動力電池安全焦慮

賀斌

就社會關(guān)注的電動汽車自燃事件，4月30日深夜，蔚來汽車官方微博發(fā)布西安維修中心蔚來ES8自燃事故的說明稱：“該車輛在送修前底盤曾經(jīng)遭受過嚴(yán)重撞擊，導(dǎo)致動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)過一段時間后形成短路，最終引發(fā)火情?！?/p>

此前幾天也有媒體報道稱，上海特斯拉自燃初步檢測是電池短路導(dǎo)致。

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

緣何起火？

中國的動力電池技術(shù)，曾經(jīng)歷過鉛酸電池、鎳氫電池等，都不盡如人意。直到鋰電池后來居上，中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)才開始快速發(fā)展。因此，目前電動汽車動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，錳酸鋰原來循環(huán)壽命和能量都比較低，不適合用在動力汽車上，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，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。

目前中國國內(nèi)電動汽車比較常用的是鎳鈷錳酸鋰電池，也被稱為三元鋰電池，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。按照國家動力電池技術(shù)路線圖規(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)的動力電池。

然而，三元鋰電池的一個缺陷是，其中的鈷元素穩(wěn)定性較差。“一旦過充，也就是電量充太滿，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?！敝袊姵毓I(yè)協(xié)會常務(wù)副理事長兼秘書長王敬忠向《中國新聞周刊》表示，很多時候，并非充完電就立刻自燃，而是在開過一兩個小時后，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)就是鈷含量過大，極不穩(wěn)定，過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，就不會發(fā)生刺穿隔膜的問題，如果研發(fā)成功，將打開一種新的電池領(lǐng)域。

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

在中國電池工業(yè)協(xié)會常務(wù)副理事長兼秘書長王敬忠看來，如果是電池引發(fā)起火，一般有三種原因，一是過充引發(fā)自燃;二是在行駛過程中線路松動，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)量問題。

而一位來自電池產(chǎn)業(yè)不愿具姓名的技術(shù)人士向《中國新聞周刊》透露，在電動化的基礎(chǔ)上，新能源汽車主動安全措施比燃油車多。例如新能源汽車可通過后臺數(shù)據(jù)實(shí)時分析，預(yù)測故障，提前識別，降低危險等級。

對于高比能動力電池?zé)崾Э貑栴}，這位技術(shù)人員表示已有技術(shù)解決方案。例如對于內(nèi)短路，可以在電池內(nèi)部熱量急劇上升之前就對短路情況進(jìn)行預(yù)警;針對過充電，通過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同時也能防止電池老化問題。

從材料領(lǐng)域，可以對正極材料進(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，在熱傳遞路線上填充隔熱材料，也可以有效阻斷熱傳導(dǎo)。

“總的來說，目前電動汽車自燃事故率并不比燃油車高，不具有普遍性?！鄙鲜黾夹g(shù)人員說。

財政刺激

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

財政部、工業(yè)和信息化部、科技部、國家發(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、新能源客車、新能源貨車補(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，對新能源汽車動力電池系統(tǒng)能量密度、新能源汽車整車能耗要求，以及純電動乘用車?yán)m(xù)駛里程等提出了更高要求。

這并不是新能源汽車補(bǔ)貼第一次調(diào)整，早在2009年，財政部就啟動節(jié)能與新能源汽車推廣工作，對公交、出租、郵政等公共服務(wù)領(lǐng)域新能源汽車購置和運(yùn)營給予補(bǔ)貼，促進(jìn)公交車輛結(jié)構(gòu)調(diào)整和公共服務(wù)領(lǐng)域節(jié)能減排。

2016年以來，根據(jù)技術(shù)進(jìn)步、成本變化以及國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)發(fā)展等情況，已經(jīng)開始對新能源汽車補(bǔ)貼實(shí)行動態(tài)調(diào)整制度。

據(jù)財政部經(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，為了使新能源汽車產(chǎn)業(yè)平穩(wěn)過渡，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)十年的財政補(bǔ)貼政策，不僅刺激了新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也使得電池產(chǎn)業(yè)遍地開花，中國電動汽車百人會今年1月發(fā)布《鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告（2019）》（簡稱“報告”）顯示，中國鋰電池已成為全球消費(fèi)主要市場，占比超過全球一半，同時也拉動了上游材料的發(fā)展。由于新能源汽車的帶動作用，中國鋰電池產(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120GWh。根據(jù)規(guī)劃，到 2018 年底產(chǎn)能預(yù)計(jì)達(dá)到 180GWh。

