磷酸鐵鋰不斷攻下三元電池的城池。

2019年，磷酸鐵鋰電池的裝機(jī)量占比32%；2020年提升至35%；2021年前兩個(gè)月，已達(dá)到38.6%。很多人都預(yù)測，今年磷酸鐵鋰裝車量很可能過半。

三元電池丟盔棄甲，核心原因之一是安全疑慮。

就在此時(shí)，廣汽埃安發(fā)布彈匣電池系統(tǒng)安全技術(shù)，宣告天下：三元鋰電池整包可以針刺不起火。

廣汽埃安彈匣電池系統(tǒng)解剖圖

3月10日，廣汽埃安舉行線上發(fā)布會(huì)，公布試驗(yàn)結(jié)果顯示，廣汽埃安的三元鋰（彈匣電池）整包在針刺之后，僅出現(xiàn)短暫冒煙（1分鐘），無起火和爆炸現(xiàn)象。

基于安全性挑戰(zhàn)最大的三元電池來做電池包，安全性都能做到如此水平，標(biāo)志著廣汽埃安的彈匣電池，在電動(dòng)汽車電池包的系統(tǒng)安全上，走到了行業(yè)最前沿。

而彈匣電池系統(tǒng)安全技術(shù)，也可以支持三元電池之外的其他電池，比如磷酸鐵鋰，甚至以后的超快充石墨烯基電池、硅負(fù)極電池等等，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)超現(xiàn)有水平的電池包系統(tǒng)安全。

電動(dòng)汽車消費(fèi)者，可以更為放心地購買使用電動(dòng)汽車了。

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三元電池包針刺不起火

提起針刺測試，業(yè)內(nèi)人士印象最深的，應(yīng)該是去年比亞迪和寧德時(shí)代的電芯針刺測試。

不過，電芯針刺測試，其實(shí)不是強(qiáng)制要求的測試。在國家強(qiáng)標(biāo)GB 38031-2020《電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求》中，已經(jīng)取消了對單體電芯的針刺測試。

國家主管部門的主旨，是將電池安全提升到系統(tǒng)層面思考。

因此國家標(biāo)準(zhǔn)對電池系統(tǒng)的安全沒有放松，針刺測試還是電池包熱擴(kuò)散測試中，兩種觸發(fā)方式中的一種，另一種是加熱。

《電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求》明確，電池?zé)崾Э厍?分鐘，車輛要發(fā)出報(bào)警信號。換句話說，電池包熱失控后為保證人員安全，熱擴(kuò)散要有控制，至少要撐住5分鐘。

資料來源：國家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)GB 38031-2020

廣汽埃安不滿足于國標(biāo)要求，希望將三元電池包的安全性繼續(xù)提升，達(dá)到單體熱失控而電池包不起火的狀態(tài)。

電芯的針刺實(shí)驗(yàn)，體現(xiàn)的是電池單體的安全性，但是單體被嚴(yán)密包裹在電池包之中，成組為電池系統(tǒng)整體作為整車的零部件。在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，電池包是直接接觸外界的介質(zhì)。也就是說，電池系統(tǒng)的針刺實(shí)驗(yàn)更符合實(shí)際生活場景中出現(xiàn)的情況，也因此對消費(fèi)者更具參考意義。

為了驗(yàn)證彈匣電池技術(shù)安全性，廣汽埃安在第三方機(jī)構(gòu)——中國汽車技術(shù)研究中心，對搭載了彈匣電池系統(tǒng)安全技術(shù)的三元鋰電池整包，進(jìn)行了針刺熱擴(kuò)散試驗(yàn)。

測試條件中，廣汽埃安選擇接受最嚴(yán)苛的條件——8mm鋼針、滿電來測試。

廣汽埃安彈匣電池針刺試驗(yàn)條件 

試驗(yàn)結(jié)果顯示，廣汽埃安的三元鋰（彈匣電池）整包在試驗(yàn)過程中熱事故信號發(fā)出5分鐘后，僅出現(xiàn)短暫冒煙（1分鐘），無起火和爆炸現(xiàn)象。靜置48小時(shí)后，電壓降至0V，溫度恢復(fù)至室溫。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，觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)完好。

也就是說，廣汽埃安的彈匣電池不僅撐過了5分鐘，而且還做到一直無起火和爆炸情況。

采用彈匣電池技術(shù)的三元電池包針刺試驗(yàn)結(jié)果

三元電池包在熱失控測試當(dāng)中的如此表現(xiàn)，可以說是我們視野當(dāng)中最好的一次。畢竟三元電池由于活性物質(zhì)高，含電量高，熱失控時(shí)，釋放的能量極大，要完全控制住，難度極大。所以，三元電池包在熱失控測試當(dāng)中，國標(biāo)僅要求5分鐘不起火，而業(yè)內(nèi)做得比較好的，也就是半小時(shí)。一直不起火的，廣汽埃安彈匣三元電池包，應(yīng)該是第一個(gè)。

