原材料檢測流程不完善是電芯存在安全隱患的一大因素,但主機廠應該為這個失誤買單。
10月份威馬汽車接連發生三起自燃事故,隨後,國家市場監督管理總局發佈公告稱,威馬召回了2020年6月8日至2020年9月23日生產的1282輛電芯型號為ZNP3914895A-75A的威馬EX5。
召回公告顯示,本次召回範圍內的車輛由於電芯供應商在生產過程中混入了雜質,導致動力電池產生異常析鋰,極端情況下可能導致電芯短路,引發動力電池熱失控併產生起火風險,存在安全隱患。
值得關注的是,近期因“電芯生產過程摻入了雜質”這一問題召回的車企不止威馬一家。今年8月份至今,寶馬、福特生產的電動汽車及混合動力汽車多次出現起火事故,後續調查原因都指向了電池混入雜質。
海內外,三家車企,均因動力電池混入雜質導致的自燃事件讓人們意識到,電芯生產混入雜質並不再是偶發隱患。
針對電芯生產混入雜質等相關問題,牛車網第一時間聯繫了蜂巢能源產品總監林育民。林育民是蜂巢能源產品總監,對電芯生產、模組、PACK以及整車測試標定的整個供應鏈條都有着深入的瞭解。
林育民表示:“電芯生產異物控制是電池廠家的基本功,但也是很難的一部分。”
林育民説,電芯生產控雜,難就難在貫穿於整個生產過程,需要在每一道工序對嚴格把控異物。從源雜質控制、混料、塗布、模切、輥壓、繞卷(疊片),一直到焊接,每個環節都有可能混入雜質,每個環節都需要嚴格的測試,保證產品合格。
首先,要對去雜。電芯生產廠家需要對採購的原材料(如三元鋰電池包括的鎳、鈷、錳等)做檢驗和測試,保證裏面的磁性雜質達到各項標準,否則噴塗的電極本身存在異物,就會造成後期析鋰、穿透隔膜短路。
檢驗不充分,原材料控雜成小廠最大難題。
原材料(鎳鈷錳鋰)去雜看似基礎,但對於一些小廠來説卻並不容易。
目前常見的正極材料有鈷酸鋰(LCO)、磷酸鐵鋰(LFP)和三元(NCM)鎳鈷錳聚合物。此次威馬自燃的是電池正極鎳鈷錳比例分別為6:2:2(NCM622)的三元鋰電池。
電芯生產廠家一般選擇採購三元材料,對採購的原材料需要進行嚴格檢驗,保證合格。如果原材料中存在雜質,後期可能導致電極瑕疵,長期使用形成析鋰、穿透隔膜,最後導致內部短路自燃。
林育民透漏説:“電芯廠家應該做到完整的三元材料檢測,保證使用的原材料異物含量處於安全區間,但一套原材料雜質檢驗設備並不便宜,有了設備還需要相關會操作該類設備的人才、安裝空間等,每一步驟都會產生高額支出。導致很多小廠無法承擔起完整的檢測工序,加之在生產的過程中追求短平快,降成本,對三元材料的檢驗步驟也是能省則省。”
除了檢驗流程不完整之外,部分企業選擇外包檢驗或後期加大電芯出廠抽樣檢查的方式,在抽查中對不合格的電芯進行處理,提升產品合格率。
林育民表示:“但抽樣檢查不能代表全部,安全隱患依舊存在。”
最後林育民認為,電池去雜是行業底線,小企業也應該遵守。但相對於小企業,大部分大廠完全可以做到完整的原材料檢驗流程,本質上不存在原材料雜質隱患。
生產流程中嚴格控制粉塵,最高可達醫藥級別:
檢驗合格的原材料(正極三元材料、負極石墨材料)將被分別送往攪拌混料,混好的正負極料分別進入噴塗機器,噴到相應的極片上形成電芯的正負極片。
拿NCM622電池舉例,其正極材料是混合的鎳鈷錳聚合物,將會被噴在鋁箔上形成正極;石墨材料被噴在銅膜上形成正極。
