“燃起來了”通常是一種興奮的吶喊，但對于電車車主來說，卻是揮之不去的嘀咕忐忑。

8月1日，浙江一輛初代ES8撞上路柱后，瞬間爆炸起火，駕駛員身亡，事故原因正在調(diào)查中；7月27日，廣東東莞的一起交通事故中，一臺特斯拉Model Y和一臺奧迪轎車相撞，隨后特斯拉失控撞擊護(hù)欄燃起大火；再往前，蔚來江門換電站起火，有網(wǎng)友爆出起火原因，是蔚來遠(yuǎn)程監(jiān)測到用戶車上的電池有外力損傷，讓送回?fù)Q電站，在檢測原因的過程中，電池著火。

光是去年前三個月，有記錄的新能源汽車火災(zāi)就有640起，比再前一年同期上升32%。

(資料圖片僅供參考)

這個大概是很多拒絕擁抱電器化的油車“擁躉”都想象過的恐怖畫面，也是最難說服他們的一點——電車的電池安全性。

新能源車自燃丨Business Insider

電池起火爆炸的主要原因，就是它們內(nèi)部發(fā)生了“熱失控”，由于沖擊、碰撞、高溫等各種因素，讓電池內(nèi)部發(fā)生熱量的快速積累，并引發(fā)一系列不可控的連鎖反應(yīng)，最終造成電池燃燒甚至爆炸。這是電動車目前面臨的最大安全問題之一。既然買輛新能源有這么大的安全隱患，車企怎么會不想想辦法？

01“火燒屁股”了

除了人們本能對于任何新技術(shù)的審慎，電車自燃本身也比油車自燃更令人警覺：比如，電車的電池貫穿整個車身，一旦起火就易造成整車燃燒；比如，油車起火的新聞大多伴隨交通事故，而電車起火的新聞有時是“靜置”狀態(tài)下的，格外顯眼……

常見的“熱失控”原因有“外患”和“內(nèi)憂”兩大類。

所謂“外患”是一些外部偶發(fā)和極端因素。比如：機(jī)械濫用（事故中出現(xiàn)撞擊、擠壓）、熱濫用（過高溫度）、電濫用（過充、過放）等。除了交通事故中遭到嚴(yán)重碰撞立即起火，蔚來也公布過一起（2019年ES8）維修時發(fā)生的自燃事件，原因是之前底盤受撞，電池包內(nèi)部結(jié)構(gòu)被擠壓后短路著火；國內(nèi)其他電車廠商也幾乎都有類似案例持續(xù)被曝出。

“內(nèi)憂”也有很多方面。目前市面上最常見的鋰離子電池，由正極、負(fù)極、隔膜和電解液幾個主要部分構(gòu)成。目前商用電池用到的電解液，其溶劑是碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯等有機(jī)液體，“特性”就是易燃易爆。

鋰離子電池也有一些特殊的隱患，比如“析鋰”——電池內(nèi)的鋰離子在移動時，在隔絕電池正負(fù)極的薄膜上逐漸累積，形成鋰枝晶“小毛刺”，這些毛刺可能會刺破薄膜，造成正負(fù)極接觸短路，從而造成熱量快速積累。

鋰枝晶丨electronicproducts

因此電池結(jié)構(gòu)的完整性和隔膜的質(zhì)量是決定電池安全的重要因素，高質(zhì)量的電池出廠前，除常規(guī)加溫加壓測試之外，還會有一項名為“穿刺”的測試（但并非目前市面通行的強(qiáng)制要求）——拿一個大針頭，對著電池身體正中央使勁兒一捅（目的是同時破壞了正負(fù)極結(jié)構(gòu)和隔膜的完整性，使得發(fā)生短路），看你服不服——不服就“火冒三丈”，服了才能算安全。

既然如此，一個順理成章的安全改進(jìn)思路就出現(xiàn)了：如果將有機(jī)電解液去掉，換成不可流動、不存在滲漏問題、熱穩(wěn)定性好的固態(tài)材料，貌似就能除掉安全隱患；而且固態(tài)電解質(zhì)的力學(xué)性能足夠強(qiáng)，就有希望抑制鋰枝晶的產(chǎn)生和穿透。

傳統(tǒng)鋰離子電池與固態(tài)電池對比示意圖丨Eyes, JAPAN Blog

02 “固態(tài)電池”：我有我的難處

固態(tài)電池理所當(dāng)然成為電池產(chǎn)業(yè)規(guī)劃的“下一站”，無論從“安全性”，還是“能量密度”來衡量，只是苦于不知如何抵達(dá)普及。畢竟1990年，美國橡樹嶺國家實驗室就造出了固態(tài)電池，后來就是在技術(shù)路線上的不斷試錯。

目前業(yè)界有三種主流的固態(tài)電解質(zhì)材料體系，聚合物（有機(jī)電解質(zhì)）、氧化物和硫化物（后兩者屬于無機(jī)陶瓷電解質(zhì)），過往三十多年的研究也將各條技術(shù)路線上的代表性材料，篩選了出來。

