4月21日晚20:15,上海徐匯一小區(qū)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,隨后在短短幾秒內(nèi)發(fā)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幸免。
4月22日早,特斯拉官微正式對此事件做出回應(yīng):在得知這起發(fā)生在上海的事故后,昨晚我們第一時間派出團隊趕往現(xiàn)場。我們正在積極聯(lián)絡(luò)相關(guān)部門并配合核實情況。根據(jù)目前的信息顯示,沒有人員傷亡。 "
2003年的非典相信很多人都經(jīng)歷過,死亡人數(shù)只有不到200人,2003年全世界每年因感冒而死亡的人數(shù)以萬計,但是我們從來沒有聽過誰得了感冒很害怕,那我們?yōu)楹螌Ψ堑淠敲纯只牛?/p>
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于感冒引起的并發(fā)癥。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,并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(guī)律,現(xiàn)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,仍處于有待商榷的狀態(tài)。
因此在我們在沒有掌握鋰電池著火規(guī)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。
首先我們要知道鋰電池是什么東西?
有正極材料、負極材料、SEI隔膜、電解液、濾波。
每次電池起火,是什么東西被點燃呢?
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℃,屬于易燃有毒化學品。
鋰電池在正常情況下,正負極通過一層SEI固體電解質(zhì)界面膜隔開,一旦這層膜被"戳破",電池就會發(fā)生短路,接下來就是放熱、自燃。而現(xiàn)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。
而在充電的過程中,當負極嵌入的鋰含量超過它所承受的范圍,多余的鋰離子就會和負極穿梭來的電子結(jié)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后,很容易就會把這個"保鮮膜"刺穿。
在充電的時候鋰枝晶會快速生長,而現(xiàn)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(jīng)過來了,沒地方坐的鋰離子就這樣形成鋰枝晶。
現(xiàn)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(jīng)生長到壓迫SEI膜,但是并沒有立即刺穿,在經(jīng)過了幾個小時的壓迫后,最終在停車一段時間后發(fā)生了鋰枝晶刺穿,短路后導致電池發(fā)生連鎖反應(yīng)短路起火。
除了內(nèi)部短路的可能,我們還發(fā)現(xiàn)近期Model S發(fā)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(guān)。
早在2006年,TESLA開創(chuàng)了率先使用wire bonding技術(shù)作為將電芯連接成一個大電池包的技術(shù)模式,將7000節(jié)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。
目前還有一個猜想是,早期的Model S經(jīng)過較長時間地充放電使用,早期的部分鋁絲出現(xiàn)了問題,雖然依舊能保持電流的暢通,但是單一的電芯在發(fā)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。
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的含量遠高于目前主流的NCM523的三元鋰電池,而隨著Ni 增加,電池的循環(huán)性能變差,熱穩(wěn)定性變差,充放電過程中表面反應(yīng)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(jīng)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自燃事件里,特斯拉到現(xiàn)在也沒有說清楚一起自燃事件的原因。