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穿越「无人之境」，别克微蓝的三元锂电池炼成记
雷锋网按，毫无疑问，动力电池系统是新能源 汽车 电气化技术最关键的部分。同时，随着电动 汽车 市场大门进一步打开，近年频发的电动 汽车 自燃事件也无不在挑动公众的神经。
「如何让电池变得更安全」，成为了各大厂商致力去回答的难题。
8月 20 日，雷锋网有幸前往上汽通用 汽车 动力电池发展中心参观。作为别克品牌“电动化、网联化、智能化、共享化”战略布局的重要落子，别克微蓝 7 和微蓝 6 PHEV 车型的电池组，以及电池组生产线的神秘面纱也由此揭开。
事实上，在 2019 年 4 月，别克就已经正式推出了微蓝 6 纯电动车型，这是别克在中国的首款纯电动产品。不过，当时这款车搭载的电池容量为 35kwh，NEDC 续航里程仅为 301km。
在刚刚过去的 7 月，别克推出微蓝 6 PHEV，搭载别克全新的 eMotin 智能电驱系统。同时期，纯电动 SUV 微蓝 7 问世，基于通用第二代纯电动平台，搭载 55.6kwh 电池组，NEDC 续航里程达到 500km。
不同于大多数车企单纯的向电池供应商购买电池进行组装，上汽通用 汽车 更偏向于深度参与电芯开发的方式，与电池供应商长期合作开发电池。
比如，上文所提到的别克微蓝7和微蓝6 PHEV选用的三元锂电芯，均在LG化学的技术基础上进一步优化了配方与设计，从而使电池的能量密度更高，寿命更长。
微蓝7（左）和微蓝6 PHEV（右）搭载新一代模块化高性能三元锂离子电池组
从某种程度上来说，温度异常是电池安全事故的最大的诱因之一。
对此，别克微蓝7和微蓝6 PHEV动力电池系统采用了通用 汽车 专属的电芯级智能温度管理系统，并根据两款车各自的结构、造型、性能和其他需求进行了度身定制。
微蓝7的每两片电芯间会布置一块导热片，导热片直接与电池组底部的水冷结构相连，可根据电池工况实现主动冷却或加热。电池组底部的水冷结构进出水管采用双流道蛇行设计，更利于电池模组的温度管理。而且，别克微蓝7的电池组还在电芯间使用泡棉隔绝散热，缓解电芯后期充电时膨胀，从而引发安全隐患。
微蓝6 PHEV电池组则采用了通用 汽车 专利的片层液冷技术，每两个电芯之间都夹有带毛细液冷管道的导热片，厚度仅为0.2毫米，冷却液在毛细管道里流动可加快热量的传导。
微蓝 6 PHEV 电池组冷却片
据介绍，这两款电池组的温度适应范围均在 -35℃~55℃。
在用材方面，微蓝7和微蓝6 PHEV的动力电池应用轻量化复合材料，因此电池包的造型比较紧凑轻薄，IP67级密封设计则可保证防尘，以及车辆在涉水时的电池组安全运转。
微蓝 7 电池包底部还采用带加强筋的钢制托盘设计，减小碰撞给电池组带来的伤害。整体车身方面，微蓝7采用高性能BFI一体化车身结构，高强度钢材应用比例高达78%，这也在很大程度上保护了电池包的安全。
通用 汽车 中国前瞻技术科研中心-电池实验室
在全天的参观中，雷锋网一共实地走访了两个地点——通用 汽车 中国前瞻技术科研中心-电池实验室和上汽通用 汽车 动力电池系统发展中心-微蓝7和微蓝6 PHEV电池组生产线。
首先来说说电池实验室。通用 汽车 在美国和中国都有独立的电池实验室，当中设立了自己的电池试制生产线，用于电池原型开发和各类型的试验认证。在每一款电池投放市场前，通用 汽车 会在电池实验室里进行 3-5 年的电芯验证与测试。
据工作人员介绍，通用 汽车 在 10 年前就已开始对电池实验室进行投入。如今，微蓝7和微蓝6 PHEV的电池可在此通过挤压、碰撞、浸泡、火烧、过充、过放、短路、盐雾等10余类极限试验。此外，电池组还会经历涵盖机械、热力学、电气、寿命、性能等各个方面百余项系统与整车测试。
上汽通用 汽车 动力电池系统发展中心则于 2015 年在上海浦东金桥成立，是通用 汽车 全球第二家及北美之外第一家电池装配中心。
上汽通用 汽车 动力电池系统发展中心
