電動(dòng)車(chē)頻繁起火，動(dòng)力電池如何跨越安全鴻溝？

接連頻發(fā)的電動(dòng)汽車(chē)起火事故，讓動(dòng)力電池的安全問(wèn)題又一次推到了輿論的風(fēng)口浪尖。

高工鋰電初步統(tǒng)計(jì)，就在過(guò)去的短短一周之內(nèi)，已經(jīng)接連發(fā)生近10起電動(dòng)車(chē)起火事件，而進(jìn)入2018年以來(lái)，國(guó)內(nèi)大大小小電動(dòng)車(chē)起火事故已經(jīng)超過(guò)50起，涉及客車(chē)、物流車(chē)、乘用車(chē)等不同車(chē)型，且有不斷蔓延增長(zhǎng)的趨勢(shì)。

8月19日，深圳龍華區(qū)觀瀾中心花園附近，一輛純電動(dòng)微面發(fā)生起火燃燒；8月25日位于成都的威馬研究院園區(qū)內(nèi)，一輛威馬EX5電動(dòng)車(chē)突然起火自燃；8月26日晚，安徽銅陵市一輛安凱純電動(dòng)公交車(chē)爆裂起火自燃；8月31日，廣州市一輛力帆650EV純電動(dòng)轎車(chē)起火自燃；9月4號(hào)深圳市平湖華南城附近一輛純電物流車(chē)起火自燃……

不僅是在國(guó)內(nèi)，國(guó)外類(lèi)似事件也正在增多，這其中，最受關(guān)注的就是特斯拉，今年3月，美國(guó)一輛ModelX撞車(chē)起火，結(jié)果導(dǎo)致一名蘋(píng)果工程師死亡；今年5月，還是美國(guó)，三名青少年駕駛一輛ModelS發(fā)生車(chē)禍，汽車(chē)起火，導(dǎo)致2死1傷……

必須正視的是，全球電動(dòng)化的大趨勢(shì)下，安全隱患已經(jīng)成為全行業(yè)無(wú)法繞開(kāi)的一個(gè)“不定時(shí)炸彈”。

就在上周召開(kāi)的泰達(dá)汽車(chē)論壇上，中國(guó)科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽(yáng)明高一針見(jiàn)血的指出，純電動(dòng)車(chē)面臨的最大風(fēng)險(xiǎn)，就是電池安全性。

事實(shí)的確如歐陽(yáng)明高所言，從國(guó)內(nèi)來(lái)看，受到政策“指揮棒”導(dǎo)向，能量密度成為動(dòng)力電池企業(yè)的一致追求，進(jìn)入2018年，更高能量密度的高鎳體系材料導(dǎo)入正成為主流企業(yè)的共同選擇，而如何在導(dǎo)入新體系時(shí)，把控好安全這個(gè)大前提，是動(dòng)力電池企業(yè)的“頭等大事”。

“從全球的大趨勢(shì)來(lái)看，盡管高鎳體系已成為一致共識(shí)，并且日本松下的NCA圓柱18650電芯在特斯拉上已有批量規(guī)?；瘧?yīng)用。但是像三星、LG這樣的企業(yè)，有意放緩其高鎳產(chǎn)品的量產(chǎn)時(shí)間表。這背后釋放的一個(gè)潛臺(tái)詞是，在高鎳體系之下，安全問(wèn)題依然還沒(méi)有被完全攻克，這需要全行業(yè)保持警醒?！睆V東邁納科技有限公司（下稱“邁納科技”）總經(jīng)理劉橋向高工鋰電如是判斷。

梳理分析接連發(fā)生的電動(dòng)汽車(chē)起火事件，大部分原因都指向了電池，而對(duì)于電池?zé)崾Э氐脑蜻M(jìn)行追溯，則包括過(guò)熱、過(guò)充、內(nèi)短路、碰撞等關(guān)鍵因素，涉及到電芯級(jí)規(guī)格選型、材料控制、生產(chǎn)制造品質(zhì)控制、模組及pack級(jí)的安全防護(hù)、使用環(huán)節(jié)操作等多個(gè)層面的原因。

對(duì)于電池企業(yè)而言，要保障電池安全，首先應(yīng)該關(guān)注的是防范因內(nèi)短路觸發(fā)熱失控，這其中，最為關(guān)鍵的是要從材料、工藝、制造環(huán)節(jié)來(lái)規(guī)避因?yàn)殡姵刂圃祀s質(zhì)、金屬顆粒、充放電膨脹的收縮、析鋰等造成的電芯內(nèi)短路。

