科技日報記者 楊雪
“電池安全嗎？”
“天熱會不會起火？”
“防水性能怎么樣？”
……
隨著新能源汽車進(jìn)入千家萬戶，諸如此類的問題時常被消費(fèi)者提及。
對于地處武漢的嵐圖汽車科技有限公司（以下簡稱“嵐圖”）而言，這樣的疑慮更是要經(jīng)常面對。一到夏季，當(dāng)?shù)貧鉁馗?、雨量大，人們既?dān)心高溫引起電池故障，又擔(dān)心汽車泡水后會漏電。
“單體電芯熱失控后5分鐘，電池不起火，這是國家標(biāo)準(zhǔn)。而我們做到了‘不冒煙’！”日前在接受科技日報記者采訪時，嵐圖動力電池技術(shù)負(fù)責(zé)人劉振勇底氣十足地說，“即便浸泡在半米深的水里超過72小時，‘琥珀電池’依然可以正常工作?！?/p>
這份底氣的背后，是嵐圖在全球首創(chuàng)的新能源汽車動力電池三維隔熱墻技術(shù)。
防“火燒連營”，為電芯構(gòu)建“安全艙”
電池是新能源汽車的核心部件，也是最容易出現(xiàn)安全隱患的地方。事故撞擊、雨水浸泡、老化短路、過充過放等都有可能觸發(fā)電池內(nèi)電芯過熱失控，誘發(fā)安全事故。
“車用動力電池往往由數(shù)百乃至數(shù)千個電芯組成，這也意味著存在成百上千個熱失控風(fēng)險點(diǎn)。”嵐圖新能源技術(shù)負(fù)責(zé)人黃敏告訴記者，“如果某個電芯過熱引發(fā)其他電芯連鎖反應(yīng)，整個電池會急劇升溫、過熱、起火，甚至發(fā)生爆炸?！?/p>
要防止電芯連環(huán)熱失控，阻斷“火燒連營”是關(guān)鍵。問題很直接，但在解決方案上，國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)選擇的技術(shù)路徑各有不同。有的看重電池管理系統(tǒng)，持續(xù)升級軟硬件改善電池?zé)峁芾硇埽挥械膶Ｗ㈦姵乩鋮s方案，采用頂部與側(cè)面水冷為電芯散熱；還有的聚焦電池封裝技術(shù)，通過改變封裝方式實(shí)現(xiàn)電池包整體抗壓阻燃。
4年前，當(dāng)嵐圖研發(fā)團(tuán)隊(duì)準(zhǔn)備攻克這一難題時，大家的意見并不統(tǒng)一。有人認(rèn)為重點(diǎn)應(yīng)該放在隔熱阻燃，也有人覺得絕緣散熱才是焦點(diǎn)。
“其實(shí)大家說的都對。我一直在想，能否找到一種融合方案，一并解決這些問題。”劉振勇告訴記者，一次偶然機(jī)會，他看到包裹著昆蟲的琥珀，思路頓時有了。
為什么不能像琥珀那樣，將電芯封裝起來？只要找到合適的材料，隔熱、阻燃、絕緣都不是問題。
“就好比用特殊材料搭建出一個個‘安全艙’，將電芯悉數(shù)包裹起來。”劉振勇打了個形象的比方，“即使某個電芯出現(xiàn)‘暴躁’情況，也只能老老實(shí)實(shí)待在自己的艙內(nèi)。”
技術(shù)路線直接明了，實(shí)施路徑卻錯綜復(fù)雜。
并不是將整個電芯一包了事這么簡單。裸露在外，連接電路的電芯兩極怎么辦？研發(fā)團(tuán)隊(duì)苦苦思索解決方案。
“經(jīng)過反復(fù)探討，大家形成了‘上隔下散’的共識，就是在電芯頂部及四周鋪設(shè)隔熱阻燃材料，在電芯底部部署快速散熱系統(tǒng)?！秉S敏介紹道。
不斷完善電路設(shè)計、再三驗(yàn)證冷卻方案、來回替換耐溫材料……最終，研發(fā)團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)出三維隔熱墻技術(shù)——電芯與電芯之間通過“琥珀”包裹隔離，電芯頂部布置耐1000℃高溫的隔熱阻燃層，電芯底部與高效液冷系統(tǒng)接觸。
