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锂电池被“看穿”

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出品:虎嗅驻西南编辑

作者:雨林下、梓楠法师 封面:视觉中国

11月29日,瓯鹏动力在一场发布会中公开控诉知名锂电池厂家国轩高科存在电芯原材料方面的质量缺陷。这是继北京丰台4.16储能电站爆炸事件后,国轩高科再次被推上风口浪尖,也引发了市场对新能源汽车电池安全的高度关注。

工信部上半年的数据显示,中国新能源汽车目前已累计推广超过550万辆,产销量连续6年居全球第一。随着普及度的提升,大大小小的事故也让人们越发重视新能源车的安全,尤其是对核心零部件——锂电池的稳定性提出了更高要求。

为什么会炸?是大家对锂电池的好奇。

怎么能不炸?是厂家们要死磕的难题。

缺陷可见,隐患难现

锂电池的危险性正源于其所含的“锂”,金属锂本身活泼,具有强腐蚀性,遇到湿气非常容易发生化学反应,释放出易燃的氢气,同时温度超过180℃熔点也会自燃。尽管加了昂贵的钴元素来维稳,但锂电池整体发展还不成熟,始终存在未知隐患。

国网四川电动汽车公司相关专业人士告诉虎嗅,除了化学反应的不确定性,锂电池也还有物理缺陷带来的问题。

一种是肉眼显性易见的,比如因生产工艺造成的正负极污染、壳体凹凸变形、塑料膜破裂、划痕等。

另一种是隐性的天生不良,表面或者短期看不出异常。因为电池内部存在动态变化的电化学反应,经过日积月累,原先的隐患才会真正的暴露。

比如个别电芯容量低导致的整个电池模组一致性差、电量少,最终续航时间短;比如电池的充放电过度,循环到一定程度后,可能在电池内部形成不可逆的坏点,在撞击或快充高温下瞬间爆炸。


11月30日南京一辆沃尔沃新能源车疑似在地库充电爆炸 图源:扬子晚报

这些问题一开始看不出来,甚至应对之前的测试项目都是正常状态。但坏在骨子里的病号电池实际危害更大,容易在外部条件触发意料之外的严重短路或爆炸。

加之过去的质检形式大多都是抽样检查,电池在装载前没有经过逐一筛选和识别,“带病上阵”是常事。

由于基础学科的发展存在滞后,电池厂商一直通过改变电芯机构和电池材料配比去提升电池性能。近两年,厂商提升动力电池安全性就两条路,要么选择能量密度更低的磷酸铁锂材料,要么在电池内部增加更多防爆泄压装置。

而一番改造会带来另一个问题——工艺难度成倍增加,良品率堪忧。

据行业人士向虎嗅透露,比亚迪的刀片电池在生产初期一直存在良品率不高的情况。

刀片电池与宁德时代的CTP技术类似,都是在电芯机构上做出创新。但不论是刀片电池采用的叠片技术还是宁德时代采用的卷绕技术,对生产工艺都有非常高的要求,这时,如何检测工艺中的每个环节以提升良品率,就是重要命题了。

这关系到厂商最终产品的安全性,也关系到整条生产线的盈利。

质检严格倒逼产线升级

2015年国家颁布了《电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》标准,模拟了电池使用过程中可能发生的多种滥用行为,并对之进行考核。

但这些只是市场准入条件,由于企业的机械设计、测试工艺不尽相同,具体评估也存在误差,就算通过了规定测试,也不意味电池就一定安全。

常规的质检项目有机械性能试验,包括振动试验、机械冲击、模拟碰撞;环境适应试验,包括高低温冲击、温湿度循环;电气性能试验,包括充放电容量、循环寿命测试等。

其中,电池缺陷检测是紧接生产端的重要一环。

过去传统的方式以人工抽样测量为主,缺点非常明显:人力成本高,作业易受主观意愿、和视觉疲劳影响,成效很低。

2020年10月,中国汽车工程学会发布《节能与新能源汽车技术路线图2.0》,要求在动力电池方面研究新型分析和测试评价技术,实现标准化、高效化、准确化和定量化,到2025年、2030年、2035年,新能源汽车的起火事故率要分别小于0.5次/万辆、0.1次/万辆和0.01次/万辆。

