电池安全问题，电动汽车的头等大事 | 科普 全球热讯

撰文 | 海锋  编辑｜周长贤

说起电池新技术，很多人都会想起特斯拉的4680电池。

确实，这款更粗壮的电池单体，在能量密度、散热性能、充电速度等等方面都相比传统锂电池有着更好的表现。再加上无极耳结构、干电极工艺、硅负极、单晶化正极等等新技术的加持，让4680电池一下成为消费者眼里的动力电池未来之光。

(资料图片仅供参考)

但是，自2020年9月份，4680电池在特斯拉“电池日”首次亮相至今，近1000天过去了，身处全球最大汽车市场的我们，竟然在马路上还没有看到一台搭载该款电池的量产特斯拉车型。

一向雷厉风行的马斯克，也被短时间内无法提升的电池良品率困扰许久。

那么，动力电池新技术就只能期待国外汽车品牌的研发与创新吗？当然不是！作为全球新能源汽车最具活力的市场，中国在动力电池领域的创新从来没有停止过。

“刀片”“弹匣”“麒麟”“神盾”“魔方”......一个个带有武侠风的名字让电动车消费者“不明觉厉”。

那么，从技术角度出发，这些电池的创新在哪里？今天咱们就聊一聊动力电池领域的中国原创。

Part1：安全创新

作为新兴事物，电动汽车的安全一直备受关注，几乎每一次起火事故都会登上头版头条，这也让新能源汽车的厂家与工程师们压力山大。

从结构原理来看，电动汽车起火自燃的概率确实要比传统燃油车更高，燃油车的起火燃烧必须要满足燃料泄漏、明火点燃等一系列条件。但电动汽车起火只需借助外力敲击电池模块，破坏电芯正极与负极的绝缘层，引发热失控，即可办到。

为了进一步提升电池安全，诸多厂家在电池技术上进行了创新。这一领域知名度最高的当属比亚迪“刀片”电池。

刀片电池以不起火、不爆炸为电池安全的终极要义纵横天下。但电池安全这个大概念并不是一个电芯针刺试验可以全部定义的，在日常用车层面，电动汽车的电磁辐射安全也被越来越多的人关注。

以佩戴植入式医疗器械的特殊人群为例，电动汽车的电磁辐射会影响包括心脏起搏器、心律转复除颤器、人工耳蜗等一系列特殊医疗设备的正常工作，对他们的日常生活产生严重影响。

最近，中汽研华诚认证颁发的全国第一张汽车乘员佩戴植入医疗器械电磁防护认证证书，被吉利银河L7收入囊中，这款车也成为“中国新能源汽车电磁防护001号车”。

获此荣誉的背后是自我要求的不断提升，以吉利EMC实验室测试验证标准为例：

1、测试频段比国标更广（DC-18GHz）

2、测试底噪比法规更低（低10dB以上）

3、测试场强比法规更大（高30V/m）

实际测试结果显示，吉利银河L7所有测量部位的数值均大幅领先于行业电磁防辐射标准，尤其在脚部空间、座垫、充电口等通常受电磁辐射影响较大的区域，做到了对佩戴植入式医疗器械特殊人群的全方位保护，辐射强度远小于手机、电脑。普通人群更可以放心使用、乘坐，不用担心电动汽车的电磁辐射安全问题。

超低辐射背后是吉利银河L7搭载的“神盾电池安全系统”。为了降低电磁辐射对用户的影响，它使用深入细胞层级的防辐射安全技术，例如采用超高等级的双绞线，从源头将电磁辐射降低70%。

与此同时，利用“金属网+铝箔”双层隔绝，加上密封性能良好的前舱和底盘结构，隔离电磁传播，有效避免电磁辐射对人体健康的损害。

上述成就的取得，要归功于吉利技术团队联合高校、科研院所、医疗机构，深度研究电磁辐射对人体干细胞的成团率和老化指数的影响，形成了细胞级的电磁辐射安全设计标准，并开行业先河，将辐射安全设计，分解到了系统层级。

当然，“神盾电池安全系统”的安全并不只有防辐射， 在电池防自燃领域，也有着深厚的科研技术储备。

动力电池主要分为电芯、模块、电池包三个层面。过去几年，电芯技术并不成熟，导致电动汽车自燃的很大一部分原因都来源于此。但随着电芯规模化生产和热扩散技术的更新迭代，现在电芯技术已相当成熟，也非常安全，想要让动力电池的安全性更有保障，就必须要解决“电池模块系统”的安全问题。

在这一设计思路下，“神盾”电池推出了“八重神盾，八重防护”的理念，即：

1、架构十宫格专利

2、整车笼式防护

3、快充安全

4、母婴级防辐射

5、电芯针刺不起火

6、电池包防爆设计

7、行业领先的BMS3.0“电池医生”智控系统

8、24小时星睿智算中心云端守护

1和2是典型的安全领域被动技术，几乎所有的电动汽车厂家都有，但神盾电池做到了“人有我优”。实际测试工况下，整个电池包能承受30公里/小时托底冲击，20公里/小时整车托底，解决了电动汽车最常见的因“托底碰撞”带来的电池损伤与安全事故。

7和8是神盾电池在安全领域独有的主动技术。先来看BMS3.0“电池医生”智控系统，通过当下极为先进的“AI决策算法”，实时保护200多项电控条目，预警50多种故障类型，对于热失控、电池寿命、电芯状态等，都能做到精准预测保护，可提高电池寿命20%。再结合吉利独有的结构安全保障，成功做到电池低衰减、耐挤压、不起火、不爆炸。

再看24小时星睿智算中心，基于81亿亿次/秒的云端算力，赋予AI算力支撑和云端实时安全保护。就像请了一位时刻守护在车辆周围的安全专家，24×365天，全方位不间断为电池安全保驾护航。

