门外汉购车指南第二集：电车何时才能停止燃烧？

• 2023-08-04 14:57:00 来源：果壳

“燃起来了”通常是一种兴奋的呐喊，但对于电车车主来说，却是挥之不去的嘀咕忐忑。

8月1日，浙江一辆初代ES8撞上路柱后，瞬间爆炸起火，驾驶员身亡，事故原因正在调查中；7月27日，广东东莞的一起交通事故中，一台特斯拉Model Y和一台奥迪轿车相撞，随后特斯拉失控撞击护栏燃起大火；再往前，蔚来江门换电站起火，有网友爆出起火原因，是蔚来远程监测到用户车上的电池有外力损伤，让送回换电站，在检测原因的过程中，电池着火。

(相关资料图)

光是去年前三个月，有记录的新能源汽车火灾就有640起，比再前一年同期上升32%。

这个大概是很多拒绝拥抱电器化的油车“拥趸”都想象过的恐怖画面，也是最难说服他们的一点——电车的电池安全性。

新能源车自燃丨Business Insider

电池起火爆炸的主要原因，就是它们内部发生了“热失控”，由于冲击、碰撞、高温等各种因素，让电池内部发生热量的快速积累，并引发一系列不可控的连锁反应，最终造成电池燃烧甚至爆炸。这是电动车目前面临的最大安全问题之一。既然买辆新能源有这么大的安全隐患，车企怎么会不想想办法？

01“火烧屁股”了

除了人们本能对于任何新技术的审慎，电车自燃本身也比油车自燃更令人警觉：比如，电车的电池贯穿整个车身，一旦起火就易造成整车燃烧；比如，油车起火的新闻大多伴随交通事故，而电车起火的新闻有时是“静置”状态下的，格外显眼……

常见的“热失控”原因有“外患”和“内忧”两大类。

所谓“外患”是一些外部偶发和极端因素。比如：机械滥用（事故中出现撞击、挤压）、热滥用（过高温度）、电滥用（过充、过放）等。除了交通事故中遭到严重碰撞立即起火，蔚来也公布过一起（2019年ES8）维修时发生的自燃事件，原因是之前底盘受撞，电池包内部结构被挤压后短路着火；国内其他电车厂商也几乎都有类似案例持续被曝出。

“内忧”也有很多方面。目前市面上最常见的锂离子电池，由正极、负极、隔膜和电解液几个主要部分构成。目前商用电池用到的电解液，其溶剂是碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯等有机液体，“特性”就是易燃易爆。

锂离子电池也有一些特殊的隐患，比如“析锂”——电池内的锂离子在移动时，在隔绝电池正负极的薄膜上逐渐累积，形成锂枝晶“小毛刺”，这些毛刺可能会刺破薄膜，造成正负极接触短路，从而造成热量快速积累。

锂枝晶丨electronicproducts

因此电池结构的完整性和隔膜的质量是决定电池安全的重要因素，高质量的电池出厂前，除常规加温加压测试之外，还会有一项名为“穿刺”的测试（但并非目前市面通行的强制要求）——拿一个大针头，对着电池身体正中央使劲儿一捅（目的是同时破坏了正负极结构和隔膜的完整性，使得发生短路），看你服不服——不服就“火冒三丈”，服了才能算安全。

既然如此，一个顺理成章的安全改进思路就出现了：如果将有机电解液去掉，换成不可流动、不存在渗漏问题、热稳定性好的固态材料，貌似就能除掉安全隐患；而且固态电解质的力学性能足够强，就有希望抑制锂枝晶的产生和穿透。

传统锂离子电池与固态电池对比示意图丨Eyes, JAPAN Blog

02 “固态电池”：我有我的难处

固态电池理所当然成为电池产业规划的“下一站”，无论从“安全性”，还是“能量密度”来衡量，只是苦于不知如何抵达普及。毕竟1990年，美国橡树岭国家实验室就造出了固态电池，后来就是在技术路线上的不断试错。