而作為電池制造的第一個(gè)環(huán)節(jié)，正極材料的選擇最為關(guān)鍵。

“核心材料的選擇對(duì)于最終的電芯產(chǎn)品安全會(huì)直接產(chǎn)生影響?！眲蛳蚋吖や囯娊榻B，電芯的安全很大程度上取決于核心材料，尤其是對(duì)于高鎳三元體系而言，正極材料的金屬異物含量、殘余鋰以及PH值，會(huì)對(duì)電芯的安全性能影響非常大。尤其是風(fēng)頭正勁的軟包電池，高鎳化應(yīng)用除了生產(chǎn)環(huán)境濕度控制（Rh小于10%）外，對(duì)材料的殘留鋰/PH值/金屬異物控制要求會(huì)更高。

首先，正極材料的金屬異物含量越高，電芯自燃安全性風(fēng)險(xiǎn)就越高。但事實(shí)是，國(guó)內(nèi)很多正極材料及電芯廠家并沒(méi)有形成一種標(biāo)準(zhǔn)化的流程和方法來(lái)監(jiān)測(cè)金屬異物，很難對(duì)材料中金屬異物含量進(jìn)行真實(shí)性地評(píng)價(jià)。

據(jù)了解，正極材料中的金屬異物一般分為磁性金屬粉、非磁性金屬粉、弱磁性金屬粉三類(lèi)。

其中，磁性粉（Fe）是引起電芯自燃的主要原因之一。國(guó)內(nèi)的材料廠主要是通過(guò)除鐵器去除Fe雜質(zhì)，但實(shí)際上僅采用除鐵器的方法控制材料中殘余Fe的含量是不夠的，像含氧化鐵弱磁性粉就很難管控好。

另外，Cu、Zn等非磁性金屬粉也是引起電芯自燃的重要原因。而非磁性金屬粉混入正極材料中，材料廠和電芯廠是無(wú)法檢測(cè)出的，且Cu、Zn等非磁性金屬粉在電芯使用循環(huán)過(guò)程中一定會(huì)產(chǎn)生枝晶。由于枝晶逐步生長(zhǎng)刺穿隔膜從而導(dǎo)致正負(fù)極短路，電芯內(nèi)部急劇發(fā)熱從而導(dǎo)致發(fā)生燃燒起火。

同時(shí)，弱磁性金屬粉也是引起電芯自燃的主要原因之一。在正極材料當(dāng)中，國(guó)內(nèi)的材料廠家能截留住的并不多，譬如含鐵弱磁性金屬粉的含量是很難檢測(cè)出。

除了金屬異物，正極材料的殘余鋰也是引起電芯安全熱失控不可忽視的因素。正極材料的殘余鋰在偏高的情況下，會(huì)造成電池廠在勻漿的過(guò)程中出現(xiàn)果凍狀等不利因素而影響料漿涂布，且殘余鋰在電芯的循環(huán)使用過(guò)程中，會(huì)增加副反應(yīng)發(fā)生的程度。

同時(shí)，正極材料中的碳酸根離子含量在偏高的情況下，對(duì)電芯的高溫儲(chǔ)存、高溫循環(huán)方面有不利影響。碳酸根離子在電池高溫循環(huán)過(guò)程中，部分會(huì)分解產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w，從而造成電池內(nèi)壓增大甚至發(fā)生氣脹乃至爆炸。

對(duì)比國(guó)內(nèi)外企業(yè)對(duì)于上述幾個(gè)環(huán)節(jié)控制的關(guān)鍵指標(biāo)來(lái)看，GGII的結(jié)論是：國(guó)內(nèi)主流企業(yè)都還面臨不小的問(wèn)題，與日韓企業(yè)還存在明顯的差距。

劉橋介紹，從松下、三星、寧德時(shí)代等國(guó)際高端客戶的需求來(lái)看，在保證容量與循環(huán)等基本性能的情況下，其對(duì)于核心關(guān)鍵指標(biāo)也有嚴(yán)格的要求，譬如殘留鋰需要控制2000ppm以內(nèi)，PH值11在以內(nèi)，金屬異物在20ppb以內(nèi)。然而，國(guó)內(nèi)的現(xiàn)狀是，大多數(shù)材料廠家：殘留鋰指標(biāo)可能超過(guò)3000ppm，PH值指標(biāo)在11.6左右，金屬異物指標(biāo)超過(guò)100ppb，尤其對(duì)于高鎳三元?jiǎng)恿?jí)材料，國(guó)內(nèi)材料廠的指標(biāo)基本上無(wú)法滿足客戶的全部要求。

