評論員文章

文章開始前，先問大家一個問題：我們為什么要去提高電池能量密度？答案其實很簡單：焦慮，準確的講是里程焦慮。我們希望通過能量密度的提升來獲得更高的續航里程。

動力鋰電池系統所用電池的能量密度非常高。例如，磷酸鐵鋰離子電池的能量密度可以達到120Wh/kg。當轉換成焦耳時，1kg的磷酸鐵鋰離子電池包含120×3600焦耳=0.43mj。那么TNT釋放了多少能量呢?一克TNT可以釋放4184焦耳的能量，相當于一公斤磷酸鐵鋰離子電池所含的能量相當于103克TNT。

一輛純電動汽車，其使用的一般重量為幾百公斤的電池，100公斤的電池計算，總能量相當于10公斤的TNT炸藥。改變的是誰，心里會發毛，這件事不會穩，會火，甚至會爆啊?

在國家政策的扶持下，我國動力電池取得了很大的進步，關鍵性能指標提高、成本下降，電池成組、BMS（電池管理系統）技術取得了一定的進步。按照科技部部長萬鋼給出的數據，目前純電動乘用車產品的續駛里程高于400公里的比例達到 80%以上。但是在這樣的成績的背后仍存在許多疑問：目前鋰電技術存在哪些問題？未來動力電池發展趨勢是什么？高比能材料研究進展如何？

電池安全問題

為了提高車輛的行駛動力，動力鋰電池的直流輸出電壓一般大于100V，有時高達400V以上，一定要有電氣知識的人了解，直流電壓大于60V，是危險電壓。

每年，由于漏電休克的電器、電線、電力設備等構成的東西，會突發很多，也經常在媒體上看到。小時候，我被220V外露的電線嚇了一跳，那種味道我永遠也忘不了。因此，我們也有理由懷疑電動汽車的高壓帶電部件是否會泄漏并引起電擊。

汽車安全與節能國家重點實驗室主任歐陽明高院士認為，應對動力電池安全問題，要從本征安全、主動安全、被動安全三個方面來解決。

所謂本征安全，就是說電池安全是設計出來的、制造出來的，所以必須從設計、制造的角度，從根子上來提高安全水平。這就是本征安全，有的人也叫“本質安全”。

“我們以前設計電池，對電池發生熱失控的機理并不是很熟悉，尤其是當材料體系發生變化的時候。比如以前我們對磷酸鐵鋰電池還是清楚的，對三元電池在333、523時候也還是清楚的。”歐陽明高說，“但是到了622、811的時候，很多機理都發生變化，對新的機理需要進行科學研究和解釋。我可以告訴大家，現在對高鎳三元電池熱失控機理，從科學層面上基本上搞清楚了。”

對于中國動力電池故障多發的情況，歐陽明高認為，中國新能源汽車保有量大，出問題早，對于安全的防護也應該能最早探索出來。然后，“我們需要利用這些科學的原理把它實施到設計中，尤其是落實到制造過程中。”

比能量每公斤250瓦時以下的電池安全性基本沒有問題，重點攻關的是300瓦時/公斤的高鎳三元電池。“因為電池比能量越高，對安全設計的要求越高，技術門檻也高。當初攻關目標300瓦時，今年大家都做出來了，都是能達標的。但在實驗室做出來能達標，并不等于大批量生產的質量控制完全能達標，還需要一個過程，預期這兩年可以做到。”

在主動安全方面，其控制、監控與管理是整車廠承擔的，但是整車廠對電池的理解總體上還沒有完全到位，要有一個過程適應。“我想有個一兩年整車廠的能力就完全上來了，現在走在前面的整車廠已經做的很好了。”

被動安全方面，主要是熱管理讓電池包不燒起來，“這是我們的目標”。

此前，國家補貼門檻提高，三元鋰和磷酸鐵鋰成為主流，電池能量密度以及整車續航里程得到很大的提升，但是在這種增幅背后卻隱藏著危險——熱失控。

首先簡單了解一下什么是熱失控（主要是高溫熱失控）：動力電池在工作的時候會發熱，正常情況下可控，但是在電池溫度過高或充電電壓過高時，電池內部化學反應會接連發生，產生連鎖反應，使電池內壓及溫度急劇上升，進而引發電池熱失控，發生爆炸 or 燃燒。

造成熱失控的原因很多，主要從兩個方面來說：內因和外因。

內因：本身材料、制造工藝會對電池性能產生影響，使單體電池狀態（SOC 等）存在差異、電池使用時間過長，存在析鋰、隔膜融化等現象造成內短路，進而導致熱失控；

外因就比較多，過充過放、車輛使用老化可靠性降低、充電不規范、密封不好、碰撞……

為了讓電池可以穩定工作，需要對原材料以及制造工藝進行品質控制，從內部保持生產的一致性；但即便如此也無法完全保證，這就需要 BMS（電池管理系統）從外部來控制電池組的溫度，以便讓電池發揮最佳效率。

