动力电池安全焦虑

贺斌

就社会关注的电动汽车自燃事件，4月30日深夜，蔚来汽车官方微博发布西安维修中心蔚来ES8自燃事故的说明称：“该车辆在送修前底盘曾经遭受过严重撞击，导致动力电池包左后部外壳与冷却板大面积变形。电池包内部结构在被挤压的状态下经过一段时间后形成短路，最终引发火情。”

此前几天也有媒体报道称，上海特斯拉自燃初步检测是电池短路导致。

尽管目前两起电动汽车因电池所引发的自燃事故的原因尚无最终结论，但是电动汽车的安全性已经引发消费者的担忧，而动力电池安全性则是焦虑的主要来源。

缘何起火？

中国的动力电池技术，曾经历过铅酸电池、镍氢电池等，都不尽如人意。直到锂电池后来居上，中国新能源汽车产业才开始快速发展。因此，目前电动汽车动力电池主要是锂电池，分为锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、钴酸锂等。

其中，锰酸锂原来循环寿命和能量都比较低，不适合用在动力汽车上，现在尽管性能有所提高，循环寿命也只能达到1000多次。磷酸铁锂电池热稳定高，安全性能好，循环寿命长，理论上能达到3000～4000次，实际也能达到2000次，但充一次电仅能跑100～200公里。

目前中国国内电动汽车比较常用的是镍钴锰酸锂电池，也被称为三元锂电池，性能上好于锰酸锂，能量密度能达到200～300wh/kg，能量密度越高，续驶里程越大，理论上能达到400～500公里。按照国家动力电池技术路线图规划，2020年锂离子电池的单体能量密度目标为350Wh/kg，系统能量做到260Wh/kg。因此，三元锂电池是目前最接近这一标准的动力电池。

然而，三元锂电池的一个缺陷是，其中的钴元素稳定性较差。“一旦过充，也就是电量充太满，容易产生结晶，刺破电池隔膜，发生短路，或产生大量余热进行燃烧。”中国电池工业协会常务副理事长兼秘书长王敬忠向《中国新闻周刊》表示，很多时候，并非充完电就立刻自燃，而是在开过一两个小时后，慢慢发生内部短路。

特斯拉的电池主要采用钴酸锂电池，其优点是能量密度大，续航能力强，缺点就是钴含量过大，极不稳定，过充或碰撞都有可能造成燃烧爆炸。据王敬忠介绍，现在特斯拉已很少用钴酸锂电池，而是改用三元锂电池。

正因为如此，现在在动力电池研发中，正在努力去钴化。据王敬忠透露，目前业内正在研究一种全固态电池，即电解液是固态的，就不会发生刺穿隔膜的问题，如果研发成功，将打开一种新的电池领域。

一些业内标准也在努力解决这一问题，即将发布的新国标（《电动汽车用锂离子动力蓄电池安全要求（征求意见稿）》）中，对电池包和电池系统层级提出了更严格的安全要求。比如要求电池包振动测试后再进行防水测试，增加了电池包热扩散测试，确保单体在发生热失控时，5分钟之内系统不发生热扩散，确保人员逃生时间等。

在中国电池工业协会常务副理事长兼秘书长王敬忠看来，如果是电池引发起火，一般有三种原因，一是过充引发自燃;二是在行驶过程中线路松动，造成接触电阻大引起发热，引发起火;三是电池本身的质量问题。

而一位来自电池产业不愿具姓名的技术人士向《中国新闻周刊》透露，在电动化的基础上，新能源汽车主动安全措施比燃油车多。例如新能源汽车可通过后台数据实时分析，预测故障，提前识别，降低危险等级。

对于高比能动力电池热失控问题，这位技术人员表示已有技术解决方案。例如对于内短路，可以在电池内部热量急剧上升之前就对短路情况进行预警;针对过充电，通过BMS（电池管理系统）准确的监控和保护，完全可以避免， BMS同时也能防止电池老化问题。

从材料领域，可以对正极材料进行包覆予以改进;以单晶颗粒替代多晶颗粒的正极材料，也能改善电池热稳定性，从而提高电池安全性;此外，在热传递路线上填充隔热材料，也可以有效阻断热传导。

“总的来说，目前电动汽车自燃事故率并不比燃油车高，不具有普遍性。”上述技术人员说。

财政刺激

今年3月26日，一则新能源汽车补贴退坡的消息，让新能源汽车市场为之一震。

财政部、工业和信息化部、科技部、国家发展改革委当天联合发布通知，进一步降低新能源乘用车、新能源客车、新能源货车补贴标准，在2018年基础上平均退坡幅度约为50%。与此同时，对新能源汽车动力电池系统能量密度、新能源汽车整车能耗要求，以及纯电动乘用车续驶里程等提出了更高要求。

这并不是新能源汽车补贴第一次调整，早在2009年，财政部就启动节能与新能源汽车推广工作，对公交、出租、邮政等公共服务领域新能源汽车购置和运营给予补贴，促进公交车辆结构调整和公共服务领域节能减排。

2016年以来，根据技术进步、成本变化以及国内外产业发展等情况，已经开始对新能源汽车补贴实行动态调整制度。

据财政部经济建设司有关负责人介绍，按照2020年以后补贴退出的制度安排，为了使新能源汽车产业平稳过渡，采取分段釋放调整压力的做法，至2020年底前退坡到位。

历经十年的财政补贴政策，不仅刺激了新能源汽车产业的发展，也使得电池产业遍地开花，中国电动汽车百人会今年1月发布《锂电池产业发展报告（2019）》（简称“报告”）显示，中国锂电池已成为全球消费主要市场，占比超过全球一半，同时也拉动了上游材料的发展。由于新能源汽车的带动作用，中国锂电池产能扩张很快。据不完全统计，2017 年底，主要企业锂电池产能合计已经超过120GWh。根据规划，到 2018 年底产能预计达到 180GWh。

