鉅大LARGE | 點擊量：762次 | 2021年09月25日
電池原材料研發薄弱 電動汽車安全質疑
我國電池的一致性和均勻性還比較差，這就可能影響使用壽命，還可能引發安全問題。裝配工藝，環境控制，包括濕度、溫度等各個細節的把握，國內的電池公司做得還很不足。我國不提升新材料研發的力度和深度，是跟不上節奏的。六月十八日，在香港剛剛引進比亞迪電動出租車一個月，就發生了充電時爆炸事件。雖然比亞迪官方聲明此次輕微爆炸是源于充電盒故障，但還是不禁令人想起了前兩年發生的兩起電動汽車因不同原因起火的事故，再次引起了公眾對電動汽車安全問題的討論。
2012年五月二十六日，深圳濱海大道上一輛電動出租車被一輛高速行駛的跑車追尾后，電池短路起火。
2011年四月十一日，杭州，上路未滿3個月的電動出租車在路邊自燃起火。
材料、安全需平衡
鋰離子電池是目前在電動汽車上重要使用的動力鋰離子電池。各國電動汽車公司采用的鋰離子電池類型根據材料都有差別，就主流動力鋰離子電池產品來講，我國公司重要是磷酸鐵鋰離子電池，日韓重要是摻三元材料的錳酸鋰離子電池，而奔馳等一些公司則采用鈷鎳酸鋰離子電池。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
這些鋰離子電池的分類，重要是指鋰離子電池的正極材料的不同。我國科學院物理研究所研究員黃學杰告訴《我國科學報》記者：這些正極材料，大家都在用，但有關哪一種更適合電動汽車的發展有一些不同的意見。不過，目前在我國的示范運行車輛中，大部分使用的是磷酸鐵鋰為正極材料的電池，也有一些公司正在開始做錳酸鋰混合三元材料的體系。
所謂錳酸鋰混合三元材料，是指在錳酸鋰正極材料中加上三元材料，即鎳鈷錳酸鋰或鋁摻雜的鈷鎳酸鋰。目前開始采用錳酸鋰混合三元體系的重要是日韓公司，比較典型的是日產LEAF（聆風）和美國通用的Volt（沃藍達），分別采用的就是日韓公司生產的錳酸鋰摻三元正極材料的鋰離子電池。
2012年，Volt也發生了在碰撞測試一段時間后電池起火現象。難道說，無論什么樣材料的電池都會有易燃易爆的安全隱患嗎？
黃學杰認為，并不能因這幾次事件就判斷電動汽車電池不安全。凡是含有能量的器件，在高速撞擊的情況下都可能出現短路或者燃燒。即使現在在我們生活中已經十分普及的燃油汽車，它的油箱在同樣的情況下也會發生爆炸。
在國內發生的這兩起電動汽車起火事件，黃學杰也看了有關的分析結論。他說：這兩起事故中，都伴隨有電池的電解液泄漏和短路的問題。電解液重要成分是易燃的有機溶劑。目前蓄電池的材料技術，還處在一個發展的過程中。
比如，美國的Volt在碰撞測試兩周后起火，過后他們又做過重復試驗，而試驗中5臺車中的3臺重復了起火的現象，Volt被召回。之后Volt改進了電池組的結構，提升了強度。他們并沒有透露改進的詳細內容，但是不久之后一個偶然事件卻幫他們證實了改進的成功。他說，一輛Volt被一輛闖紅燈的高速行駛的汽車撞擊。撞擊后車體損傷嚴重，而電池完好無損。
鋰離子電池并不單單受到電動汽車的青睞，美國波音的夢幻客機也充分利用了鋰離子電池來節省燃油、降低成本。但鋰離子電池也帶來不少麻煩。2013年一月七日至十六日，10天內波音787發生了7起事故，而其中就有兩起是鋰離子電池起火。黃學杰告訴《我國科學報》記者：實際上波音上使用的鋰離子電池的材料是有問題的。它用的是手機電池常用的鈷酸鋰正極材料，電池內部結構設計也有問題，起火后組內所有的電池都被燒完了。而深圳碰撞后起火的電動出租車使用的是磷酸鐵鋰離子電池，磷酸鐵鋰材料的穩定性比較高，燃燒后，只有約四分之一的電池被損壞。
因此，有關動力鋰離子電池來說，材料選擇還是很重要的。比如使用純三元鈷鎳錳酸鋰材料的電池，一旦發生爆炸威力會非常大。摻混三元材料的錳酸鋰離子電池是目前應用的電池品種之一。美國的Volt和日本的LEAF使用的錳酸鋰離子電池中就摻了大約30%的三元材料。黃學杰說，因為三元材料能夠提升電池的容量。但為何是30%而不是更高的比例，電池的其他材料和電池設計制造及管理技術決定了摻混更高比例的三元材料會帶來安全方面的高風險。
