三元鋰電池包的安全新解

文/本刊記者 甄文媛

三元鋰電池安全技術比拼還在升級。業內首次三元鋰電池系統針刺不起火試驗，交出了一份新答案。

挑戰針刺不起火

一根鋼針檢驗了三元鋰電池包的安全新答案。

近日，廣汽埃安正式發布彈匣電池系統安全技術（簡稱“彈匣電池”），宣告在行業內首次實現了三元鋰電池整包針刺不起火。

發布當日，廣汽埃安用視頻全面展現了試驗過程。

熱事故信號發出5分鐘后，電池包僅有短暫冒煙、無起火和爆炸現象。靜置48小時后，電壓降至0V，溫度恢復至室溫……在中國汽車技術研究中心首席專家、國家電池安全標準起草人之一劉仕強帶領團隊進行的針刺熱擴散試驗中，彈匣電池整包針刺后只有被刺電芯模塊熱失控，沒有蔓延到其他電芯。打開電池整包內部結構完好。

目前純電動乘用車上搭載的動力電池以磷酸鐵鋰和三元鋰兩種材料為主。在安全性方面，業內普遍認為磷酸鐵鋰比三元鋰相對更安全。近年發生的電動汽車動力電池導致的起火事故中，8成以上的事故車輛搭載三元鋰電池。

把電池裝入安全艙

廣汽埃安如何讓三元鋰電池包不起火？

廣汽埃安的研發團隊發現，當前電池自燃多由于電芯出現內短路，導致溫度升高、電芯內部反應產熱最終出現熱失控，隨后蔓延到整個電池包所致。對此，這款彈匣電池基于“防止電芯內短路，短路后防止熱失控，以及熱失控后防止熱蔓延”的設計思路，采用類似安全艙的設計，目的是有效阻隔熱失控電芯的蔓延、當偵測到電芯電壓或溫度等出現異常時，自動啟動電池速冷降溫系統為電池降溫。

在研發人員看來，電芯安全解決的是電池本質安全，而整包安全是以系統思維解決從電芯、模組到系統的全方位安全，相比電芯安全更為重要，也更難實現。因此，彈匣電池的設計既不是純粹結構優化，也不是簡單增加隔熱，而是從電芯本征安全提升、到被動安全強化、再到軟件主動防控的一整套安全技術。

4大核心技術

廣汽埃安通過哪些技術保障動力電池系統安全？

官方資料顯示，彈匣電池具備4大核心技術：

超高耐熱穩定的電芯。電芯通過正極材料的納米級包覆及摻雜技術的應用，能有效提升熱穩定性，防止熱失控；電解液新型添加劑的應用實現了SEI膜的自修復，改善電芯壽命，降低電芯短路風險；其高安全電解液，通過特殊電解液添加劑在加熱至120℃以上時，在活性材料表面自發聚合形成高阻抗特性聚合物膜，大幅降低熱失控反應產熱。這些關鍵技術的應用，使電芯的耐熱溫度提升了30%。

超強隔熱的電池安全艙。通過網狀納米孔隔熱材料和耐高溫上殼體，彈匣電池構筑了超強隔熱的安全艙，最終實現三元鋰電芯熱失控不蔓延至相鄰電芯。同時，電池包上殼體能耐溫1400℃以上，有效保護電池整包。

極速降溫的速冷系統。通過全貼合液冷系統、高速散熱通道、高精準的導熱路徑的設計，彈匣電池實現了散熱面積提升40%，散熱效率提升30%，有效防止熱蔓延。

全時管控的第五代電池管理系統。通過采用車規級最新一代電池管理系統芯片，可實現每秒10次全天候數據采集，相比前代系統提升100倍，以24小時全覆蓋的全時巡邏模式，對電池狀態進行監測。發現異常時，立即啟動電池速冷系統為電池降溫。

成本竟降10%

層層增加的系統安全設計是否會大大增加重量和成本？

據透露，彈匣電池還在冷卻系統、電芯設計、整包布置等方面進行全面優化。搭載彈匣電池系統安全技術的電池包，相對于同類普通電池包，體積能量密度提升9.4%，重量能量密度提升5.7%，但成本卻下降了10%，在沒有犧牲續航和提高成本的基礎上，實現了高安全、長續航、低成本。

按計劃，“彈匣電池”將從今年開始在AION全系車型上陸續搭載。近日，廣汽埃安AION Y車型作為搭載彈匣電池的首款車型，已正式公布預售價格10.59萬-14.99萬元，續航里程達到410-600km。

“不起火”大比拼

近兩年，一系列以“不起火”為首要目標的動力電池技術問世，寧德時代宣布開發出不起火的811電池，欣旺達、孚能等也公布了各自的動向，比亞迪推出了全新的刀片電池（磷酸鐵鋰），江淮新能源的“蜂窩電池”則建立了從電芯到整車的5層熱失控安全標準。

彈匣電池并非“不起火”的首款電池，之所以引起業內關注，關鍵是“針刺試驗”，還有“三元鋰”。針刺試驗是鋰電池安全測試中最為嚴苛的項目，2019年工信部官網發布的《電動汽車用動力蓄電池安全要求》已將電芯針刺試驗取消。比亞迪刀片電池電芯仍然挑戰針刺不起火，向各方證明其安全性。

相比之下，刀片電池的正極材料是安全性相對較好的磷酸鐵鋰，進行針刺測試的是電芯。而彈匣電池用的是三元鋰，做的是整包針刺試驗。這也體現出業內針對電池安全的兩種思路，一種是先讓電芯在極端條件下不起火，系統再加防護；另一種是通過層層防護，做到即便偶有電芯起火，不導致整個電池包著火。

緊隨彈匣電池，嵐圖也公布了一項測試結果：其FREE純電版的三元鋰電池系統通過了中汽中心的熱擴散測試，宣稱是目前國內首個拿到“不冒煙”成績的三元鋰電池。

雖然不是針刺測試，但有消息稱，嵐圖這一電池系統采用的是高鎳8系電芯，是業內公認最難解決好安全問題的電池。廣汽埃安未在發布會上說明采用的哪種電芯，但據了解是5系，就材料而言是三元鋰電芯中安全穩定性相對較好的一種。業內有專家指出，無論是5系還是8系，目前三元鋰電芯通過針刺測試幾無可能。

三元鋰電池目前仍是純電動乘用車的主流選擇，真正解決好系統安全問題，對各方都是莫大的好消息。