专家表示,应积极推进制定安全标准,并予以有力推行,对不能通过安全标准的产品,要严格制止上市,这是解决锂离子电池的安全问题与降低事故发生的途径之一。

自从4月深圳发生新能源客车自燃事故以来,有关国产动力电池的争论一直存在。当前的电池产品整体状况如何,新能源客车的安全性能否得到保证,围绕这些问题,陈立泉、欧阳明高、肖成伟等国内多位行业专家,近日专门举行座谈。

深圳5·26事故所引发的关于电动汽车电池安全问题的争论,已经随着事故最终原因的公布而逐渐沉寂下来。但是,在电动汽车真正走向成熟之前,电池安全始终都将是最受关注的焦点所在。
那么对于这一问题,电池的生产企业会有怎么样的态度和看法呢?国内锂电池行业的龙头企业之一、天津力神电池股份有限公司董事长秦兴才的回答是:电池问题,不应当成为中国的新能源汽车产业因噎废食的理由。
科技日报:电动汽车的动力电池现在主要有哪几种?作为主流的磷酸铁锂电池,其安全性如何?
秦兴才:电动汽车的动力电池现在主要有锂离子电池、铅酸电池、燃料电池、胶体电池、镍氢电池以及锌空电池等品种。其中,磷酸铁锂电池具有较好的安全性能,主要表现在工作温度范围宽广,高温时性能良好;即使电池内部或外部受到伤害,也不会燃烧、不爆炸、安全性最好。此外,过放电到零伏电池本身也无损坏。
科技日报:锂电池的基本结构可以分为哪几个部分?一般情况下,哪些部分最容易发生爆炸、燃烧等安全性问题?
秦兴才:锂离子电池主要由电极、电解液、隔膜、外壳、安全阀等组成。爆炸一般是电池壳内部发热等导致压力过大,外壳爆炸。容易燃烧的部分主要是电解液以及负极材料等。
科技日报:当前我国的锂电池生产,需要符合和遵守哪些国家安全标准,需要通过哪些必须的安全性测试?
秦兴才:目前,我国企业必须按照《GBT18384.1-GBT18384.3-2001电动汽车安全要求》生产电池产品。单体电池要通过QC/T743-2006、UL1642、IEC62660-2、SAE2464等标准。同时需要通过热箱、过充、短路、挤压、过放、针刺、跌落等测试。
科技日报:以力神为例,在生产中,企业会采用哪些结构设计和质量控制来保证电池产品的安全性?
秦兴才:力神公司采用多项安全设计以增强电池的安全性,主要采用先进的陶瓷涂层技术;抗过充、阻燃电解液;防爆设计;锂离子动力电池专用隔膜;安全的材料以及配比。同时,高水平的工艺及质量控制技术也是确保产品安全的必要条件,包括先进的匀浆、涂敷技术;高精度、不反弹的碾压技术;全自动卷绕等制造工艺技术;电池制造过程中的在线监测控制。
科技日报:我国动力锂电池产业当前发展的状况如何?在电子级磷酸铁锂的制备、正负极材料、隔膜的一致性、电池能量和寿命等方面,分别存在怎样的问题?
秦兴才:动力锂电池产业的发展现在受到国内外的广泛关注,并已经成为新型动力蓄电池技术和产业发展的方向。动力锂电池技术和产业的发展,对促进我国动力电池及相关产业的发展,推动我国节能、减排和环保产业的发展,增强我国相关产品的国际竞争力具有深远影响。
主要存在的问题是,电子级磷酸铁锂的制备、正负极材料、隔膜的一致性、电池能量和寿命等方面还存在着关键原材料受到技术和资源壁垒的双重制约;价格昂贵,成本居高不下制约大范围推广;性能还有提升空间。
科技日报:此前电动汽车的众多事故案例,令公众舆论对于电动汽车,尤其是电池的安全性产生了巨大的疑虑和有偏颇的评价,作为当前世界新能源汽车发展最大的挑战,电池问题何时才能够得到实质性的解决?
秦兴才:国务院颁布的《节能与新能源汽车产业发展规划(2012—2020年)》中提出,到2015年,我国纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量达到50万辆。而此前这些事故则提醒电池及电动汽车厂家需要更谨慎对待动力电池的安全性,真正把安全性研究和预防工作做扎实,同时制订更为符合实情的标准。
传统汽车有百年技术演进史,如果在新能源汽车上试图以短短10多年就彻底走完,有些理想化。电池的问题是客观存在的,但是也不是一朝一夕就可以完全解决的,需要电池工作者、科技工作者、上下游产业等各个方面共同努力不断改善。中国新能源汽车行业不应因噎废食。

