動力電池安全正在成為全球電動化進(jìn)程中最大的“灰犀牛”。
2020年，包括通用、現(xiàn)代、福特、寶馬等多家國際車企的主力電動車型都因動力電池安全問題接連出現(xiàn)召回。這不僅將背后的韓系電池企業(yè)陷入輿論漩渦，同時，也在世界范圍內(nèi)將電動汽車安全問題推到了風(fēng)口浪尖。
在國內(nèi)，電動汽車安全問題同樣此起彼伏，多家自主品牌車企和新勢力車企的安全事故在2020年接連發(fā)生，背后的元兇同樣指向動力電池，受此影響，一家國內(nèi)電池企業(yè)甚至直接停擺。
全行業(yè)需要警惕的是，全球電動汽車在完成從0到1之后，正在進(jìn)入大規(guī)模市場化快車道，在這個時間節(jié)點(diǎn)，安全問題有可能成為電動化進(jìn)程中的 “不定時炸彈”。
安全技術(shù)是動力電池的第一核心技術(shù)，也是電池技術(shù)革命性突破的第一重點(diǎn)，是電動汽車可持續(xù)發(fā)展的生命線。能否真正解決安全風(fēng)險(xiǎn)，將會成為國內(nèi)外車企在接下來的供應(yīng)商選擇中最為關(guān)鍵的權(quán)重因素。
圍繞安全技術(shù)的突破，全球的動力電池企業(yè)都在與時間賽跑，而在這場賽跑中，中國企業(yè)的腳步明顯更快一步。今年以來，已經(jīng)有包括寧德時代、蜂巢能源、欣旺達(dá)等多家電池企業(yè)針對電池安全問題給出其“不起火”的解決方案。
中國企業(yè)領(lǐng)跑動力電池安全創(chuàng)新
寧德時代董事長曾毓群在2020世界新能源汽車大會上透露，寧德時代已經(jīng)開發(fā)出不起火只冒煙的電池產(chǎn)品，將于年底在一些車型上量產(chǎn)。
2020年11月6日，蔚來汽車正式上線100kWh電池包。該電池包采用寧德時代鎳55三元電芯和CTP成組技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)“無熱蔓延”。這一電池組即寧德時代此前宣布的“只冒煙不起火”的電池。
針對寧德時代在電池安全領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)展，寧德時代董事長曾毓群對外做了詳細(xì)介紹：
在材料方面，通過原子層級創(chuàng)新，開發(fā)出了高穩(wěn)定性正極材料和高安全電解液，電池耐高溫邊界提高了40℃，熱穩(wěn)定性大幅提高。
在電芯結(jié)構(gòu)方面，設(shè)計(jì)了高集成、強(qiáng)魯棒的防內(nèi)短路電極，電芯進(jìn)行各種濫用測試可以不起火、不冒煙。在電池包設(shè)計(jì)方面，量化分析外力作用下，外殼發(fā)生不同彈性變形、塑性變形時對電芯的損傷，優(yōu)化電池包結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
在電池?zé)峁芾矸矫妫陔姵氐奈锢砘瘜W(xué)特性，精確掌控溫度/電壓/電流等安全邊界，確保電池在安全舒適區(qū)工作，完善監(jiān)控模型，第一時間識別安全風(fēng)險(xiǎn)并及時預(yù)警。
在系統(tǒng)熱擴(kuò)散方面，采用航空級耐熱材料和定向熱導(dǎo)流技術(shù)，即使單體發(fā)生熱失控，也能做到系統(tǒng)不蔓延、不起火。
寧德時代之后，國內(nèi)新勢力動力電池企業(yè)蜂巢能源不久也給出了其不起火電池的方案。
在2020年12月舉行的蜂巢能源電池日上，其給出了一套完整的動力電池?zé)崾Э叵到y(tǒng)性解決方案——冷蜂,同時還通過工藝及制造環(huán)節(jié)的一系列創(chuàng)新應(yīng)用,來護(hù)航動力電池全生命周期安全。
冷蜂是專門針對電動汽車電池?zé)崾Э貑栴}而給出的系統(tǒng)性解決方案,通過材料、電芯、電池包、監(jiān)控系統(tǒng)四大層級的原創(chuàng)技術(shù),徹底解決電池系統(tǒng)的熱失控問題。
在冷蜂系統(tǒng)性解決方案中,最為亮眼的是“果凍電池”,基于基礎(chǔ)材料的創(chuàng)新,蜂巢能源在電池日上推出了“果凍電池”,該電池具有“不起火、不冒煙、自愈合”的特點(diǎn)。
在電池PACK環(huán)節(jié),蜂巢能源推出“熱阻隔電池包”,通過泄壓、噴發(fā)物控制、降溫、報(bào)警、隔熱等多種方式,來實(shí)現(xiàn)PACK層級的安全防護(hù)。
此外,基于和清華大學(xué)合作開發(fā)的電池內(nèi)短路預(yù)警模型,蜂巢能源還推出了電池系統(tǒng)安全監(jiān)控的 “蜂云平臺”, 電池安全預(yù)警的準(zhǔn)確率達(dá)到90.9%,并可以實(shí)現(xiàn)對于內(nèi)短路提前2個月的預(yù)警,充分保障電池系統(tǒng)安全。
除了從產(chǎn)品設(shè)計(jì)層面給出了系統(tǒng)的解決方案,在工藝及制造環(huán)節(jié)的管控同樣非常關(guān)鍵, 復(fù)盤海外幾起召回事故,會暴露出電池生產(chǎn)制造工藝環(huán)節(jié)存在問題,尤其是在異物控制上。
曾毓群就在多個場合強(qiáng)調(diào)，智能制造創(chuàng)新，對于電池的意義同樣重要。他的感受是，電池的安全性，可靠性是非常困難的一件事，最為關(guān)鍵的是要把低概率事件控制好非常難。
一個汽車有100個電芯，一個電芯里面正負(fù)極片，通過卷繞或者疊片有100片，100×100就是一萬，這個電池要做一千次循環(huán)，那就是一千萬，一萬部車，就是一千億。如何在一千億中保證不出問題，這樣的難度可想而知。