目前业界有三种主流的固态电解质材料体系，聚合物（有机电解质）、氧化物和硫化物（后两者属于无机陶瓷电解质），过往三十多年的研究也将各条技术路线上的代表性材料，筛选了出来。

聚合物电解质易加工、机械性能好、比较柔软，是最早推进商业化应用的路线。但它的室温导电率低，需要加热到60摄氏度以上的高温才能使用；且耐高压性差，对正极材料有限制，电池的能量密度提不上去；还有热稳定性比氧化物和硫化物低，安全性问题没被彻底解决。

氧化物对制造工艺要求高，做固态电池孔隙率高，需要高温烧结才能热压致密化，而它本身离子导电率也低。

三者之中，硫化物是室温离子导电率最高的；但缺点是，电化学稳定性差，在潮湿环境下与空气中的水分发生反应，易产生有毒气体——硫化氢。

除了材料选择本身，固态电池结构也是一个有待解决的问题。

普通锂离子电池中，电极材料和液态的电解液能实现充分接触，液体很容易浸润电极材料表面。固态的电极和电解质，从微观层面看，如同两块有棱有角的石头，很难接触充分。这种固体之间的接触压实密度也就直接影响了固态电池的能量密度。

03 3D打印出来的电池，你敢用么？

固态电解质的结构能否被更好优化？研究者想到用3D打印的方式，来探索将电解质打印成不同的复杂结构。

比如，英国牛津大学的研究人员为了改良LAGP（一种氧化物固态电解质）解决其机械强度差，太容易碎的问题，先借助3D打印做出一个三维框架（形似掏空了的魔方），在框架内部，填充上LAGP。随后，用环氧树脂将原来的框架替换掉，利用环氧树脂框架承力。

与之想法类似，美国一家名为Sakuu的公司利用粘结剂喷射成型技术，过程是将所需的电极材料、固态电解质粉末按照特定图案沉积到基体上，然后用液体试剂喷射“固化”它们。Sakuu说能在同一层打印多材料，陶瓷、玻璃、金属、和聚合物，甚至他们自己的一种辅助材料，叫PoraLyte——一种类似聚合物的支撑材料，暂时填补需要预留空隙的地方，在烧结时会被燃烧掉，以此探索各种结构。

总的来说，利用3D打印是想通过创建不同结构，增大与界面的接触面积，传统加工方法很难实现非常细微的的结构制造；可以方便地调控材料的孔隙率；此外，3D打印方法有可能把固态电解质层做薄，从而降低电池的内阻和重量。

Sakuu还曾3D打印出一张形状特殊的电池，特殊在电池上开有两个孔，这种“造型”用“卷对卷”传统的电池制造方法，几乎不可能实现。考虑是否未来能应用于定制电动车电池的形状，优化车辆空间。

Sakuu公司制造的一种特殊形状的固态电池丨Sakuu

听起来还挺有想象力的是吧？但“实验室”和“工厂”总归是两码事，量产是逃不开的话题。

04 三伏“电动爷”，三九“电动爹”

于是电池产业对于固态电池的量产时间预测，一直在往后延期。解决不了批量化的生产工艺和品控问题，固态电池也当不成救世主。产业要在“性能”和“成本”之间平衡，多付出10%的成本能将安全系数从90%提升到99%，而后面的1%，也许要花上10倍的成本和精力。

不少人嘲讽，电动车冬天就变“电动爹”。因为目前液态电池在低温下的性能不够好，低温导致电解液粘稠，致使电池内阻增加，锂电池的负极析理现象会变严重，导致可用容量下降；到了夏天又得担心充电时的潜在风险，不敢充满，只敢充“八分饱“。

液态电池在低温下性能不够好丨electrek

绝大多数新能源车都配备电池管理系统（BMS），控制热量在可控的安全范围。有的车会在仪表盘设置动力电池过热警告，还有设置了可调节的充电档位，辅助科学充电，避免过充情况。但我们仍然期待一种技术路线能彻底守住安全底线问题。

毕竟，你总不能指望靠着“智能交互”来一句：“嗨，NOMI，小P，小艺，哪吒……现在车着火了，我该怎么办？”

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