清華大學(xué)馮旭寧:現(xiàn)在還沒(méi)有能夠達(dá)到車輛使用的“全固態(tài)電池”

時(shí)間:2019-09-27 09:44來(lái)源:第一電動(dòng) 作者:安小曼
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      專訪前一天,我問(wèn):“需要我提供一份專訪提綱嗎?”馮旭寧的助理笑笑說(shuō):“馮博士說(shuō)不用提綱,所有你感興趣的問(wèn)題都可以問(wèn)。”
 
      馮旭寧,清華大學(xué)助理研究員,清華大學(xué)電池安全實(shí)驗(yàn)室主任,中國(guó)科協(xié)青年人才托舉工程選拔人才之一。他長(zhǎng)期從事新能源汽車動(dòng)力電池系統(tǒng)“熱安全特性、建模與管理”方面的應(yīng)用基礎(chǔ)研究。在大容量鋰離子動(dòng)力電池系統(tǒng)的熱失控誘發(fā)與蔓延特性測(cè)試、機(jī)理分析、建模與防控技術(shù)方面實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力電池?zé)崾Э靥匦杂刹豢蓽y(cè)到可測(cè),由可測(cè)到定量可測(cè),由定量可測(cè)到可定量預(yù)測(cè)的技術(shù)進(jìn)步。
 
      翌日,清華大學(xué)汽車工程系辦公樓3層,我到達(dá)時(shí),馮旭寧還在開(kāi)會(huì)。20分鐘后,我見(jiàn)到了他。和我想象中的“主任”不一樣,馮旭寧很年輕,講話是標(biāo)準(zhǔn)理工男式的簡(jiǎn)單和邏輯分明。
 
      會(huì)議室中還有一桌人在做討論,他隨便找了個(gè)位子坐下說(shuō),我們直接開(kāi)始吧。我面露難色,意指還要錄音,需要一個(gè)安靜點(diǎn)的環(huán)境。他帶著我換了一間略顯狹小的辦公室,有些尷尬地笑笑:“我們辦公室緊張,老師學(xué)生都混著用。”
 
      在這間安靜的辦公室里,如助理說(shuō)的那樣,馮旭寧解答了所有我感興趣的問(wèn)題,其中包括“電動(dòng)車自燃到底怎么引起的?電池的技術(shù)突破到了怎樣的程度?用戶如何滅火?用多久逃生?”
 
      馮旭寧說(shuō),從熱失控的某些角度出發(fā),磷酸鐵鋰電池比三元鋰電池要“好”;固態(tài)電池是更安全的,但一定要在“固態(tài)”前面加個(gè)“全”字,現(xiàn)在這種電池還未量產(chǎn),也沒(méi)有車企在應(yīng)用,但是大家都還很期待。他還說(shuō),特斯拉的一些充電自燃事故可能是因?yàn)榭斐溥^(guò)多導(dǎo)致的,F(xiàn)在已經(jīng)有技術(shù)可以解決這個(gè)問(wèn)題,但如果要求更快充電速度的話,解決方案的成本還是較高。
 
      以下為對(duì)話實(shí)錄:(在不改變嘉賓原意的情況下,第一電動(dòng)做了刪減校對(duì))
 
事故復(fù)雜,原因難找,責(zé)任多方
 
     第一電動(dòng):為什么電動(dòng)車安全這么大的事情,迄今為止仍然很少有權(quán)威機(jī)構(gòu)去談?wù)摚侩妱?dòng)車自燃到底是怎樣引起的?
 
      馮旭寧:首先,從企業(yè)的角度出發(fā),它們需要維護(hù)自己的產(chǎn)品形象以及利益。
 
      其次,就是責(zé)任的界定。事故發(fā)生,有時(shí)是電池的原因,有時(shí)是整車的原因,還有可能是Pack廠的原因。界定清楚以后,有一方要承擔(dān)責(zé)任,就可能要召回,要賠很多的錢,這方面大家都比較謹(jǐn)慎。
 
      最后,從調(diào)查的角度來(lái)看,電池自燃的原因比較復(fù)雜,很多因果之間的聯(lián)系并不是充分和必要的。很多原因是出于“猜測(cè)”,可能那并不是真實(shí)的原因。并且,一般我們?nèi)プ鍪鹿收{(diào)查時(shí),燃燒后的現(xiàn)場(chǎng)是比較慘烈的,尤其是三元電池,燒完后基本只;覡a,能夠查出來(lái)的信息非常少,想要做后續(xù)的事故調(diào)查也非常困難。
 
      但是從研究的角度出發(fā),我們還是希望把這個(gè)問(wèn)題搞清楚,不讓它再次發(fā)生。具體到操作上,我們會(huì)把所有可能誘發(fā)的原因都做重現(xiàn)性的實(shí)驗(yàn),然后去推斷它最有可能的事故起因,如果跟事故的實(shí)際情況跟實(shí)驗(yàn)非常接近,我們?cè)偃ジ髽I(yè)溝通。如果我們跟企業(yè)溝通事故調(diào)查的結(jié)果,我們肯定要簽保密協(xié)議,所以也不能對(duì)外宣稱哪個(gè)車哪天出事故了,它的原因是什么。但是,我們還是會(huì)知道事故車輛的一些信息。
 