报告认为，在补贴政策的强力刺激和动力电池目录的精准保护下，为中国动力电池企业的发展赢得了宝贵的缓冲和发展时间，中国新能源汽车基本配套本土 动力电池产品。根据研究机构 EVTank统计数据显示，2016 年主要外资企业在华锂动力电池出货量合计仅为986MWh，在国内锂动力电池市场份额为 3.13%。

但值得思考的是，即便产能如此之大，大多数电池企业实际利用率并不高，一般低于40%。在一哄而起的盲目追逐发展中，投资过热，企业扩产过热，最终导致产能超过市场需求。

报告中对动力电池的供需市场做了数据分析，按照中国2020年新能源汽车的产销200万辆的发展规划，2020年市场对动力电池的需求量约为100GWh。但截至2017年，动力电池的规划产能达到228GWh，是2020年需求量的两倍之多。这就导致行业结构性产能过剩问题出现。

根据报告，高端不足反映在龙头企业的出货量供不应求，以宁德时代、比亚迪为龙头的高端产能集中阵营，贡献了行业内70%以上的装机需求量，但依旧供不应求。

而处于市场中低端的企业，一般缺乏核心技术、整体自动化水平低、同质化恶性竞争严重，部分企业开工严重不足，加上受新能源汽车补贴退坡和上游原材料价格变化的影响，企业两头受压，小厂商的生存变得举步维艱。此前遍地开花 的“小、散、乱”动力电池企业，将在市场竞争中被淘汰。据电动汽车百人会统计，2015～2018年上半年，中国动力电池配套企业已从150家降至不到80家，近半数企业已经出局。

“随着2020年补贴政策取消，只有那些初衷是希望凭借发展新能源车的契机，寻求自身发展的电池企业，才会在市场竞争中存活下来。”王敬忠说。

与此同时，国家政策也在向“扶优扶强”方面倾斜，根据最新补贴政策，纯电动乘用车续驶里程不低于250km，动力电池系统的质量能量密度不低于125Wh/kg，其中，125～140Wh/kg的车型按0.8倍补贴，140～160Wh/kg的车型按0.9倍补贴，160Wh/kg及以上的车型按1倍补贴。

“国家政策很明显，坚持扶优扶强，支持企业做大做强，实现全国目标。这就意味着将来会形成2～3家全球知名的整车和电池企业，自主掌控核心关键技术，并在国际市场上占有比较大的份额。”前述业内人士表示，因此，在他看来，当前动力电池的发展战略重点应不再是产能扩张，而应是如何优化产能，通过核心技术创新和智能化水平实现产品的提质降本，从根本上提升竞争力。

瓶颈待解

目前，车企在选择电池的过程中，多以能量密度为重要指标，从生产成本来看，锂电池的生产成本比燃油车高20%～30%，目前这一价格差异是靠补贴和限购等政策维持，但王敬忠担心，如果续驶里程与安全性问题达不到平衡的话，一旦取消补贴，新能源汽车全面推向市场化，竞争力依然不足。

对于成本问题，中国科学院院士、清华大学汽车安全与节能国家重点实验室主任欧阳明高曾撰文做了一个详细的测算，电池产业经过一定时期的发展，电池的能量密度在不断地提升，成本持续下降。5年之间，单体比能量提升了1倍，现在已经达到 200 wh/ kg，系统成本在1.5元左右，而且在这个数值区间中，电池厂的纯利润还在10%以上。

据欧阳明高介绍，电池材料主要在青海，一吨碳酸锂成本为1万～3万元，卖价在15万～17万元，存在高额利润。如果价格达到每吨3万～5万元的合理区间，电池成本将大幅下降。

而一些企业已经在努力降低成本，宁德时代的副董事长黄世霖在去年9月的一次演讲中提出，希望在2020年之前能量密度可以达到300wh/kg。从成本角度来讲，正极材料正逐渐走向高镍的三元材料，负极材料已走向量产，电解液、薄膜等，到2020年时，基本动力电池的成本一定低过1元/wh。动力电池的技术路线也不断清晰，最后是固态金属电池。

但除了价格成本之外，一个隐形的成本是电池的使用寿命问题，平均一块动力电池使用寿命为4～5年，之后进行统一回收。王敬忠表示，一般回收的动力电池还有50%左右的电量，尽管无法用于电动汽车，但可以通过技术手段用于其他领域，直到电量耗光，达到节能环保的目的。

除了成本问题，接二连三的电动汽车自燃事故，其安全性再次让消费者关注。王敬忠表示，此前，在制定动力电池标准时，主要考虑的是续驶里程，但如何在续驶里程和安全性之间实现平衡，目前还在研发之中。他认为，作为动力汽车的电池，制定标准时首要考虑的应该是安全性，而非续航能力，否则，一次安全事故就会在消费者心中产生阴影，从而对市场产生影响。

在锂电池续航能力问题上，王敬忠建议，未来可以联合下游的新能源车企，通过设定统一的电池尺寸，建立换电站解决电池问题，届时，人们可以将车开到换电站，只需三分钟就能换一块充满电的电池。而换电站则可以利用晚上时间充电，一方面专人负责，避免过充;另一方面，晚上非高峰用电时段，电价也能相对便宜，从而解决成本问题。

“但只有电动车达到一定生产规模，至少上千万辆，才能考虑大规模建换电站，要达到这一目标，可能至少需要十年。”王敬忠说。