由天津市人民政府、中國汽車技術研究中心有限公司、中國汽車工程學會、中國汽車工業協會、中國汽車報社共同主辦，天津市工業和信息化局、天津經濟技術開發區管理委員會特别支持，日本汽車工業協會、德國汽車工業協會聯合協辦的第十九屆中國汽車産業發展（泰達）國際論壇（以下簡稱 " 泰達汽車論壇 "）于 2023 年 9 月 1-3 日在天津市濱海新區召開。本屆論壇以 " 高質量 · 新未來 " 爲年度主題，邀請重磅嘉賓展開深入研讨。
在 9 月 3 日 " 電動化論壇二：提升新能源汽車産業競争力的思考與實踐 " 中，中國汽車技術研究中心有限公司首席科學家、新能源專項總工程師、新能源檢驗中心總工程師王芳發表了題爲 " 提升動力電池安全性的思考與實踐 " 的演講。
中國汽車技術研究中心有限公司首席科學家、新能源專項總工程師、新能源檢驗中心總工程師 王芳
以下爲演講實錄：
各位領導、各位嘉賓：
大家好！
因爲時間有限，我直接切入主題，我的報告是提升動力電池安全性的思考與實踐，在場很多人知道我這 10 多年一直從事電池的測試評價和标準化的工作，我的思考和這個有關。
第一部分，從産業的角度看電池安全性提升。首先看整個産業的情況，我們新能源汽車産業在快速發展，特别是近 8 年來發展迅猛，在這個發展過程中，電池的裝機量在逐年攀升，今年 1-7 月份電池的裝機量接近 200GWh，同時我們的出口量達到了 67GWh，大家會把電池歸納到出口的新三樣之一。
我上一次參加行業讨論會的時候讨論比較多的是當前狀态下如何保持動力電池在未來的國際競争力，大家可能會談到很多，包括歐洲的電池法，可持續發展裏面對于電池包括新能源如何能夠可持續發展，可能會面臨包括性能、安全、環境也包括社會各層面的問題，性能裏面的安全性、環境裏面的碳減排這樣的問題會是大家讨論的焦點。我們今天跟大家聊的更多是電池的安全這方面。
當汽車發展到一定的量之後，随着保有量的增加，遇到事故的數量必然會增加，數量肯定是在随着總的保有量增加而增加。
這個增加實際上對于我們的從業人員來說，可能是大家每一次發生一起事故都會給大家帶來一次沖擊和挑戰，大家都會進一步思考我們如何能夠盡我們全力降低安全性事故的發生，然後能夠爲我們産業的良性發展去做一些貢獻。
其實大家聽到包括大家在說新能源現在已經進入下半場，我的感覺我們的新能源汽車剛剛起步，我們需要大家的呵護不斷讓它健康、正常、正确的高質量發展。
我也參加過很多事故調查和複現的工作，我們總結裏面看到，也是大家最關心的，事故發生跟電池有關。大家在日常工作中會盡全力希望不斷提升電池的安全性，目前來看是通過氮氣解決，并且以材料、工藝和結構的不斷改進爲主，長期還是希望通過材料的革新和體系的革新能夠從根本上解決問題，比如說固态電池、其他的一些新的體系、新型産品的出現。
我們短期來說，大家從高能量層面，比如說在高比能的路線上基于現有锂電池的體系通過一系列手段，從材料高安全隔膜、高安全性的正負極材料的改性結構的改性等等這樣的方式提升安全性。另外大家也在嘗試性價比相對較高、性能安全性方面也有同樣優勢的體系路線。
這是大家整個的策略，都在嘗試，都在努力，我們也能看到很多案例。包括我們最近做品牌的宣傳可以看到每一家産品在各個方面的設計。
第二部分我從我測試的角度思考一下安全技術提升的方面。我這麽多年工作中最關心的是安全的問題，其次是續航，跟續航有關的壽命問題。我在考慮電池的安全分成三個方面。
