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从电池问题展开来,动力电池就如传统燃油车的发动机一样成为纯电动汽车的核心部件。但近两年间,随着国内新能源汽车保有量逐年增加,涉及到动力电池的自燃、爆炸等问题频发,引发用户对纯电动汽车安全问题的担忧。2020年1-12月,国内有报道的电动车自燃事件达61起,且大部分与电池有关。因动力电池引发的安全问题被广泛关注。
事实上,自燃现象并不是纯电动汽车独有,传统燃油车也时常发生,频率甚至远高于电动车。2020年以来,新能源汽车年化火灾事故率是0.0026%。根据公安部有关部门公布的数据,传统燃油车的年火灾事故率约为0.01%~0.02%。但在自燃问题的关注度上,纯电动车却远远高过燃油车。
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电池自燃爆炸实际上是一种电池“热失控”行为,也就是到达一定的温度之后就不可控了,温度直线上升,然后就会燃烧蔓延致其他电芯最终爆炸。而过热、过充、内短路、碰撞等是引发动力电池热失控的几个关键因素。
热失控是锂离子电池使用中最为严重的安全事故,热失控往往是由于锂离子电池在发生了挤压变形、穿刺或者高温炙烤等导致隔膜被破坏引发正负极短路,或者由于电池外部短路,导致锂离子电池内部短时间内积累了大量热量,由此引发局部温度迅速升高,产生大量热量,出现自燃现象。又由于动力电池一般处在密闭空间内,为爆炸提供条件,因此,就出现了很多外界看到的电动车自燃爆炸现象。
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而事实上,造成锂离子动力电池热失控事故的触发原因很多,根据触发的特征,可以分为机械触发、电触发和热触发。3类触发形式具有一定的内在联系。一般地,机械触发会引发短路并造成电触发,而电触发产热造成了热触发,热触发造成的热失控是事故触发的核心。
机械触发包括挤压、针刺、跌落等,主要特征是电池受力发生形变;电触发包括外短路、内短路、过充电、过放电等,主要特征是触发过程中存在电流流动;热触发包括异常加热、火焰加热等,主要特征是电池持续吸收环境中的热量而温度升高。
而锂电池更为危险之处在于,出现失控后释放热量的速度极快,很难给车内人员足够逃生时间。根据了解,三元锂电池在热失控后,一分钟内可释放锂电池内部70%的热量,同时,单体电池形成的火焰又会向周围喷射,形成更大的过火面积,形成火灾,火焰最高温度可达800度。
今年7月,长城也推出宣称能不起火、不爆炸的大禹电池。大禹电池以811高镍电芯为基础,通过热源隔断、热流分配、定向排爆、高温绝缘等设计理念,以“疏导”的方式降低起火概率。
而没有改变技术路径的车企,也在最大程度为车上人员提供安全的逃生时间,例如某德国品牌就是通过提升大众内部安全要求,保障在热失控出现十分钟内不起火、不爆炸,为驾乘人员提供足够的逃生时间。
为了实现热失控蔓延的延迟或者阻断提高人员逃生时间,也可以通过蜂窝式单独腔体结构或仿熔断器的镍带设计等方式来防止热失控蔓延,这是目前比较常用的解决方案。考虑到成本和电池包体积重量问题和需要主动性抑制电芯与电芯间的热传递,我们需要一种更轻薄更高效的材料介入。在电芯与电芯之间的热传递过程中,热触发的德耐隆改性耐火隔热毡会被释放,材料本身的超低热导率及良好的柔性和1500℃以上的高耐温等级使其有效地抑制隔断温度的传递,从而抑制了电池组件的着火蔓延增加了车内人员逃生的时间。
不难看出,车企和动力电池生产商正在尝试通过不同技术路径,最大程度地保障电池安全。与此同时,未来全新的电池技术也在被寄予厚望。