磷酸铁锂≠绝对安全？蜂巢能源龙鳞甲电池给出电池安全更优解

近日，相关媒体整理了2022年1-11月国内新能源汽车自燃事件统计表，详细列出了公开网站上明确报道的自燃事件。内容包括品牌、型号、自燃温度和车辆状态。从这张图表可以看出，在报道的自燃事件中，磷酸铁锂的性能并不比三元锂电池好多少；

尽管电池自燃的原因不一定是电池本身，但数据证明磷酸铁锂电池并非绝对安全。

图片来源：锂猫实验室磷酸铁锂只是一种相对安全的电池材料。与三元锂电池相比，磷酸铁锂电池的安全性非常高，主要体现在热稳定性上。通常，三元锂电池中的镍材料在温度达到200摄氏度后会开始分解并释放氧气和热量，导致电池冒烟、起火等热失控现象。然而，只有当磷酸铁锂电池的温度达到800摄氏度以上时，内部才会开始发生化学反应。即使在高温条件下，磷酸铁锂电池晶体中的P-O键也是稳定的，因此不会形成强氧化性物质。在电池组中氧气有限的情况下，自然很难点燃和自燃。此外，磷酸铁锂电池的正极材料LiFePO4-LiFePO4/LiFePO4具有相对稳定的电化学性能。即使电池处于针刺、碰撞、挤压、短路等条件下，仍然不会出现严重的热失控现象。除了磷酸铁锂电池材料本身具有足够的安全性外，当今各大电池制造商和汽车企业还将对动力电池组采取各种安全措施，如实时监测电池状态、采用先进的热管理系统、，以及使用具有较强耐热性或隔热性能的动力电池组结构件，从而为磷酸铁锂电池组的安全提供了另一道“保险”。各大企业的“热管理”和预警监测技术日益成熟，从宁德时代的“永不起火电池系统”、蜂巢能源的“蜂云平台”、长城的“大禹电池”、岚图的“琥珀”和“云母”电池系统，到广汽爱安的“弹匣电池”和吉利极氪汽车的“极电池”电池组，各大企业都提供了“热管理”解决方案，其理念是通过先进的预警模型和热管理策略，全面升级BMS监控系统的数据分析和预警，以及电池组层面的隔热保护材料和热引导。目前，该领域主要企业的技术路线演变已经非常成熟，完全可以满足现行国家标准“5分钟不起火”的技术要求，甚至远超现行国家标准要求。随着短期技术的明确方向，我们可以看到，当前热管理的技术解决方案越来越同质化，需要一种新的技术来将整个系统技术架构提升到一个新的水平。热电分离技术是迈向下一代保护技术的必要途径。目前，行业对电池热失控的保护主要集中在对“热量”的保护上。如上所述，各大企业提出的三维隔热材料、保温隔热、耐火、制冷等都是以“热”为中心进行设计的。这是可以理解的，因为最终导致电池点燃和爆炸的直接因素一定是“热量”。短路、碰撞、过电压等其他滥用行为最终需要转化为“热量”。如上所述，目前国内的热保护技术和解决方案已经非常成熟。目前各大企业提出的“热”防护方案在阻挡热量方面没有问题，但电池芯热失控排放的气液固混合物极易造成热失控的“二次危害”，其中“电”引起的二次危害最为严重，如电弧（金属板击穿、金属板燃烧等）、短路、绝缘故障等。在这种情况下，原本可以抑制的热量会失去控制，并立即变得无法控制。也就是说，在目前的国家标准中，如果你想实现“5分钟”无火灾，仅仅依靠对“热量”的保护是不成问题的；