現在的電動車為追求高能量密度高續航，將電池中的隔膜厚度進行削減，給電池安全造成了一定的安全隱患，很容易造成熱失控，除此之外，國家補貼政策的快速調整與動力電池系統開發周期不協調，導致產品無法得到充分驗證，進而產生安全隱患。

如何在提高電池能量密度的同時保證電池安全，是當下需要解決的問題。

從大量的實驗得知，溫度對電池包內部的影響是不能忽視的！為了減少重量及成本, 配件對材料減薄及實際保溫隔熱有持續的需求，然而這對于材料的可靠性甚至換熱性能都會帶來新的挑戰，未來也將通過保溫材料優化解決。

車企為保證安全出盡奇招，部分電池包生產商會通過填充物實現隔離來防止熱失控蔓延。隔離的目的是阻斷傳播，它包括電池包內的隔離，電池包外的隔離。電池包內的隔離包括利用縱橫梁對模組進行隔離，利用耐火隔熱材料填充進行隔離。根據分析可大致分為以下兩種：

一、這些結構要能夠耐高溫，導熱率越低越好；同時，在各自區域的電池箱下殼體底部和側面均設置有云母紙，要求耐溫500-800℃高溫，阻燃UL94V-0。

二、采用耐火隔熱材料，在動力電池包與車輛之間建立隔熱屏障，延緩電池箱高溫擴散至乘客艙。

而德耐隆Telite®產品由二氧化硅及陶瓷纖維氈復合制備而成，產品內部具有納米級 空隙可以減慢熱傳導，提供最低的熱傳導值,抗熱沖擊性優異。該纖維氈能夠在壓縮70%后完全回彈，能夠承受自身重量的數千倍的重壓而不發生碎裂，過千次壓縮循環測試后仍具有很好的回彈性。更重要的是，這種納米氧化硅纖維氈能夠在1500℃丁烷火焰和液氮中保持良好的柔性，長期使用溫度為1200℃。高溫下穩定性好，不脆裂。可作為高溫隔熱密封墊，阻隔熱短路，熔融金屬處密封墊,隔離(防燒結)材料領域。

基于相變材料的抑制電池組高溫熱失控而填充制備了熱響應、超強、超薄（1mm）的柔性德耐隆改性耐火隔熱氈復合材料，用于分級抑制電芯之間熱失控蔓延。改性耐火隔熱氈中的改性材料在正常條件下具有可靠的導熱性，在高溫下具有較高的熱靈敏度。熱失控產生后隨著電芯的高溫會引起德耐隆改性耐火隔熱氈的汽化，伴隨吸收大量的熱量，并釋放大量的滅火劑。改性材料釋放后剩余的德耐隆改性耐火隔熱氈，具有超低的熱導率小于（0.02W/m.k），可以繼續阻止熱量電芯之間傳遞，在一定程度上抑制系統級的熱失控。因此，帶有這種改性耐火隔熱氈的電池組在正常工作溫度下顯能夠正常熱管理，并且在異常條件下具有很高的阻斷熱失控的能力。此外，它具有可批量化生產、加工性能好、觸發溫度可調等特點，可用于制造一系列先進、安全、耐用的改性耐火隔熱氈。其應用領域甚至可以擴充到有關應急材料、空間探測和消防設備等。

特性

絕緣電阻：100MΩ（1000v絕緣電阻表）

介電強度：≥2000V/min無擊穿，無閃絡

耐火焰1200℃（5分鐘不燒穿）、無粉化無癢

符合環保標準、在火焰中燃燒時不產生有毒有害氣體

技術指標

產品密度150kg/m³（GB/T5480-2008）

長期服務溫度 -200℃至1200℃ （GB/T17430-1998；ASTM C 447）

壓縮強度（變形10%:≥67kPa；變形25%:≥250kPa）

產品憎水率≥98%（GB/T10299-2011）

導熱系數不高于0.02W/m.k（GB/T10295-2008；ASTM C 447）

加熱線收縮率＜2%@650℃（ASTM C 356）

燃燒等級 A級（GB 8624-2012）

未來電池的發展方向

總的來說，目前動力電池存在的最主要問題是， 隨著能量密度的提高，熱失控幾率呈上升趨勢。從整個發展規劃來看，動力電池發展路線將會是這樣： 正極減鈷到無鈷、負極加硅、電解質減有機溶劑，逐步向全固態的方向發展。在補貼逐漸退出，國家逐步取消對續駛里程、能量密度等細節要求之后，技術的決策權將回到企業，市場則會對產品進行選擇。