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中国动力电池企业围剿安全“灰犀牛”



  近期,包括通用、现代、福特、宝马等多家国际车企的主力电动车型都因动力电池安全问题接连出现召回。这不仅将背后的韩系电池企业陷入舆论漩涡,同时,也在世界范围内将电动汽车安全问题推到了风口浪尖。

  在国内,电动汽车安全问题同样此起彼伏,多家自主品牌车企和新势力车企的安全事故在2020年接连发生,背后的元凶同样指向动力电池,受此影响,一家国内电池企业甚至直接停摆。

  全行业需要警惕的是,全球电动汽车在完成从0到1之后,正在进入大规模市场化快车道,在这个时间节点,安全问题有可能成为电动化进程中的 “不定时炸弹”。

  安全技术是动力电池的第一核心技术,也是电池技术革命性突破的第一重点,是电动汽车可持续发展的生命线。能否真正解决安全风险,将会成为国内外车企在接下来的供应商选择中最为关键的权重因素。

  围绕安全技术的突破,全球的动力电池企业都在与时间赛跑,而在这场赛跑中,中国企业的脚步明显更快一步。今年以来,已经有包括宁德时代、蜂巢能源、欣旺达等多家电池企业针对电池安全问题给出其“不起火”的解决方案。

  9月29日,宁德时代董事长曾毓群在2020世界新能源汽车大会上透露,宁德时代已经开发出不起火只冒烟的电池产品,将于年底在一些车型上量产。

  仅一个月之后,11月6日,蔚来汽车正式上线kWh电池包。该电池包采用宁德时代镍55三元电芯和CTP成组技术,可实现“无热蔓延”。这一电池组即宁德时代此前宣布的“只冒烟不起火”的电池。

  针对宁德时代在电池安全领域的技术进展,宁德时代董事长曾毓群对外做了详细介绍:

  在材料方面,通过原子层级创新,开发出了高稳定性正极材料和高安全电解液,电池耐高温边界提高了40℃,热稳定性大幅提高。

  在电芯结构方面,设计了高集成、强鲁棒的防内短路电极,电芯进行各种滥用测试可以不起火、不冒烟。在电池包设计方面,量化分析外力作用下,外壳发生不同弹性变形、塑性变形时对电芯的损伤,优化电池包结构强度。

  在电池热管理方面,基于电池的物理化学特性,精确掌控温度/电压/电流等安全边界,确保电池在安全舒适区工作,完善监控模型,第一时间识别安全风险并及时预警。

  在系统热扩散方面,采用航空级耐热材料和定向热导流技术,即使单体发生热失控,也能做到系统不蔓延、不起火。

  宁德时代之后,国内新势力动力电池企业蜂巢能源不久也给出了其不起火电池的方案。

  在12月2日举行的蜂巢能源电池日上,其给出了一套完整的动力电池热失控系统性解决方案——冷蜂,同时还通过工艺及制造环节的一系列创新应用,来护航动力电池全生命周期安全。

  冷蜂是专门针对电动汽车电池热失控问题而给出的系统性解决方案,通过材料、电芯、电池包、监控系统四大层级的原创技术,彻底解决电池系统的热失控问题。

  在冷蜂系统性解决方案中,最为亮眼的是“果冻电池”,基于基础材料的创新,蜂巢能源在电池日上推出了“果冻电池”,该电池具有“不起火、不冒烟、自愈合”的特点。

  在电池PACK环节,蜂巢能源推出“热阻隔电池包”,通过泄压、喷发物控制、降温、报警、隔热等多种方式,来实现PACK层级的安全防护。

  此外,基于和清华大学合作开发的电池内短路预警模型,蜂巢能源还推出了电池系统安全监控的 “蜂云平台”, 电池安全预警的准确率达到90.9%,并可以实现对于内短路提前2个月的预警,充分保障电池系统安全。

