让三元锂电池针刺不起火?广汽埃安的「弹匣电池」是何方神圣

· Mar 11, 2021
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当前,全球汽车产业电动化的趋势已不可逆,电池安全问题不仅是消费者购买电动车考虑的重要因素,更是关乎新能源汽车产业健康可持续发展的核心基石。3 月 10 日,广汽埃安发布新一代动力电池安全技术——弹匣电池系统安全技术(简称「弹匣电池」),行业首次实现了三元锂电池整包针刺不起火。
三元锂电池首次实现针刺不起火
目前,磷酸铁锂电池和三元锂电池是全球电动车行业的两大主流电池技术路线。磷酸铁锂电池因为寿命更长、成本更低,在中低续航车型中得到广泛的应用;而三元锂电池因为能量密度高、整车电耗低,主要在中高续航车型中应用。根据当前市场实际使用情况来看,磷酸铁锂电池、三元锂电池两种技术路线,在未来很长一段时间内仍将并行发展。
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在广汽埃安的弹匣电池发布之前,比亚迪的刀片电池是目前行业内的领先技术,虽然刀片电池可以做到针刺后无烟无火,但这项技术是围绕磷酸铁锂电池展开的,而三元锂电池的安全目前仍然是行业公认的痛点和难点。
广汽所发布的弹匣电池安全技术是目前已知范围内唯一能使三元锂电池在针刺实验中不起火的技术。为验证弹匣电池的安全性,中国汽车技术研究中心首席专家、国家电池安全标准起草人之一刘仕强博士带领团队,对搭载了弹匣电池系统安全技术的三元锂电池整包进行了针刺热扩散试验。试验结果显示,广汽埃安的三元锂(弹匣电池)整包在试验过程中热事故信号发出 5 分钟后,仅出现短暂冒烟,无起火和爆炸现象。静置 48 小时后,电压降至 0V,温度恢复至室温。针刺后只有被刺电芯模块热失控,没有蔓延到其他电芯。打开电池整包,观察内部结构完好。
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弹匣电池能够通过针刺不起火实验是因为其背后具备以下四大核心技术:
一、超高耐热稳定的电芯。电芯通过正极材料的纳米级包覆及掺杂技术的应用,能有效提升热稳定性,防止热失控;电解液新型添加剂的应用实现了 SEI 膜的自修复,从而改善电芯寿命,降低电芯短路风险;高安全电解液,通过特殊电解液添加剂,在加热至 120℃以上时,在活性材料表面自发聚合形成高阻抗特性聚合物膜,大幅降低热失控反应产热。这些关键技术的应用,使电芯的耐热温度提升了 30%。
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二、超强隔热的电池安全舱。通过网状纳米孔隔热材料和耐高温上壳体,弹匣电池构筑了超强隔热的安全舱,最终实现三元锂电芯热失控不蔓延至相邻电芯。同时,电池包上壳体能耐温 1400℃以上,从而有效保护电池整包。
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三、极速降温的速冷系统。通过全贴合液冷系统、高速散热通道、高精准的导热路径的设计,弹匣电池实现了散热面积提升 40%,散热效率提升 30%,有效防止热蔓延。
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四、全时管控的第五代电池管理系统。通过采用车规级最新一代电池管理系统芯片,可实现每秒 10 次全天候数据采集,相比前代系统提升 100 倍,以 24 小时全覆盖的全时巡逻模式,对电池状态进行监测。发现异常时,立即启动电池速冷系统为电池降温。全时巡逻模式和异常自救的应用,重新定义了三元锂电池主动安全的标准。
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「刀片」与「弹匣」反映了电动车行业的哪些现状?
前有比亚迪的「刀片电池」后有广汽埃安的「弹匣电池」,二者分别在磷酸铁锂和三元锂电池的安全性能上取得了重大突破。其实在群雄逐鹿电动车的时代,电池技术已经成为车企和电池供应商拿下市场的重要高地,而通往高地的路径只有两条:能量密度和安全性。无论在哪条路上走通,都可以在大众范围内进行重点传播,进而引起潜在消费者关注。
不过,在能量密度上做文章是非常难的,因为能量密度这件事在大众消费者眼中是与续航里程直接挂钩的,而牵扯续航里程的测试很难让消费者信服,现在大家都知道电动车真正的续航里程会在 NEDC 续航测试数据上打折扣。相比之下针对安全性的测试结果更加直观,消费者接受度更高,这也反映出为什么大家都在针对电池安全性做技术突破。
如果说比亚迪以电池供应商和主机厂的双重身份来发布「刀片电池」大家还能接受,但广汽直接以主机厂的身份「越级」进入电池领域,只能证明现在的电动车市场依然是得电池者得天下。
然而主机厂与电池行业之间本身就存在壁垒,主机厂的工作是针对电池包,整合产业链技术进行集成创新,实际上还是通过结构优化提高电芯通量和体积利用率,通过物理阻隔、冷却和软件监控等方式实现热监控并阻止热扩散,这些与「弹匣电池」电池的核心技术相符,但在底层技术上并没有直接参与的能力。
虽然「弹匣电池」针刺不起火是已经通过实验验证的事实,但我对广汽在发布会中提到的提高电池密度一事持保留意见,安全与能量密度这两种属性在现在的技术条件下本就是鱼和熊掌的关系。
结语
据悉,「弹匣电池」今年开始将会在 AION 全系车型上陆续搭载,「弹匣电池」针刺不起火标志着电池安全上升到全新的高度,特别是在三元锂电池安全性上取得了历史性的突破,重新定义了三元锂电池的安全标准。我相信」弹匣电池」技术也会打破那些对电动车安全性持质疑态度的消费者心中的壁垒。
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