比如，目前電池外的隔膜，只能耐受120℃的高溫，而未來的研究方向是耐200℃甚至更高的溫度，保證電池在高溫下不短路。此外還有更穩定的電解液要發展。在這些方面，我們都在向前發展。黃學杰說，電池比能量提升與安全要一個平衡。一個電池好不好，不能只看一個指標，而是多個指標的綜合。比如德國，他們對電池的要求就有8個指標，能量密度、功率密度、環境適應性、壽命、安全、成本、可靠性等都要達標才可以，不能偏科。
電磁輻射、充電安全添隱憂
有關電動汽車來說，還有一種安全隱患也在媒體中討論過，那就是電磁輻射。當發動汽車后，大量電流通過電機后會出現對人體有害的輻射。電動汽車發射功率是手機的上萬倍，電池波也會對人體出現影響。曾有電動出租車司機對媒體表示，開車一年后，不僅掉頭發，褲子也發現有靜電。
記者在網上搜索電動汽車輻射這樣的關鍵詞，發現，有很多網友在各種論壇提問，電動汽車的電池是否有對人體有害的輻射，一些孕婦對此尤其關注。
黃學杰告訴記者，電器都會有輻射，但都有一個人體可接受的標準。目前國際上都有相關的標準，而我國在2001年也頒布了《電動汽車輛的電磁場輻射強度的限值和測量方法》的國家標準。
為了達到標準，在電動汽車制造過程中，也有相應的技術降低電磁輻射。
對此，我國工程院院士、世界電動汽車協會創始主席兼亞太電動汽車協會主席陳清泉解釋，有關電動汽車的電流以及輻射是有防護和隔離措施的。一般而言，符合當前標準的車輛，應該不會出現問題。但是，他也坦言，有關一個新生事物而言，這樣的標準是否足夠是要持續關注的，它恐怕同樣要提高。
剛剛發生的香港比亞迪電動出租車的充電爆炸事故，重要是充電機的故障。黃學杰表示，這說明充電機還要改進。
比亞迪對此解釋是電網至充電盒連接點松動導致等效阻抗過大而引起過熱。陳清泉認為，這重要涉及日常維護的問題，關鍵在于人員培訓。他告訴《我國科學報》記者，歐盟有專門的資金支持對司機、維護人員的技能培訓，值得國內學習。
電動汽車發生故障并不稀奇，重要的是如何吸取教訓，提高標準水平。陳清泉指出，比如，日本電動汽車發生碰撞以后，為了防止嚴重燃燒，他們在電池包中裝有一個傳感器，一旦發生碰撞，可以馬上切斷單體電池之間的連接點，縮小危險范圍。
電池原材料研發薄弱
在陳清泉看來，我國電動汽車電池技術在近十年來進步迅速，不但做得又快又大，而且相比較較便宜，但是，我國電池的薄弱點在于，一是原材料，另一個則是裝配工藝，尤其是在電池包的組裝上面。
在業內，電池比拼的就是高新材料技術，重要體現在正極、負極以及負責使離子在兩極間移動的電解質這三方面。
鋰離子電池的工作原理是在充電時從正極溶出的鋰離子經由電解質移動到負極一側，將電能轉化成化學能，并儲存起來。放電時，反過來使鋰離子從負極移動到正極，由此釋放電能。
目前，就電池技術最為先進的日本來說，鋰離子電池的能量密度最高可在100～120Wh/kg，平均每千瓦時的成本約為10萬日元。陳清泉告訴《我國科學報》記者，我國最優的鋰離子電池目前也能達到這樣的水平，重要使用的材料是磷酸鐵。而國家希望鋰離子電池的能量密度能夠達到150~200Wh/kg，日本的公司目標則是以2020年前后為限，使能量密度新增到250Wh/kg，將平均每千瓦時的成本降低到約3萬日元。也就是說，用大約10年時間將能量密度提高到2倍以上，成本則降至三分之一以下。
假如依照這樣的行業目標，我國不提升新材料研發的力度和深度，是跟不上節奏的。陳清泉指出。
陳清泉還提到，在一個電動汽車里面為了提高功率有很多電池要進行串并聯，變成一個電池包，電池單體做得很好，不代表組裝成電池包以后就好。我國電池的一致性和均勻性還比較差，這就可能影響使用壽命，還可能引發安全問題。因此，他認為，裝配工藝，環境控制，包括濕度、溫度等各個細節的把握，國內的電池公司做得還很不足。
據陳清泉介紹，目前，日本電池的整體技術是最好的，但是成本也最高，我國的電池價格便宜，產量也大，而韓國的電池，性能優于我國，成本又比日本低，是其中產值最高的。
跟其他國家相比，政府有關電池的研發投入是不足的。陳清泉表示，政府支持的大多是電池的制造環節，這是相對容易的。美國則花大量精力支持材料以及組裝工藝的研發。
因此，陳清泉提出，首先是要加強對電池原材料的研發。黃學杰也認為，日、韓的電動汽車電池技術無論是產業成熟度指標還是電池組可靠指標都仍然走在我國的前面。我國現在處在一個從無到有的階段，剛剛解決了有的問題。黃學杰說，接下來要解決從有到好的問題，這還有很長的路要走。
來源：《我國科學報》