同时,随着国内锂电池厂家订单量扩大,尤其海外客户特殊要求多,品控也比国内严格,宝马、特斯拉这类车企会要求对所有出厂电池都逐一检测。

政策和市场在倒逼检测技术启用智能化,提高精度和效率。典型的,有宁德时代与百度飞浆合作,在质检线上融入AI人工智能和机器视觉,用电子化诊断替代人工明眼诊断。

按行业发展规律,龙头电池厂一旦按最严客户的要求开了头,那么未来所有的质检准线都可能向最严靠拢,并形成通用行规。

X射线无损检测的新场景

基于大厂产线升级和全检替代抽检的趋势,检测设备及其上游核心零部件公司捕捉到了这一细分场景的机会。

虎嗅走访了成都做高性能X射线探测器的公司善思微科技,据创始人介绍,这项技术属于无损检测,在不破坏所测物的前提下,通过X射线透视看到内部高分辨率的结构,并进行参数检测。

它在医疗中的应用是最为人熟悉的,比如拍个CT、胸片,或者齿科牙片,还有就是地铁箱包过安检。

按理说这是项非常成熟的技术,但把它用在新能源汽车锂电池检测上还是件新鲜事,也是全球工业无损检测领域的新增长点。

X射线无损检测可以识别出电池的早期缺陷,筛出诸如电芯正负电极距离是否安全、位置是否偏移等细小问题,使自燃爆炸概率从万分之一降到百万甚至千万分之一。

但这件事并不容易,它要求设备分辨率需达到微米甚至纳米级,只有高分辨率的探测器配合高放大率的X射线成像系统才做得到。

由于之前这类检测设备的核心部件全来自进口,价格高且技术垄断,于是国内企业就盯上进口替代的市场空白。据券商测算,未来5年探测器在锂电池领域年化市场空间约有3.8亿元。

由于此类探测器技术涉及微电子和辐射成像交叉综合学科,进入壁垒高,全球能规模化生产数字化X射线探测器的不足20个厂家,排名靠前的有Trixell、Vieworks、万睿视,2020年在科创板上市的上海奕瑞科技(688301)是国内的行业头部代表。

从系统角度看,真正的创新离不开底层核心零部件的支持,但外资企业并不会把最好的核心零部件优先卖给中国,也很难配合终端设备商做长时间的硬件开发,相反,这些是国内公司可以去开动脑筋的。

当下,X光技术本身虽然成熟,但也在面临过时。

举个例子,为什么每次坐飞机过安检需要把笔记本、充电宝、雨伞单独拿出来?原因正是受现有探测技术限制,分辨不清特殊物件,为避免成为违禁品的“障眼法”,所以要通知乘客从包里拿出。

未来技术的迭代方向是能把任何物品都看得一清二楚,且不需要人工安检员坐守,靠AI识别就已足够。


善思微创始人表示,今后在新能源汽车后服务市场,这套技术也颇具想象空间。比如4S店保养旧车时,顺带检测电池,透彻了解车况和使用寿命,尽管它目前仅能针对单个电芯做高精密检测,类似只能检测病变的组织切片,但不排除未来能实现直接检测整个电池包或整车。

进阶的X射线为新能源车增设安全屏障,既是技术创新与传统工艺碰撞出的火花,更是朝阳产业激活配套的体现。

新能源车是个筐,各式花样往里装。欣赏完“看穿”锂电池的表演,下一个换谁出场?

本文为「西南新能源产业 」专题策划,氢能回顾:《别斗了,氢和锂电没得争》《“氢能”自我造血路漫漫?》,将持续呈现西南能源发展近况,欢迎交流。

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