      目前,我們跟國(guó)內(nèi)大部分的整車廠和電池廠都建立了合作的關(guān)系,合作的焦點(diǎn)就是在電池安全方面,歐陽(yáng)老師(歐陽(yáng)明高)建立了電池安全實(shí)驗(yàn)室,就是為了專注于電池安全方面的研究。
 
熱失控來(lái)說(shuō),磷酸鐵鋰比三元的要“好”
 
     第一電動(dòng):那現(xiàn)在可以細(xì)化地講一下,電池自燃的原因到底有哪些嗎?
 
      馮旭寧:雖然事故有各種各樣的形式,但是從失效模式上來(lái)看可以歸結(jié)為機(jī)械濫用、電濫用或熱濫用。不過(guò),近期研究發(fā)現(xiàn),對(duì)電池來(lái)說(shuō),在機(jī)理層面導(dǎo)致電池失效的是電化學(xué)濫用。這些濫用使電池的實(shí)際負(fù)荷超過(guò)了它的正常工作范圍,引發(fā)一系列的化學(xué)副反應(yīng),最后導(dǎo)致電池的熱失控。
 
      前面三種濫用現(xiàn)在已經(jīng)被寫(xiě)進(jìn)法規(guī)和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中,在產(chǎn)品出廠前已經(jīng)進(jìn)行了有效約束。
 
      但是機(jī)電熱濫用的深層次問(wèn)題是電化學(xué)的濫用,尤其是在新材料體系電池的使用過(guò)程當(dāng)中,電化學(xué)濫用的問(wèn)題始終存在,對(duì)應(yīng)的機(jī)電熱濫用形式會(huì)發(fā)生變化,有的時(shí)候在標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)里面就沒(méi)有辦法預(yù)見(jiàn)這件事情的發(fā)生。
 
      最新的像超快速充電導(dǎo)致負(fù)極析鋰這個(gè)問(wèn)題,在標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)里就沒(méi)有約束,但是在電化學(xué)濫用層面,它的問(wèn)題就已經(jīng)出現(xiàn)了。
 
     第一電動(dòng):你講到尤其是現(xiàn)在三元電池和高鎳的更容易發(fā)生熱失控。我之前看過(guò)一些分析,說(shuō)磷酸鐵鋰電池?zé)崾Э氐臏囟扰R界值會(huì)比較高,可能在200-400度,三元大概在120度,這是不是就意味著三元鋰電池更容易熱失控?更不安全?
 
      馮旭寧:之前我們做過(guò)一些統(tǒng)計(jì),把電池?zé)崾Э氐臏囟确殖闪巳,T1是電池自生熱的起始溫度,T2是熱失控發(fā)生時(shí)的溫度,是不可逆轉(zhuǎn)的溫度,超過(guò)這個(gè)T2,電池會(huì)把能量全都釋放出來(lái)并達(dá)到最高溫度T3。
 
      相同正極材料體系的電池,因?yàn)殡姵卦O(shè)計(jì)水平的不同,T1,T2,T3方面的差異也可能很大,您提到的針對(duì)三元電池的溫度臨界值在120℃,這可能是某些較差的樣品的測(cè)試結(jié)果,用來(lái)評(píng)判三元電池的安全性是不太公平的。
 
      我們來(lái)看這三個(gè)特征溫度的統(tǒng)計(jì)結(jié)果,當(dāng)前的電池普遍采用石墨或碳負(fù)極,他們的T1是普遍相似的,反映熱失控觸發(fā)溫度的T2反倒沒(méi)什么規(guī)律,反映熱失控最高溫度的T3則和材料體系有關(guān),比較有規(guī)律。
 
      T1主要是石墨負(fù)極開(kāi)始失效的溫度。它主要是跟負(fù)極有關(guān),所以只要采用的相同的負(fù)極材料和類似的電解液,它們的T1應(yīng)該是比較接近的。我們有一個(gè)T1的統(tǒng)計(jì)結(jié)果,它主要集中在100-110℃這個(gè)位置。只要是采用石墨或碳負(fù)極的電池,差不多都是這個(gè)結(jié)果。
 
      但是,T1也會(huì)有的好,有的不好,可以通過(guò)電解液的添加劑使得電池石墨負(fù)極表面的SEI膜增厚。SEI膜越厚,它的熱穩(wěn)定性就越高,所以T1可能就更高一點(diǎn),也就是從T1的角度來(lái)說(shuō)這款電池是更穩(wěn)定的。
 
      我們針對(duì)材料體系相似的電池,測(cè)試了很多不同廠家的樣品。比如說(shuō)磷酸鐵鋰電池,它不同的樣品有的T2比較高,有的T2就也會(huì)比較低,F(xiàn)在有些研究機(jī)構(gòu)只測(cè)試了兩個(gè)種類,比如說(shuō)磷酸鐵鋰測(cè)了一款,三元測(cè)了一款,它發(fā)布出來(lái)的數(shù)據(jù)就是片面的。
 
