随着新能源汽车销量和保有量增大,电池失效造成的安全事故显著增加。从起火原因来看,主要包括电池部件老化、外部碰撞、高温天气、电池热失控、高负荷等。其中,用火用电因素所导致的火灾占一半以上,另一大诱因则为外部碰撞起火,而新能源车普遍安装于底盘的动力电池在磕碰后不易察觉,火灾起势快,较难扑灭,危险性高。
新能源车加速渗透、电池能量密度持续提升、电压平台逐渐升高,电池安全问题已超越续航里程等焦虑,成为消费者最为关切的首要问题,电池安全的重要性日益凸显。
动力电池安全性提升策略包括电芯层面的本征安全、电池系统层面的被动安全与主动安全。
(1)单体电芯的本征安全是动力电池安全的基础,主要从材料与工艺两个层面改善:
材料层面:正极材料中高镍三元复配10%左右的磷酸铁锰锂(LMFP)、电解液中的新型锂盐LiFSI代替LiPF6与有机电解液升级为固态电解质、辅材中复合集流体代替传统集流体均有望改善电池安全,甚至能够助力电池通过严苛的针刺测试。
工艺层面:极片边缘涂覆陶瓷与极片整体涂覆陶瓷均有望改善电池安全性。
(2)被动安全的核心是隔热、散热、泄压,目前隔热主要依靠气凝胶、防火棉、防火毯等隔热材料;散热的冷却装置包括空调循环冷却式、液冷式和风冷式,其中液冷式因优异散热效果为主流;泄压方面,泄压阀可以连续平衡电池包内外部压差,防止腔体爆破,发展趋势为增加防凝露、防爆阀等功能设计。
(3)主动安全的核心是电池管理系统(BMS),要准确预测电池状态,目前比较可行的解决方案是提升芯片算力与增加传感器数量。此外,干粉灭火装置未来有望逐步成为新能源车标配。