降低起火概率一個數量級 蜂窩電池安全性更高嗎？

我國儲能網訊：“歷史上有一個著名的戰斗——赤壁之戰，在這場戰斗中，曹操因用鐵鏈把戰船拴在一起而損失慘重。為甚么？因為當周瑜大軍起火的戰船燒過來的時候，曹操軍隊的戰船因連在一起一時無法解開，災難自然就不可戒備。倘若拴戰船的鐵鏈能夠自動斷開，曹操至少不會損失如此慘重，最多也就是外圍的幾艘戰船被燒，依然可以保存實力。”江淮華霆動力有限公司董事周鵬在向《我國汽車報》記者講解蜂窩電池的技術原理時，首先舉了一個簡單易懂的例子。他說，蜂窩電池技術即是如此，因為可以自我斷開就可以切斷壞電芯對外擴張的通路，保護整體電池組的安全。“這項技術把電池組起火概率降低了一個數量級。”周鵬說。

動力鋰電池技術日新月異，新技術層出不窮，不過，在普遍追求能量密度的情況下，側重于安全技術提升的蜂窩電池顯然有其更緊要的意義。近日，江淮汽車開啟iC5電動車預售，搭載的正是蜂窩電池。那么，這項號稱領先驅業3～5年的“黑科技”真能大幅提升動力鋰電池的安全性嗎？

■運用仿生技術提升電池安全性

在大自然中，六邊形是一個奇妙的圖案。蜂巢幾乎接近正六邊形、烏龜背上有多個六邊形圖案、冬天的雪花有很多是對稱的六邊形……近年來，被稱為“黑金”的石墨烯的碳原子也是按照六邊形排布，相互連接形成碳分子。

大自然經過長期演變篩選出眾多符合自然規律的技術、現象，人類也熱衷于向大自然學習，于是便催生了近代興起的仿生學。江淮汽車在動力鋰電池技術的運用上就借鑒了仿生學的原理，經過4年多的努力，研發出蜂窩電池。

眾所周知，六邊形結構具有較高的穩固性，在工程建設中大量采用六邊形結構。江淮汽車的蜂窩電池同樣采用六邊形結構。周鵬告訴記者，六邊形結構可以吸引一定的碰撞和擠壓能量，即便遭遇較大的外力碰撞、擠壓也不易出現大面積的坍塌。“蜂窩電池采用六邊形結構，并在電芯之間注滿導熱膠，從而做到電池單體之間電隔離和熱隔離。倘若有一顆電芯失效，它不會波及到周邊，因此不會引起連鎖反應。這項技術切斷了壞電芯向周圍擴散的通路，從而確保電池組的安全。”周鵬說。

詳盡來看，首先，“蜂窩電池采用了蜂巢結構的仿生設計，通過外延包覆的UE技術（UnitizedEncapsulation），實現單元化封裝。”周鵬說，”UE技術可以降低電池系統內的熱擴散，并且保持電池系統恒溫，降低季節性溫差對電池續駛里程的影響。”

其次，周鵬告訴記者，蜂窩電池的電芯之間注滿了導熱膠，這保證了電芯的散熱速度。他解釋稱，一個基本的原理是，水冷卻散熱效果好于空氣冷卻的散熱效果。倘若導熱膠與電芯100％接觸將加快電芯的散熱速度。電芯的電化學反應不可戒備帶來熱量散發，導熱膠快速把熱量傳遞出來，可以確保電池組內部的溫差≤3℃。“當電池單體間出現溫度不均衡時，電芯的電化學反應速率會出現不均衡，進而導致電池單體間的循環壽命、容量和內阻出現差異，這種差異會縮短電池壽命。”周鵬說。

第三，除了實現良好的散熱效果，蜂窩電池還具有保溫用途。周鵬形象地解析說，住過鐵皮屋的人都知道，夏季鐵皮屋像一個蒸籠，冬季又寒徹透骨。同理，圓柱電芯都用鐵皮包裹，溫度調節能力很差，在電芯當中注入導熱膠不僅可以散熱，還可以起到保溫用途。在冬季，有了導熱膠的防護，電池可以快速升溫。“低溫會導致電池內部物質的活性降低，內阻、極化電壓新增，快速升溫之后，這些不利影響將能盡快消除。”周鵬說。

