動(dòng)力電池安全焦慮

賀斌

就社會(huì)關(guān)注的電動(dòng)汽車(chē)自燃事件，4月30日深夜，蔚來(lái)汽車(chē)官方微博發(fā)布西安維修中心蔚來(lái)ES8自燃事故的說(shuō)明稱(chēng)：“該車(chē)輛在送修前底盤(pán)曾經(jīng)遭受過(guò)嚴(yán)重撞擊，導(dǎo)致動(dòng)力電池包左后部外殼與冷卻板大面積變形。電池包內(nèi)部結(jié)構(gòu)在被擠壓的狀態(tài)下經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后形成短路，最終引發(fā)火情。”

此前幾天也有媒體報(bào)道稱(chēng)，上海特斯拉自燃初步檢測(cè)是電池短路導(dǎo)致。

盡管目前兩起電動(dòng)汽車(chē)因電池所引發(fā)的自燃事故的原因尚無(wú)最終結(jié)論，但是電動(dòng)汽車(chē)的安全性已經(jīng)引發(fā)消費(fèi)者的擔(dān)憂(yōu)，而動(dòng)力電池安全性則是焦慮的主要來(lái)源。

緣何起火？

中國(guó)的動(dòng)力電池技術(shù)，曾經(jīng)歷過(guò)鉛酸電池、鎳氫電池等，都不盡如人意。直到鋰電池后來(lái)居上，中國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)才開(kāi)始快速發(fā)展。因此，目前電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池主要是鋰電池，分為錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰、鈷酸鋰等。

其中，錳酸鋰原來(lái)循環(huán)壽命和能量都比較低，不適合用在動(dòng)力汽車(chē)上，現(xiàn)在盡管性能有所提高，循環(huán)壽命也只能達(dá)到1000多次。磷酸鐵鋰電池?zé)岱€(wěn)定高，安全性能好，循環(huán)壽命長(zhǎng)，理論上能達(dá)到3000～4000次，實(shí)際也能達(dá)到2000次，但充一次電僅能跑100～200公里。

目前中國(guó)國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)比較常用的是鎳鈷錳酸鋰電池，也被稱(chēng)為三元鋰電池，性能上好于錳酸鋰，能量密度能達(dá)到200～300wh/kg，能量密度越高，續(xù)駛里程越大，理論上能達(dá)到400～500公里。按照國(guó)家動(dòng)力電池技術(shù)路線(xiàn)圖規(guī)劃，2020年鋰離子電池的單體能量密度目標(biāo)為350Wh/kg，系統(tǒng)能量做到260Wh/kg。因此，三元鋰電池是目前最接近這一標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)力電池。

然而，三元鋰電池的一個(gè)缺陷是，其中的鈷元素穩(wěn)定性較差。“一旦過(guò)充，也就是電量充太滿(mǎn)，容易產(chǎn)生結(jié)晶，刺破電池隔膜，發(fā)生短路，或產(chǎn)生大量余熱進(jìn)行燃燒。”中國(guó)電池工業(yè)協(xié)會(huì)常務(wù)副理事長(zhǎng)兼秘書(shū)長(zhǎng)王敬忠向《中國(guó)新聞周刊》表示，很多時(shí)候，并非充完電就立刻自燃，而是在開(kāi)過(guò)一兩個(gè)小時(shí)后，慢慢發(fā)生內(nèi)部短路。

特斯拉的電池主要采用鈷酸鋰電池，其優(yōu)點(diǎn)是能量密度大，續(xù)航能力強(qiáng)，缺點(diǎn)就是鈷含量過(guò)大，極不穩(wěn)定，過(guò)充或碰撞都有可能造成燃燒爆炸。據(jù)王敬忠介紹，現(xiàn)在特斯拉已很少用鈷酸鋰電池，而是改用三元鋰電池。

正因?yàn)槿绱耍F(xiàn)在在動(dòng)力電池研發(fā)中，正在努力去鈷化。據(jù)王敬忠透露，目前業(yè)內(nèi)正在研究一種全固態(tài)電池，即電解液是固態(tài)的，就不會(huì)發(fā)生刺穿隔膜的問(wèn)題，如果研發(fā)成功，將打開(kāi)一種新的電池領(lǐng)域。

一些業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)也在努力解決這一問(wèn)題，即將發(fā)布的新國(guó)標(biāo)（《電動(dòng)汽車(chē)用鋰離子動(dòng)力蓄電池安全要求（征求意見(jiàn)稿）》）中，對(duì)電池包和電池系統(tǒng)層級(jí)提出了更嚴(yán)格的安全要求。比如要求電池包振動(dòng)測(cè)試后再進(jìn)行防水測(cè)試，增加了電池包熱擴(kuò)散測(cè)試，確保單體在發(fā)生熱失控時(shí)，5分鐘之內(nèi)系統(tǒng)不發(fā)生熱擴(kuò)散，確保人員逃生時(shí)間等。