也正是看到目前國(guó)內(nèi)的材料環(huán)節(jié)存在的現(xiàn)實(shí)瓶頸與難題，劉橋于2016年籌建了邁納科技，擁有一支技術(shù)積累深厚的高鎳三元材料產(chǎn)業(yè)化技術(shù)合伙人團(tuán)隊(duì)（具有中/日/德背景），團(tuán)隊(duì)成員均有豐富的產(chǎn)業(yè)化研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。公司的發(fā)展目標(biāo)是致力于成為國(guó)內(nèi)高端鋰電材料供應(yīng)商，為客戶合作定制開(kāi)發(fā)高鎳三元材料產(chǎn)品，滿足客戶在性能、成本及供應(yīng)上的要求，特別是對(duì)材料安全性能的要求。

高鎳體系電池的產(chǎn)業(yè)化，材料是第一步，而材料安全則是邁開(kāi)第一步必須要解決的一道坎，這也是邁納科技參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的核心利劍。

劉橋介紹，基于團(tuán)隊(duì)成員在鋰電領(lǐng)域多年的產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)，對(duì)標(biāo)日本技術(shù)工藝，從材料的廠房設(shè)計(jì)、設(shè)備選擇、工藝控制上提出了針對(duì)性的解決方案，以此確保材料的真正安全性，性能最佳。

（1）廠房定制-正壓+無(wú)塵車(chē)間

通過(guò)防潮解處理，正壓車(chē)間設(shè)計(jì)，人流物流分離等進(jìn)行異物控制。

（2）特殊處理-關(guān)鍵設(shè)備全部定制

通過(guò)對(duì)窯爐等關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行定制和原材料預(yù)處理，能夠確保氫氧化鋰和前驅(qū)體在高溫窯爐中能夠更完全地參與反應(yīng)，從而使材料表面殘余鋰達(dá)到更低水平。

（3）獨(dú)特的水洗工藝

在工藝控制上，其采用了獨(dú)特的水洗工藝，將水洗過(guò)程中水分對(duì)材料的破壞程度做到最小，容量與循環(huán)性能最大限度地保持，而又能顯著去除材料表面殘余鋰，能夠?qū)⒉牧系臍堄噤嚳偤靠刂频?500ppm水平以內(nèi)，PH值控制在11以內(nèi)。

（4）金屬異物管控技術(shù)

在金屬異物的管控上，邁納科技的思路是，以外部不引入，內(nèi)部不產(chǎn)生的原則進(jìn)行管控。創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)正壓無(wú)塵車(chē)間，嚴(yán)格控制工廠內(nèi)部人流和物流分離。采用更合理的生產(chǎn)工藝流程，且對(duì)關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行定制，可將材料的金屬異物總含量控制到20ppb以內(nèi)。劉橋表示，對(duì)于非磁性金屬粉導(dǎo)致的電芯燃燒，我們?cè)诓牧檄h(huán)節(jié)是可以杜絕的。

總而言之，邁納科技通過(guò)自己獨(dú)特的核心技術(shù)工藝，在滿足材料本身容量，循環(huán)等基本指標(biāo)情況下，能顯著降低材料的殘余鋰含量與PH值，并將金屬異物含量控制到非常低的水平，確保材料的真實(shí)性評(píng)價(jià)與批次穩(wěn)定一致性。

基于上述思路和產(chǎn)業(yè)化的經(jīng)驗(yàn)，截至目前，邁納科技小試階段材料樣品已達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平?？蛻魷y(cè)試數(shù)據(jù)顯示，其樣品制備的半電池在0.1C，2.75V-4.2V情形下，克容量可達(dá)210.8mAh?g-1；全電池在25℃常溫循環(huán)560周的容量保留率為95.8%，材料循環(huán)壽命在2200周（80%保留率）；45℃高溫循環(huán)540周的容量保留率為87.7%，材料循環(huán)壽命在850周（80%保留率）；-20℃低溫，0.5C放電時(shí)，其容量保持率70%。

高工鋰電獲悉，目前，邁納科技正在進(jìn)行融資，且與項(xiàng)目落戶地區(qū)政府已達(dá)成初步合作協(xié)議，在浙江籌建一期年產(chǎn)8000噸動(dòng)力鋰電NCM811/NCA正極材料產(chǎn)線。

“高鎳時(shí)代，安全將始終是車(chē)企和電池企業(yè)必須時(shí)刻警醒的達(dá)摩克里斯之劍，從材料-電芯-模組-pack-車(chē)，每一個(gè)環(huán)節(jié)的疏忽都可能導(dǎo)致不可挽回的損失，而作為正極材料企業(yè)，在材料端保證原材料的安全，消除影響安全的不利因素，同時(shí)保證產(chǎn)品性能，這將會(huì)成為高端電池企業(yè)選擇供應(yīng)商的核心考量因素，邁納科技信心十足?！眲蜃孕诺谋硎?。