      但是有一點(diǎn)是可以確定的,熱失控最高溫度T3是有規(guī)律的。T3是等于整個(gè)材料體系釋放能量的過(guò)程。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),正極有一個(gè)較高的氧化性化學(xué)勢(shì),負(fù)極有一個(gè)較低的還原性化學(xué)勢(shì)。它們兩個(gè)的差異顯示為電池的電壓,在提高電池比能量的過(guò)程中,也拉大了這個(gè)化學(xué)勢(shì)差。
 
      熱失控是什么過(guò)程呢?目前我們認(rèn)為,熱失控就是整個(gè)電化學(xué)體系崩潰以后,兩個(gè)方向把整個(gè)電化學(xué)勢(shì)的能量都釋放出來(lái)的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程來(lái)說(shuō),磷酸鐵鋰的化學(xué)勢(shì)差較低,三元材料的化學(xué)勢(shì)差較高。三元材料一瞬間釋放出的熱失控能量,肯定是要比磷酸鐵鋰的釋放能量要多。所以從T3的角度來(lái)說(shuō),它和比能量之間的關(guān)聯(lián)性還是比較強(qiáng)的。
 
     第一電動(dòng):所以從T3的角度來(lái)看,磷酸鐵鋰比三元的要“好”。
 
      馮旭寧:對(duì),磷酸鐵鋰的一般就是500度左右,不再高于這個(gè)數(shù)了;三元隨著鎳含量的增高,溫度是一直在增加的,三元811電池的T3可能到1200度以上。
 
固態(tài)電池前面要加“全”,目前技術(shù)尚不成熟,沒(méi)有車企應(yīng)用
 
     第一電動(dòng):那固態(tài)電池呢?它安全嗎?
 
      馮旭寧:我們期待的、沒(méi)有有機(jī)電解液、不會(huì)發(fā)生燃燒的固態(tài)電池是這樣的,它必須在名字前面加一個(gè)“全”字才有效,就是“全固態(tài)”。不加“全”字的固態(tài)電池,其中還是可能有會(huì)發(fā)生燃燒的有機(jī)電解液的。
 
      用戶最關(guān)心的是電池的燃燒問(wèn)題。前面說(shuō),鋰電池有熱失控的風(fēng)險(xiǎn),但是熱失控和起火的關(guān)系不是充分必要的。起火是因?yàn)樗锩娴碾娊庖菏怯袡C(jī)的,這些碳酸酯類,這類易揮發(fā)的小分子有機(jī)溶劑是很容易發(fā)生燃燒的,F(xiàn)有的鋰離子電池在熱失控的過(guò)程中,這些碳酸酯類的有機(jī)溶劑會(huì)噴出來(lái),然后它就會(huì)在電池外面發(fā)生燃燒。
 
      液態(tài)電解液容易揮發(fā),容易燃燒,那變成固體電解質(zhì)不就穩(wěn)定了,不燃燒了嗎?我們所給予厚望的固態(tài)電池,從本征安全性上來(lái)說(shuō),就是有這種誘人的屬性。
 
      最早大家提出固態(tài)電池的概念,就是我要把液態(tài)電解液全部都改成固態(tài),就叫固態(tài)電池了。但是,如果在液體里面增加一些固態(tài)電解質(zhì),或者是在固態(tài)電解質(zhì)里面增加一些液體,這種電池叫什么電池呢?有的人說(shuō)叫半固態(tài)電池或者是半液態(tài)電池,但是半固態(tài)和半液態(tài)都是同一件事,目前都叫“固態(tài)電池”,不加“全”字。
 
      從發(fā)論文的角度來(lái)說(shuō),學(xué)界現(xiàn)在要求必須得是全固態(tài)電池,才是真正意義上把有機(jī)電解液全部都去掉的電池。
 
      所以,嚴(yán)格意義上講,在有機(jī)電解液里面加了一些固態(tài)的,或者是在固態(tài)里面加了有機(jī)電解液,是可以打廣告宣稱這個(gè)電池就是固態(tài)電池了。所以,現(xiàn)在的固態(tài)電池安全性好不好,還得看液態(tài)電解液占的比例是多少。如果液態(tài)比例還占90%,顯然其實(shí)這個(gè)失控和燃燒問(wèn)題是沒(méi)有很好解決的。
 
     第一電動(dòng):也就是說(shuō),全固態(tài)電池是真的可以有效提高安全性?
 
