欣旺達這種「三元電池」是如何做到「不起火」的?

「起火」猶如一把達摩克利斯之劍，懸於新能源汽車產業的天空。數據顯示，今年以來國內僅新能源乘用車就發生約30起自燃起火事件，涉及十多個品牌約20款車型。近期，通用汽車從全球召回近6.9萬輛雪佛蘭Bolt EV，現代汽車召回近7.7萬輛KONA電動汽車，原因都是因為LG化學供應的動力電池存在起火隱患。

不斷的自燃起火事件刺激著公眾的神經，也把被稱為電動汽車心臟的動力電池推上了風口浪尖。為了破除電池包起火的安全魔咒，比亞迪推出了不起火的刀片電池，寧德時代研發出「只冒煙不起火」電池，越來越多的電池廠商加入到不起火電池的研發當中。

只冒煙、不起火電池包

日前，在網絡上一段內容為「不起火的欣旺達方案」視頻在迅速發酵，引發萬千網友關注。該視頻展示的是欣旺達惠州基地試驗場進行的「加熱觸發電芯熱失控實驗」的全過程。在視頻中，實驗系統中的模組電芯在觸發熱失控後，現場有煙霧冒出，但並未出現明火。

圖為視頻截圖

此後，被觸發電芯溫度快速升至約600℃達至頂點後，開始逐漸下降。約20分鐘後，該電芯溫度已從約600℃降至約300℃；同時其周邊電芯溫度也隨之下降。約40分鐘後，被觸發的電芯溫度又下降至約120℃；約50分鐘後，該電芯溫度已經降至約110℃，未觸發第二顆電芯。一個小時後，電芯溫度已經下降到100℃以下；67分鐘後，電芯溫度又下降到60℃。

可以看到，在試驗中欣旺達的單個電芯在被觸發發生熱失控之後，整個電池包只冒煙不起火，整個系統自始至終都保持安全狀態。欣旺達電池研究院院長陳斌斌在視頻中談到，對電池系統而言，安全就是不能發生熱蔓延，不能因為起火或者是爆炸危害人身安全，或者是財產安全。

「要實現電池產品的安全，我覺得做到兩點就夠了。第一點是我們要識別出危險的因素，就是我們要很深入地理解電池系統的失效模式；第二點其實就是要對這些失效模式做有效的控制。」陳斌斌表示。

據陳斌斌透露，基於系統化的安全理念，欣旺達構建了五層安全設計模型，從電芯設計、製造、模組、BMS再到PACK系統，嚴格把控每一個環節，成功創新研發出安全型的電池系統解決方案——「不起火的『欣旺達方案』」。

讓三元電池不起火的材料秘密

眾所周知，刀片電池不起火很大程度上是源於磷酸鐵鋰材料本身的安全屬性，寧德時代不起火電池也是在材料上作了改進。可以說，材料是整個電池安全系統的一個根本和基礎。

實際上，欣旺達不起火電池也是基於材料構築的安全堤壩。在視頻中，陳斌斌介紹說，在欣旺達的電池安全防護體系中，設計模型中的第一個層次，就是通過優化材料本身的材料安全、熱安全和機械安全三個層面，來保證整個電芯的設計安全，並有多達169項專利予以支撐。

「材料的穩定性是電芯安全的基因，我們基於對正極材料的認識，藉助第一性原理、計算，然後我們開發出來了更高熱穩定性的正極材料。」欣旺達電芯研究院的院長/博士張耀說道，他表示，選擇什麼樣的材料，決定什麼樣的品質，所以材料的選用是非常重要的。

張耀還談到，欣旺達還有極片的無機絕緣塗層，有隔離膜的絕緣塗層，這些塗層在電芯濫用情況下面，確保沒有內短路的產生。不過，視頻中並沒有具體透露該電池是何種材料。為此，電池中國網的記者聯繫到欣旺達相關負責人以一探究竟。

據欣旺達方面介紹稱，欣旺達的這款「不起火電芯」是鎳5X三元材料體系。我們知道，一般傳統上認為，因為材料本身的特性，三元電池帶有會引發發生熱失控的「原罪」。那麼，欣旺達的鎳5X三元材料體系又如何能擺脫「原罪」？

對此，張耀向記者介紹說，該電芯採用的高穩定性鎳5X三元材料，相比同行的同等能量密度的正極材料，熱反應溫度提升30℃，整體的反應產熱量減少18%，在更高的溫度、更高的荷電狀態，具有更高的結構穩定性。

陳斌斌進一步解釋稱，由於採用高電壓體系，其產熱比其它體系要低。同時它的熱穩定性比較高，「就是它的這個熱失控的溫度，和它這個釋氧的溫度是比較高的，要高於其它體系30℃以上」。

實際上，除了材料本身的安全與熱安全，材料的機械安全保障也很重要。陳斌斌談到，我們開車的時候，經常發生車底部的刮蹭變形。那麼，底部變形到什麼程度，裡面的電芯還是安全的呢，「我們現在是可以做到底部變形15%以上，電芯還是很安全的這樣一個狀態」。陳斌斌說。

既然材料是電池安全最基礎的一個保證，那麼在製造過程中如何來保證材料的這種安全性得到最大發揮？對此，張耀介紹說，欣旺達從電芯的原材料甄選採購，一直到供應出貨，整個製造過程，是全流程、全要素地進行品質管控，涉及管控要素多達3000多個，並且在品質防控中間嚴格執行。

「除了採用行業裡面最先進的自動化設備之外，也採用了我們智能製造的生產體系，所以我們可以確保所有過程中間百分之百可追溯。」張耀說。此外，通過先進高精度的工藝設備來進行電芯製造，可以保障電芯的一致性。據介紹，欣旺達的公差可以達到正負0.3毫米，在行業內居於領先地位，「做100萬個、1000萬個就像1個那麼好」。

客觀而論，電池安全是系統工程，即便電芯材料安全也並不能保證萬無一失。退幾步說，如果五層防護體系中的前四層設計都失效了，那麼最後怎麼保證人身的安全？陳斌斌提到，除了電芯本身之外的材料，在電池的上蓋板設計中，欣旺達還採用了一種耐高溫的材料，就是假如電芯熱失控以後，它還可以防護人身安全。

電池中國網認為，在新能源汽車產業發展過程中，安全問題重於泰山，行業從業者必須牢牢守住底線思維，防範風險於未然。今年工信部組織制定的電動汽車強制性國家標準，特別增加了電池系統熱擴散試驗，要求電池單體發生熱失控後，電池系統在5分鐘內不起火不爆炸，為乘員預留安全逃生時間。

可以說，欣旺達「只冒煙、不起火」電池的問世，正是基於踐行「底線思維」的成果，同時證明了電池起火也並非不可破解的魔咒，相信隨著材料的創新、技術的進步，新能源汽車行業必能構築起安全的後盾。