報告認(rèn)為，在補(bǔ)貼政策的強(qiáng)力刺激和動力電池目錄的精準(zhǔn)保護(hù)下，為中國動力電池企業(yè)的發(fā)展贏得了寶貴的緩沖和發(fā)展時間，中國新能源汽車基本配套本土 動力電池產(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)在華鋰動力電池出貨量合計(jì)僅為986MWh，在國內(nèi)鋰動力電池市場份額為 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，投資過熱，企業(yè)擴(kuò)產(chǎn)過熱，最終導(dǎo)致產(chǎn)能超過市場需求。

報告中對動力電池的供需市場做了數(shù)據(jù)分析，按照中國2020年新能源汽車的產(chǎn)銷200萬輛的發(fā)展規(guī)劃，2020年市場對動力電池的需求量約為100GWh。但截至2017年，動力電池的規(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)能過剩問題出現(xiàn)。

根據(jù)報告，高端不足反映在龍頭企業(yè)的出貨量供不應(yīng)求，以寧德時代、比亞迪為龍頭的高端產(chǎn)能集中陣營，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。

而處于市場中低端的企業(yè)，一般缺乏核心技術(shù)、整體自動化水平低、同質(zhì)化惡性競爭嚴(yán)重，部分企業(yè)開工嚴(yán)重不足，加上受新能源汽車補(bǔ)貼退坡和上游原材料價格變化的影響，企業(yè)兩頭受壓，小廠商的生存變得舉步維艱。此前遍地開花 的“小、散、亂”動力電池企業(yè)，將在市場競爭中被淘汰。據(jù)電動汽車百人會統(tǒng)計(jì)，2015～2018年上半年，中國動力電池配套企業(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)展新能源車的契機(jī)，尋求自身發(fā)展的電池企業(yè)，才會在市場競爭中存活下來。”王敬忠說。

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

“國家政策很明顯，堅(jiān)持扶優(yōu)扶強(qiáng)，支持企業(yè)做大做強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)全國目標(biāo)。這就意味著將來會形成2～3家全球知名的整車和電池企業(yè)，自主掌控核心關(guān)鍵技術(shù)，并在國際市場上占有比較大的份額?！鼻笆鰳I(yè)內(nèi)人士表示，因此，在他看來，當(dāng)前動力電池的發(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，從根本上提升競爭力。

瓶頸待解

目前，車企在選擇電池的過程中，多以能量密度為重要指標(biāo)，從生產(chǎn)成本來看，鋰電池的生產(chǎn)成本比燃油車高20%～30%，目前這一價格差異是靠補(bǔ)貼和限購等政策維持，但王敬忠擔(dān)心，如果續(xù)駛里程與安全性問題達(dá)不到平衡的話，一旦取消補(bǔ)貼，新能源汽車全面推向市場化，競爭力依然不足。

對于成本問題，中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)汽車安全與節(jié)能國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任歐陽明高曾撰文做了一個詳細(xì)的測算，電池產(chǎn)業(yè)經(jīng)過一定時期的發(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，而且在這個數(shù)值區(qū)間中，電池廠的純利潤還在10%以上。

據(jù)歐陽明高介紹，電池材料主要在青海，一噸碳酸鋰成本為1萬～3萬元，賣價在15萬～17萬元，存在高額利潤。如果價格達(dá)到每噸3萬～5萬元的合理區(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，寧德時代的副董事長黃世霖在去年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，基本動力電池的成本一定低過1元/wh。動力電池的技術(shù)路線也不斷清晰，最后是固態(tài)金屬電池。

但除了價格成本之外，一個隱形的成本是電池的使用壽命問題，平均一塊動力電池使用壽命為4～5年，之后進(jìn)行統(tǒng)一回收。王敬忠表示，一般回收的動力電池還有50%左右的電量，盡管無法用于電動汽車，但可以通過技術(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。

除了成本問題，接二連三的電動汽車自燃事故，其安全性再次讓消費(fèi)者關(guān)注。王敬忠表示，此前，在制定動力電池標(biāo)準(zhǔn)時，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，作為動力汽車的電池，制定標(biāo)準(zhǔn)時首要考慮的應(yīng)該是安全性，而非續(xù)航能力，否則，一次安全事故就會在消費(fèi)者心中產(chǎn)生陰影，從而對市場產(chǎn)生影響。

在鋰電池續(xù)航能力問題上，王敬忠建議，未來可以聯(lián)合下游的新能源車企，通過設(shè)定統(tǒng)一的電池尺寸，建立換電站解決電池問題，屆時，人們可以將車開到換電站，只需三分鐘就能換一塊充滿電的電池。而換電站則可以利用晚上時間充電，一方面專人負(fù)責(zé)，避免過充;另一方面，晚上非高峰用電時段，電價也能相對便宜，從而解決成本問題。

“但只有電動車達(dá)到一定生產(chǎn)規(guī)模，至少上千萬輛，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?！蓖蹙粗艺f。