在中國(guó)電池工業(yè)協(xié)會(huì)常務(wù)副理事長(zhǎng)兼秘書(shū)長(zhǎng)王敬忠看來(lái)，如果是電池引發(fā)起火，一般有三種原因，一是過(guò)充引發(fā)自燃;二是在行駛過(guò)程中線(xiàn)路松動(dòng)，造成接觸電阻大引起發(fā)熱，引發(fā)起火;三是電池本身的質(zhì)量問(wèn)題。

而一位來(lái)自電池產(chǎn)業(yè)不愿具姓名的技術(shù)人士向《中國(guó)新聞周刊》透露，在電動(dòng)化的基礎(chǔ)上，新能源汽車(chē)主動(dòng)安全措施比燃油車(chē)多。例如新能源汽車(chē)可通過(guò)后臺(tái)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析，預(yù)測(cè)故障，提前識(shí)別，降低危險(xiǎn)等級(jí)。

對(duì)于高比能動(dòng)力電池?zé)崾Э貑?wèn)題，這位技術(shù)人員表示已有技術(shù)解決方案。例如對(duì)于內(nèi)短路，可以在電池內(nèi)部熱量急劇上升之前就對(duì)短路情況進(jìn)行預(yù)警;針對(duì)過(guò)充電，通過(guò)BMS（電池管理系統(tǒng)）準(zhǔn)確的監(jiān)控和保護(hù)，完全可以避免， BMS同時(shí)也能防止電池老化問(wèn)題。

從材料領(lǐng)域，可以對(duì)正極材料進(jìn)行包覆予以改進(jìn);以單晶顆粒替代多晶顆粒的正極材料，也能改善電池?zé)岱€(wěn)定性，從而提高電池安全性;此外，在熱傳遞路線(xiàn)上填充隔熱材料，也可以有效阻斷熱傳導(dǎo)。

“總的來(lái)說(shuō)，目前電動(dòng)汽車(chē)自燃事故率并不比燃油車(chē)高，不具有普遍性。”上述技術(shù)人員說(shuō)。

財(cái)政刺激

今年3月26日，一則新能源汽車(chē)補(bǔ)貼退坡的消息，讓新能源汽車(chē)市場(chǎng)為之一震。

財(cái)政部、工業(yè)和信息化部、科技部、國(guó)家發(fā)展改革委當(dāng)天聯(lián)合發(fā)布通知，進(jìn)一步降低新能源乘用車(chē)、新能源客車(chē)、新能源貨車(chē)補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)，在2018年基礎(chǔ)上平均退坡幅度約為50%。與此同時(shí)，對(duì)新能源汽車(chē)動(dòng)力電池系統(tǒng)能量密度、新能源汽車(chē)整車(chē)能耗要求，以及純電動(dòng)乘用車(chē)?yán)m(xù)駛里程等提出了更高要求。

這并不是新能源汽車(chē)補(bǔ)貼第一次調(diào)整，早在2009年，財(cái)政部就啟動(dòng)節(jié)能與新能源汽車(chē)推廣工作，對(duì)公交、出租、郵政等公共服務(wù)領(lǐng)域新能源汽車(chē)購(gòu)置和運(yùn)營(yíng)給予補(bǔ)貼，促進(jìn)公交車(chē)輛結(jié)構(gòu)調(diào)整和公共服務(wù)領(lǐng)域節(jié)能減排。

2016年以來(lái)，根據(jù)技術(shù)進(jìn)步、成本變化以及國(guó)內(nèi)外產(chǎn)業(yè)發(fā)展等情況，已經(jīng)開(kāi)始對(duì)新能源汽車(chē)補(bǔ)貼實(shí)行動(dòng)態(tài)調(diào)整制度。

據(jù)財(cái)政部經(jīng)濟(jì)建設(shè)司有關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，按照2020年以后補(bǔ)貼退出的制度安排，為了使新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)平穩(wěn)過(guò)渡，采取分段釋放調(diào)整壓力的做法，至2020年底前退坡到位。

歷經(jīng)十年的財(cái)政補(bǔ)貼政策，不僅刺激了新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也使得電池產(chǎn)業(yè)遍地開(kāi)花，中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)今年1月發(fā)布《鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告（2019）》（簡(jiǎn)稱(chēng)“報(bào)告”）顯示，中國(guó)鋰電池已成為全球消費(fèi)主要市場(chǎng)，占比超過(guò)全球一半，同時(shí)也拉動(dòng)了上游材料的發(fā)展。由于新能源汽車(chē)的帶動(dòng)作用，中國(guó)鋰電池產(chǎn)能擴(kuò)張很快。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2017 年底，主要企業(yè)鋰電池產(chǎn)能合計(jì)已經(jīng)超過(guò)120GWh。根據(jù)規(guī)劃，到 2018 年底產(chǎn)能預(yù)計(jì)達(dá)到 180GWh。

