蜂巢能源動(dòng)力電池的針刺試驗(yàn) 圖/蜂巢能源提供

近日，應(yīng)急管理部消防救援局發(fā)布的一季度數(shù)據(jù)顯示，接報(bào)各類交通工具火災(zāi)1.9萬起，其中，新能源汽車640起，同比上升32％，意味著平均每天發(fā)生超過7起新能源汽車火災(zāi)。而近期在我國(guó)臺(tái)灣省發(fā)生的一起交通事故也引發(fā)了廣泛關(guān)注，一方面是因?yàn)轳{駛車輛出事故的是知名藝人林志穎；另一方面，發(fā)生事故的是一輛特斯拉電動(dòng)汽車，并在碰撞后起火，再度引發(fā)了公眾對(duì)于電動(dòng)汽車安全的擔(dān)憂。

新能源汽車更易起火？

(資料圖)

盡管和傳統(tǒng)燃油車相比，新能源汽車三個(gè)月起火640起不是很高比例，但在探究原因時(shí)仍需要仔細(xì)分析。首先，一季度全國(guó)基本處于冬季和春季，高溫地區(qū)極少，新能源汽車起火很難與高溫聯(lián)系起來。其次，發(fā)生火災(zāi)的車型幾乎涉及各個(gè)品牌，無論是名不見經(jīng)傳的品牌還是號(hào)稱永不著火的品牌，都有起火事故發(fā)生。第三，這些起火事故以自燃為多數(shù)，部分起火事故是由于碰撞導(dǎo)致。

事實(shí)上，近年來每到夏季高溫天氣，新能源汽車自燃事故就常見于報(bào)端。包括吉利、長(zhǎng)城歐拉、威馬、廣汽埃安等多個(gè)新能源汽車品牌均發(fā)生過碰撞起火或者自燃事故。新能源汽車碰撞后發(fā)生起火事故也不在少數(shù)，比如2021年7月30日，一輛蔚來EC6在上海浦東新區(qū)臨港大道上撞上石墩后，車輛損毀嚴(yán)重并發(fā)生自燃，此次交通事故由于造成了車主身亡而備受矚目；2021年11月11日，一輛理想ONE追尾一輛蔚來EC6后車頭燃起大火，前機(jī)艙嚴(yán)重?zé)龤А?/p>

多起引發(fā)公眾關(guān)注的新能源汽車起火事故，讓人們產(chǎn)生了新能源汽車比燃油車更易起火的印象，這種印象是否真實(shí)？、

一家動(dòng)力電池企業(yè)技術(shù)負(fù)責(zé)人何進(jìn)（化名）在接受《中國(guó)汽車報(bào)》記者采訪時(shí)表示，這種說法確實(shí)有一定道理。因?yàn)閭鹘y(tǒng)燃油車如果油箱沒有損壞泄漏，一般不會(huì)發(fā)生燃燒。而電動(dòng)汽車如果發(fā)生短路就會(huì)增加起火的概率，一般車禍都會(huì)導(dǎo)致底盤電池部位受損甚至變形嚴(yán)重，短路在所難免。

在7月22日舉辦的2022世界動(dòng)力電池大會(huì)“全球先進(jìn)動(dòng)力電池前瞻技術(shù)突破”分論壇上，歐盟科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授、國(guó)家“937計(jì)劃”首席科學(xué)家孫金華給出了一組數(shù)據(jù)：目前，電動(dòng)汽車著火率約為0.03％，略高于傳統(tǒng)燃油車。

不過，在全國(guó)乘用車市場(chǎng)信息聯(lián)席會(huì)秘書長(zhǎng)崔東樹看來，盡管新能源汽車火災(zāi)事故數(shù)量同比增長(zhǎng)了32％，但必須看到我國(guó)新能源汽車保有量在以更快速度攀升這一事實(shí)。“目前火災(zāi)事故的上升并沒有新能源汽車保有量增長(zhǎng)那么快，整體上看，新能源汽車安全性也在呈現(xiàn)不斷上升的趨勢(shì)。”崔東樹表示。

理事長(zhǎng)、中關(guān)村新型電池技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟秘書長(zhǎng)于清教在接受《中國(guó)汽車報(bào)》記者采訪時(shí)表示，“近年來，新能源汽車起火事故屢見報(bào)端，而我也一直在強(qiáng)調(diào)，起火并不代表新能源汽車更容易起火爆炸，任何車輛自燃都存在一定的偶發(fā)性，新能源汽車增量迅速同時(shí)作為新生事物，使得一些安全問題備受關(guān)注。”

為何“受傷”的總是新能源汽車

“目前新能源汽車的起火原因主要可歸為兩類：一是電器線路短路導(dǎo)致的起火；二是電池內(nèi)部短路導(dǎo)致的起火。其中電池內(nèi)部短路的成因包括部件老化、電池?zé)崾Э亍⑦^度充電。此外，如果汽車在碰撞的時(shí)候使電池組變形，可能導(dǎo)致電池的隔膜破裂和內(nèi)部短路，容易因易燃電解液泄漏而引發(fā)火災(zāi)。”何進(jìn)表示。

