如何看待熱失控防護(hù)措施的迭代？

昨天沸沸揚(yáng)揚(yáng)的沃爾沃插電混動(dòng)“爆炸”的事情傳遍了朋友圈，其實(shí)我們看這個(gè)電池的結(jié)構(gòu)和電池容量和電池的化學(xué)體系，這個(gè)電池是否能形成這么大威力的爆炸，我是持懷疑和否定態(tài)度的。

但是確實(shí)存在下一代高鎳電池安全問(wèn)題如何來(lái)做的問(wèn)題，我想借著一些材料做一些綜述。天一和千葉寫過(guò)一篇研究報(bào)告《新能源車前瞻技術(shù)研究之一：新能源車自燃問(wèn)題分析》，我想就里面一些內(nèi)容也做一些精簡(jiǎn)。

▲圖1.沃爾沃設(shè)計(jì)的電池系統(tǒng)

Part 1 熱失控防護(hù)技術(shù)迭代

中國(guó)是最強(qiáng)調(diào)熱失控防護(hù)技術(shù)的國(guó)家，核心還是中國(guó)的企業(yè)特別多，應(yīng)用領(lǐng)域也很分散，所以這個(gè)領(lǐng)域其實(shí)國(guó)內(nèi)是走在世界前列的（燒的多了，自然也就成為一個(gè)顯性問(wèn)題需要大家來(lái)克服）。

我的理解：

第一代熱失控防護(hù)方案：

對(duì)圓柱來(lái)說(shuō)最簡(jiǎn)單，特斯拉的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是最為典型的，方形的難度更大已突破，軟包的實(shí)現(xiàn)難度難度最高。三種電池技術(shù)，都是圍繞加強(qiáng)隔熱，加快散熱為主要技術(shù)手段。通過(guò)單體釋放能量、單位散熱能力、周邊電芯隔熱能力等多維度定量分析。

•圓柱電池

這種設(shè)計(jì)的原則是通過(guò)一定的空間進(jìn)行隔離，然后通過(guò)填充隔熱材料來(lái)充分把電芯熱失控條件下的熱量隔開。在熱失控傳播條件下，這種材料阻隔單個(gè)5Ah以上電芯散發(fā)出來(lái)的能量。

▲圖2.典型的21700圓柱熱隔絕的示意圖

在4680的時(shí)代，整個(gè)設(shè)計(jì)邏輯也是相似的，只不過(guò)按照調(diào)研的情況，電芯的開閥方向和我們之前理解的不一樣，是往下噴射，并且采用了隔熱材料防止用戶感知到會(huì)恐慌。CTC時(shí)代腳底下就是一層電池，所以需要隔熱材料進(jìn)行防護(hù)。

▲圖3.電芯之間的空隙成了核心關(guān)鍵了

•方殼設(shè)計(jì)

其實(shí)每家的設(shè)計(jì)都是趨同的，分為電芯層面的隔絕、電連接的隔絕。

▲圖4.方殼模組熱設(shè)計(jì)示意圖

這一波使得做材料的廠家特別開心，如下圖所示，以3M為例，圍繞這套熱隔絕技術(shù)形成了一系列的譜系，你按著材料標(biāo)號(hào)選就可以了。

后續(xù)類似杜邦、陶氏、BASF都可以玩得起來(lái)，我個(gè)人覺(jué)得這種堆材料解決問(wèn)題的辦法增加的成本太多，和當(dāng)前需要和特斯拉PK成本的，加這么多材料是按照千來(lái)算的。當(dāng)然軟包的情況，就很麻煩了。

▲圖5.一整套的材料體系來(lái)做的防火墻

Part 2 未來(lái)能用到的技術(shù)

在這里也分了兩個(gè)方向的，系統(tǒng)級(jí)別熱失控防護(hù)方案是通過(guò)大量灌注冷卻液滅火，這套技術(shù)預(yù)計(jì)2023年量產(chǎn)。大量灌注水是目前唯一能夠熄滅鋰電池火焰的方法。這套方法其實(shí)最早是歐美那邊搞消防的同志想出來(lái)的，但是通過(guò)精妙設(shè)計(jì)電池的專用滅火管路，在熱失控時(shí)充分利用電池包內(nèi)冷卻液，實(shí)現(xiàn)定向灌注冷卻液滅火。

在這種設(shè)計(jì)中，是配合方殼大電芯使用的，防爆閥在上方的硬殼電芯使用該方案的效果比較好，然后對(duì)于軟包的而言，分塊注入也是一個(gè)比較好的方案。

▲圖6.熱失控防護(hù)方案中的澆灌冷卻液的辦法

在同時(shí)進(jìn)行的，就是電芯層面的改進(jìn)，主要是圍繞超高熱穩(wěn)定性材料是關(guān)鍵，高鎳電芯均可通過(guò)針刺。從目前解決高鎳問(wèn)題的辦法，主要是復(fù)合集流體、固態(tài)電介質(zhì)（半固態(tài)的方案也算）等。所以目前這個(gè)階段，后面兩種是競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，也能讓我們看到做1000公里車輛的可行性。

小結(jié)：

我覺(jué)得現(xiàn)有的防護(hù)技術(shù)中，對(duì)圓柱電池更有利，所以在最近的2年內(nèi)方殼其實(shí)很難從系統(tǒng)成本上對(duì)圓柱高鎳形成壓制，而鐵鋰技術(shù)則會(huì)成為一個(gè)“白菜”技術(shù)，把鋰電池往標(biāo)準(zhǔn)品方向演化。