■電芯設計同樣重視安全性

從以往發生的多起電動車起火事故來看，電池內部故障是起火的緊要原由。蜂窩電池不僅電池單體之間的防護措施有所改變，在電芯設計上同樣要求配套變化。

據解析，江淮汽車蜂窩電池采用力神的21700NCA電池，這款電池的看點是采用了雙防爆閥設計，容量為1C～4.8Ah（0.2C～5Ah），單體能量密度為245Wh/kg。從能量密度來看，蜂窩電池的能量密度符合主流趨勢，并且處于中上游水平。

記者在長期跟蹤新能源汽車報道的過程中知道到，每家電池公司為了確保安全都設計了防爆閥，不過，以往的圓柱電池都惟有一個位于電芯頂端的防爆閥，但電芯內部一旦發生熱失控，反應將非常劇烈，惟有一端設計了防爆閥，意味著電池發生熱失控時氣體只能從一個方向涌出。這就類似于大炮發射炮彈時，高壓氣體推動炮彈從炮管射出相同，電芯僅一端有防爆閥，意味著在短時間內從防爆端口會噴涌出大量的氣體。而采用雙防爆閥設計，則能分流涌出的氣體，降低爆炸的劇烈程度。周鵬告訴記者：“雙防爆閥設計可以降低電池熱失控時的威力，有助于電池組的安全。”

此外，隨著動力鋰電池能量密度的提升，電芯尺寸普遍增大，那么防護難度自然也會新增。在這種情況下，既要保證安全，又要保證足夠的容量，找到適宜的平衡點至關緊要。“從安全的角度來說，電芯容量倘若超過6Ah，目前電池組的任何防護都很難起到用途。”有業內人士告訴記者。不過，從江淮汽車公布的蜂窩電池來看，其采用的是力神的21700NCA電池，容量僅為5Ah，電池組的防護設計將很好地發揮用途。

另外，從原材料來看，力神電池采用的NCA（鎳鈷鋁）材料也具有較高的安全性。周鵬告訴記者，相比于國內流行的三元材料鋰電池NCM（鎳鈷錳）電池，NCA電池的安全性和穩定性更好，但技術難度也更大。這種難度涵蓋材料技術、電池設計和出產技術。

此外，記者還留意到，我們日常生活中使用的5號電池都有凸起的頂蓋，力神的NCA電池兩端卻都是平的。對此，周鵬告訴記者，這是因為兩端都安裝了防爆閥，確保電池發生熱失控時能夠實現“定向爆破”，讓氣體流向希望導向的方向，不傷及周圍的電池單體，從而確保整體電池組安全。

■經受住檢驗才具有實用價值

踐行是檢驗真理的惟一標準。從理論上看，蜂窩電池的設計思路具有神奇之處，但能否經受得住檢驗？江淮新能源相關負責人向記者展示了試驗測試的錄像。

記者留意到，江淮汽車對蜂窩電池組進行了一些極端實驗。如從底部筆直用汽油加熱，且繼續加熱130秒；筆直用火焰接觸電池組，且繼續燃燒130秒。在這些極端探測中，蜂窩電池都經受住了考驗。

2019年春季，因我國南方雨水較多，電池組的安全防護屢出問題導致發生了多起電動車起火事故。那么，這款號稱具有高安全性的蜂窩電池的防水效果又要怎么樣？記者看到，在防水試驗中，江淮汽車把整個電池組泡入1米深的水池之中，繼續浸泡12個小時并沒有出現問題。這樣的浸水實驗達到了IP68的標準，超過了行業內普遍采用的IP67標準，也是目前行業內的最高標準。

除此之外，車輛行駛中的碰撞也是導致起火的原由之一，電池組在受到擠壓后，電解液因泄露會迅速燃燒。蜂窩電池同樣進行了這方面的測試。記者留意到，實驗人員對電池組進行了最大擠壓力200KN的擠壓，這相當于用20噸的擠壓力對電池系統進行擠壓。同時進行了加速度25G的沖擊實驗。總體來看，蜂窩電池的表現都還比較理想。

周鵬告訴記者，今朝推向市場的蜂窩電池是2.0版本，早在2016年，江淮華霆動力有限公司就開始研究蜂窩電池技術，2017年研發出1.0版本，經過幾年的不斷完善，技術日臻成熟，性能也逐步提升。“更緊要的是，江淮汽車擁有蜂窩電池技術的自主知識產權。在將來還將不斷迭代新版本，為我國新能源汽車發展出一份力。”周鵬說。

周鵬進一步強調，蜂窩電池的最大特點就是提升了安全性，預計可以將電池失效導致的車輛起火概率降低一個數量級，比如，以往1萬輛電動車中有可能發生一起熱失控，運用蜂窩電池技術之后將變成10萬輛才發生一起。

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