  除了从产品设计层面给出了系统的解决方案,在工艺及制造环节的管控同样非常关键, 复盘海外几起召回事故,会暴露出电池生产制造工艺环节存在问题,尤其是在异物控制上。

  曾毓群就在多个场合强调,智能制造创新,对于电池的意义同样重要。他的感受是,电池的安全性,可靠性是非常困难的一件事,最为关键的是要把低概率事件控制好非常难。

  一个汽车有100个电芯,一个电芯里面正负极片,通过卷绕或者叠片有100片,100×100就是一万,这个电池要做一千次循环,那就是一千万,一万部车,就是一千亿。如何在一千亿中保证不出问题,这样的难度可想而知。

  “有人问,你的产能发展能不能跟进,做真正安全可靠的产能,要复制起来非常不容易,因为任何一点变化,都可能造成困难。”曾毓群表示,智能制造创新,是将来真正做好创新,做真正安全可靠的电池的重要环节。

  蜂巢能源同样重视在制造环节的创新,蜂巢能源总裁杨红新在电池日上透露,通过导入AI技术,对于电池生产进行大数据分析影响因子、AI智能能量预测、微短路分析、AI智能过程缺陷检测等方式还提升制造环节的产品安全与品质。

  安全是电动汽车的自然属性,是无法与其它性能进行平衡的指标。能否真正解决安全风险,将成为车企接下来选择电池供应商的核心考量因素。

  业内分析指出,包括宁德时代、蜂巢能源从电池系统的设计和制造两个层面来对于安全进行提升的思路,对于整个行业都具有借鉴意义。

  要从不同层级和维度建立系统的解决方案,从材料选择与控制、电芯级规格选型与设计、生产制造品质控制、模组及pack级的安全防护、整车验证、使用环节操作等多个层面出发来做更全面的设计与验证。

  二是需要加大对于电池基础材料与相关基础科学的研究,要从根本性进行突破和颠覆性的创新。

  材料创新是电池技术发展的根本,曾毓群表示,在基础材料领域,如果停止了研发,照抄原来的东西,再做10年也没用。因此,宁德时代投入了巨大精力在基础材料的开发创新上。

  目前,宁德时代建立了21创新实验室,计划形成前沿基础研究、应用基础研究、产业技术研究、产业转化的全链条研究模式,解决一系列“卡脖子”技术难题。

  而蜂巢能源位于无锡 的118 全球锂电创新中心也已正式投入使用,该创新中心将重点探索面向未来十年的锂电行业新技术。

  而随着中国动力电池企业在基础材料及科学领域的投入力度加大,也将带动中国动力电池技术在全球范围的竞争实力。

  通过AIot+电池的融合发展,通过新的智能制造技术提升产品性能,通过大数据更好的监控产品安全。

  电池是有机的化学体系:温度、功率、电压、河北十一选五电流、电量、内阻等等每一个物理量都时时刻刻影响电芯的安全和健康程度。并且受到驾驶员的操作习惯以及驾驶环境的影响。通过实时收集电池包相关数据和驾驶行为以及环境之间的关系,再通过大数据的分析和对比,实现电池健康度的预测和安全管理将是一个可行方案。

  而在制造环节,智能化、大数据的导入也可能更好的赋能电池的生产制造,在提升生产效率的同时,更大程度提升动力电池的品质及安全性能。

  动力电池涉及到材料、装备、工艺多个环节,只有基于不同环节的整合创新和融合,打破现有的产业壁垒,建立新的产业生态,才能更大程度上推动电池的颠覆性创新。

  特斯拉的无极耳电池就是产业整合、跨界创新的结果,而对于中国企业而言,同样需要这样的视野与行动。

  而从全球动力电池未来的竞争格局来看,中国动力电池的整体优势正在逐步凸显,如果真正能在安全领域实现颠覆性的突破,必将会助力中国企业在全球市场进一步拓展,未来,依靠技术创新、产业整合、生态重塑、智能制造等,中国动力电池企业将在全球扮演越来越重要的角色。