起火频发，根源何在？

甄文媛

直接原因：诱因复杂的热失控

“随着新能源汽车的保有量不断提升，安全问题正逐步凸显，形势也越来越严峻。”交通部运输服务司副司长蔡团结透露，据交通部统计，截至今年6月底，全国共发生涉及新能源汽车安全事故19起，原因大多与产品质量以及气候有关。

事实上自去年以来，国内新能源汽车再次进入一轮起火高发期，根据国家市场监督管理总局的数据，2018年国内至少发生了40起涉及新能源汽车火灾的事故。来自其他口径的数据则远比这些严峻。

这些起火都是在什么情况下发生的？据了解，从今年上半年的情况看，有29%发生于充电时，有19%处于行驶状态，还有19%是在停放时发生的。

是什么原因导致了电动汽车起火？数据显示，过去8年中，国内新能源车着火事件中与动力电池相关案例为92例，占比高达86%，直指电动汽车上化学性质最活跃的锂离子动力电池。资料显示，锂离子电池主要由正极、铝箔、负极、铜箔、隔膜和电解液组成，电解液中通常含有大量自带燃爆属性的有机物。有专家将锂电池比作一个小屋子，里面关着“火药桶”、“助燃剂”和“打火机”，三者之间只用一层“保鲜膜”隔开。

但往往事故的发生也非电池本身的原因，如果从整个车辆设计角度看，其他总成及部件的缺陷最终也可导致起火。由于电动车起火可能与电器线路、机械干涉和外部火源等因素相关，且部分证据会在燃烧过程中消失或发生变化，这种调查非常困难，原因分析也异常复杂。但目前业内的普遍观点是，至少从表象看，电池过热引起热失控是导致起火的主要原因。而引发热失控的因素也较为复杂。

“电池包温度不均匀、过充过放、外短路、内短路等都会引发过热，另外电池进水、密封不好、碰撞等也会引发过热。”中国科学院院士、中国电动汽车百人会执行副理事长欧阳明高从技术角度分析指出，热失控包括诱因、发生和蔓延三个过程，诱因主要有两个，一是过充、快充、老化电池、低温充电等导致的析锂，二是各种原因导致的内短路。

首先，近期发生的充电事故的分析表明，主要是不当快速充电或过充引发电池析锂，导致热失控温度大幅度下降，从219℃下降到107℃，并与电解液剧烈反应，导致电池在107℃发生热失控。通过实验表征发现，在快充的时候能够明显看出析锂的产生，引起动力电池热稳定性变差，以及迅速衰减。欧阳明高认为，问题主要在于当前新能源汽车行业过分追求快充，但充电算法过于简单，因此难以保证安全。

其次，内短路是电池热失控的共性环节，各种各样的原因都可能产生不同类型的内短路，包括机械变形、挤压、撕裂，隔膜破裂、过充过放、极端过热等。而更危险的一种内短路是自引发内短路，如波音787的事故，是在制造过程中引入的杂质和颗粒，在长期运行之后累积演变发生的。这种问题解决的难点在于，枝晶生长是可以模拟的，而内短路较难进行实验再现，需要发展各种各样的替代实验方法。

另一个需要注意的问题是，近两年来动力电池产业迅速发展，其正极材料已经从早期的LFP，发展到NCM111、NCM523、NCM622，再到现在的NCM811，由此带来的重要变化是正极材料的释氧温度在逐步降低。此外，隔膜材料也发生了很多变化，从PE、PP、PE+Ceramic到PET材料，其耐热温度已经很高，可以达到300℃;而随着这两种技术的变化，热失控的机理也在发生变化。欧阳明高指出，早期电池大多由于隔膜崩溃引发大规模内短路导致热失控，但目前使用的耐高温隔膜配811正极动力电池，正极材料释氧变成了引发热失控的主因。实验结果表明，在没有内短路的情况下，把隔膜完全去掉，电解液抽干依然会发生热失控。当把正负极粉末混合进行测试，会出现剧烈的放热峰值。通过进一步的分析发现，充电态正极材料在250℃左右开始出现相变，并释放活性氧，产生的氧气与负极发生反应，放热量急剧增加，因此在新电池体系中，正负极氧化还原反应产生大量热量是导致热失控的直接原因，而不仅仅是传统电池体系中隔膜崩溃导致内短路引发热失控。

设计、制造等环节何以问题百出？

从材料、隔膜、粘接剂、结构、封口到生产工艺、生产过程控制等等因素都有可能最终引发电动汽车的着火事故，如此复杂多样的诱因又是如何产生的？“主体原因我们认为是产品质量问题。产品质量问题就是指产品在设计、制造、验证、使用过程中没有严格遵守相关技术标准和规范。”欧阳明高如是表示。