聚合物電解質(zhì)易加工、機(jī)械性能好、比較柔軟，是最早推進(jìn)商業(yè)化應(yīng)用的路線。但它的室溫導(dǎo)電率低，需要加熱到60攝氏度以上的高溫才能使用；且耐高壓性差，對正極材料有限制，電池的能量密度提不上去；還有熱穩(wěn)定性比氧化物和硫化物低，安全性問題沒被徹底解決。

氧化物對制造工藝要求高，做固態(tài)電池孔隙率高，需要高溫?zé)Y(jié)才能熱壓致密化，而它本身離子導(dǎo)電率也低。

三者之中，硫化物是室溫離子導(dǎo)電率最高的；但缺點是，電化學(xué)穩(wěn)定性差，在潮濕環(huán)境下與空氣中的水分發(fā)生反應(yīng)，易產(chǎn)生有毒氣體——硫化氫。

除了材料選擇本身，固態(tài)電池結(jié)構(gòu)也是一個有待解決的問題。

普通鋰離子電池中，電極材料和液態(tài)的電解液能實現(xiàn)充分接觸，液體很容易浸潤電極材料表面。固態(tài)的電極和電解質(zhì)，從微觀層面看，如同兩塊有棱有角的石頭，很難接觸充分。這種固體之間的接觸壓實密度也就直接影響了固態(tài)電池的能量密度。

03 3D打印出來的電池，你敢用么？

固態(tài)電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)能否被更好優(yōu)化？研究者想到用3D打印的方式，來探索將電解質(zhì)打印成不同的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

比如，英國牛津大學(xué)的研究人員為了改良LAGP（一種氧化物固態(tài)電解質(zhì)）解決其機(jī)械強(qiáng)度差，太容易碎的問題，先借助3D打印做出一個三維框架（形似掏空了的魔方），在框架內(nèi)部，填充上LAGP。隨后，用環(huán)氧樹脂將原來的框架替換掉，利用環(huán)氧樹脂框架承力。

與之想法類似，美國一家名為Sakuu的公司利用粘結(jié)劑噴射成型技術(shù)，過程是將所需的電極材料、固態(tài)電解質(zhì)粉末按照特定圖案沉積到基體上，然后用液體試劑噴射“固化”它們。Sakuu說能在同一層打印多材料，陶瓷、玻璃、金屬、和聚合物，甚至他們自己的一種輔助材料，叫PoraLyte——一種類似聚合物的支撐材料，暫時填補(bǔ)需要預(yù)留空隙的地方，在燒結(jié)時會被燃燒掉，以此探索各種結(jié)構(gòu)。

總的來說，利用3D打印是想通過創(chuàng)建不同結(jié)構(gòu)，增大與界面的接觸面積，傳統(tǒng)加工方法很難實現(xiàn)非常細(xì)微的的結(jié)構(gòu)制造；可以方便地調(diào)控材料的孔隙率；此外，3D打印方法有可能把固態(tài)電解質(zhì)層做薄，從而降低電池的內(nèi)阻和重量。

Sakuu還曾3D打印出一張形狀特殊的電池，特殊在電池上開有兩個孔，這種“造型”用“卷對卷”傳統(tǒng)的電池制造方法，幾乎不可能實現(xiàn)?？紤]是否未來能應(yīng)用于定制電動車電池的形狀，優(yōu)化車輛空間。

Sakuu公司制造的一種特殊形狀的固態(tài)電池丨Sakuu

聽起來還挺有想象力的是吧？但“實驗室”和“工廠”總歸是兩碼事，量產(chǎn)是逃不開的話題。

04 三伏“電動爺”，三九“電動爹”

于是電池產(chǎn)業(yè)對于固態(tài)電池的量產(chǎn)時間預(yù)測，一直在往后延期。解決不了批量化的生產(chǎn)工藝和品控問題，固態(tài)電池也當(dāng)不成救世主。產(chǎn)業(yè)要在“性能”和“成本”之間平衡，多付出10%的成本能將安全系數(shù)從90%提升到99%，而后面的1%，也許要花上10倍的成本和精力。

不少人嘲諷，電動車冬天就變“電動爹”。因為目前液態(tài)電池在低溫下的性能不夠好，低溫導(dǎo)致電解液粘稠，致使電池內(nèi)阻增加，鋰電池的負(fù)極析理現(xiàn)象會變嚴(yán)重，導(dǎo)致可用容量下降；到了夏天又得擔(dān)心充電時的潛在風(fēng)險，不敢充滿，只敢充“八分飽“。

液態(tài)電池在低溫下性能不夠好丨electrek

絕大多數(shù)新能源車都配備電池管理系統(tǒng)（BMS），控制熱量在可控的安全范圍。有的車會在儀表盤設(shè)置動力電池過熱警告，還有設(shè)置了可調(diào)節(jié)的充電檔位，輔助科學(xué)充電，避免過充情況。但我們?nèi)匀黄诖环N技術(shù)路線能徹底守住安全底線問題。

畢竟，你總不能指望靠著“智能交互”來一句：“嗨，NOMI，小P，小藝，哪吒……現(xiàn)在車著火了，我該怎么辦？”

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