随着锂离子电池技术水平的迅速提高,其应用领域越来越宽,在消费者享受锂离子电池给生活带来便捷的同时,却也承受着锂离子电池着火、爆炸带来的恐慌。因此,人们对锂离子电池的安全性能产生了高度的关注,同时也期待有关部门尽快制定锂离子电池安全标准。

专家们表示,国产电池产品在一致性、电控等环节与国外还存在差距。与其他技术路线相比,磷酸铁锂电池仍然是最符合当前国产新能源客车安全需求的。

锂离子电池安全备受关注

鉴于载客数量大的特殊性,与轿车等小型乘用车相比,安全问题在新能源客车行业的重要性,要优先于续驶里程等性能问题。专家们明确指出,客车是大
众公共交通工具,人员装载容量大,一旦出现问题,逃生撤离需要的时间长。因此,动力电池系统管理应该首要考虑安全要素,对电池所用材料质量以及电池成组技
术都非常高的要求。

锂离子电池的安全设计包括许多方面的内容,电池安全结构设计、安全材料的选用、安全保护功能设计、有计划的安全验证等贯穿锂离子电池设计的全过程。天津力神电池股份有限公司副总工程师苏金然在接受《中国电子报》记者采访时表示,产品安全始于产品设计。选用安全性更好的电极材料、隔膜和电解液是电池安全设计需首要考虑的问题。就电池正极材料而言,三元材料、锰酸锂、磷酸铁锂具有比钴酸锂、镍酸锂更好的安全性,这些材料已广泛应用于电池设计中,并可以取得很好的安全性能。

对于深圳公交自燃等同类事故,专家通过对当前主流电池技术路线的分析后认为,磷酸铁锂电池是当前最适合电动客车的技术选择。

他表示,目前国内正负极材料及电解液的研发、生产已具规模,基本可以满足锂离子电池设计和生产的要求。另外,一些安全性涂敷材料的应用研究已走向实用,为锂离子电池安全性能的提高注入了新的动力,这方面的研究和应用工作国内还需加大投入和跟进。他介绍说,天津力神电池股份有限公司专门致力于锂离子电池的研制和生产,产品质量和产品安全性得到业内的普遍认可。目前公司锂离子电池的材料应用平台覆盖了钴酸锂、三元材料、锰酸锂、磷酸铁锂的材料体系,产品系列涉及圆柱形、方形、聚合物和大容量动力电池。在电池安全性能提高方面,公司建立了安全设计准则、安全生产工艺准则、产品安全试验准则,这三大准则规范了产品的设计、生产和检验过程,确保了电池的安全性。

威尼斯城娱乐官方平台,从产品技术来看,首先,按功率设计的磷酸铁锂电池也是可以快速充电的。客车行业龙头宇通客车使用宁德时代产品后的数据显示:磷酸铁锂电池使用
80%后进行快充,可以安全达到4000至5000次;70%后,也可以保证7000—8000次;其次,在现阶段,磷酸铁锂的量产成熟度要比三元材料、
多元复合材料更高的;从材料层面讲,磷酸铁锂比三元材料、多元复合材料具有更高的安全性。当然,三元材料、多元复合材料在能量密度方面比磷酸铁锂有优势。

三洋电机株式会社移动能源公司副公司长中谷谦助表示,在锂离子电池的安全方面,所有用于电池制造的部件和材料均发挥着重要作用。他们现在正采取有关办法将部件和材料结合起来,以确保这类电池的安全。此外,为了充分利用部件和材料,强调先进的工业生产技术和质量控制技术以提高安全性是很重要的。“保证锂离子电池的安全,需要将电池和用电设备一起综合考虑。同时,电池的安全性需要由电子设备制造商和电池制造商共同解决。”中谷谦助解释说。

专家认为,从产业角度说,磷酸铁锂路线成为大多数企业的首选,在于满足了以下因素:

标准制定应立足自主创新

第一,动力电池安全特性,选用磷酸铁锂安全性能良好,未发生过起火、冒烟等安全问题;

锂离子电池安全问题应该与食品安全一样,得到我国国家相关部委与地方政府的重视,政府应积极推进制定安全标准,并予以有力推行,对不能通过安全标准的产品,要严格制止上市,这是锂离子电池的安全问题控制与降低事故发生的途径之一。

第二,从使用寿命角度,可达到与车辆运营生命周期相当的长寿命;

