【特斯拉自燃事故分析】不要再吹超充和高鎳電池了!

4月21日晚20:15,上海徐匯一小區地下車庫的特斯拉自燃的視頻在微博上瘋傳,畫面顯示,一臺地庫停放的老款特斯拉Model S突然冒起白煙,隨後在短短几秒內發生了猛烈燃爆,大火迅速吞噬整個車輛,而旁邊的兩臺轎車也未能倖免。

【特斯拉自燃事故分析】不要再吹超充和高鎳電池了!

4月22日早,特斯拉官微正式對此事件做出回應:在得知這起發生在上海的事故後,昨晚我們第一時間派出團隊趕往現場。我們正在積極聯絡相關部門並配合核實情況。根據目前的信息顯示,沒有人員傷亡。 "

【特斯拉自燃事故分析】不要再吹超充和高鎳電池了!

傳統燃油車比電動車著火多,電動車事故為何關注度那麼高

2003年的非典相信很多人都經歷過,死亡人數只有不到200人,但是2003年全世界每年因感冒而死亡的人數以萬計,但是我們從來沒有聽過誰得了感冒很害怕,那我們為何對非典那麼恐慌?

因為非典無藥可治!而得感冒有藥可治療,而得感冒死亡的原因都是由於感冒引起的併發症。燃油車自燃就是如此,90%以上的燃油車自燃事件,我們都能清楚的查到自燃起因,並且消防員也知道如何合理滅火。

而電動車自燃就好比非典,我們還不能夠掌握動力電池著火的規律,現在全世界都沒有人能確切地說明白電動車著火事故的真正原因。同時,目前消防隊針對電動車起火的滅火方法,仍處於有待商榷的狀態。

因此在我們在沒有掌握鋰電池著火規律之前,對鋰電池能量密度、安全性、長壽命三個維度的平衡,也是目前車企最需要重視和解決的問題。

接下來我們就以特斯拉使用的圓柱NCA電池為例,分析一下他們的起火原因。

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鋰電池裡面有什麼?

首先我們要知道鋰電池是什麼東西?

有正極材料、負極材料、SEI隔膜、電極液、濾波。

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每次電池起火,是什麼東西被點燃呢?

電解液,以特斯拉NCA電池為例,它使用的是六氟磷酸鋰的電解液,這種有機溶液不僅具有強腐蝕性,而且暴露在空氣中會很快分解放熱,閃點(液體氣化閃燃溫度)只有160℃,屬於易燃有毒化學品。

鋰電池為何會短路?

鋰電池在正常情況下,正負極通過一層SEI固體電解質界面膜隔開,一旦這層膜被"戳破",電池就會發生短路,接下來就是放熱、自燃。而現階段,這層膜的厚度,只有10-20微米。用一個形象的比喻,鋰電池正負極就像是一個火藥和打火機,而他們只是通過一個保鮮膜隔開的。

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而在充電的過程中,當負極嵌入的鋰含量超過它所承受的範圍,多餘的鋰離子就會和負極穿梭來的電子結合,在負極表面上開始沉積,形成鋰枝晶。充電電流越大,鋰枝晶的成長速度就越快,單一鋰枝晶的長度就越長。當鋰枝晶的長度達到一定的長度後,很容易就會把這個"保鮮膜"刺穿。

起火或是內部短路引起?

在充電的時候鋰枝晶會快速生長,而現階段的直流快充就是逼著枝晶快點長,用電流推著鋰離子強行進入負極,可能在負極的孔洞中上一個鋰離子還沒找到位置"坐下",下一個鋰離子就已經過來了,沒地方坐的鋰離子就這樣形成鋰枝晶。

【特斯拉自燃事故分析】不要再吹超充和高鎳電池了!

現階段的直流快充充電安全性也成為鋰電池面臨的最大壓力,而充電電流越大,鋰離子移動速度就越快,鋰枝晶生長就越快,特斯拉的超充就是使用的這種原理。本次的特斯拉自燃事件中,Model S的車主表示在停車之前使用過超充進行充電。很有可能就是在超充過程中,鋰枝晶已經生長到壓迫SEI膜,但是並沒有立即刺穿,在經過了幾個小時的壓迫後,最終在停車一段時間後發生了鋰枝晶刺穿,短路後導致電池發生連鎖反應短路起火。

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早期的鋁絲超聲焊技術不成熟?

除了內部短路的可能,我們還發現近期Model S發生了多起未充電下的自燃事件,且都為最早的老款Model S。很有可能還與早期的鋁絲超聲焊不成熟有關。

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早在2006年,TESLA開創了率先使用wire bonding技術作為將電芯連接成一個大電池包的技術模式,將7000節18650電池焊在了一起,適當粗細的鋁絲還可以在大電流短路時熔斷電路以保護電池包,阻止或延緩熱失控而造成的起火。

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目前還有一個猜想是,早期的Model S經過較長時間地充放電使用,早期的部分鋁絲出現了問題,雖然依舊能保持電流的暢通,但是單一的電芯在發生大電流短路的情況下沒有及時熔斷電路保護電池包,導致熱失控無法阻止。

以特斯拉為例,警惕高鎳電池

特斯拉Model S使用的18650電池,正極材料為Ni、Co、Al,三者比例為8:1.5:0.5,Ni的含量遠高於目前主流的NCM523的三元鋰電池,而隨著Ni 增加,電池的循環性能變差,熱穩定性變差,充放電過程中表面反應不均勻。目前我們已知的特斯拉起火事件,自2013年以來事故已經接近百起。相信從近期的多起電動車自燃的事件開始,電池安全性的研究以及高鎳三元鋰電池的推進速度,也將會被重新評估。我們也希望特斯拉能夠迅速給出一個合理解釋,要知道,在過去的多起Model S自燃事件裡,特斯拉到現在也沒有說清楚一起自燃事件的原因。

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