你的當(dāng)代生活說明書。05-02 09:25

▼

－文字稿－

生活離不開鋰電池，但鋰電池也可能毀了你的生活。

一臺(tái)電池容量 3500mAh 的手機(jī)或許只能炸傷你的手，但試想把 7000 多臺(tái)手機(jī)裝進(jìn)一輛電動(dòng)車?yán)铩?/p>

駕駛時(shí)還要面對(duì)頻繁的震動(dòng)顛簸和風(fēng)霜雨雪，在如此嚴(yán)苛的條件下，怎樣才能防止你的電動(dòng)車像手機(jī)那樣自殺式爆炸？

鋰電池，準(zhǔn)確的說是鋰離子電池，由正極、負(fù)極、電解質(zhì)和隔膜組成。

放電時(shí)，鋰會(huì)從負(fù)極脫嵌變?yōu)殡x子，并放出電子，接著鋰離子將進(jìn)入電解質(zhì)，通過一層有微孔的隔膜再嵌入正極，而充電時(shí)則相反。

實(shí)際應(yīng)用時(shí)，電池的正極、隔膜、負(fù)極往往緊貼在一起，隔膜只允許鋰離子通過，避免了正負(fù)極直接接觸。

然而當(dāng)遇到高溫、穿刺使隔膜熔化、破裂，就會(huì)直接連通正負(fù)極造成大面積短路，不斷積累熱量。

根據(jù) Hossein Maleki 等人的實(shí)驗(yàn)，當(dāng)電池達(dá)到 167℃ 時(shí)，反應(yīng)會(huì)突然加劇、電解液迅速分解燃燒，溫度攀升，這被稱為熱失控。     

鋰離子電池的負(fù)極普遍是石墨，所以正極使用何種材料就決定了電池的能量密度，也影響了熱失控的程度。

在這五種正極材料中，鈷酸鋰雖然能量密度最高，但熱失控也最迅猛；錳酸鋰和磷酸鐵鋰雖然很安全，但能量密度實(shí)在太低。

在今天這兩種主流的三元材料中，NCM 鎳鈷錳酸鋰相比 NCA 鎳鈷鋁酸鋰，發(fā)生熱失控的閾值更高，且升溫速率更緩和，相對(duì)也更安全。

當(dāng)然，熱失控會(huì)由多種意外情況引發(fā)。

比如電池管理系統(tǒng)故障引起電池過充或過放，劇烈撞擊導(dǎo)致電池模塊變形，涉水行駛時(shí)積水倒灌引發(fā)短路等，所以汽車電池必須經(jīng)過更嚴(yán)格復(fù)雜的安全測試。

根據(jù) 2015 年的這兩項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)，單體蓄電池及蓄電池模塊的安全測試共有 10 項(xiàng)，蓄電池包或系統(tǒng)則有 16 項(xiàng)。

其中，溫度沖擊和針刺這兩項(xiàng)的通過難度最大。

溫度沖擊試驗(yàn)要把充滿電的電池放入溫度箱中，從 25℃ 降到 -40℃ ，接著升高至 85℃ ，再恢復(fù)到 25℃ ，循環(huán)5次，每次8小時(shí)。最終觀察 1 小時(shí)后仍能正常工作才算通過。

通過這項(xiàng)測試的關(guān)鍵在于隔膜。

傳統(tǒng)的隔膜材料通常是單一的 PE 聚乙烯或 PP 聚丙烯。

以 PE 為例，當(dāng)電池內(nèi)部溫度達(dá)到 125℃ 時(shí)，隔膜就會(huì)開始熔化，到 130℃ 時(shí)，隔膜的微孔結(jié)構(gòu)將熔化關(guān)閉，阻止鋰離子通過進(jìn)而阻斷電流。但這時(shí)溫度只要再升高一點(diǎn)，隔膜就會(huì)徹底破裂，引發(fā)熱失控。

而更先進(jìn)的隔膜會(huì)采用 PP-PE-PP 三層復(fù)合材料。PE 的熔點(diǎn)比 PP 低，會(huì)先開始熔化、阻斷電流，即便 PE 達(dá)到破裂溫度，外層的 PP 依然能保持隔膜的完整性，繼續(xù)阻斷電流。

相比溫度沖擊，針刺試驗(yàn)要更暴力，用直徑 5~8mm ，針尖圓錐角度 45~60 度的耐高溫鋼針以 80mm/s 的速度貫穿電池的幾何中心并停留在電池中，觀察 1 小時(shí)后沒有起火爆炸才算通過。

由于針刺直接破壞了隔膜結(jié)構(gòu)，造成短路，極容易引發(fā)電解質(zhì)燃燒。

鋰離子電池的電解質(zhì)中通常含有碳酸酯。

碳酸酯在高溫下會(huì)分解產(chǎn)生氫氣和氫自由基，氫自由基將和氧氣反應(yīng)生成羥自由基和氧自由基，而氧自由基又會(huì)和氫氣反應(yīng)產(chǎn)生更多的氫自由基，如此循環(huán)，不斷燃燒。

要想打破這個(gè)惡性循環(huán)，可以往電解質(zhì)里添加磷酸酯類阻燃劑，磷酸酯受熱時(shí)分解產(chǎn)生的磷自由基可以優(yōu)先捕獲氫自由基，抑制燃燒反應(yīng)，從而阻燃。

針刺試驗(yàn)對(duì)電池的可靠性、穩(wěn)定性要求極高，且在一些國家也并非強(qiáng)制法規(guī)，只有少數(shù)真正實(shí)力過硬的電池生產(chǎn)商才愿意堅(jiān)持針刺試驗(yàn)。

遠(yuǎn)景 AESC 就是其中之一，他們?yōu)槭澜缟箱N量最大的純電動(dòng)車日產(chǎn)聆風(fēng)提供的電池，9 年來 43 萬臺(tái)總計(jì) 40 億公里 0 重大事故，是目前電池供應(yīng)商中絕無僅有的完美安全紀(jì)錄。

即便在粗暴的穿刺、高溫炙烤下，電池依然保持了安全穩(wěn)定。

這樣的安全性能不僅依賴遠(yuǎn)景 AESC 超過 2000 個(gè)專利，覆蓋電池全產(chǎn)業(yè)鏈的核心技術(shù)，更取決于強(qiáng)大的生產(chǎn)質(zhì)量管理和電池大數(shù)據(jù)能力。

在電池生產(chǎn)過程中，每個(gè)電池包具備 45 萬個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，實(shí)時(shí)監(jiān)控目標(biāo)數(shù)據(jù)，嚴(yán)格把控生產(chǎn)環(huán)節(jié)的 770 多個(gè)質(zhì)量管控項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了全生產(chǎn)鏈條的數(shù)據(jù)可追溯、可跟蹤。

高能量密度的電池能讓車增加續(xù)航，但只有安全的電池才能讓人放心駕駛。這是遠(yuǎn)景 AESC 決不妥協(xié)的工匠追求。

在這樣的安全保障下，遠(yuǎn)景 AESC 還致力于實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車的雙向充放電，為你的家、辦公樓乃至城市電網(wǎng)供電，讓你的電動(dòng)車變成智能的大型充電寶。