“有人問，你的產(chǎn)能發(fā)展能不能跟進(jìn)，做真正安全可靠的產(chǎn)能，要復(fù)制起來非常不容易，因?yàn)槿魏我稽c(diǎn)變化，都可能造成困難。”曾毓群表示，智能制造創(chuàng)新，是將來真正做好創(chuàng)新，做真正安全可靠的電池的重要環(huán)節(jié)。
蜂巢能源同樣重視在制造環(huán)節(jié)的創(chuàng)新，蜂巢能源總裁楊紅新在電池日上透露，通過導(dǎo)入AI技術(shù),對于電池生產(chǎn)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析影響因子、AI智能能量預(yù)測、微短路分析、AI智能過程缺陷檢測等方式還提升制造環(huán)節(jié)的產(chǎn)品安全與品質(zhì)。
安全創(chuàng)新背后的產(chǎn)業(yè)發(fā)展思考
安全是電動汽車的自然屬性，是無法與其它性能進(jìn)行平衡的指標(biāo)。能否真正解決安全風(fēng)險(xiǎn)，將成為車企接下來選擇電池供應(yīng)商的核心考量因素。
業(yè)內(nèi)分析指出，包括寧德時代、蜂巢能源從電池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造兩個層面來對于安全進(jìn)行提升的思路，對于整個行業(yè)都具有借鑒意義。
一是防范動力電池安全一定要系統(tǒng)著眼。
要從不同層級和維度建立系統(tǒng)的解決方案，從材料選擇與控制、電芯級規(guī)格選型與設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造品質(zhì)控制、模組及pack級的安全防護(hù)、整車驗(yàn)證、使用環(huán)節(jié)操作等多個層面出發(fā)來做更全面的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證。
二是需要加大對于電池基礎(chǔ)材料與相關(guān)基礎(chǔ)科學(xué)的研究，要從根本性進(jìn)行突破和顛覆性的創(chuàng)新。
材料創(chuàng)新是電池技術(shù)發(fā)展的根本，曾毓群表示，在基礎(chǔ)材料領(lǐng)域，如果停止了研發(fā)，照抄原來的東西，再做10年也沒用。因此，寧德時代投入了巨大精力在基礎(chǔ)材料的開發(fā)創(chuàng)新上。
目前，寧德時代建立了21創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，計(jì)劃形成前沿基礎(chǔ)研究、應(yīng)用基礎(chǔ)研究、產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的全鏈條研究模式，解決一系列“卡脖子”技術(shù)難題。
而蜂巢能源位于無錫的118 全球鋰電創(chuàng)新中心也已正式投入使用，該創(chuàng)新中心將重點(diǎn)探索面向未來十年的鋰電行業(yè)新技術(shù)。
而隨著中國動力電池企業(yè)在基礎(chǔ)材料及科學(xué)領(lǐng)域的投入力度加大，也將帶動中國動力電池技術(shù)在全球范圍的競爭實(shí)力。
三是動力電池的進(jìn)一步發(fā)展要注重與AI智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等的深度融合。
通過AIot＋電池的融合發(fā)展，通過新的智能制造技術(shù)提升產(chǎn)品性能，通過大數(shù)據(jù)更好的監(jiān)控產(chǎn)品安全。
電池是有機(jī)的化學(xué)體系：溫度、功率、電壓、電流、電量、內(nèi)阻等等每一個物理量都時時刻刻影響電芯的安全和健康程度。并且受到駕駛員的操作習(xí)慣以及駕駛環(huán)境的影響。通過實(shí)時收集電池包相關(guān)數(shù)據(jù)和駕駛行為以及環(huán)境之間的關(guān)系，再通過大數(shù)據(jù)的分析和對比，實(shí)現(xiàn)電池健康度的預(yù)測和安全管理將是一個可行方案。
而在制造環(huán)節(jié)，智能化、大數(shù)據(jù)的導(dǎo)入也可能更好的賦能電池的生產(chǎn)制造，在提升生產(chǎn)效率的同時，更大程度提升動力電池的品質(zhì)及安全性能。
四是動力電池的創(chuàng)新需要產(chǎn)業(yè)各個領(lǐng)域的進(jìn)一步整合和跨界創(chuàng)新。
動力電池涉及到材料、裝備、工藝多個環(huán)節(jié)，只有基于不同環(huán)節(jié)的整合創(chuàng)新和融合，打破現(xiàn)有的產(chǎn)業(yè)壁壘，建立新的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，才能更大程度上推動電池的顛覆性創(chuàng)新。
特斯拉的無極耳電池就是產(chǎn)業(yè)整合、跨界創(chuàng)新的結(jié)果，而對于中國企業(yè)而言，同樣需要這樣的視野與行動。
而從全球動力電池未來的競爭格局來看，中國動力電池的整體優(yōu)勢正在逐步凸顯，如果真正能在安全領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)顛覆性的突破，必將會助力中國企業(yè)在全球市場進(jìn)一步拓展，未來，依靠技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)整合、生態(tài)重塑、智能制造等，中國動力電池企業(yè)將在全球扮演越來越重要的角色。
