新能源车前瞻技术研究之一:新能源车自燃问题分析

类别:行业 机构:德邦证券股份有限公司 研究员:马天一/苏千叶/张家栋/吴含 日期:2021-10-16

  自燃事件频发,安全问题成为新能源汽车的达摩克利斯之剑,“永不自燃”已经成为行业共识。通用汽车因电池安全问题召回14.2 万台Bolt EV,LG 将为此赔偿19亿美元,此次召回将是新能源汽车发展进程中的里程碑事件,安全问题迫使各企业加速推出“永不自燃”电池技术方案。

      热失控防护关键影响因素众多,材料热稳定是基础,系统防护是核心。针刺试验成为电池安全测试标准,比亚迪选择全面切换至铁锂电池,其余大多数企业选择铁锂、三元两条技术路线。三元材料稳定性差,电芯无法安通过针刺,主要通过加强系统级防护,使得电池包通过针刺试验,即使发生单电芯热失控,也不会危及乘客和整车,只需更换电池包即可。

      第一代热失控防护方案:圆柱最简单,方形已突破,软包难度最高。该方案以加强隔热,加快散热为主要技术手段。通过单体释放能量、单位散热能力、周边电芯隔热能力等多维度定量分析,发现不同封装方式对电池热失控防护有重大影响。第一代技术目前已实现量产,其中以广汽“弹匣电池”、上汽“永不自燃”电池、蔚来“无蔓延安全设计”电池等为代表。

      第二代热失控防护方案:大量灌注冷却液灭火,预计2023 年量产。大量灌注水是目前唯一能够熄灭锂电池火焰的方法。精妙设计电池包冷却管路,在热失控时充分利用电池包内冷却液,实现定向灌注冷却液灭火。防爆阀在上方的硬壳电芯使用该方案的效果最佳。

      第三代热失控防护方案:超高热稳定性材料是关键,高镍电芯均可通过针刺。目前已知可行的技术路线包括与磷酸锰铁锂混用、复合集流体、固态电介质等。磷酸铁锰锂与高镍材料混合后,热稳定性显著提升,正极材料的主要放热峰温度由217℃提升至252℃,释放总热量由2362J/g 降低至1800J/g。宁德时代专利显示在试验条件下,采用复合集流体后的10 颗NMC811 电池均通过针刺试验。OPPO 也发布了复合集流体的相关技术。固态电解质燃点非常高,能提高电池热稳定性能,但目前技术并不成熟,全固态电池量产为时尚早。

      风险提示:技术进步不及预期,新技术应用不及预期,产品开发验证与实际使用存在差异,原材料及能源供应不及预期,新能源汽车销量不及预期。