      馮旭寧:現(xiàn)在是這樣,因?yàn)楣虘B(tài)電池還沒(méi)有大規(guī)模量產(chǎn)的電芯,我們的測(cè)試數(shù)據(jù)也非常有限。但有一個(gè)問(wèn)題,固態(tài)電解質(zhì)的涂層可能含硫、氮,這些物質(zhì)在高溫情況下會(huì)釋放出比如說(shuō)氮氧化物、二氧化硫以及硫化氫等一些高爆性氣體,它的安全問(wèn)題就轉(zhuǎn)化成了新的問(wèn)題。
 
      但是現(xiàn)在從安全性角度而言,為什么大家還是認(rèn)為它更好一些呢?是因?yàn)樗_實(shí)替代了有機(jī)電解液,你去點(diǎn)它也點(diǎn)不著,但是點(diǎn)它以后,它釋放出來(lái)的氣體會(huì)不會(huì)燃燒,會(huì)不會(huì)爆炸呢?這個(gè)是目前研究領(lǐng)域還不清楚的事情。
 
     第一電動(dòng):有報(bào)道稱,蔚來(lái)汽車的固態(tài)電池或?qū)⑦M(jìn)入規(guī)模生產(chǎn)了。以你目前對(duì)汽車行業(yè)的了解來(lái)說(shuō),現(xiàn)在新能源車企使用“全固態(tài)電池”的可能性大嗎?
 
      馮旭寧:現(xiàn)在全固態(tài)電池應(yīng)用于新能源汽車顯然還是不成熟的。但是,中國(guó)和日本在全固態(tài)電池研發(fā)方面都是走在世界前列的,也是最有望最先做出量產(chǎn)的“全固態(tài)電池”,至于說(shuō)規(guī)模化生產(chǎn)的固態(tài)電池,剛才已經(jīng)明確了它的概念,顯然也是有可能的。
 
      我們還是要客觀看待新生事物,辯證地認(rèn)識(shí)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的過(guò)程,從鋰離子電池的發(fā)展歷程來(lái)看,90年代之前我們連鋰離子電池都沒(méi)有得用呢。說(shuō)不定固態(tài)電池很快能夠在工程化生產(chǎn)中取得突破,我們也期待這一天能夠早日到來(lái)。
 
      現(xiàn)在來(lái)說(shuō),還沒(méi)有能夠達(dá)到車輛使用的“全固態(tài)電池”。它說(shuō)我是固態(tài)電池,什么意思呢?通常就是在液態(tài)電解液里面加了一些固態(tài)的成分,它電池的特性還跟液態(tài)電池的非常接近,其實(shí)也是可以提高電池安全性的,但是它的比能量并不能有效得到提升。因?yàn)樵谠鹊谋饶芰康馁|(zhì)量里面,增加了固態(tài)的成分以后,其實(shí)比能量不一定是增大的。
 
     第一電動(dòng):固態(tài)電池的成本高嗎?有望降下來(lái)嗎?
 
      馮旭寧:在規(guī);a(chǎn)和使用之前,固態(tài)電池現(xiàn)在的成本肯定是比較高的,現(xiàn)在它的成本高也是很正常的,但是我們認(rèn)為還是能降下來(lái)的。因?yàn)閺碾姵厣a(chǎn)的發(fā)展歷程來(lái)看,如果它能夠滿足所有的性能要求,成本降是指日可待的。
 
      但是,它現(xiàn)在性能、生產(chǎn)制造等方面還存在諸多的問(wèn)題。主要的問(wèn)題是全固態(tài)的電解質(zhì)相當(dāng)于是干的,我們的極片也是干的。這樣就導(dǎo)致多孔電極中間是空的,這些空隙里面是沒(méi)有辦法有鋰離子過(guò)去的。所以,在離子傳輸方面就像是兩塊硬的板去接觸在一起,中間一定有縫隙,還是需要液態(tài)去進(jìn)行填充。但如果增加液態(tài)對(duì)接觸不良的空隙部分進(jìn)行填充,這時(shí)的比能量、性能就會(huì)貼近原先的傳統(tǒng)電池?傊虘B(tài)電池還是一個(gè)非常困難的研究方向。
 
     第一電動(dòng):所以對(duì)固態(tài)電池的應(yīng)用來(lái)說(shuō),當(dāng)前最主要的問(wèn)題不是成本,而是技術(shù)方面尚不成熟。
 
      馮旭寧:對(duì),技術(shù)上還不夠成熟,大家也很努力在研究和解決問(wèn)題。
 
      為什么2016年的時(shí)候固態(tài)電池突然火了?從電池導(dǎo)電的角度來(lái)說(shuō),我們希望導(dǎo)電率特別高,因?yàn)檫@樣鋰離子傳輸?shù)每,快充和放電能力就?huì)比較好。以前如果你拿一杯電解液和一塊硬的固體,去測(cè)它們的導(dǎo)電率,液體電解質(zhì)的導(dǎo)電性是明顯好于固態(tài)電解質(zhì)的,因此長(zhǎng)期以來(lái)沒(méi)有人關(guān)注固態(tài)電池。
 
      東京工業(yè)大學(xué)有一個(gè)教授叫Kanno,他30多年一直在尋找一種導(dǎo)電性很高的固態(tài)電解質(zhì)。2016年的時(shí)候,他終于找到了一種導(dǎo)電性強(qiáng)于液體電解質(zhì)的固態(tài)電解質(zhì)。這在材料和電池領(lǐng)域,都是一個(gè)很大的突破。因?yàn)橛辛薑anno的突破,大家有了更大的熱情去解決新的問(wèn)題,這也是固態(tài)電池?zé)岢逼饋?lái)的主要原因。
 
      現(xiàn)在擺在面前的,就是固態(tài)電解質(zhì)和固態(tài)電極之間怎么能接觸得很好、鋰離子怎么能夠?qū)нM(jìn)去的問(wèn)題。
 
特斯拉事故可能跟快充有關(guān)系,技術(shù)突破成本高昂
 
     第一電動(dòng):從用戶的角度來(lái)說(shuō),哪些操作是上述濫用的具體體現(xiàn)?
 