但如果你想走得更远，实现真正的“无热失控传播”，你必须考虑“电”的因素，考虑“电的”保护，并考虑“热”失控后整个包装的状态。热电分离的设计可以有效地满足这一需求。但是如何才能实现热电分离的设计呢？目前电芯保护阀的主流布置是：（1）圆柱形18650和21700电芯防爆阀位于正极；（2） 方形电池（输出极在同一端），防爆阀位于输出极的这一端，垂直向上；（3） 方形电池（输出极分布在两端），如叶片电池，一端有防爆阀，水平布置；（4） 软包装电池的防爆缺乏明确的方向，也是软包装电池热失控难以控制的主要原因；电池中防爆阀的存在使热失控能够定向放电，从而实现特定方向的热失控保护设计。此前，由于电池没有应用于电动汽车，因此泄爆的定向影响尚不明显。将它们放置在输出极成为一种惯性设计概念，并一直延续下去。这种设计导致了电池组电池组装和集成过程中的热失控和向上弹出，而这恰好指向乘客舱，这是一种非常危险的行为。因此，目前绝大多数产品解决方案都需要在电池单元（模块）和上盖之间建立足够的保护墙。所以，现在我意识到了这个问题，而改变防爆阀位置的困难也让许多人很早就放弃了他们的想法。用宁德时代的话来说，即：在解决这个问题时，许多研究人员很容易想到加强电池和驾驶舱之间的多个结构中的至少一个，以防止这个问题的发生。也就是说，由于上述各种问题或其他问题的存在导致的技术偏差，本领域的技术人员不容易想到在电池的其他位置设置泄压机构来解决这个问题。这也是因为这样的设计变更风险太大，难度太大，阻碍了研究人员在电池的其他位置设置泄压机制。现在，由于热失控保护的紧迫性以及将电池设计融入结构方向，行业开始更加关注这些细节。行业先锋1号，特斯拉4680CTC。特斯拉宣布的Model Y 4680 CTC解决方案将防爆阀放置在电池芯的底部，与正极相反。这种设计是热电分离的一个自然而具体的先决条件。在集成过程中，只需要引导和固定底部放电空间，并且在电池单元的正极完成电连接。它的热空间和电空间分别位于底部和顶部，然后在Z方向上分离；

图片来源：知乎知画汽车2。蜂窝能源龙鳞甲电池蜂窝能源在第三个电池日发布了其最新的LCTP3.0解决方案——龙鳞甲，提出了五项创新设计，即第二代短刀电池、热电分离、取消中央排气通道、上下表面大表面水冷，以及适应各种材料系统。

第二代短刀电池采用底部防爆阀方案，并首次在业内明确提出热电分离的设计理念。

蜂巢能源第二代短刀电芯的创新设计将防爆阀的位置改为电芯底部，而输出极则位于侧面。它的热空间和电空间是底部和水平的，在Z和Y方向上分开。

可以清楚地看到，与LCTP1.0相比，蜂巢能源的龙鳞甲电池采用了电池底部防爆阀的设计，省去了中央排气通道。这种创新设计将电连接区域和热失控泄压区域完全分离，电池的泄压材料与电连接空间完全绝缘，消除了“热失控”造成的“电”危害。同时，它还减少了20%的结构部件，将电池组组装率提高到76%，达到了目前行业的最高水平。其次，可以看出，龙鳞甲电池的底部采用了带弹性支架的高强度钢结构，将底部保护空间与热失控泄压空间融合在一起。电池组下部箱体由单一结构构件提升为功能复合构件，起到结构承载、结构防护、一体化冷板、泄爆排水结构的作用。

最后，由于电池芯底部的开口（防爆阀），龙鳞甲电池组的上盖与水冷板集成在一起，并增加了底部水冷板的设计，以避免防爆阀处的开口，将龙鳞甲电池的换热能力提高70%，可支持2.2C-4C的快速充电能力。据悉，蜂巢能源的龙鳞甲蓄电池基于电池芯和电池系统的全面创新设计，已申请25项电池芯专利和30项系统专利。电池系统的安全性是复杂的，除了这种热电分离设计之外，该行业还需要探索如何快速、安全地断开主电路，以及如何进一步加强电池制造的安全性，这也是该行业仍需解决的课题。我们很高兴地看到，整个行业已经突破了技术同质化的趋势，正在迈向下一步的安全升级。我们也希望随着蜂窝能源龙鳞甲电池和特斯拉4680CTC技术的应用，电动汽车的安全性能够进入一个新的阶段。

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