“‘琥珀’為電芯構(gòu)建‘安全艙’，耐高溫隔熱阻燃層保護(hù)車內(nèi)人員安全，液冷為極端情況下過熱電芯‘降火’?！眲⒄裼抡f，即便車輛遭遇事故，造成擠壓、燃燒、進(jìn)水，“琥珀電池”依然能保持安全狀態(tài)。
選最優(yōu)材料，讓“魚與熊掌”可兼得
實(shí)現(xiàn)三維隔熱墻技術(shù)的核心是材料，尤其是制造“琥珀”的材料。
研發(fā)團(tuán)隊(duì)將重心放在了研制這種材料上。
在電芯外包裹材料，就會增加電池的重量與體積，必然造成電池單位質(zhì)量、單位體積所儲存的能量下降，這與動力電池普遍追求的大能量密度存在天然矛盾。
研發(fā)初期，因?yàn)椴牧线x擇的問題，“琥珀電池”的能量密度并不高，車輛的續(xù)航能力受限。嵐圖首席執(zhí)行官盧放說：“安全與能量一個都不能少，就好比‘魚與熊掌’要兼得?！?/p>
各項(xiàng)性能的平衡，是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。“我們既要考慮防撞、防火、防水與成本，又要考慮重量、體積以及維護(hù)保養(yǎng)便利，必須找到‘最大公約數(shù)’?！秉S敏解釋道。
2020年，在由廢棄廠房改造成的實(shí)驗(yàn)室里，黃敏、劉振勇帶領(lǐng)一支10多人的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，把動力電池分成56個模塊，開始尋找材料的最優(yōu)解。
“在防火性能上，我們根據(jù)電芯失控后噴發(fā)的溫度，用不同組合做實(shí)驗(yàn)，大概試了40—50種材料?！被貞浧甬?dāng)年的實(shí)驗(yàn)場景，劉振勇笑道，“56個模塊，每天跟點(diǎn)炮似的，你響我響它也響?！?/p>
為了控制重量與體積，研發(fā)人員從優(yōu)化注膠工藝著手，一再改良材料及其用量，減少填充空間。不是關(guān)鍵材料的，能減則減；有重量更輕、體積更小的材料，能換都換。
替換再替換，改進(jìn)再改進(jìn)，大家反復(fù)嘗試各種材料的組合與配比。歷時一年多，經(jīng)過不斷優(yōu)化材料構(gòu)成與比例，研發(fā)團(tuán)隊(duì)終于找到了解決方案——在電池包內(nèi)填充一種特殊有機(jī)硅復(fù)合材料。
“這種材料由有機(jī)硅聚合物、低密度隔熱材料和阻燃劑構(gòu)成，經(jīng)鉑金催化后形成高效隔熱阻燃絕緣層?！秉S敏說，它像透明的琥珀一樣將電芯包裹其中。
試制產(chǎn)品進(jìn)行安全性能驗(yàn)證時，現(xiàn)場鴉雀無聲。
大家屏住呼吸，緊盯熱失控系統(tǒng)試驗(yàn)箱內(nèi)的動力電池。
50℃、100℃、200℃……箱內(nèi)溫度急速上升至300℃。
無冒煙、無起火、無爆炸，即使最靠近“爐火”的電芯，監(jiān)測顯示其溫度也沒有超過70℃。
“成功了！”大家歡呼起來。安全性能高、能量密度大的“琥珀電池”終于問世。
安裝了“琥珀電池”的嵐圖汽車，從中國起步，駛向世界。2022年，馳入北歐；2024年，開進(jìn)南歐……
“發(fā)展新能源汽車是我國從汽車大國邁向汽車強(qiáng)國的必由之路?！闭雇磥?，盧放信心十足地說，“我們將持續(xù)發(fā)力科研攻關(guān)，推出更加安全智能的新能源汽車，為中國制造增添新亮色！”
