夏天来了,电动车自燃又挑动着不少人的神经。有电动车车主,有电动车爱好者,也有电动车研究者。

例如我,还真就补课补了好几天,算是略微摸到了电动车着火的那些门道。这里就把我的一些学习成果分享给大家,主要还是抛砖引玉,请专家们在评论区留言,帮我再完善一下我的这个理论体系。

为什么电动车会烧起来(为什么电动车一烧起来就灭不了)(1)

先抛结论,电动车着火,99.9%是没得救的,另外那0.1%是自燃的时候刚好遇上发洪水,把车淹了。

我们化学课上学过,燃烧是一种强烈的氧化还原反应,需要满足几点,可燃物、达到燃点、最后需要氧化剂(氧气或其他)。灭火的套路无非是降温、阻隔可燃物和氧化剂接触。

但是对于电动车来说,电池里面的封闭空间自成一格,氧化剂还原剂自给自足,一旦短路,温度上来,燃烧爆炸,链式反应,八辆消防车都拦不住(磷酸铁锂电池好很多,原因下文讲)。

为什么电动车会烧起来(为什么电动车一烧起来就灭不了)(2)

所谓洒水灭火,能做的不过是给电池降降温,让它尽量少波及其他还没有烧起来的电池,醉翁之意不在酒。就像靠戒可乐省钱致富,听上去杯水车薪,但是少吃糖身体健康少花治病钱,也没毛病。

但是,电动车的动力电池真的那么易燃吗?我让电动车不烧起来不就完事儿了?

所有化学电池的原理,本质就是氧化还原反应。不用再深入了,我相信大家都不愿意想起被化学老师支配的恐惧。

为什么电动车会烧起来(为什么电动车一烧起来就灭不了)(3)

三元锂电池和磷酸铁锂电池,我们可以看作锂离子在正极和负极之间反复左右横跳,把电子过来运过去,这就是充电和放电的过程了。

不同原材料的电池,什么三元锂,什么NCA/NCM(三元锂电池的分类),磷酸铁锂,不同的只是正负极材料,还有电解液的配方。

为什么电动车会烧起来(为什么电动车一烧起来就灭不了)(4)

锂离子在这个过程就是充当搬运工,“我们不生产电子,我们只是电子的搬运工”,xx山泉赶紧打钱。

那么锂离子这个搬运工呢,在搬运电子的过程里面,它有可能会迷失自我。例如:

如果路上破了个洞(电极、隔膜工艺不均匀),他就有可能会摔倒,其他锂离子也会发生连锁反应,就像堵车一样被卡在这里;

为什么电动车会烧起来(为什么电动车一烧起来就灭不了)(5)

或者墙上开了个小洞(电池内部破损),锂离子就会停在小洞前开小差,其他的锂离子也会跟风吃瓜,聚集在小洞周围围观;

另外如果锂离子的集散中心(负极-正极容量比太小,负极不够大)不够大,而运输速度过快(快速充电),锂离子变成单质锂之后来不及疏散,也有可能滞留在集散中心。

这种“堵车”、“围观”、“滞留”,就会让锂联群结队,聚合成好像一棵树一样的锂晶枝。这个锂晶枝,就是锂离子电池的万恶之源。

长期使用之后电容量降低:锂离子都结晶了,变成失去梦想的咸鱼了,肯定罢工了,所以正经干活的锂离子数量就减小了。但这还是小事,因为还有更严重的——

为什么电动车会烧起来(为什么电动车一烧起来就灭不了)(6)

充电过程中自燃甚至爆炸:我们都知道三元锂电池最怕穿刺实验,因为正负极短路,会发热、自燃,甚至爆炸。那锂晶枝因为各种原因茁壮成长,也会从内部撑破电池正负极隔板,发生短路,接下来就是一场悲剧了。

从锂晶枝的产生机理可以反推,怎么样可以避免锂晶枝产生,一定程度就是挽救锂电池的寿命,甚至是整台电动车的生命。

为什么电动车会烧起来(为什么电动车一烧起来就灭不了)(7)

首先当然是提高电池的生产工艺,工艺差是早期的那些不入流电动车自燃爆炸的主要原因。避免工艺瑕疵,这样锂离子就不会“摔倒”或者“吃瓜”,减少产生晶枝的几率。

然后就是合理设计正负极充放电容量比和优化负极材料。负极容量小的话,电池电压可以更高,但是更容易产生晶枝。这个坑现在应该不会有电池企业会踩了吧,放弃高电压换取更好的安全性,这笔帐谁都算得过来。

为什么电动车会烧起来(为什么电动车一烧起来就灭不了)(8)

有的汽车品牌或者电池厂商也会想办法对电芯进行隔热,阻断热量传递,避免连锁反应。例如通用Velite 6在电芯之间填充超级隔热的气凝胶,例如丰田在电池组外镀上陶瓷涂层,都能起到隔热效果,从而阻止自燃,至少是拖延自燃发生的时间。

最后就是控制快充速度和电池的电量,减少锂来不及疏散或者直接富余,而滞留在负极。虽然通过提升工艺,以及合理的负极设计,已经可以极大程度避免晶枝产生。

每一个品牌都宣称自家的能量管理水平足够高,快充也不影响寿命。但是能慢充优先慢充,站在安全和电池耐用度的角度,肯定没毛病。

为什么电动车会烧起来(为什么电动车一烧起来就灭不了)(9)

磷酸铁锂真的更安全吗?811电池就是炸弹吗?

磷酸铁锂电池相对而言,首先本身内部介质的化学稳定温度也比三元锂电池更高,再者短路后发热的烈度没那么强,而且所以不容易发生链式反应。磷酸铁锂电池更安全,根本原因就在于这里。

为什么电动车会烧起来(为什么电动车一烧起来就灭不了)(10)

至于能量密度的短板,比亚迪的刀片电池就是釜底抽薪的一招——把单体电芯的“套内面积”做大,就是提高能量密度的最直接方法。

说起能量密度,811电池和211高校一样优秀。811电池的意思是电芯正极的三种材料,镍/钴/锰,它们之间的使用比例是8:1:1。811电池能量密度高,蕴含的电能也多,于是烧起来就更兴旺一点,没毛病。

但是这里也是建立在一个大前提,电芯内部发生短路,或者整车能量管理出问题,导致过充,然后才有可能诱发自燃。

而且因为811电池能量密度高,满足同样续航要求,811电池的用量可以更少,“炸药包”的数量少了,某程度上反而提高了电池的整体安全系数。

最后,其实我是强烈不赞成强行把汽油易燃拖下水,来说明电动车并不比汽油车安全。当然汽油车也会因为燃油泄漏而自燃,但至少有一个前提,车况出问题,汽油有泄漏点。

为什么电动车会烧起来(为什么电动车一烧起来就灭不了)(11)

但是电动车呢,就算是正常使用,电池工艺或者过度快充产生的,就算是正常用车都有可能发生这种情况,对于车主来说是不可控的,也是不可预料的。怀疑老车燃油管路老化,检修一遍就行,怀疑电池自燃,我能做什么呢?不充电,不用车吗?

唯有在买车的时候,选择那些安全性有足够背书的品牌了。

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