从设计角度看，不少新能源汽车从业者对“车规级”动力电池的理解非常有限。在2019首届中国国际电动汽车安全技术创新大会上，中国汽车动力电池创新联盟副秘书长、中国电动汽车充电基础设施充电联盟副秘书长王子冬指出，不少企业都是先生产常规的动力电池，然后看在车上往哪里安装合适，有的甚至哪里能“塞”就“塞”哪里，而非根据车的需要重新设计动力电池。这一点在前几年的新能源汽车产品上表现得尤为突出。而且，车规级电池看的是系统的综合性优势，而非单体的某个指标表现突出。

2018年新能源汽车事故数据统计

事故分析：析锂

電池系统安全失效分解

二、电动汽车频发燃烧的根源分析

这种理解缺陷也直接导致了对车用动力电池可靠性的认识偏差。清华大学锂离子实验室主任何向明认为，事故多发的主要原因是产品可靠性不高，很多电池厂根本不考虑电池这种产品的可靠性（就去做），在很多人的概念里就是实验室的电池，不是一个工业产品。

在降成本的重压之下，近两年动力电池价格的年均降幅达20%-30%。王子冬指出：“低成本不是用便宜的材料造东西，而是要找到低成本的方法，满足电动汽车的参数状态，满足回收方便性、电池梯次利用等一系列问题。”而一些企业恰恰没有找对方法，例如有的企业为降低电池的成本及重量，甚至将隔膜的厚度降至原来的五分之一左右，有的电池产品在设计时就没有考虑调温系统，诸如此类设计阶段就存在的缺陷大大增加了安全风险。

据国家市场监督管理总局质量发展局副局长王赟松透露，在已经发生的召回案例中，涉及新能源汽车的数量为12.3万辆。其中，受调查影响引发的召回11.6万辆，占新能源汽车召回总数的94.3%。截止2019年6月，国内新能源汽车保有量已经达到344万辆。而在引发召回的缺陷中，三电系统占比达50%，制动系统占比紧随其后（40%）。而导致三电系统缺陷的原因中，4成源自设计，6成源自制造;导致制动系统缺陷的均为制造原因。

从制造层面看，一致性是当前动力电池面临的重大问题。“动力电池生产的一致性非常重要，过去几年国内动力电池的合格率并不高，但却一块不剩全部都流入行业。”蔡团结的这一担心正缘于此。

电芯的一致性问题给电池企业和整车企业带来不小的困扰，因为其性能的优劣决定着电池组整体水平，能直接影响电池组的寿命、安全以及动力电池的制造成本和维护成本。而影响电芯一致性的因素较多，原材料、生产过程、BMS系统乃至出厂检验都可能是问题之源。

但动力电池的一致性问题不仅限于电芯层面，王子冬指出：“实际上很多不是电池厂的问题，电芯一致性差的问题占比可能只有10%，60%的问题源于电池组合当中的不一致，还有30%与充电有关。因此让电池的单体、模块、成品能够步调一致地工作是很难的事。”

测试验证何以严重不足？

如果产品在设计制造环节存在问题，后续的测试及验证环节为何没有及时发现？

欧阳明高认为，“首先，电池产品测试验证不足。有些企业盲目追求高比能量密度，缩短了测试验证时间;有时为缩短开发周期采用物理的改进方法，导致安全性能下降。其次，电池测试验证手段不完善，不能反映实车使用条件，大部分企业没有建立企业内部电池安全测试标准。”

何向明则进一步解释说，更重要的一点就是不少企业的测试方法没能涵盖安全问题发生的原因。还有车辆使用过程中的一些动态的问题不断恶化，比如充电问题、防水、继电器接触等，在目前电动车的年检里，许多问题并未被包含在内，所以这些隐患会持续下去。

来自东软睿驰的大数据监测部分验证了这一观点。东软睿驰汽车技术（沈阳）有限公司汽车电子研究院院长商国平介绍说，企业根据近年来积累的行业数据做出了动力电池U型曲线，早期的故障已经可以看到原因所在，“问题在于车辆生产出来后验证时间不足，很多的数据显示半年之内的新车是发生事故率最高的时候，为什么？因为这一时期本该处于厂家的验证阶段，但是没办法已经出厂了，从整车到所有相关部件都没有完成稳定、成熟的验证。产品中期的故障率比较小，后期又是一个高发阶段。”

为什么会出现验证时间严重不足？企业又为何会自行缩短验证时间？

不止一位业内专家提出，近两年的国家补贴政策在技术指标上每年提高一个台阶，并没有给企业留下充足的时间。而不少企业则是为了拿到补贴而强行跟上标准变化的节奏。

一直以来，国家对新能源汽车的补贴金额一直以续航里程长短为重要发放依据，虽然早已明确补贴将在整体上逐年退坡，但对符合标准的长续航里程和高能量密度产品的补贴却不降反升。特别是近两年来对动力电池能量密度的要求更是逐年拔高。2017年要拿到全额补贴的门槛为105Wh/kg，2018年这一门槛已经提高到120Wh/kg，并为达到更高的能量密度的产品提供1倍以上的补贴。