與傳統(tǒng)燃油車相比，新能源汽車最大的不同是背上了沉重的電池包，這也是大部分新能源汽車起火事故的源頭。據(jù)孫金華介紹，動(dòng)力電池主要由正極材料、負(fù)極材料、電解液、隔膜材料、電解質(zhì)等材料構(gòu)成，其本質(zhì)就是氧化劑和可燃劑等化學(xué)物質(zhì)，很容易發(fā)生起火事故。一般來說，電池的正常使用溫度在40℃以下。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)熱和電化學(xué)熱建立熱電耦合的熱失控預(yù)測(cè)模型不難看出，電池的初始熱量是充放電循環(huán)等物理熱積累，如果不能及時(shí)導(dǎo)走熱量，會(huì)誘發(fā)熱失控反應(yīng)。簡(jiǎn)單而言，即電池內(nèi)累積的熱量如果無法及時(shí)散出，電池溫度超過安全閾值時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致熱失控反應(yīng)。

新能源與智能網(wǎng)聯(lián)汽車獨(dú)立研究者曹廣平介紹，新能源汽車一旦發(fā)生火災(zāi)尤其是電池著火后，火災(zāi)的危險(xiǎn)性和撲滅難度就更大。這主要是因?yàn)殡姵仄鸹鹑氐膮⑴c方式與燃油車不同，要想控制住這三要素中的任何一個(gè)都非常難。鋰離子電池的主要材料與燃油一樣都是可燃物，但除了都存在燃燒產(chǎn)生的熱能外，電池的正、負(fù)極短路放電還產(chǎn)生大量歐姆熱，因此電池更難降溫。電池結(jié)構(gòu)比著火的油箱口或者流淌火更為復(fù)雜，消防員對(duì)其內(nèi)部進(jìn)行降溫并不容易。除了控制住可燃物、起火能量溫度外，想控制住電池火災(zāi)的氧氣也非常困難。與燃油起火不同的是，電池電解液是更為復(fù)雜的含氧有機(jī)物，受熱時(shí)自身就能放出氧氣，因此即使外部覆蓋泡沫隔絕空氣，內(nèi)部仍進(jìn)行氧化燃燒。因此電池火災(zāi)撲滅的難度要比燃油起火更大，引燃周邊車輛等的可能性以及損傷也更大。另外，新能源汽車不同于燃油車的一點(diǎn)是，在靜置長(zhǎng)時(shí)間過度充電時(shí)或電池在碰撞事故中受損后，起火的可能性較大。而電池托底后引起的火災(zāi)隱患，可能會(huì)隱藏很長(zhǎng)一段時(shí)間。

永不起火能否實(shí)現(xiàn)

記者了解到，目前包括廣汽、比亞迪、長(zhǎng)城、嵐圖、極氪等車企，以及寧德時(shí)代、欣旺達(dá)等電池供應(yīng)商相繼推出了“不起火”或“不爆炸”的動(dòng)力電池解決方案。車企爭(zhēng)相發(fā)布安全性能更高的動(dòng)力電池產(chǎn)品的同時(shí)，有的甚至喊出了“永不起火、永不爆炸”的口號(hào)，不少車企宣稱已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了電池“不起火、不爆炸”技術(shù)。

但是，企業(yè)的宣傳和公眾看到的實(shí)際情況并不一樣。

何進(jìn)認(rèn)為，電池原材料的基本屬性決定了電池本就自帶易燃易爆的特質(zhì)，電芯中的極片、電解液等部件含有鋰、鎳等多種活性元素，這類元素在接觸空氣后不可避免地會(huì)發(fā)生爆炸。此外，動(dòng)力電池本身涉及復(fù)雜的化學(xué)變化，是一個(gè)有“生命”的個(gè)體。在動(dòng)力電池生產(chǎn)出來以后，初期可能滿足各方面的標(biāo)準(zhǔn)，但經(jīng)過幾年的使用，內(nèi)部會(huì)發(fā)生變化。比如，動(dòng)力電池在使用過程中會(huì)產(chǎn)生鋰枝晶，鋰枝晶多了之后會(huì)刺穿隔膜導(dǎo)致短路，進(jìn)而導(dǎo)致熱失控、熱擴(kuò)散，最終導(dǎo)致電池包燃燒甚至爆炸。“電動(dòng)汽車自燃現(xiàn)階段恐怕無法從根本上杜絕。如果想無限接近‘杜絕’，只能通過不計(jì)成本地使用高端材料，同時(shí)接受較低的能量密度。但是那樣的產(chǎn)品由于成本原因無法量產(chǎn)，也不會(huì)被市場(chǎng)認(rèn)可。”何進(jìn)說。

值得一提的是，何進(jìn)也提出了他的質(zhì)疑：“為什么一些企業(yè)的電池在實(shí)驗(yàn)室中能夠不起火不爆炸，但是在實(shí)際裝車后，卻避免不了起火，這其中是否存在實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品和量產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量不統(tǒng)一的情況？”