      馮旭寧:機(jī)械濫用就是電池在碰撞的時(shí)候受到了擠壓,從而導(dǎo)致的短路現(xiàn)象。還有穿刺,比如說(shuō)底盤擱底托了或割了一下,電池會(huì)發(fā)生形變或移位。
 
      電濫用方面,比如說(shuō)過(guò)充、快充。特斯拉那個(gè)事故可能跟快充有關(guān)系。如果用戶每天都在超級(jí)快充,負(fù)極老化后去接受鋰的能力沒(méi)有最初設(shè)計(jì)時(shí)那么好,充完的鋰太多了之后,它就在負(fù)極表面析出來(lái)了,析出來(lái)是活性的鋰,會(huì)跟電解液直接反應(yīng)。另外,并聯(lián)數(shù)過(guò)多的情況下,超級(jí)快充過(guò)程中,可能出現(xiàn)部分并聯(lián)電池充電電流超限的情況,這種可能的原因我們還在確認(rèn)當(dāng)中。
 
      表觀上來(lái)看,都是由于使用過(guò)程中的一些不當(dāng)操作造成的濫用,底層是電化學(xué)濫用。
 
      從用戶角度來(lái)說(shuō)也不用特別擔(dān)心,因?yàn)槟壳拔覀儸F(xiàn)有的國(guó)標(biāo)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定了機(jī)械濫用、電濫用、熱濫用方面的產(chǎn)品測(cè)試評(píng)價(jià)。在實(shí)際車輛出廠前,電池都已經(jīng)通過(guò)安全測(cè)試了。測(cè)試過(guò)以后,如果使用時(shí)碰到類似的問(wèn)題,是不會(huì)出現(xiàn)熱失控的。法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)一直在盡職盡責(zé)地保護(hù)大家,中國(guó)電動(dòng)汽車方面的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)也已經(jīng)走在世界前列,所以用戶不用特別擔(dān)心國(guó)產(chǎn)新能源汽車的電池?zé)崾Э貑?wèn)題。
 
     第一電動(dòng):將來(lái)會(huì)不會(huì)有一種快充技術(shù)能夠和電濫用分離,它能夠既快充,又使活性鋰不析出?
 
      馮旭寧:其實(shí)這種技術(shù)已經(jīng)是有了,CATL公司很早就有這個(gè)技術(shù)了。
 
      這個(gè)技術(shù)原理是怎樣的呢?鋰要嵌入到石墨當(dāng)中去,你跑過(guò)來(lái)的時(shí)候,它要去得電子,那必須得有足夠多的電子跑過(guò)來(lái)跟充過(guò)來(lái)的鋰進(jìn)行結(jié)合,才有可能改善這個(gè)過(guò)程。所以,需要加強(qiáng)電子的導(dǎo)電能力,還要加快鋰離子的擴(kuò)散速度,所以它需要在這個(gè)負(fù)極的表面增加導(dǎo)電的程度。
 
      但是,做到這件事,同時(shí)意味著成本的增加。傳統(tǒng)來(lái)說(shuō),我們做的鋰電池負(fù)極,可以使用類似從山里面采礦出來(lái)的天然石墨,可以直接使用。現(xiàn)在想要提高它的導(dǎo)電性,就必須得對(duì)天然石墨進(jìn)行再加工。
 
      怎么加工呢?要把這個(gè)石墨表面做成一個(gè)圓球,使它的表面積達(dá)到最大,然后在球狀上包覆一層快離子的包覆層。這個(gè)包覆層制作的過(guò)程中,要對(duì)石墨在微觀角度進(jìn)行加工,加工以后還要涂上高端的涂料,類似石墨烯這種導(dǎo)電性非常昂貴的材料,這個(gè)過(guò)程會(huì)導(dǎo)致成本的增加。
 
     第一電動(dòng):這樣成本大概能增加多少?
 