据了解，要跟上国家对动力电池能量密度的变化节奏需要对电池正极和负极材料进行大幅改进，为之匹配相适应的高电压电解液，耐高温、高强度的隔膜，并进一步研究锂电池安全控制结构、系统保护结构等技术，而这些问题的解决都需要24-28个月的时间。王子冬介绍说，例如仅材料开发就需要8个月左右，因为还需要留出调整和工业化生产的时间，另需10个月左右的时间验证电池产品的可靠性和稳定性，此外，国家行业检测机构还要做市场准入的检测（3个月），还要上车做实验（5个月）。

验证时间严重不足已经成为困扰生产企业的一大问题。“尤其是今年以来，出了很多安全问题，我个人认为大部分是因为产品快速迭代引起的。”多氟多新能源科技有限公司董事长李云峰感慨，在上世纪60年代到80年代，芯片行业的发展不管从设计层面还是工程层面，包括应用场景都要比汽车电池的难度小得多，传统燃油车也是一般三年出一代新车，而目前对于新能源汽车的要求几乎是一年一迭代，变化非常快。电池也按照新的标准一年一变更，几乎要超越摩尔定律，实在太困难了。

更让他担心的是，今年以来出售更多的是高能量密度电池，从整车、材料、模组、电芯、系统等五个层面都要进行调整改进，这就导致了整个的安全性问题没有得到很好的解決。但也有值得庆幸的一点，即今年的补贴政策没有再进一步提高指标，“没有类似拔苗助长的要求，安全问题对企业来讲可能会压力没那么大，这样就能得到一些缓解。”

片面追求长里程之祸

业内专家指出，补贴政策一年一变、动力电池相关指标逐年提高似乎还不是最严重的。以更长的续航里程、更高的电池能量密度作为补贴标准才是最关键的导向问题。

“纯电动车追求长里程的发展路线，是烧车频发的原因。”中国工程院院士杨裕生认为，近两年的补贴政策总体导向是重金补贴长里程纯电动车，让补贴与纯电续驶里程挂钩，特别是2018年对长里程纯电动车的补贴没有减少，反而增加，这样就引出了“多装电池追补贴”的新高潮。

不仅如此，补贴还和电池组的比能量挂钩，比能量越高，补贴越高，相应指标还年年提高。杨裕生认为，这就容易诱导企业盲目追逐高比能量电池，而且等不及考验、改进、成熟就上车。而锂电池的特性却是能量密度越高，危险性越大。因为电池组自燃概率除了与电池本身有关以外，还与电池总量成正比，雙挂钩的补贴政策导致电池过度多装和急促高能化，安全性则在这双重因素的影响下不断下降。

事实上，对普通消费者而言，新能源汽车特别是纯电动车的里程焦虑是困扰其接受度的一大问题。补贴政策设置这些技术指标的本意是提高核心技术水平，解除消费者的顾虑，让纯电动汽车更顺利地普及。而安全本是汽车类产品应达到的最基本的要求。

但锂电池的特性决定了高能量密度与高安全本就是一对矛盾体。杨裕生曾打了一个生动的比方：这就好比将狼和羊关在同一个笼子里，狼不能饿死，羊也必须活着且长得肥。有专家甚至指出，在保证安全性的基础上不断提升能量密度根本是个伪命题。而更多企业则在其中不断探索平衡之道。

近年来，整个动力电池产业正向300瓦时/公斤的高比能量密度迈进，高镍三元811电池已经开始走入市场。为不断提升电池能量密度，从532、622到811，电池行业在材料层面上不断提升镍的比例，业内专家指出，高比能量电池将面临更严峻的安全技术挑战，因为811电池跟622或者532电池相比，热稳定性较差。高镍正极对全电池安全有较大的影响，硅炭负极对安全性能在初期影响不大，但是在循环衰减后影响比较大。这种电池很容易出现安全性能下降、充电效率下降、过热等问题，生产条件也非常严苛。安全性要求比之前要大大提高。而国家原本的产业化目标则更高：2020年电池单体能量密度达到350瓦时/公斤，系统260瓦时/公斤，循环寿命2000次。

杨裕生认为，当前的政策激化安全与里程矛盾，后果就是电动汽车烧车频发，车辆变重，耗电更多，实际排放加重，也背离了电动汽车节能减排的宗旨。更严重的是这种和里程挂钩的思路也延伸到了双积分政策，里程越长，积分越多，这也很容易产生副作用。“这种思路也是造成发展路线、政策、技术发生问题的根源。”