动力电池如何实现安全防控-动力电池安全性产业研究报告（2022版）
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动力电池虽然有政策加持，发展迅猛，但近期频频发生的新能源汽车起火事故也为新能源汽车以及动力电池行业的发展带来挑战。动力电池安全实际上是一个全生命周期的系统性难题，相关企业为解决动力电池安全问题设计了不同解决方案。
本报告重点从动力电池热失控问题分析、防控策略两个角度来洞察动力电池安全防控技术的发展方向，得出如下核心观点：
1
热失控问题分析
据国家应急管理部数据统计，2019-2021年新能源汽车起火事故累计达3700起，2022年一季度达640起，整体呈现快速上升的趋势。新能源汽车起火事故的本质是动力电池热失控，而热失控的三大诱因分别是机械诱因、电化学诱因与热诱因，碰撞、浸水、过充过放、快充等常见因素都有可能导致动力电池发生热失控。
2
安全防控策略
当前推广应用的安全防控策略主要围绕电池系统设计、BMS应用、整车安全防护设计、保障充电安全以及消费者安全习惯引导方面进行开展，未来随着科技·的发展与进步，电芯本征安全防控技术、BMS监控管理预警技术将发挥主导作用。
1、电芯本征方面主要通过材料改性或使用热稳定性高的新材料来实现安全防控；
2、BMS层面通过与大数据、AI技术的结合，逐步朝着高集成化、高精度估算、云端智能管理趋势发展；
3、系统层面与整车设计层面则主要通过整车形变吸能、高强度安全防护设计，使用热失控防护材料，采用主动降温技术可实现安全防控；
4、从整车使用层面来说，保障充电安全，引导消费者树立良好的新能源汽车使用习惯，同时国家层面利用新能源汽车监测与管理平台结合大数据优势对动力电池系统进行风险预警都可以保障电动汽车的安全应用。
本报告共分成四个部分：
1
研究背景
包含新能源汽车起火事故现状，消费者对安全性因素的关注，动力电池召回事故给行业健康发展带来的挑战，车企的销售策略以及最新的国标介绍。
2
动力电池热失控问题
分析了热失控三大机理、热失控诱因以及热失控反应阶段。
3
动力电池安全防控策略
从电芯、系统、BMS、整车设计以及整车使用层面的对主要安全防控策略进行了整理和分析。
4
重点车企动力电池安全解决方案总结展示
主要包括通用的奥特能平台、比亚迪的刀片电池、广汽的弹匣电池以及长城的大禹电池。
新能源汽车起火事故增长态势较为迅猛，具体分析起火事故特点的话，乘用车起火事故占比最高，以2019年数据为例，乘用车起火事故占比57%；三元锂电池导致起火的比例最大，以2019年的数据为例，三元锂电池造成的事故比例达89%；并且新能源汽车在静止、行驶与充电状态下都有一定概率发生自燃事故。
根据《2021年中国新能源汽车行业白皮书》以及深圳市消费者协会的调研结果显示，电池安全是消费者购买新能源以及纯电动汽车关注的重要因素。
动力电池行业接连发生召回事故，部分动力电池企业因电池质量问题承担主要责任并承担巨额召回费用，典型如海外LG新能源因现代KONA与IONIQ起火事故召回承担56亿元，又因为雪佛兰Bolt EV起火事故召回承担122.5亿元，国内的孚能科技也因北汽EX360和EU400起火事故召回承担3000~5000万费用。动力电池的质量安全问题不仅影响了消费者的购车信息，也给整个行业的健康发展带来挑战。
随着消费者对电池安全重视程度的不断提升，宣传电池安全防护技术已成为新能源车企的销售策略与获得用户认可的重要手段。主流车企推出的电池防护技术主要通过电芯材料改性、结构创新、超高安全结构设计、应用防热阻燃材料、主动降温技术等手段来实现不燃烧、不爆炸甚至无热扩散。
动力电池安全国标已多次升级，测试项目由电气安全、机械安全、化学安全不断向功能安全拓展，关于安全风险监测以及故障预警和处置的标准也不断完善。例如2021年开始实施的国家强制性标准增加了电池系统热扩散试验的测试要求，要求电池单体发生热失控之后，电池系统在5分钟之内不起火不爆炸，给乘员预留安全逃生时间。2022年汽车工程学会发布的电动汽车相关标准规定了电动汽车动力系统安全风险监测以及故障预警方法和处置要求。
动力电池的安全防控策略主要围绕电芯、系统、BMS、整车四大领域来实现。从电芯层面来说，通过掺杂化合物、表面包覆等手段对正极材料进行安全改性，对负极材料进行安全改性，使用内部添加剂降低电解质易燃性或使用新型锂盐电解质，使用热开关材料，提高隔膜热稳定性以及使用复合集流体可以实现安全防控；从系统层面来说，通过高强度安全防护设计，使用热失控防护材料，采用主动降温技术，应用防爆排爆技术可实现安全防控；从BMS层面来说，通过与大数据、AI技术的结合可以有效提高风险预警的及时性与准确性，实现安全防控；从整车设计层面来说，通过对整车采用形变吸能、结构防护设计可实现安全防控；从整车使用层面来说，保障充电安全，引导消费者树立良好的新能源汽车使用习惯，同时国家层面利用新能源汽车监测与管理平台结合大数据优势对动力电池系统进行精确的风险预警都可以保障电动汽车的安全应用，推广高效灭火和抗复燃技术也可以将热失控事件控制在更小的范围之内。
在正极材料中，镍含量越高热稳定性越差，锰含量越高热稳定性越好，通过掺杂化合物可以大幅提升正极材料的阻燃性能，在正极材料表面包覆氧化物可以在温度异常时阻断正极材料与电解液的直接接触，进行单晶化研发可以有效提升正极材料的晶体结构稳定性并延长其循环寿命。以上都是对正极材料进行改性的有效手段。
整体来说，主流企业发布的最新产品都可以实现不起火、不爆炸，行业内典型的动力系统安全技术也都大同小异，基本上都是通过绝缘阻燃材料、高强度安全防护结构、降温散热技术、防爆排爆技术来实现系统的安全防护。系统安全防护以及整车安全设计技术的应用较为成熟，未来随着技术的发展与进步，电芯本征安全防控技术、BMS监控管理预警发挥的作用会越来越明显。新能源汽车行业对BMS的监控管理与预警功能提出更高的要求，未来BMS会通过相关软件算法的不断优化，与大数据、AI技术结合，逐步朝着高集成化、高精度估算、云端智能管理以及BMS、VCU、MCU三电合一的趋势发展。同时还需要政府以及社会层面加强引导消费者树立良好使用习惯与安全意识，同样可以降低安全风险。最后，电芯的本征安全防控技术可以从根源上解决动力电池的热失控问题，可以预见未来不燃的新型锂盐、固态电解质、新型集流体抑或是热响应开关材料一旦实现大规模商业化应用，新能源汽车/动力电池的起火概率将大大降低，起火事故发生的次数将大大减少。
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