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為各類型電芯安全賦能

中國汽車技術(shù)研究中心，不僅對廣汽埃安搭載三元電池的彈匣電池做了測試，對搭載磷酸鐵鋰的彈匣電池，也做了測試。

測試結(jié)果更加出色。

采用彈匣電池技術(shù)的磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)，在針刺實(shí)驗(yàn)中不冒煙不起火，最高溫度只有51.1℃。在靜置48小時(shí)之后，單體電壓降為0，溫度也降到室溫，完全沒有了安全威脅。

三組電池包針刺試驗(yàn)結(jié)果 

中汽中心的這次測試，還和搭載磷酸鐵鋰的普通電池包測試結(jié)果做了對比。結(jié)果表明，彈匣電池包系統(tǒng)安全大為提升，即便用三元電池包對比磷酸鐵鋰電池包，冒煙時(shí)長都要短。

三組電池包的針刺冒煙時(shí)長

測試結(jié)果可見，彈匣電池包，不管用磷酸鐵鋰電芯，還是三元電芯，都能顯著提升安全性。而且，從其原理來看，對于廣汽埃安等企業(yè)后續(xù)要探索的石墨烯基超級快充電池、超長續(xù)航硅負(fù)極電池，也能顯著提升其系統(tǒng)安全性能。

其原理是什么？

除了提升電芯自身的安全性，彈匣電池系統(tǒng)更多體現(xiàn)了系統(tǒng)級安全的思路。

首先，要將單體熱失控控制在不會(huì)引燃周邊電芯的程度，因此需要很好的隔熱。

彈匣電池包在隔熱層面，采用網(wǎng)狀納米孔隔熱材料、耐高溫的上殼體來構(gòu)筑安全艙，如同一個(gè)金鐘罩，將熱失控的電芯“罩住”，而不至于蔓延。

這種材料，是網(wǎng)狀納米孔隔熱材料——二氧化硅基的軟質(zhì)納米材料。材料間隙大概是20納米，空氣在這種間隙中是不會(huì)流動(dòng)的，熱量就不會(huì)隨空氣傳導(dǎo)到外界。

其次，需要把熱失控單體釋放出來的熱量迅速帶走，因此需要極速降溫的速冷系統(tǒng)。

彈匣電池包通過全貼合液冷系統(tǒng)、高速散熱通道、高精準(zhǔn)的導(dǎo)熱路徑的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了散熱面積提升40%，散熱效率提升30%。在發(fā)現(xiàn)熱失控之后，彈匣電池系統(tǒng)就可以立即啟動(dòng)電池速冷系統(tǒng)，為電池降溫。

第三，極速降溫的前提，是極速獲知熱失控。彈匣電池包采用了全時(shí)管控的第五代電池管理系統(tǒng)——通過采用最新一代車規(guī)級電池監(jiān)測芯片，可實(shí)現(xiàn)每秒10次全天候數(shù)據(jù)采集，24小時(shí)全覆蓋的全時(shí)巡邏模式。當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常時(shí)，立即啟動(dòng)異常自救，啟動(dòng)電池速冷系統(tǒng)為電池降溫。

據(jù)廣汽研究院副院長李罡介紹，廣汽埃安信號采集頻次是上一代技術(shù)的100倍，這樣有利于更快發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)，并采取措施。

從彈匣電池包針刺不起火的三大原理來看，它和電芯的材料組成、裝配工藝，都沒有直接關(guān)聯(lián)，因此支持各種材料體系和裝配工藝的電芯。

在“彈匣”的保護(hù)之下，無論哪種電芯被裝配到廣汽埃安的電動(dòng)汽車電池包中，其安全性能都將超過國標(biāo)要求的5分鐘不起火、不爆炸要求。

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提升密度、降低成本

安全性能提升了，會(huì)不會(huì)犧牲能量密度和成本？

廣汽埃安介紹，彈匣電池在冷卻系統(tǒng)、電芯設(shè)計(jì)、整包布置等方面進(jìn)行優(yōu)化。搭載彈匣電池系統(tǒng)安全技術(shù)的電池包，其能量密度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%，成本下降10%。