第一，從全流程看電池的安全，2000 年初我剛剛做電池安全評價的時候，那個時候還沒有标準，我做的時候大家會很簡單地說拿出去一顆電池它的安全性怎麽樣，我們現在來看是一個系統的工程，首先它是一個全流程鏈。實際上電池的安全，我參加過很多起電池事故的調查，我把遇到的事故原因做了一個彙總，不是一起事故發生，有可能跟材料的本身安全性有關，也有可能和電芯設計的工藝有關，也可能跟電芯制造過程的控制有關，也可能跟系統集成的策略有關，當然它也會跟實際使用中正常的老化和非正常的濫用，比如說過度的快充、低溫的使用等等有關，這個可能會涉及到從材料到整個全流程過程。也就是說流程的每一個環節都可能會影響到電池最終的安全性。
第二，從全生命周期來看，這個圖是我在申請 " 十三五 " 項目的時候給專家展示的，我說電池是一個活的生物，它在全生命周期裏面其實安全性的邊界也是在不斷變化，在縮小，我們要想更好地使用它，讓它在使用的全生命周期能夠發揮最好的作用，我們必須知道它在什麽情況下能夠用得非常好，在什麽時候我們需要盡量控制它或者發現風險。如果提前發現風險，失控的影響和對外界造成的傷害能夠達到最低。
第三，從全場景來看電池的安全，我把事故的原因做了彙總，跟電池相關的原因做一個分析，大家可以看到無外乎跟電有關、跟機械有關、跟熱有關，所以我們今天簡單分享一下，從這三個方面分析，實際上也是我們今天強制性标準提出修訂以後裏面最關心的三個點，而且我也跟行業的專家一起成立了三個專門的研究小組。
一是充電，充電最主要是大功率的充電，大家知道快充，而且我有一個團隊專門做充電這塊的研究，這是我們繪制的充電的圖和統計的數據，可以看到每年大功率充電的直流樁數量在逐年攀升，而且速度增加非常快，這也是因爲大家非常重視充電的體驗，都希望能夠快速補能，而且充電的效率要高。在這個過程中實際上我們不得不思考當這種大功率快充的全生命周期裏面，大功率一個是高壓一個是大電流，大電流直接帶來的影響有可能對電池本身的挑戰。在大功率充電過程中有可能會帶來的安全的問題是充電系統本身，是充電的連接裝置，當然也帶來對整車和電池的安全挑戰。
這個是電池充電過程的示意圖，在充電的過程中正常的充電伴随着锂離子嵌入的過程，如果快速的充電锂離子嵌入過程中會有無序化，甚至嵌不進去形成死锂的過程，而這種過程随着快充逐漸增加過程中會帶來死锂或者锂析出甚至刺穿隔膜，甚至會産生結構的變化的考驗，最終有可能會引起失效，甚至有可能突然死亡。
所以我們設計一款能夠可快充的動力電池可快充電動汽車的時候，并不是一次或者 50 次能快充就 OK 我們必須要考慮它在全生命周期内對于它的容量、續航裏程以及安全性的衰減的影響下，綜合因素的評定下能夠滿足要求的快充的策略，所以對快充的評價是系統的雷達圖，而不是單項的指标，我們要看全生命周期内能不能這樣，這個是從安全的角度我們對于電池的設計來說是必須要考慮的。
二是機械的内容，大家可以看到對于電動汽車來說在正常使用過程中有正常的振動，所以它對電池來說有随機振動，電池是有 IP 等級，而且電池非常特殊，如果一旦有破裂或者洩漏，會帶來進水等安全風險，相對來說對機械的考驗也要求非常高。這個過程中我列了常規的随機振動，比如說複雜的颠簸還有一些極限的碰撞等，這個大家都非常重視，已經形成了相應的國家标準，大家會按照這個去開發和遵守。