報(bào)告認(rèn)為，在補(bǔ)貼政策的強(qiáng)力刺激和動(dòng)力電池目錄的精準(zhǔn)保護(hù)下，為中國(guó)動(dòng)力電池企業(yè)的發(fā)展贏得了寶貴的緩沖和發(fā)展時(shí)間，中國(guó)新能源汽車(chē)基本配套本土 動(dòng)力電池產(chǎn)品。根據(jù)研究機(jī)構(gòu) EVTank統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2016 年主要外資企業(yè)在華鋰動(dòng)力電池出貨量合計(jì)僅為986MWh，在國(guó)內(nèi)鋰動(dòng)力電池市場(chǎng)份額為 3.13%。

但值得思考的是，即便產(chǎn)能如此之大，大多數(shù)電池企業(yè)實(shí)際利用率并不高，一般低于40%。在一哄而起的盲目追逐發(fā)展中，投資過(guò)熱，企業(yè)擴(kuò)產(chǎn)過(guò)熱，最終導(dǎo)致產(chǎn)能超過(guò)市場(chǎng)需求。

報(bào)告中對(duì)動(dòng)力電池的供需市場(chǎng)做了數(shù)據(jù)分析，按照中國(guó)2020年新能源汽車(chē)的產(chǎn)銷(xiāo)200萬(wàn)輛的發(fā)展規(guī)劃，2020年市場(chǎng)對(duì)動(dòng)力電池的需求量約為100GWh。但截至2017年，動(dòng)力電池的規(guī)劃產(chǎn)能達(dá)到228GWh，是2020年需求量的兩倍之多。這就導(dǎo)致行業(yè)結(jié)構(gòu)性產(chǎn)能過(guò)剩問(wèn)題出現(xiàn)。

根據(jù)報(bào)告，高端不足反映在龍頭企業(yè)的出貨量供不應(yīng)求，以寧德時(shí)代、比亞迪為龍頭的高端產(chǎn)能集中陣營(yíng)，貢獻(xiàn)了行業(yè)內(nèi)70%以上的裝機(jī)需求量，但依舊供不應(yīng)求。

而處于市場(chǎng)中低端的企業(yè)，一般缺乏核心技術(shù)、整體自動(dòng)化水平低、同質(zhì)化惡性競(jìng)爭(zhēng)嚴(yán)重，部分企業(yè)開(kāi)工嚴(yán)重不足，加上受新能源汽車(chē)補(bǔ)貼退坡和上游原材料價(jià)格變化的影響，企業(yè)兩頭受壓，小廠(chǎng)商的生存變得舉步維艱。此前遍地開(kāi)花 的“小、散、亂”動(dòng)力電池企業(yè)，將在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中被淘汰。據(jù)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)統(tǒng)計(jì)，2015～2018年上半年，中國(guó)動(dòng)力電池配套企業(yè)已從150家降至不到80家，近半數(shù)企業(yè)已經(jīng)出局。

“隨著2020年補(bǔ)貼政策取消，只有那些初衷是希望憑借發(fā)展新能源車(chē)的契機(jī)，尋求自身發(fā)展的電池企業(yè)，才會(huì)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中存活下來(lái)。”王敬忠說(shuō)。

與此同時(shí)，國(guó)家政策也在向“扶優(yōu)扶強(qiáng)”方面傾斜，根據(jù)最新補(bǔ)貼政策，純電動(dòng)乘用車(chē)?yán)m(xù)駛里程不低于250km，動(dòng)力電池系統(tǒng)的質(zhì)量能量密度不低于125Wh/kg，其中，125～140Wh/kg的車(chē)型按0.8倍補(bǔ)貼，140～160Wh/kg的車(chē)型按0.9倍補(bǔ)貼，160Wh/kg及以上的車(chē)型按1倍補(bǔ)貼。

“國(guó)家政策很明顯，堅(jiān)持扶優(yōu)扶強(qiáng)，支持企業(yè)做大做強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)全國(guó)目標(biāo)。這就意味著將來(lái)會(huì)形成2～3家全球知名的整車(chē)和電池企業(yè)，自主掌控核心關(guān)鍵技術(shù)，并在國(guó)際市場(chǎng)上占有比較大的份額。”前述業(yè)內(nèi)人士表示，因此，在他看來(lái)，當(dāng)前動(dòng)力電池的發(fā)展戰(zhàn)略重點(diǎn)應(yīng)不再是產(chǎn)能擴(kuò)張，而應(yīng)是如何優(yōu)化產(chǎn)能，通過(guò)核心技術(shù)創(chuàng)新和智能化水平實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的提質(zhì)降本，從根本上提升競(jìng)爭(zhēng)力。