      馮旭寧:目前量產(chǎn)的車沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)誰(shuí)在用,所以成本方面我也不清楚。因?yàn)楝F(xiàn)在一個(gè)電芯,一般一瓦時(shí)都不到一塊錢。如果應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù),光負(fù)極就一塊錢一瓦時(shí)或者是更高,這時(shí)候就不太值了。
 
      當(dāng)然,我們也希望這項(xiàng)技術(shù)能夠盡快量產(chǎn)。目前我們采用的是負(fù)極析鋰觀測(cè)的技術(shù),保證在充電過(guò)程中負(fù)極過(guò)電勢(shì)不低于析鋰電位,可以保證在極限充電情況下,電池沒(méi)有壽命和安全問(wèn)題。
 
根源解決問(wèn)題,自抑制技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用
 
     第一電動(dòng):你剛剛說(shuō)用戶不用太擔(dān)心熱失控,車輛已經(jīng)經(jīng)過(guò)測(cè)試,但現(xiàn)實(shí)還是發(fā)生了事故。
 
      馮旭寧:比如說(shuō)iPhone6、iPhone7都是很成熟的產(chǎn)品,但是它仍然會(huì)在家里發(fā)生起火。事故就是一個(gè)概率事件。制造方面滿足標(biāo)準(zhǔn)法規(guī),大批量的生產(chǎn)肯定是有一定概率的殘次品,不能避免它有可能會(huì)流向市場(chǎng)。
 
      但是,關(guān)鍵是我們能不能接受次品的比例?電動(dòng)汽車是一種新生事物。人們可能會(huì)覺(jué)得這應(yīng)該是一個(gè)完美的東西,一點(diǎn)事情都不應(yīng)該出。
 
      比如我以前是開(kāi)燃油車的,突然之間買了一個(gè)電動(dòng)車,我肯定是希望它能帶來(lái)更好的駕駛體驗(yàn)。盡管它已經(jīng)帶來(lái)很多新的體驗(yàn)了,但是,大家還是對(duì)新生事物的包容度會(huì)低一些。
 
      如果按照事故概率來(lái)說(shuō),目前電動(dòng)汽車的事故概率其實(shí)比傳統(tǒng)的燃油車自燃起火概率要低很多。但是,我們現(xiàn)在正更大批量生產(chǎn),這個(gè)概率是不是會(huì)增加呢?應(yīng)該是可能增加一些,是不是能夠持續(xù)比燃油車低,我們一直在關(guān)注。
 
     第一電動(dòng):雖然電動(dòng)車起火概率低于燃油車,但用戶可能比較在意的是,二者不同之處在于是燃油車不會(huì)自燃,電動(dòng)車卻是自燃。
 
      馮旭寧:解決問(wèn)題就要從根本找原因,自燃的原因我們已經(jīng)在深入研究,今后我們也會(huì)在標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)里去對(duì)它進(jìn)行完善。
 
     第一電動(dòng):沒(méi)有辦法從根源上滅火?
 
      馮旭寧:除非把內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)給抑制掉,否則外部滅火,化學(xué)反應(yīng)還會(huì)繼續(xù)把電池的溫度提高到更高的溫度上,然后可能會(huì)導(dǎo)致下一次的起火。
 
滅火備兩次,逃生5分鐘
 
     第一電動(dòng):關(guān)于電動(dòng)車起火后的滅火和以及逃生,你有相關(guān)建議嗎?
 
      馮旭寧:滅火的情況就比較復(fù)雜。
 
      我們最近搞清楚了滅火需要掌握的一些機(jī)理。引發(fā)電池燃燒有兩條路徑,第一條是電池內(nèi)部的反應(yīng)路徑,即化學(xué)反應(yīng)和內(nèi)短路;另一條路徑是外部路徑,有機(jī)電解液噴發(fā)到電池外部造成起火。
 
      當(dāng)你滅火的時(shí)候,滅的只是外面的火,但是內(nèi)部的這條失效路徑還在向前發(fā)展。所以,你把外頭的火滅了以后,它可能待會(huì)兒又來(lái)一次。也就是每個(gè)電池都會(huì)有多次噴火的可能。但是我們滅火的時(shí)候,只要起火就得滅掉,就可能感覺(jué)到困惑和困難。
 
     第一電動(dòng):怎么從內(nèi)部抑制化學(xué)反應(yīng)?
 
      馮旭寧:我們希望內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)不要非常劇烈,那要有一個(gè)自抑制的機(jī)制?梢宰龅木褪窃陔姵乩锩嬖O(shè)置一些自抑制的機(jī)制,現(xiàn)在已經(jīng)有一些比較好的方法在用了。比如說(shuō)有一些旁通閥之類的東西,如果發(fā)生大電流過(guò)流的時(shí)候,就會(huì)把電路旁通掉,不讓大電流繼續(xù)放電和產(chǎn)熱,這已經(jīng)是比較成熟的方法了。起火的過(guò)程中,這個(gè)閥該起作用還是可以起到一定的作用。
 
      大家逐漸對(duì)這個(gè)事情清楚了以后,我們就可能有針對(duì)性地滅火。開(kāi)始起火了,沒(méi)關(guān)系,我得知道你這是第幾次起火,現(xiàn)在里面的反應(yīng)大概進(jìn)行到什么程度了。然后再?zèng)Q定現(xiàn)在滅火應(yīng)該滅到什么程度,合理地分配滅火劑去從容處理多次的噴火現(xiàn)象。
 
     第一電動(dòng):也就是說(shuō)從開(kāi)始燃燒到最后會(huì)噴幾次火是有數(shù)的?
 