這個過程就像把處理好的芝麻均勻的灑到餅上,形成芝麻餅,厚度、均勻性比較重要。
噴塗好的極片需要送入輥壓工序,讓金屬薄膜上的原材料吸附的更加緊密,也能起到增加能量密度的效果。
同時為了保證安全,在塗布後的每一個極卷作為一個批次,對正式開始輥壓後和輥壓結束時刻的極片做首尾檢測,將極片裁切,取樣品,測量樣品質量和厚度,計算塗層的壓實密度,保證極片的合格性。
除了檢測之外,在極片的製作過程需要嚴格的控制粉塵,室內達到醫藥級安全,所以產生異物的可能性並不大。
除了電極的製作,剩下的工序還有剪切、繞卷、焊接等。
林育民表示:“理論上每一部分都可能導致異物滲入,但從實際流程來看,剪切風險更高。”
林育民説,剪切本質上是分離過程,就像把芝麻餅一分為二,芝麻肯定會掉出來一些。
但針對極片剪切,也有相應的處理方式能夠保證電芯安全。
最後從電芯生產的整個環節來看,原材料去雜和剪切雜質控制是最可能產生異物的部分,但這種異物控制並不是無法解決,如果按照完整的生產流程和檢測標準,完全可以達到做到安全合格。
所以,不管是三元材料的檢測還是後續其它生產流程,電池生產廠家應該做到每一個環節嚴格測驗,把控異物滲入,保證產品安全。
電池爆炸只是倒下的最後一塊多米諾骨牌,OEM應該為消費者負責:
電芯異物是導致威馬自燃的原因,但造車有一系列環節。電芯出現問題只是造車環節中倒下的第一個糯米牌,理論上到最終自燃還有很多控制手段,主機廠在其中扮演了最重要的角色。
林育民説,採用固定模組的主機廠需要對採購的電芯進行嚴格把控,保證安全係數足夠高,目前行業有一個技術做法叫做阿克(Arc)實驗,會分析其中的熱量反應時間,然後選擇材料,包括模組的設計防護等,保證整車電池包的安全。這是主機廠拿到電芯之後要做的事情。
舉個例子,做熱失控測試的時候,一顆電芯短路會產生熱量,但要求它不能扭曲或爆炸的,如果問題電芯爆炸自燃,那麼它就會把熱量傳給臨近的電芯,結果一傳二,二傳四,導致整個電芯的熱量無法控制,最後起火自燃。
主機廠的作用就是在模組與電池包層級的設計中考慮到如果個體單元生了熱,怎麼樣把它散掉,保證電芯之間的熱量不相互傳遞,保證整個模組的安全。
最後從整合造車流程來看,安全是層層遞進的,每一個角色都要負責起相應部分的責任。電芯生產廠家都車企負責,而主機廠的任務就是對購買的消費者負責。
面對行業變化,林育民認為:“行業在發展,電動車自燃終將成為歷史。”
林育民説:落後產能富裕,高端產能不足是一個行業快速遞代所產生的自然現象。
主機廠開發一款車需要2-3年以上,所以我們今天拿到車型可能是3年前的技術。用今天的眼光來看,這些基於老的生產線和3年前技術打造的產品肯定不如新產品。但技術升級需要一個過程,用今天的眼光來看,對於一個老廠,那個環節最可能出現問題大家都非常清楚。新的技術和設備肯定更好,設備改造並不簡單,甚至有些部分完全沒有辦法改造。
大家都知道基於新的標準產線肯定更好,但企業不可能有新技術就馬上重建一條新產線。企業是要週轉營收的,有些時候只能邊升級,邊幹下去。在這個成長的過程中,電芯廠家和主機廠如何平衡收益和提高安全標準是一個難題。
最後林育民認為:“電池行業的技術一直在進步,蜂巢能源的“無鈷電池”、比亞迪的刀片電池、寧德時代的“永不起火811電池”都是很好的解決方案。技術進步,電動車自燃終將會成為歷史。”
本文來源於汽車之家車家號作者,不代表汽車之家的觀點立場。