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動(dòng)力電池迎“新大考”① | 超快充爆發(fā)元年,安全標(biāo)準(zhǔn)何時(shí)升級(jí)

04/08 09:11
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新國(guó)標(biāo)將至,超快充產(chǎn)業(yè)鏈臨考。

過去一周,一輛小米SU7在事故后發(fā)生的燃燒悲劇,將三條生命帶走的同時(shí),也再次將新能源汽車的安全隱患置于聚光燈下。

盡管事故的確切原因尚待官方調(diào)查結(jié)論,但公眾的質(zhì)疑已然集中投向了智能駕駛系統(tǒng)與動(dòng)力電池安全——這兩項(xiàng)被視為新能源汽車時(shí)代“標(biāo)配”的核心技術(shù)。

一個(gè)強(qiáng)烈信號(hào)也正在被釋出:當(dāng)任何一項(xiàng)新技術(shù)開始告別實(shí)驗(yàn)室、邁向規(guī)?;瘧?yīng)用的階段,其潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)必將受到社會(huì)輿論更密集、甚至更嚴(yán)苛的審視與拷問。

以此視角重新審視當(dāng)前的鋰離子電池產(chǎn)業(yè),從快充、大圓柱電池到備受期待的固態(tài)電池,整個(gè)行業(yè)在經(jīng)歷殘酷價(jià)格內(nèi)卷的同時(shí),也正倒逼自身通過技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)價(jià)值躍升。

如今,快充與超快充技術(shù)正處在這場(chǎng)變革的風(fēng)口浪尖,成為新技術(shù)落地的急先鋒。特別是2025年,被普遍視為超快充技術(shù)規(guī)?;瘧?yīng)用的“爆發(fā)元年”。

然而,在這場(chǎng)技術(shù)加速滲透的浪潮中,行業(yè)應(yīng)如何構(gòu)建并升級(jí)相應(yīng)的安全技術(shù)體系與行業(yè)規(guī)范,以回應(yīng)市場(chǎng)的安全關(guān)切,并最終贏得消費(fèi)者更深層次的信任?這已成為擺在所有參與者面前的一道必答題。

超快充元年,四大信號(hào)勾勒爆發(fā)圖景

種種跡象表明,2025年正成為動(dòng)力電池超快充技術(shù)從概念走向現(xiàn)實(shí)、從高端試水邁向規(guī)?;涞氐年P(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。這場(chǎng)由“充電焦慮”催生的技術(shù)迭代,正通過產(chǎn)品、場(chǎng)景、產(chǎn)能及配套體系四個(gè)維度,快速滲透至市場(chǎng)的各個(gè)角落。

首先,產(chǎn)品端,超快充正加速落地,并向更廣價(jià)格帶滲透。

華為與江淮合作推出的尊界S800增程版搭載了峰值充電倍率達(dá)到6C的技術(shù);比亞迪基于其第二代刀片電池技術(shù)發(fā)布的超級(jí)e平臺(tái),更是宣稱峰值可達(dá)10C,平均倍率亦達(dá)6C。這些旗艦或熱門車型對(duì)超快充技術(shù)的擁抱,清晰地展示了主流車企在補(bǔ)能效率上的戰(zhàn)略升級(jí)。

更具指標(biāo)性意義的是價(jià)格門檻的下探。

小鵬汽車宣布其2025款G6、G9車型“標(biāo)配5C快充”,這一舉措不僅將此前多應(yīng)用于高端車型的超快充技術(shù),直接下放至20萬(wàn)元人民幣以下的主流消費(fèi)價(jià)格帶,更預(yù)示著超快充技術(shù)的市場(chǎng)滲透率將因此迎來(lái)快速提升。有機(jī)構(gòu)已做出相關(guān)預(yù)測(cè),到2025年,支持高電壓快充的車型滲透率有望超過三成。

與此同時(shí),相對(duì)“溫和”的3C至4C快充技術(shù),也正加速下沉至10萬(wàn)到15萬(wàn)元價(jià)格區(qū)間的經(jīng)濟(jì)型電動(dòng)車市場(chǎng)。