      馮旭寧:對(duì),通過(guò)研究,現(xiàn)在我們已經(jīng)基本有數(shù)了。一個(gè)電池理論上是最多有四次,一般來(lái)說(shuō)會(huì)發(fā)生一到兩次。關(guān)鍵是滅火的過(guò)程中,一個(gè)是要降溫,抑制內(nèi)部路徑的持續(xù)發(fā)展,另一個(gè)是在滅火的過(guò)程中,不要一次就把所有的滅火器都打掉。
 
      所以,對(duì)于一塊電池你得準(zhǔn)備一個(gè)兩次滅火的機(jī)制,才能保證它滅干凈。但是,在系統(tǒng)方面就比較麻煩,當(dāng)一個(gè)電池失控了以后,它會(huì)影響相鄰的電池,相鄰的電池發(fā)生熱失控蔓延之后,又會(huì)出現(xiàn)兩次起火。所以,整個(gè)在系統(tǒng)過(guò)程中,在電池和電池之間的熱失控蔓延過(guò)程,也必須配合滅火,進(jìn)行有效的抑制。
 
      第一節(jié)起火了以后,現(xiàn)在我們知道一般是兩次,這兩次滅掉了以后,你發(fā)現(xiàn)后面為什么又起火了,是因?yàn)橄噜彽碾姵赜职l(fā)現(xiàn)新的熱失控過(guò)程了。每一個(gè)熱失控過(guò)程對(duì)應(yīng)兩次起火,為了滅火你又得去應(yīng)對(duì)新的電池?zé)崾Э剡^(guò)程引發(fā)的起火。所以我們所說(shuō)的熱失控蔓延,也叫熱失控的擴(kuò)散,這個(gè)過(guò)程中本身也必須得到一個(gè)有效的抑制才可以。電芯廠主要應(yīng)該做的是單體失控反應(yīng)的抑制,Pack廠和整車廠主要應(yīng)該做的是熱失控蔓延的抑制。
 
     第一電動(dòng):?jiǎn)误w的自抑制技術(shù)已經(jīng)有了,電池和電池之間的抑制技術(shù)有嗎?
 
      馮旭寧:這個(gè)技術(shù)的原理主要是隔熱和散熱的平衡,跟水壩或者是攔洪水差不多。一旦出現(xiàn)這個(gè)事情,把能量釋放出來(lái)會(huì)有一個(gè)很高的熱梯度,如何防止這個(gè)熱的梯度向周圍的擴(kuò)散,類似于堆高大壩,但是還得有引導(dǎo)的渠道。
 
      所以,它是一個(gè)非常綜合的過(guò)程。我們現(xiàn)在主要面臨的問(wèn)題是,做這種熱蔓延實(shí)驗(yàn)的花銷是非常大的,每次要把一個(gè)電池包弄炸掉,但是我們還需要大量的實(shí)驗(yàn)量來(lái)做設(shè)計(jì)。這樣怎么辦呢?我們現(xiàn)在在開(kāi)發(fā)的就是用基于模型的方式,用計(jì)算機(jī)仿真的方式,來(lái)做熱擴(kuò)散能量流的分析,通過(guò)模型仿真去尋找可能可行的方案,對(duì)針對(duì)性的可行方案對(duì)它進(jìn)行抑制性的設(shè)計(jì)。
 
     第一電動(dòng):這個(gè)技術(shù)目前有應(yīng)用嗎?
 
      馮旭寧:這個(gè)技術(shù)目前在車上已經(jīng)有應(yīng)用了,今年的車基本上都有擴(kuò)散抑制的技術(shù)了,我們不用非常擔(dān)心,F(xiàn)在關(guān)鍵是擴(kuò)散的時(shí)間,第一節(jié)起火了,第二節(jié)再跟著起火,第一次起火滅火器噴完了,第二次起火之前,人是不是跑掉了。
 
     第一電動(dòng):從第一次到第二次的時(shí)間大概是多少?
 
      馮旭寧:現(xiàn)在我們要求時(shí)間,不是以第一次到第二次為標(biāo)準(zhǔn)。我們要求的是從發(fā)生電池包事故之后,到最后發(fā)生明火,對(duì)人員造成傷害。這個(gè)過(guò)程,現(xiàn)在國(guó)標(biāo)的規(guī)定是5分鐘。
 
      5分鐘是怎么算的呢?我們做實(shí)驗(yàn),各種各樣的車,包括客車、轎車,突然告訴他車有問(wèn)題了,你要下車逃跑的時(shí)間,包括在高速上要停車,整個(gè)的過(guò)程,5分鐘是保證大家都能跑掉的。
 
預(yù)警報(bào)警系統(tǒng)正在應(yīng)用,用戶應(yīng)予以重視
 
     第一電動(dòng):但電池包出問(wèn)題的時(shí)候,很多用戶并不知道,都是看見(jiàn)明火以后才知道出事兒了。
 
      馮旭寧:所以另外一個(gè)事情是預(yù)警的過(guò)程,現(xiàn)在強(qiáng)制要求每一輛車都要有預(yù)警的功能。預(yù)警和報(bào)警,預(yù)警就是早期發(fā)現(xiàn)這個(gè)電芯有一個(gè)異常的狀態(tài),然后提前告知。我們現(xiàn)在在跟很多家也在做研究的算法,大概的檢出率我們要求是95%以上提前預(yù)警。
 
     第一電動(dòng):預(yù)警系統(tǒng),今年的車上有嗎?
 