我今天還想提的一個問題是托底，比如說過減速卡、馬路牙子甚至我們車庫地下出口入口有一些底盤低的都會過不去。這個過程中我們可以看到，這個是我們實驗室做的其中一個實驗，在各種形态的障礙物托過電池底盤的時候可能會給電池帶來什麽樣的挑戰，我們在設計的時候對于電池底部機械的防護和電池内部抗機械的沖擊的能力又應該是怎麽樣的，我們做了仿真的分析，可以看到在實時接觸的時候受到的傷害以及電池内部的芯片可能會受到的傷害，這也是現在給我們的電池企業很多方面的挑戰。
其實我跟很多電池廠交流過，我手裏收集到接近 1000 個案例，不同類型托底的狀态。大家都希望我們要重視，當這種情況發生的時候，什麽狀态下是電池必須能承受，什麽狀态下必須對它進行監控，什麽狀态下必須召回，這是我們應該重視，這也在新的國标的修訂裏面納入到了考慮的内容。
三是熱安全，熱安全本身又是一個全産品鏈，從材料的熱穩定性到系統的熱安全，實際上熱擴散是中國在 2014 年中國專家首先在國際提出的，應該做熱擴散的測試。當時我在會上提出的時候所有的成員國沒有一個人同意，通過努力 2018 年他們隻同意把這個寫進了法規但是沒有寫方法，又經過了幾年的努力到今年上一次開會的時候歐盟的副主席說中國這麽多年的努力，現在隻有一家不同意，而且這個也寫進了 ISO 标準。
大家看到我們經過這些年的努力大家都會重視，我們實驗室從 5 分鍾以上起火占比的數量到現在超過 1 個小時電池包不會起火、不會爆炸的數量已經是 50% 以上，二次又提出了新的修訂的要求，修訂會把一些方法做一些修訂，另外多長時間不起火不爆炸，大家又提出了新的要求，大家認爲 5 分鍾是不夠的，至于是 30 分鍾還是 2 小時都在讨論。
這裏面還有一個在做的過程中，大家關心很多的是，失控以後氣體産生的危害包括對人的毒性等等，這一塊的要求國際上由我們牽頭跟一些國家交流。
這次大家提出比較多的是希望不做電池包的熱擴散，我們希望在做電池包熱擴散的基礎上直接跳到整車的熱擴散，看整車當一個電芯熱失控的情況下整車會怎麽樣。這次我們成立了一個小組做整車的熱擴散測試方法，國标修訂過程中也在考慮把整車熱擴散的方法寫進國标，所以整車的熱擴散就是模拟當一個電池發生失控的情況下，不但要看整車熱失控熱擴散的狀态，同時也要看它在這個過程中産生煙氣熱力的狀态以及有可能發生爆炸的極限是怎麽樣的。上面這個圖是我們實驗室整車火燒的實驗，可以做火燒的實驗室。
最後做一個小結和思考，我把 2000 年國标發布以來各個企業做的品牌宣傳進行彙總，他們宣傳的自己的各類的電池都起了很多的名字，但是我們可以把裏面的每一個内容進行分析，可以看到大家采用的内容不外乎像從全生命周期去考慮、全産品鏈去考慮，内容從我們現有的體系情況下如何通過新材料、新結構的改進到智能的預警和監測方法保護，再到後面能發生失控的時候可以通過很好的傳熱和隔熱措施提升它的安全性，實際上大家都在采用這樣的方式不斷地提升動力電池全生命周期的安全性。
我自己從測試的角度，一開始從最初的隻做單體的測試安全評價到後來 BMS 系統再延伸到材料，現在申請到科技部 " 十四五 " 的項目也在做電池安全性評價，這個時候關心的是當外部的電池發生定性的起火爆炸的狀态的時候我們要看定量裏面的材料和界面發生了什麽樣的變化，我們用透視的眼睛看清楚他們之間的關系，也是爲了更好支撐産業去做電池安全性的設計。
在天津我們有新能源電池測試基地，大家可以去參觀，其他的幾個地方包括廣州、武漢和常州也有電池測試的中心，大家可以有更多的互動和交流，希望能夠爲行業的發展和大家一起共同做一些支撐。
謝謝大家！
本文根據現場速記整理，未經演講嘉賓審閱，僅供參考。