其次,快充應(yīng)用場(chǎng)景的邊界也在被快速打破。除了乘用車,商用車和新興的eVTOL領(lǐng)域,對(duì)快充電池的需求尤為迫切。

對(duì)于商用車而言,其“生產(chǎn)工具”的定位決定了對(duì)運(yùn)營(yíng)效率和補(bǔ)能速度的極致追求。寧德時(shí)代的天行系列商用車電池、弗迪動(dòng)力的商用車刀片電池,均已推出支持4C及以上快充的版本。

華為也于近期在行業(yè)會(huì)議上透露,正聯(lián)合電池與整車企業(yè),即將推出超過20款支持4C超充的重卡車型,以上均顯示出商用車領(lǐng)域快充應(yīng)用的巨大潛力。

而在eVTOL領(lǐng)域,快充不僅是提升運(yùn)營(yíng)效率、緩解續(xù)航焦慮、優(yōu)化重資產(chǎn)投入的關(guān)鍵一環(huán),更是滿足其低電量狀態(tài)下高倍率放電等特殊技術(shù)需求的必然選擇。行業(yè)內(nèi)已形成共識(shí),eVTOL的商業(yè)化落地離不開更高倍率動(dòng)力電池的支撐。

三,是相關(guān)產(chǎn)能,尤其是核心材料產(chǎn)能的加速布局。值得注意的是,目前已落地的快充電池方案中,“鐵鋰化”趨勢(shì)十分明顯。

除了比亞迪一貫堅(jiān)持的刀片電池,小鵬新款G6、G9搭載的中創(chuàng)新航“頂流”電池,以及寧德時(shí)代即將與上汽通用聯(lián)合發(fā)布的6C電池,都明確選擇了磷酸鐵鋰體系。

這背后,是高壓實(shí)磷酸鐵鋰技術(shù)的突破——通過將正極材料壓實(shí)密度提升至2.6g/cm3以上(即第四代鐵鋰技術(shù)),實(shí)現(xiàn)了能量密度與快充性能的同步提升。

與之對(duì)應(yīng)的是相關(guān)產(chǎn)能的急速擴(kuò)張。

據(jù)高工鋰電此前觀察,僅寧德時(shí)代一家,今年已啟動(dòng)超過70萬(wàn)噸高壓實(shí)磷酸鐵鋰的擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃,包括其子公司邦普時(shí)代在湖北宜昌開工的年產(chǎn)45萬(wàn)噸項(xiàng)目(據(jù)稱是國(guó)內(nèi)單體設(shè)計(jì)產(chǎn)能最大的磷酸鐵鋰車間),以及對(duì)富臨精工旗下江西升華的戰(zhàn)略注資,以鎖定其江西和四川基地合計(jì)28萬(wàn)噸的新增高壓實(shí)鐵鋰年產(chǎn)能。

負(fù)極材料端,GGII數(shù)據(jù)顯示,受快充需求升溫刺激,2024年負(fù)極材料的擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目數(shù)量在鋰電五大關(guān)鍵材料中位居首位,占比近半。

電池產(chǎn)能方面,3月底,臺(tái)州弗迪新能源動(dòng)力電池項(xiàng)目正式落地,規(guī)劃年產(chǎn)能22GWh,明確將生產(chǎn)支持800V高壓快充平臺(tái)的刀片電池,成為快充電池產(chǎn)能擴(kuò)張的又一力證。

最后,是超充基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的全面提速。充電網(wǎng)絡(luò)的完善是超快充技術(shù)能否真正普及的關(guān)鍵一環(huán)。

數(shù)據(jù)顯示,2024年新建充電樁中支持1000V高電壓的比例已超過八成。

進(jìn)入2025年,隨著5C及以上超快充技術(shù)對(duì)充電功率提出更高要求(通常需500kW以上),超充樁市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)正迅速白熱化。