Part2：结构创新

电动汽车用户的痛点是什么？除了“电池安全”，“续航里程焦虑”一定排在TOP3之列。

想要解决这个问题，可以从两方面入手，一是增加电池容量，二是布局快充网络。

先看第一条路，由于增加容量会大幅提升电池自身的重量，而电池重量又会反噬续航里程，所以瓶颈非常明显，那就只能在能量密度方面想办法了。

去年6月发布的宁德时代麒麟电池是该领域的代表，它的体积利用率突破72%，磷酸铁锂电芯的能量密度可达160Wh/kg，而三元锂电芯的能量密度更是达到255 Wh/kg。

作为对比，特斯拉4680电池的体积利用率为63%，电池组能量密度为217 Wh/kg。换句话说，已经量产的麒麟电池超越尚未量产的4680电池，似乎也没什么问题。

麒麟电池在能量密度上的突破，更多依赖于宁德时代推出的CTP技术，英文全称Cell To Pack，也就是无模组动力电池包。在这一技术框架下，工程师采用电芯倒置、集成弹性夹层、重构水冷系统等一系列方法，让有限的电池壳体内塞进更多电芯，实现能量密度的大幅提升。

再看第二条路，如果电动汽车的续航里程一直维持在500-600公里，但每次充电只需5分钟，并且快充站的布局密度和加油站差不多，是不是也能解决续航焦虑？

2023上海车展前夕，在小鹏“扶摇”技术架构发布会上，何小鹏一句“充电5分钟，续航200公里”，引起全场共鸣。

事实上，并不只有小鹏一家能实现如此快捷的充电速度，蔚来、岚图、比亚迪、埃安......不少车企都已经在量产车型上进行“超快充”的正式布局。

想要获得如此高的充电速度，800V高压平台与电池散热系统至关重要。中学物理老师教过，P（功率）=U（电压）×I（电流），电压越高或电流越大，都可以实现更高的充电功率。

特斯拉目前最新的V3超充，仍旧基于400V平台，最大功率为250kW，峰值电流大小为600A。之所以不能做得更高，是因为Q（热量）=I（电流）^2R（电阻）t（时间），电流越大，发热量也越大，能量损耗呈指数级上升。

而在800V高压平台的帮助下，同等功率电流降低一半，能量损耗也更低。

当然，超快充还需要解决的一个根本问题就是电池散热，几百千瓦的高功率下，电池的内阻会将温度抬升非常高。

以哪吒“天工”电池为例，在电池包内部通过散热冷却管路，构建恒温液冷系统。当电池过热时，冷却液将电芯的热量通过热交换的方式带出，再由电池外部的散热部件进行冷却。稳定而适宜的温度可以让电池的充电速度提升8%，甚至更多。

Part3：产业创新

最近，氢氧化锂和碳酸锂的价格已经降到20万元/吨甚至更低，但一年前锂矿让人们见识了一把它的疯狂。从5万元/吨涨到60万元/吨，只用了短短几个月的时间。

普通用户看到的是锂矿价格波动对电池乃至整车售价的巨大影响，而电池生产企业则看到了锂矿供应链的不成熟导致对整个电动汽车产业的巨大冲击。于是，钠离子电池出现在汽车生产厂商甚至是用户的眼前。

根据测算，在地壳中钠储量极其丰富，比锂高3个数量级。同时，钠的导电性能好，可以用低浓度的电解液；快充性能好，同浓度的钠盐电解液比锂盐电解液离子导电率更高；安全性较好，可以满足一些对能量密度需求不高的领域。在安全性、充电速度、低温耐受等方面都有着很明显的优势。

钠离子电池在原理上和制造工艺上与锂离子电池类似，并且和锂电池生产线设备兼容，便于锂电池生产企业的进一步转型。

目前，钠离子电池之所以尚未普及，主要原因是能量密度太低，它更适用于储能、两轮电动自行车、A00级电动汽车等对能量密度要求较低的场景。

但钠离子电池的优势也非常明显，那就是制造成本非常低。中科海钠总经理李树军表示，按照目前最主流的、也是产业化进度最快的层状氧化物路线测算，钠电池成本可以做到每瓦时（Wh）0.35元至0.4元，仅为目前三元锂电池的一半。

根据《中国钠离子电池行业发展白皮书(2022年)》测算，钠离子电池2026年的市场空间将达到369.5GWh，理论市场规模或将达到1500亿元。

截至当前，钠电池产业链已有超150家企业，近半钠离子电池企业即将量产，有超35家钠离子电池企业已进入中试阶段，另有50家以上处于实验室阶段。另一方面，今年钠电池产业将跨过“GW级出货”这一门槛，达到3GWh至5GWh的规模，而去年出货量仅0.2GWh左右。

总结

虽然，电池仍是电动汽车的发展瓶颈之一，但中国电动汽车在电池方面的不断创新，却为世界瞩目。

单纯的长续航已经不再是用户唯一追求，安全性更高、补能速度更快、低温续航表现更好、价格更便宜已经成为中国电池与电动汽车技术的深度发展方向。

在处处“内卷”的时代，电动汽车续航里程不高、容易起火燃烧、电磁辐射太强、充电速度不快等等弊病，都会被一一攻克。

不少网友调侃，“特斯拉公开专利后，国产电动汽车迎来爆发”。事实上，电池领域的业内人士最清楚，在诸多技术指标上，中国品牌已经实现了超越。“刀片电池”、“神盾电池”就是最好的例子。

如果说，“刀片电池”防自燃实现了电池安全的第一阶段，那么“神盾电池”防辐射实现了电池安全的第二阶段。在中国电动汽车厂商以及广大工程师的努力之下，国产电动汽车走向全球也只是时间问题。

标签：