动力电池的安全与性能平衡关系

汽车电动化已成为全球共识。从国家层面来讲，已有国家在不同的时间节点推出了自己的时间表。从企业层面来讲，现在车企都在积极拥抱汽车电动化并做了很多布局。

从共识变成现实，主要有两方面工作最为关键：一方面是对新能源汽车动力电池技术方向的选择，另一方面是在此基础上怎样去解决现在面临的技术的难题或者问题。

新能源汽车动力电池可选择的方向很多，一百多年前第一辆汽车就是电动的，但当时电池技术不成熟，没有实现产业化，那时候是铅酸电池。

现在新能源汽车行业使用最多的是锂电池。从目前时间节点看，现代锂电池仍然是未来很长一段时间的主流，目前还看不到有被挑战的势头。

下一代固态电池和燃料电池也可能在未来占领主要位置。尤其是燃料电池在政策层面得到了引导和推进。锂离子电池作为目前用的最多的技术路线，安全问题较为突出。同时还存在成本的问题，尤其是补贴退坡后问题更加突出。

动力电池为什么会有安全问题？

动力电池最为核心的是安全问题，是现在所有矛盾里面最难解决和最棘手的问题。安全是非常复杂的系统，涉及方方面面，能量密度、循环、快充、成本等都是复杂混合的系统，这里面的环节相当复杂。

锂电池是储存能量的装置，能量分为两个部分：一是可逆的进行转换，在充放两端可逆的进行。二是本身的能耗，在发生氧化反应时能够释放热量。

电池在正常工况情况下，电池充放电或者能量转换的速度是可控的，但是能量是以电的形式，如果发生短路，能量释放速度又非常快，就会导致热量大量积聚，当速度达到不可控的时候就会发生爆炸起火，这就是锂电池为什么会有安全事故的根源。

电池热失控有一个触发机制，经历触发机制有几个阶段，先是负极材料本身分解，负极材料产生热量，反过来正向激励，导致整个能量释放不可控，电池爆炸起火。

如何防止电池热失控？首次是原材料的选择，尽量选择安全等级高，或者释放能量少的材料来做电池。另外，从电池设计角度来讲，现在电池安全事故绝大部分原因是电池缺陷造成的。安全是个系统工程，它不只是材料环节，从电池系统材料到整个电池包，直至电池的使用环节。

以比克电池为例，从原材料到电池包、模组，BAK圆柱电池目前在安全上实现了全面突破。比克在电池包里随机选了28个电池一次引爆，看看电池引爆之后对整个热系统，对整个车影响的评估，目前结果比较理想。

哪些因素影响动力电池安全？

电池包需要保证在任何一个电池发生热失控的情况下，电池包仍然完好，仍能正常运行。任何一个单体电池发生热失控，电池包仍然电压正常。在整车里面，任何一个电池发生了安全事故之后，整车不会燃烧，还可以继续运行，并且需要警报提示驾驶者开到4S店维修。

关于电池性能与安全之间的相互关系，高能量密度大家非常关心。高能量密度有两个方向，一是选一些新材料，现在比较多的是高镍+硅材料，二是在有限空间里提供更多的材料、更多的能量。由于高镍+硅材料的应用，新能源车从最早3价镍含量，到现在8价镍含量，材料本身热能量下降。

电池的设计，尤其是安全设计挑战很大，安全问题很难解决，这也是为什么高镍产量在方形电池方面应用比较少的原因。另外，负极高能量密度的硅材料，特别容易破碎，容易导致整个结构破裂和粉化，循环性也可能变差。

还有一个痛点就是电池快充。目前在快充方面做的比较好的是3C、4C快充能力，车主们都希望新能源汽车充电时间最好和燃油车加油时间接近，而不是长时间的充电等待，但电动车主的需求和行业现状差距仍然较大。

快充为什么影响电池性能？因为快充就要有很大的电流对电动车充电，大电流充电意味着速度很快，就会直接导致电池热量进入，温度上去，这是严重裂化安全性能的影响因素。另外，在快充的时候，锂电池可能输入更多能量，其中必然会有金属锂，金属锂是非常活泼的金属，电池性能会裂化，所以快充是造成动力电池安全的一个重大隐患。

此外，在長期使用过程中，电池产品安全特性到底会如何演化，这个问题非常重大，但现在做的工作相对较少。

深圳市比克动力电池有限公司平台研究院副院长陈辉表示，比克有专门的团队去研究锂电池在全生命周期安全与性能的变化，电池到生命后期时，材料结构、个人因素等都会容易导致热失控反应，所以电池安全是非常重要的课题。

最后是成本问题，安全问题尽管复杂，但现在有很多措施能去解决。锂电池毕竟是工业品，一定要在成本和安全之间做到平衡。不是安全问题不能解决，安全问题能解决，但成本问题需要在客户接受范围内。所以强调成本，在成本和安全之间追求一个平衡。

总结一下，安全问题的解决核心是控制能量转换的速率，以及由此带来的热积累。怎么样去做到安全成本、性能互相制约和互相耦合的平衡，是眼下应该着力解决的问题。

（本文素材源于2019全球新经济年会速记，文中专家观点未经本人审阅。）