這點(diǎn)可能會(huì)讓業(yè)界人士不解，如何能兩全其美？

我們分析，首先是疊片電池體積利用率高，系統(tǒng)集成度更高帶來的效果。

廣汽埃安過往車型的系統(tǒng)能量密度就很高，在170-180Wh/kg之間，市場上能夠達(dá)到180Wh/kg的車型其實(shí)寥寥無幾。

廣汽埃安的彈匣電池性能再提升了一個(gè)臺階——彈匣電池的系統(tǒng)能量密度達(dá)到185Wh/kg。

很多人沒有注意到，廣汽埃安的彈匣電池的電芯采用的是疊片工藝。

一般來說，疊片電池相對于卷繞電池，能量密度會(huì)增加5%、循環(huán)壽命增加10%、成本減少5%，且更加安全。

卷繞工藝與疊片工藝對比

廣汽埃安此次采用的硬殼疊片工藝，內(nèi)部空間利用率提升，導(dǎo)致電芯能量密度提升，同時(shí)規(guī)避了卷繞工藝耐久后膨脹褶皺掉料、鋁塑膜的耐久后絕緣風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)降低了電池的內(nèi)阻，提高了電池的安全性能。

其次，彈匣系統(tǒng)能量密度再提升，主要是因?yàn)槠浼啥雀吡耍?strong style="margin: 0px; padding: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; word-wrap: break-word !important;">例如獨(dú)立的液冷板簡化掉了。

如何實(shí)現(xiàn)成本降低的？

廣汽埃安并沒有更多透露細(xì)節(jié)。但我們分析，有兩大可能性。

其一，是技術(shù)降本。前面提到的卷繞改疊片，使得電芯廠也可以在同樣的材料上，做出更多電量的電芯。而系統(tǒng)集成度提升，也能降低電池包的材料成本。

其次，是規(guī)模降本。廣汽埃安2020年銷售電動(dòng)汽車60,033輛，可以給動(dòng)力電池廠下達(dá)業(yè)界前四大規(guī)模的訂單。而且，廣汽埃安未來銷量看漲，電池廠也愿意以價(jià)格換規(guī)模。

當(dāng)前，阻礙電動(dòng)汽車推廣的障礙主要之一，就是初始購買價(jià)格過高，背后原因是動(dòng)力電池成本高。彈匣電池實(shí)現(xiàn)的10%成本降低，看似不多，但也是電動(dòng)汽車推廣的堅(jiān)實(shí)一步。

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“彈匣”之后的更多可能

電動(dòng)汽車要替換燃油車，成為老百姓出行的首選，當(dāng)前的首要任務(wù)還是提升體驗(yàn)。目前的核心短板是兩項(xiàng)：續(xù)航里程和補(bǔ)能速度。

續(xù)航里程方面，現(xiàn)在很多車輛已經(jīng)做出了NEDC 600公里續(xù)航的車，但是，如果考慮冬季北方用車衰減、制熱的衰減，續(xù)航里程仍嫌不足。在冬季性能和制熱耗能尚無好解決辦法時(shí)，增加絕對電量，也是一個(gè)解決方案。雖然車企也可以多裝磷酸鐵鋰電池。不過，比能量高，冬季衰減小的三元電池更有優(yōu)勢一些。

在現(xiàn)有三元電池的基礎(chǔ)上，有的企業(yè)在正極繼續(xù)提高鎳的比例，從5系到6系，再到8系乃至9系。但是由于此前811電池的安全隱患，很多人止步6系。

負(fù)極方面，很多企業(yè)則開始應(yīng)用硅級負(fù)極。之所以選擇硅，是因?yàn)楣杌?fù)極材料的理論克容量是4200mAh/g，是石墨負(fù)極10倍有余。以現(xiàn)在技術(shù)水平，要將電池做到300Wh/kg，硅基負(fù)極是必不可少的。

補(bǔ)能速度方面，很多車企都將目光轉(zhuǎn)向了大功率充電，因此需要充電倍率性能更好的電池。

這方面，業(yè)界的主流思維，都是對負(fù)極材料表面進(jìn)行修飾，建立鋰離子快速進(jìn)入負(fù)極的通道，達(dá)到快充的效率。

在這兩個(gè)方面，廣汽埃安透露的解決方案，分別是長里程的硅負(fù)極電池和石墨烯基電池。

但是，伴隨著長里程和大功率充電而來的，是安全的更大挑戰(zhàn)。廣汽埃安的彈匣電池，在系統(tǒng)安全層級的效果，不僅在當(dāng)下，為電動(dòng)汽車找到了性能、安全、成本均衡之下最優(yōu)解，而且為將來不同材料、不同性能的新電池的應(yīng)用，奠定了安全的基礎(chǔ)。這也為行業(yè)解決動(dòng)力電池安全問題提出了一條全新的、易量產(chǎn)、低成本、通用性更強(qiáng)的解決方案，勢必將加速行業(yè)動(dòng)力電池安全發(fā)展！

由此，我們才能期待，電動(dòng)汽車將有更高性能，帶來更好體驗(yàn)。

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