别克微蓝7和微蓝6 PHEV搭载的新一代模块化高性能三元锂离子电池组，正是在这里完成组装生产。
电芯堆垛和电池模组装配过程中，电芯和模组的上料、装配、运输和电池模组测试的全线工艺操作全部由机器人或机械手智能完成，自动化率达到100% ；而且，机器人每一次的上料/下料/搬运过程中精度在0.1mm以内。
据工程师表示，整条生产线下来人工检验员的数量并不多，而且，他们只负责对机器的误操作进行纠正。不过，这两条生产线现阶段并不忙碌，在雷锋网探访的当天下午甚至是「停工」状态。
通过数字化技术的应用，微蓝7和微蓝6 PHEV的关键零部件，不仅在装配过程中实现了数据实时采集、监控和预警，还通过完备的产品信息追溯系统，拥有各自的“身份证”。
比如，经过了全线无误的操作的电芯外包装上会打印一个二维码，只有这些带有二维码的电芯产品才能下线，而且，通过扫描二维码还能对该电芯进行精准溯源，追溯产品在何时何地经过何人之手。
另一个技术亮点是超声波焊接。工程师向我们解释道，使用超声波技术来焊接电芯极耳无熔焊缺陷，而且不会对铝、铜等半导体等材料引起高温污染及损伤，减弱了极耳撕裂风险。
超声波极耳焊接
具体来说，该项技术由工业机器人在视觉系统引导下准确定位，自动操纵超声波焊接头，完成电芯正负极极耳的焊接，使电池模组形成通路。此外，针对不同的材料，可以采用不同的超声波焊接技术。
除电芯之外，模组和电池组的安全测试的评估也不容忽视。为了确保别克微蓝 6 PHEV 的片层液冷导热片和微蓝7的液冷回路系统中没有漏点，模组装配线会采用质量流量法进行泄露测试，提高测试精度、缩短测试时间。
模组焊接质量检测方面，若设备焊接存在虚焊、漏焊等情况，则由人工补焊对该点位进行补焊。正如工程师此前所说的：
事实上，通用 汽车 在新能源上的投入远不止于此。
早在 1996 年，通用 汽车 就推出了纯电动车型 EV1，这款车让通用 汽车 成为了电动 汽车 领域真正意义上的先驱，但由于时机不宜，市场环境不成熟，在随后十余年里，通用 汽车 基本上「放弃」了电动 汽车 。
尽管近年来，通用 汽车 开始加大对纯电动 汽车 的研发投入，但仅仅只是从去年发布的别克微蓝 6 而言，NEDC 续航里程仅为 301km，4 个月后，通用 汽车 再次推出了微蓝 6 纯电动版的新增车型，搭载续航里程也增加至 410km——在电动 汽车 已经成为主流的今天，不少造车新势力已经突破了 600 公里续航，微蓝 6 在这一方面并不具备什么竞争力。
不过，通用 汽车 最近已经宣布推出 Ultium 电池系统和第三代全球电动车平台，别克微蓝 7 和微蓝 6 HEVP 也搭载了全新一代模块化三元锂电池组——通用 汽车 也算是迈出了好的一步。
栋察：三元锂电池被关“小黑屋” 特斯拉也得妥协？
5月12日，工业和信息化部（以下简称工信部）针对电动汽车连下三道强制性国家标准，将电动汽车的安全性做出强制性提升要求。新的国家标准预计将于2021年1月1日起开始实施。
其中，《电动汽车用动力蓄电池安全要求》在优化电池单体、模组安全要求的同时，重点强化了电池系统热安全、机械安全、电气安全以及功能安全要求，试验项目涵盖系统热扩散、外部火烧、机械冲击、模拟碰撞、湿热循环、振动泡水、外部短路、过温过充等。特别是标准增加了电池系统热扩散试验，要求电池单体发生热失控后，电池系统在5分钟内不起火不爆炸，为乘员预留安全逃生时间。
中国新能源汽车产业的快速发展，大幅提升了电池安全在整车安全中的影响因素。自从去年大篇幅的电动汽车自燃讯息爆出后，电池安全也成为了新能源汽车产业所不可忽视的重中之重。
然而，2019年的多起蔚来自燃事故与特斯拉自燃事故，引发了众多消费者的恐慌，却并没有引起汽车厂商们的足够重视。在日益苛刻的新能源补贴规定的促进下，车企们为了市场售价与营销噱头，纷纷继续加大在三元锂电池能量密度等方面的投入。如此激进做法的背后，自然伴随着众多安全隐患，今年年初，尽管受疫情影响，消费者出行热情有所下降，但电动车们依旧没能躲过“灵异”的自燃现象。5月刚过，一台理想ONE与Aion S的自燃信息，再次让公众视野聚焦纯电动车安全。