一方面,寧德時(shí)代、華為、比亞迪等企業(yè)憑借其在光伏、儲(chǔ)能領(lǐng)域的深厚積累與協(xié)同優(yōu)勢(shì),均已發(fā)布包含兆瓦級(jí)(1000kW)大功率充電樁在內(nèi)的“光儲(chǔ)充”一體化解決方案,試圖構(gòu)建技術(shù)壁壘。

另一方面,理想、小鵬、小米等新能源車企也紛紛在今年宣布將大規(guī)模建設(shè)自有品牌的超快充網(wǎng)絡(luò),意圖通過超前的基礎(chǔ)設(shè)施布局和服務(wù)體驗(yàn),搶奪更多用戶。

這四大信號(hào)共同描繪出超快充技術(shù)從前沿探索邁向主流應(yīng)用的清晰圖景。然而,技術(shù)的飛速迭代也伴隨著新的挑戰(zhàn),其中最為核心的,便是如何在追求極致充電速度的同時(shí),確保動(dòng)力電池的全生命周期安全。

安全大考來(lái)臨,新國(guó)標(biāo)為快充劃定“紅線”

超快充技術(shù)的滲透之勢(shì)已銳不可當(dāng),這無(wú)疑是中國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)技術(shù)迭代速度與市場(chǎng)活力的體現(xiàn)。然而,技術(shù)進(jìn)步的長(zhǎng)板,不應(yīng)在安全問題上成為短板。

除碰撞外,因過充、充電功率過大或生產(chǎn)質(zhì)量不穩(wěn)定引發(fā)的電池安全事故,是行業(yè)必須正視的風(fēng)險(xiǎn)。若不能有效解決快充安全問題,可能引發(fā)信任危機(jī),阻礙技術(shù)普及,甚至危及已有的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。

超快充的安全挑戰(zhàn)首先來(lái)自物理層面:大電流導(dǎo)致電池內(nèi)部熱量急劇累積,溫度可短時(shí)飆升至60℃以上,對(duì)熱管理系統(tǒng)構(gòu)成嚴(yán)峻考驗(yàn)。

更深層次的風(fēng)險(xiǎn)在于電化學(xué)反應(yīng):高倍率充電易導(dǎo)致負(fù)極表面析出鋰枝晶,可能刺穿隔膜引發(fā)內(nèi)部短路和熱失控。已有研究同時(shí)表明,更高倍率下的熱失控反應(yīng)更為劇烈,且頻繁快充會(huì)加速電池老化,提升長(zhǎng)期風(fēng)險(xiǎn)。

面對(duì)技術(shù)飛奔與安全需求的平衡,政策法規(guī)的韁繩正在收緊。備受矚目的動(dòng)力電池強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電動(dòng)汽車動(dòng)力蓄電池安全要求》(報(bào)批稿)已于2025年1月由工信部公示,若順利通過,預(yù)計(jì)將在2026年7月1日正式實(shí)施。

這份新國(guó)標(biāo)相較于現(xiàn)行的2020版,有兩大核心變化,直指快充普及帶來(lái)的安全痛點(diǎn)。

其一,在全球范圍內(nèi),新國(guó)標(biāo)首次增加了對(duì)“快充循環(huán)后”的安全測(cè)試要求。新標(biāo)準(zhǔn)明確提出,動(dòng)力電池在經(jīng)歷設(shè)定次數(shù)的高功率快充循環(huán)后,仍必須滿足標(biāo)準(zhǔn)中所有的安全測(cè)試項(xiàng)目。

其二,新國(guó)標(biāo)對(duì)熱失控的最高安全等級(jí)要求實(shí)現(xiàn)了跨越式提升。原標(biāo)準(zhǔn)(GB 38031-2020)基于2016至2018年的電池技術(shù)水平制定,允許在單個(gè)電芯發(fā)生熱失控后,電池系統(tǒng)出現(xiàn)起火或爆炸,但前提是必須確保至少5分鐘的乘客疏散時(shí)間。

新版報(bào)批稿中,則新增了“電芯發(fā)生熱失控的情況下,電池包或系統(tǒng)應(yīng)不起火、不爆炸”的要求(在試驗(yàn)條件下)。

為驗(yàn)證這一要求,標(biāo)準(zhǔn)中同步增加了底部碰撞測(cè)試項(xiàng)目,模擬車輛在實(shí)際行駛中可能遭遇的底部異物撞擊場(chǎng)景,電池系統(tǒng)在此類沖擊下同樣不得發(fā)生起火或爆炸。