于清教也表示，從化學(xué)屬性以及市場(chǎng)應(yīng)用來看，可以說目前沒有100％的方案能解決電池包起火問題。但他也指出，目前業(yè)內(nèi)也致力于解決動(dòng)力電池安全痛點(diǎn)，相信在車企、電池企業(yè)、材料端等多方共同努力下，新能源汽車將更安全、更高質(zhì)、更高效。

曹廣平表示，提高動(dòng)力電池的安全性是一個(gè)長(zhǎng)期的“漸進(jìn)結(jié)合突然進(jìn)步”的過程。目前電池安全的研究和設(shè)計(jì)方向包括使用活性較低的電池正負(fù)極材料、電解液添加其他材料以及開發(fā)半固態(tài)或固態(tài)電池等。

降低起火風(fēng)險(xiǎn)和危害

可以看到，業(yè)內(nèi)的普遍觀點(diǎn)是新能源汽車由于動(dòng)力電池的化學(xué)特性短期內(nèi)無法保證100％的安全，那么，如何盡可能降低風(fēng)險(xiǎn)和危害就成為當(dāng)前行業(yè)考慮的重點(diǎn)。

孫金華介紹，當(dāng)前動(dòng)力電池安全防控技術(shù)主要圍繞三個(gè)層面：首先，從材料和工藝等角度提升電池安全性。例如研發(fā)出難燃和不燃的電解液、更高熔點(diǎn)的隔膜甚至是無機(jī)隔膜等，或是提高正極材料的穩(wěn)定性，防止與電解液發(fā)生反應(yīng)。其次，電池使用過程中的安全，及時(shí)進(jìn)行熱失控預(yù)測(cè)預(yù)警。針對(duì)一系列電池?zé)崾Э氐脑囼?yàn)，提取可能用于電池?zé)崾Э氐膮?shù)、閾值等，再結(jié)合熱失控模型，孫金華教授團(tuán)隊(duì)突出了三級(jí)基于多參數(shù)融合電池火災(zāi)預(yù)測(cè)預(yù)警技術(shù)，分別為第一級(jí)故障預(yù)警，第二級(jí)熱失控預(yù)警，第三級(jí)火災(zāi)報(bào)警。

最后，研發(fā)高效滅火和抗復(fù)燃技術(shù)。據(jù)介紹，目前業(yè)內(nèi)已研發(fā)出兼具化學(xué)滅火功能和物理降溫功能的滅火劑，并針對(duì)動(dòng)力電池火災(zāi)的特性，開發(fā)出滅火藥劑釋放程序控制方法，實(shí)現(xiàn)了帶電電池系統(tǒng)的快速滅火，并解決了電池降溫和抗復(fù)燃問題。

孫金華認(rèn)為，要發(fā)展本質(zhì)安全型動(dòng)力電池，未來要進(jìn)一步從電池材料、全電池系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)工藝方面提高安全性能。另外，要研究新型高性能、高安全的電池，比如固態(tài)電池、鈉離子電池等，并研發(fā)早期故障診斷與熱失控精準(zhǔn)預(yù)測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)隱患事故的早期處置和事故預(yù)警，做到靶向性推測(cè)出電池包中具體哪一個(gè)電池出現(xiàn)故障。最后，要發(fā)展智能一體化的安全防控技術(shù)，即集熱管理、故障診斷、熱失控預(yù)警、滅火協(xié)同的智能一體化安全技術(shù)，形成高效熱管理智能精準(zhǔn)預(yù)測(cè)和快速處置，最后實(shí)現(xiàn)高效、清潔滅火。

提高新能源汽車安全性，除了要在動(dòng)力電池技術(shù)研發(fā)上努力之外，加強(qiáng)用戶對(duì)新能源汽車安全性的認(rèn)知，使其的使用更加科學(xué)、合理也十分必要。

于清教表示，發(fā)展新能源汽車已成為必然趨勢(shì)，為防患于未然，新能源車主在選車、用車方面都要有諸多考量。用車方面，首先要做的就是定期“體檢”，周期性地對(duì)車輛線路、動(dòng)力電池及電機(jī)等進(jìn)行相應(yīng)檢查保養(yǎng)，確保車輛線路正常良好。其次，要把握充電時(shí)間和充電頻次，避免過充或長(zhǎng)期虧電，以免影響電池狀態(tài)和使用壽命。最后，車輛發(fā)生外部碰撞后建議到正規(guī)4S店做一次安全檢查，確保電池等可能引起自燃事故的部件完好無損。

目前國(guó)家最新的《電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求》中明確提出，當(dāng)電池發(fā)生熱失控以后，電池不能起火爆炸，要留出5分鐘給乘客逃離。對(duì)此，汽車電子工程師朱玉龍建議，這個(gè)數(shù)據(jù)還需要延長(zhǎng)到30分鐘以上，新能源汽車出現(xiàn)熱失控報(bào)警，需要第一時(shí)間通知應(yīng)急消防部門，如果車主可以操作把車停到緊急車道，然后開門讓乘客下車。千萬不要慌張，出現(xiàn)熱失控報(bào)警，需要第一時(shí)間處理并停車。

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