由于锂离子电池安全机理十分复杂,特别是电池经过循环使用后的状态变化对安全性的影响更为复杂,因此对锂离子电池安全的认识与标准制定的科学性与有效性可以有一个渐进发展过程,同时还应充分考虑外部控制技术的发展与应用有效性。苏金然告诉记者,锂离子电池安全标准是一项技术性很强的工作,应该充分利用电池标准化组织和来自电池行业、用户、电子控制等领域的专业技术人员与标准化专业人员参与这一过程,其中包括必要的实验验证工作等。力神公司一直以来都积极参与电池标准的制修订工作,起草或参与起草了GB18278、IEEE1725、IEEE1625等锂离子电池标准。去年12月公司派人参加了信息产业部组织在深圳举行的“锂离子电池安全标准研讨会”,并就电池召回和电池安全标准问题做了专题演讲。

第三,在能量密度方面,开发标准化、模块化、集成化的电池系统,在保证安全的前提下,可降低系统重量,提高电池系统的能量密度;

中国电子技术标准化研究所高级工程师孙传灏表示,目前锂离子蓄电池大致划分为能量型和功率型两大类产品,两类产品在材料、设计结构等方面存在一定差异,在相同的安全前提下,其标准的试验方法乃至要求都可能有所不同。通常所说的便携式电池属于前一类产品,包括手机、笔记本电脑、数码相机和摄像机用锂离子蓄电池,而电动工具、电动自行车和电动汽车用锂离子蓄电池可归为后一类产品,他建议相关部门应分别制定便携式锂离子蓄电池安全标准和动力型锂离子蓄电池安全标准。

第四,在充电速度方面,可兼顾速度、效率和安全;

在采访过程中,业内人士纷纷表示,制定锂离子电池标准要立足于自主创新,但不意味着要闭门造车,应注意吸收和采纳IEC、IEEE、UL等国际标准。

第五,环境适应性,系统温度适应性宽,可适应高寒高热地区,防护等级高,可在高海拔地区正常运行。

拓展车用市场是重点

当前,动力电池最普遍的是锂离子电池,锂离子电池与铅酸、镍氢等电池相比,具有电池电压高、比容量高、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应等优
点。主流的锂离子电池主要按照正极材料来分类,有钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、镍酸锂、三元、磷酸锰铁锂电池。其正极材料一般是锰酸锂或三元。

锂离子电池的主要生产国是日本、韩国、中国,在这三分天下的格局中,日本、韩国在许多新技术方面的探索值得我们学习。在产品的技术和制造方面,我们还有一些差距,但我们在半自动化生产方面的探索也引起了国外同行的关注。

从2014年开始,我国新能源汽车销量增长进入快车道,动力电池市场供不应求,但国产电池与国外产品依然存在较大差距。表现在生产企业虽多,但真正具备整车匹配能力的并不多。在集成能力、生产一致性和安全性上,国产电池和跨国企业相比确实还有很大差距。

苏金然表示,随着电池应用领域的不断拓展,电池的容量和功率性能要求越来越高,对安全性的要求也因应用领域的不同而要求有所不同,在开发现有电化学体系潜力的同时,新体系、新材料的研究将成为锂离子电池研究的热点,在这方面的研究突破会为锂离子电池产业的快速发展注入不竭动力。

统计数据显示,目前国内涉及动力蓄电池配套生产企业有177家,但实际上,能进入整车供应链的企业却仅有比亚迪、天津力神、深圳比克、合肥国轩高科以及万向集团旗下万向亿能等不足10家。

因为轻便、高能量密度的特点,锂离子电池在市场上的应用逐渐扩大。今后,锂离子技术将主要应用于混合动力车和电动车辆领域,这将进一步扩大锂离子电池的市场占有率。因此,满足该领域的应用,成为国内锂离子电池企业突破的重点。中科院物理研究所研究员黄学杰强调说,我国现已成为仅次于日本的锂离子电池生产大国,但远非强国。目前小型电池多采用手工生产,产品质量参差不齐,低价竞争激烈。动力电池的产业化刚刚开始,多数企业更是处于起步阶段,能满足混合电动汽车15年使用寿命要求的电池和关键材料技术仍然是空白。鉴于车用锂离子动力电池等高端产品的技术难度极高,需要通过科研、工程技术和管理人员的共同努力,需要国家在产业技术方面予以支持并建立合适的技术扩散机制,才会促进我国电池行业整体技术水平的提高。

专家们表示,为了使动力与储能技术的发展满足新能源汽车、新能源和智能电网的应用和市场需求,应当重点发展安全可靠的高比能锂离子电池,重点研
究开发关键电池材料,包括正负极材料、电解液材料等,同时结合核心部件及电池系统的设计、优化和集成,坚持自主创新,突破关键技术,促进我国下一代动力与
储能电池的开发和应用推广。

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