      馮旭寧:現(xiàn)在在國(guó)標(biāo)的要求下,預(yù)警的功能是每家都有的。去年也有,大家都很關(guān)注的情況下,這個(gè)技術(shù)也在快速提升。預(yù)警的能力和捕捉蛛絲馬跡的能力會(huì)越來(lái)越厲害。預(yù)警方面,它有一個(gè)矛盾的地方,可能預(yù)警的算法很好,很靈敏,但是它是可能有誤報(bào)的。有一些不是故障,但是疑似故障的可能會(huì)報(bào)警。頻發(fā)的“狼來(lái)了”可能會(huì)對(duì)用戶造成駕乘體驗(yàn)上的影響,但是要平衡誤報(bào)和快速預(yù)警之間的關(guān)系。
 
      除了預(yù)警之外,在這種系統(tǒng)級(jí)的事故出現(xiàn)以后,一定會(huì)報(bào)警,F(xiàn)在有時(shí)候用戶面對(duì)預(yù)警,是并不警惕的狀態(tài),經(jīng)常選擇置之不理。但是,報(bào)警事件就是確實(shí)出事故了,必須要第一時(shí)間報(bào)出來(lái)有熱失控的故障,現(xiàn)在所有車型都配備了這個(gè)功能的。只不過(guò)有些家的算法好,反應(yīng)快一點(diǎn),有的反應(yīng)稍微慢一點(diǎn),但是在失控之后一定會(huì)有一個(gè)報(bào)警信號(hào)。
 
     第一電動(dòng):從第一個(gè)電池開(kāi)始起火,到最后電池包燒完大概要多久?
 
      馮旭寧:這就要看熱失控蔓延抑制的效果。比如說(shuō),它在模組級(jí)就抑制掉了,那就沒(méi)有后續(xù)了,很快就結(jié)束了。但是,如果整體燒掉的話,我們實(shí)際做實(shí)驗(yàn)來(lái)看,一直燒一晚上都有可能。因?yàn)樗谐砂偕锨Ч?jié)電池,假設(shè)按照國(guó)標(biāo)的目前要求,每?jī)晒?jié)之間的蔓延相隔5分鐘,一共500多分鐘,500分鐘就是8個(gè)小時(shí)了,一般來(lái)說(shuō)有的實(shí)驗(yàn)8小時(shí)之后了,溫度降不下來(lái),都還在不停地有電池?zé)崾Э睾推鸹稹?/div>
 
     第一電動(dòng):如果站在第三方的角度看,車起火,一燒一宿把地下車庫(kù)其他車也燒了,應(yīng)該誰(shuí)來(lái)負(fù)這個(gè)責(zé)任?
 
      馮旭寧:這個(gè)就相當(dāng)于,前面有很多化學(xué)反應(yīng)或者是誘發(fā)條件,產(chǎn)生誘發(fā)條件是誰(shuí)的責(zé)任,就應(yīng)該由誰(shuí)來(lái)負(fù)這個(gè)責(zé)任。
 
      但是目前從用戶的角度來(lái)說(shuō),他一定只會(huì)找車企的麻煩,因?yàn)槲沂窃谀慵屹I的車,錢也交給4S店了。出了事誰(shuí)負(fù)責(zé)賠,這也是現(xiàn)在車企、電池廠、Pack廠以及供應(yīng)商之間在討論的一件事。
 
      我們建議是大家不要只想著推卸責(zé)任,出了事故之后,要一起把原因搞清楚,把可能的產(chǎn)品安全隱患解決掉,下次不要再出類似的事故。現(xiàn)在保險(xiǎn)機(jī)制不健全,肯定還是誰(shuí)出了問(wèn)題誰(shuí)負(fù)責(zé)賠。但是其他的合作伙伴要一起扛大量賠付的危機(jī),畢竟有的事故是概率事件,或者確實(shí)在認(rèn)識(shí)端還存在不足。
 
      好在現(xiàn)在有一些保險(xiǎn)公司現(xiàn)在開(kāi)始出新能源汽車險(xiǎn),還有電池險(xiǎn)了,以后出了事有保險(xiǎn)公司來(lái)賠。那保險(xiǎn)公司的保費(fèi)怎么訂,它就會(huì)去做事故調(diào)查和企業(yè)資質(zhì)調(diào)查,從而在事故賠付端形成一個(gè)比較完整的商業(yè)體系。
 
(責(zé)任編輯:子蕊)
文章標(biāo)簽: 全固態(tài)電池
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