瓶頸待解

目前，車(chē)企在選擇電池的過(guò)程中，多以能量密度為重要指標(biāo)，從生產(chǎn)成本來(lái)看，鋰電池的生產(chǎn)成本比燃油車(chē)高20%～30%，目前這一價(jià)格差異是靠補(bǔ)貼和限購(gòu)等政策維持，但王敬忠擔(dān)心，如果續(xù)駛里程與安全性問(wèn)題達(dá)不到平衡的話(huà)，一旦取消補(bǔ)貼，新能源汽車(chē)全面推向市場(chǎng)化，競(jìng)爭(zhēng)力依然不足。

對(duì)于成本問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院院士、清華大學(xué)汽車(chē)安全與節(jié)能?chē)?guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任歐陽(yáng)明高曾撰文做了一個(gè)詳細(xì)的測(cè)算，電池產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)一定時(shí)期的發(fā)展，電池的能量密度在不斷地提升，成本持續(xù)下降。5年之間，單體比能量提升了1倍，現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到 200 wh/ kg，系統(tǒng)成本在1.5元左右，而且在這個(gè)數(shù)值區(qū)間中，電池廠(chǎng)的純利潤(rùn)還在10%以上。

據(jù)歐陽(yáng)明高介紹，電池材料主要在青海，一噸碳酸鋰成本為1萬(wàn)～3萬(wàn)元，賣(mài)價(jià)在15萬(wàn)～17萬(wàn)元，存在高額利潤(rùn)。如果價(jià)格達(dá)到每噸3萬(wàn)～5萬(wàn)元的合理區(qū)間，電池成本將大幅下降。

而一些企業(yè)已經(jīng)在努力降低成本，寧德時(shí)代的副董事長(zhǎng)黃世霖在去年9月的一次演講中提出，希望在2020年之前能量密度可以達(dá)到300wh/kg。從成本角度來(lái)講，正極材料正逐漸走向高鎳的三元材料，負(fù)極材料已走向量產(chǎn)，電解液、薄膜等，到2020年時(shí)，基本動(dòng)力電池的成本一定低過(guò)1元/wh。動(dòng)力電池的技術(shù)路線(xiàn)也不斷清晰，最后是固態(tài)金屬電池。

但除了價(jià)格成本之外，一個(gè)隱形的成本是電池的使用壽命問(wèn)題，平均一塊動(dòng)力電池使用壽命為4～5年，之后進(jìn)行統(tǒng)一回收。王敬忠表示，一般回收的動(dòng)力電池還有50%左右的電量，盡管無(wú)法用于電動(dòng)汽車(chē)，但可以通過(guò)技術(shù)手段用于其他領(lǐng)域，直到電量耗光，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。

除了成本問(wèn)題，接二連三的電動(dòng)汽車(chē)自燃事故，其安全性再次讓消費(fèi)者關(guān)注。王敬忠表示，此前，在制定動(dòng)力電池標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，主要考慮的是續(xù)駛里程，但如何在續(xù)駛里程和安全性之間實(shí)現(xiàn)平衡，目前還在研發(fā)之中。他認(rèn)為，作為動(dòng)力汽車(chē)的電池，制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)首要考慮的應(yīng)該是安全性，而非續(xù)航能力，否則，一次安全事故就會(huì)在消費(fèi)者心中產(chǎn)生陰影，從而對(duì)市場(chǎng)產(chǎn)生影響。

在鋰電池續(xù)航能力問(wèn)題上，王敬忠建議，未來(lái)可以聯(lián)合下游的新能源車(chē)企，通過(guò)設(shè)定統(tǒng)一的電池尺寸，建立換電站解決電池問(wèn)題，屆時(shí)，人們可以將車(chē)開(kāi)到換電站，只需三分鐘就能換一塊充滿(mǎn)電的電池。而換電站則可以利用晚上時(shí)間充電，一方面專(zhuān)人負(fù)責(zé)，避免過(guò)充;另一方面，晚上非高峰用電時(shí)段，電價(jià)也能相對(duì)便宜，從而解決成本問(wèn)題。

“但只有電動(dòng)車(chē)達(dá)到一定生產(chǎn)規(guī)模，至少上千萬(wàn)輛，才能考慮大規(guī)模建換電站，要達(dá)到這一目標(biāo)，可能至少需要十年。”王敬忠說(shuō)。