新標(biāo)準(zhǔn)箭在弦上,一個(gè)現(xiàn)實(shí)問題隨之而來(lái):近兩年已集中發(fā)布、標(biāo)榜快充、超充性能的電池產(chǎn)品,能否滿足將于2026年落地的新要求?這實(shí)質(zhì)上是在拷問電池企業(yè)在追求充電速度的同時(shí),是否預(yù)留了足夠的安全冗余。

根據(jù)全國(guó)汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)電動(dòng)車輛分技術(shù)委員會(huì)在今年2月對(duì)36家主流整車及電池企業(yè)的調(diào)研,達(dá)78%的受訪企業(yè)表示已具備相應(yīng)的技術(shù)儲(chǔ)備,即能夠做到單個(gè)電芯熱失控后,不發(fā)生熱擴(kuò)散導(dǎo)致的整個(gè)電池系統(tǒng)的起火和爆炸。

然而,亦有不少觀點(diǎn)表達(dá)了審慎的憂慮。

有專家指出,任何測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)都有其邊界條件。通過新國(guó)標(biāo)的測(cè)試,并不意味著在所有實(shí)際復(fù)雜的工況下都絕對(duì)安全;反之,現(xiàn)實(shí)世界中因嚴(yán)重碰撞或其他極端情況導(dǎo)致起火的電池,也未必就是不符合標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。

標(biāo)準(zhǔn)是底線,而非安全的全部。那么,有效的解決方案究竟是什么?答案指向一個(gè)多維度、系統(tǒng)性的綜合策略。

在最基礎(chǔ)的電芯層面,行業(yè)正從材料本身入手,追求“本征安全”。

這包括采用熱分解溫度更高的正極材料(如磷酸鐵鋰);

使用對(duì)鋰電位更高、不易析鋰的硅基負(fù)極材料替代石墨以減少鋰枝晶析出風(fēng)險(xiǎn);

優(yōu)化電解體系以抑制高溫下的產(chǎn)氣(如降低電解液有機(jī)溶劑含量,中長(zhǎng)期則向固態(tài)電解質(zhì)迭代);

提升隔膜的耐熱性和抗穿刺能力(如研發(fā)能承受180℃甚至200℃高溫的隔膜、采用涂覆技術(shù)增強(qiáng)安全性)等。

此外,復(fù)合集流體等新技術(shù)的應(yīng)用,利用其高分子基材在高溫下熔斷、切斷電流通路特性,也能有效阻止電流流通,避免熱失控蔓延。

生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的嚴(yán)格品控,如對(duì)來(lái)料進(jìn)行精細(xì)化管理、嚴(yán)禁混用,以及在生產(chǎn)過程中對(duì)異物、缺陷的極致控制,同樣是保障電芯安全的基礎(chǔ)。

上升到系統(tǒng)(模組或PACK)層面,核心目標(biāo)是構(gòu)筑“防火墻”——即便單個(gè)電芯不幸發(fā)生熱失控,也要確保熱量和危害不擴(kuò)散至相鄰電芯,避免引發(fā)連鎖反應(yīng)導(dǎo)致整個(gè)電池包的災(zāi)難性失效。

基于現(xiàn)行國(guó)標(biāo),行業(yè)普遍提出的熱管理目標(biāo)是:在快充工況下,將電芯溫度精確控制在25~40℃范圍內(nèi)(且溫差控制在±2℃以內(nèi));同時(shí),熱失控的傳播抑制時(shí)間必須大于等于5分鐘。

為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),行業(yè)探索出兩大主要技術(shù)路徑,其核心思路圍繞“熱-氣-電”的有效分割與管理:

一種思路是以“堵”為主,側(cè)重包裹與隔熱,并配合高效冷卻系統(tǒng)進(jìn)行熱交換。

例如,采用網(wǎng)狀納米孔隔熱材料(如二氧化硅氣凝膠,其微小孔隙能有效阻斷熱傳導(dǎo))、耐高溫的上殼體構(gòu)筑“安全艙”;在電芯間填充有機(jī)硅復(fù)合材料或采用云母片加氣凝膠的疊層結(jié)構(gòu);也有車企宣稱在電芯間采用了耐受1000℃以上高溫的航天級(jí)阻燃材料。

與此同時(shí),上游材料供應(yīng)商也在積極創(chuàng)新。例如,獨(dú)立特種材料公司Syensqo推出的Xydar? LCP,作為本征阻燃聚合物,能在400℃高溫下保持絕緣,且易于注塑成型為更薄的絕緣部件。

其另一款Xencor? XTreme PPA材料,則兼具防火、高強(qiáng)度與輕量化特性,不僅能簡(jiǎn)化隔熱設(shè)計(jì),甚至可替代部分金屬結(jié)構(gòu)件,優(yōu)化電池包內(nèi)部空間。

此外,利用相變材料(PCM)的高潛熱特性吸收熱量,以及采用能在異常時(shí)自熔斷的電連接系統(tǒng)(CCS)避免短路風(fēng)險(xiǎn),也是常見的組合策略。

不過,有觀點(diǎn)認(rèn)為,對(duì)于發(fā)熱量巨大的超快充場(chǎng)景,效率更高的直冷方案可能優(yōu)于傳統(tǒng)的液冷或相變材料方案。

另一種思路則以“疏”為主,著力于提升散熱效率和熱交換能力。

例如,通過結(jié)構(gòu)創(chuàng)新擴(kuò)大散熱面積:寧德時(shí)代的CTP 3.0技術(shù)將水冷板與電池包底殼集成,麒麟電池則將冷卻板置于電芯大面之間;

特斯拉的4680結(jié)構(gòu)化電池包采用蛇形冷卻管穿梭于電芯陣列,并借助全極耳設(shè)計(jì)降低內(nèi)阻發(fā)熱。比亞迪則在其電池包上下兩面均布置了冷媒流道,宣稱換熱性能提升90%,且采用的輕量化、不導(dǎo)電冷媒降低了泄漏風(fēng)險(xiǎn)。

此外,采用導(dǎo)熱系數(shù)更高的鎂、鋁復(fù)合材料設(shè)計(jì)水冷板,以及優(yōu)化電芯排布方式(如上汽采用的躺式布局,減少熱失控時(shí)的蔓延路徑),都是提升散熱效果的有效手段。

最后,智能化電池管理系統(tǒng)(BMS)扮演著“哨兵”角色。通過“端+云”結(jié)合的大數(shù)據(jù)算法,BMS能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電池狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與早期預(yù)警。

例如,基于電芯內(nèi)阻模型(EIS)動(dòng)態(tài)調(diào)整充電電流(許多快充策略在SOC達(dá)到80%后會(huì)主動(dòng)降低充電倍率);

或如特斯拉BMS V11版本引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)局部熱點(diǎn),實(shí)現(xiàn)±1.5℃的精確溫差控制。

可以看到,從材料到電芯,從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到熱管理,再到智能控制,行業(yè)正在多維度構(gòu)建動(dòng)力電池的安全防線,逐步向“無(wú)熱擴(kuò)散”乃至“零熱失控”、“零自燃”的終極目標(biāo)邁進(jìn)。

然而,這些紛繁技術(shù)方案的有效性,最終需在日益嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)下得到確認(rèn)。

隨著超快充加速滲透,技術(shù)進(jìn)步與安全標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)同,將直接關(guān)系到市場(chǎng)接受度和產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)健發(fā)展。未來(lái)幾年,新國(guó)標(biāo)落地與安全技術(shù)驗(yàn)證將是觀察行業(yè)安全水平的關(guān)鍵窗口。

聲明:本文章屬高工鋰電原創(chuàng)(微信號(hào):weixin-gg-lb),轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。商業(yè)轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系(微信號(hào):zhaochong1213)獲得授權(quán)。

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