早期识别安全隐患,才能有效做到电动汽车起火爆炸等安全事故的可防可控。

王庆生则认为,电动汽车安全不是一个技术点问题,是一个系统问题,一个电池材料、一个管理技术、一个预警系统并不能根本解决电池使用的安全性,必须从电动车的设计制造与应用角度从初始阶段就应涉及到电池的设计。这就是要求造车的要懂电池,做电池的也要懂车,避免盲人摸象摸石头过河,要从基础的材料选择匹配、电池结构体系设计、电池单体制备及检测、电池组集成热管理设计、电池、电机管理控制系统的算法与预警、电池使用规范与跟踪、电动车使用要求(电流回馈、电机限流启动等)等多处着手系统设计、结合工况路况拓扑要求与电池设计制造集成热场管理有着直接关联度,故增加电池系统热信号报警从实用角度进一步完善提高电动汽车使用的安全性,但要彻底解决电池安全性必须要从上述整体技术体系和系统解决方案上着手。

动力电池新品频出 如何确保电池生命周期安全

另外,近期,蜂窝电池、零衰减电池、刀片电池、石墨烯电池、固态电池、无钴电池……动力电池新产品不断涌现。王庆生认为,“最近报道了很多‘新名词’电池,仔细看了报道和技术体系的分析,多是名词创新和形状创新,并无实际体系技术创新,最多是电极结构或材料上的调整,从市场利益角度抢人眼球来看是没什么要作过多评断的,市场行为罢了。”

从电池体系、电池用途、电池主材料的变化以及工作方式和市场使用上产生的电池命名:如一次电池、二次电池;铅酸电池、镉镍电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子电池、固态锂电池、钠盐电池、锂硫电池;激活式电池、燃料电池;储能电池、功率电池等等是符合规范的。王庆生称,“近期出现的‘蜂窝电池、零衰减电池、刀片电池、石墨烯电池、无钴电池……’这些充其量都是锂离子电池体系里面的对电极技术、结构和材料及添加剂做了调整并没有实际的技术创新,可算作技术进步,但并没有彻底改变电池技术的现状,因此不必太纠结和顾及这些叫法,但作为协会还是要规范管理和引导。”

在王庆生看来,燃料电池(水电解技术)和固态锂电池的发展才是行业技术的发展方向,但也必须面对亟待解决的技术难题:固固相界面阻抗、电极极化、催化酶技术、质子交换膜技术、电极中毒寿命问题等等。

北京理工大学副教授、新能源汽车国家大数据联盟副秘书长刘鹏曾谈到,目前我国汽车每年的燃烧事故率达到万分之3.16,而新能源车的燃烧事故率为万分之0.98。

而现实中,往往消费者接受了燃烧事故率高达到万分之3.16的燃油车,却始终接受不了燃烧事故率为万分之0.98的新能源汽车。

有热失控领域专家表示,不同类型电池在发生热失控时会有不同的表征特性,需要大量的试验进行验证、总结,因此技术也必须要随着产品的发展和实验的验证不断的更新。而目前锂电行业快速发展,技术也在不断的更新,但大多数的新型电池技术没有经过市场的验证,无法直接判断技术的好坏,最后的王者还是需要市场来验证。

而如何确保电池生命周期安全?王庆生认为,这是系统保障问题,不能以一个材料的使用更换来回答。就体系技术和系统技术的概念而言,首先要了解什么是动力电池,动力电池要具备什么样的要求?比如,高安全、高低温、大倍率、长寿命、低成本,如何做到全能兼备?这就需要电池体系技术和系统技术相结合来完善,锂离子电池现多为液态体系、固态体系还在路上、准固态体系已经成熟,但要满足动力电池安全要求,还需要从材料技术、工艺技术、装备技术、集成技术、应用技术、售服保障技术等系统的技术支撑作为保障。总的来说,要保障电池全生命周期安全性没有捷径也不是一个材料更换的问题,是体系技术和系统技术的结合支撑方能进一步提升动力电池安全性。

另外,有业内人士表示,目前主机厂对整车安全的共识已经从单体安全转为系统安全。电池安全防护贯穿于全生命周期,保证电池全周期安全从如下四个方面:1、保证电芯生产一致性,确保电芯性能;2、保证电池包的抗碰撞能力;3、保证电池包的热管理;4、对电池包进行热失控检测,实现提前预警监测提前干预处置。

结语:现阶段,动力电池技术不断升级,在提升能量密度的同时,企业还是主打“安全牌”。诚如王传福所言,真正对电动车的发展能带来颠覆性影响就是安全性,如果电动车不把安全做好的话,电动车的健康发展就是一句空话。无论哪条技术路线,消费者最有话语权,最后都需要经过长期的市场验证。


标签: 18650锂电 18650锂电池 18650锂电芯

电池世界网