图片来源：工信部
尽管纯电动车自燃的原因多种多样，但抛去无故自燃和外力碰撞等因素，大部分纯电动车的自燃的源头都指向了整车中的重要部件——动力电池。
在大多数纯电动车自燃事件的结果分析中，动力电池的热失控，导致内部电极与外界空气接触，进一步导致高温出现从而引起自燃，占据了绝大部分事故的主因。此外，还有因为散热性能不达标，内部电路进水引发短路，或电池外壳损坏，导致电解液泄露从而自燃。
比亚迪针刺实验
而工信部对于动力电池的全新规定，正是考虑到在动力电池产生热失控等可能发生自燃的前提下，保障消费者必要撤离时间的硬性要求。热失控后5分钟内不起火不爆炸，从人员撤离的角度来说，这个时间依旧很紧张。但是对于已经泛用三元锂电池作为电芯主材料的汽车厂商和材料商而言，5分钟时间却几乎意味着“三元锂电池”时代的终结。
图片来源：EVTank
按照过往的自燃案例来看，特斯拉所采用的松下供应三元锂电池，从热失控报警到起火，只需短短5秒钟。近日一台自燃的东风郑州日产帅客EV，这一全套过程也仅用了30秒时间。根据此前比亚迪推出刀片电池时的针刺试验来看，三元锂电池在形成内部短路时，温度会迅速升高，正极材料高速分解的游离氧会进一步增加各种化学反应的热量产生，同时伴随电池内部压力的上升，最终产生燃烧甚至爆炸，而这一整个流程往往发生在一瞬间。所以就三元锂而言，就连那台帅客EV的30秒，也已经是难得一遇，更别说是坚持上5分钟了。
5月8日广东省东莞市自然的帅客EV
那么是不是现阶段的三元锂电池车主就只能听天由命了呢，实则不然。从“规定”的附录来看，三元锂电池在引起热扩散之前，需要提前5分钟给到车内乘客预警信号，这则附录变相承认了三元锂电池的热失控是难以控制和补救的。但正如我们在前文中所提到，由于纯电动车的大部分自燃事故并非刺穿短路所致，所以碰撞致使的电池变形以及过充导致的温度过高等问题，才是车企与电池厂商真正需要提防预警的问题。而这一弊端，可以通过加强电池组结构以及优化电池的热管理系统来提升安全性。三元锂电池厂商在近半年时间需要做的是，尽快找到热失控下，威胁到驾驶舱安全的时间点，并针对这个扩散时间尽早对车内乘客做出预警。
比亚迪刀片电
当然，也有消费者会心有余悸，既然纯电动车需要承担如此高的自燃风险，那么热失控就这的无法避免了吗。也许在短期内，三元锂电池是做不到，但是如果将材料换成磷酸铁锂电池，这个问题或许能够得到进一步解决。更加优秀的热稳定性，令磷酸铁锂电池再次回归主流视野。比亚迪作为磷酸铁锂电池研发的领跑者，在前不久推出的刀片电池，便将安全性能提升至了首位。
不难预见，随着未来比亚迪刀片电池的上市，再加上特斯拉刚刚官宣的未来会采用磷酸铁锂电池信息，短期内，国家政策由过去单纯追求续航里程转向电池安全的大趋势几乎已成必然。“成也政策、败也政策”，当年比亚迪因为续航而不得不在旗舰产品上采用的“三元锂电池”，在日益清晰的安全标准下，也即将告别主流舞台。
长城蜂巢无钴电芯
与此同时，针对三元锂中不稳定因素“钴”元素的剔除，也在各车企中有条不紊的进行。今年3月，特斯拉与宁德时代宣布将携手研发无钴电池，并于近日表示年底即将有可实装的产品出现，而长城旗下的动力电池公司蜂巢也发布无钴电池。更有甚者，广汽在前日宣布石墨烯电池已经排上日程，未来动力电池的形态究竟由会朝向哪个方向发展，现在下定结论还为时尚早。但可以确定的是，随着安全性能需求的大幅提升，当下三元锂电池近73%市占率的独霸局面将被逐步打破。
除了在电池本身性能上的提升，不少还在充电服务方面下了一番功夫。如比亚迪唐、荣威eRX5等车型，均提供有预约充电功能，不仅能够帮助用户使用半价的夜间充电，也能够在一定程度上防止过充状况的出现。
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三元锂电池处理设备厂家
鸿乾机械，泰凯机械。
1-8月国内动力电池企业装车量排名前三甲分别为宁德时代、比亚迪、中创新航；电池装车量分别达到了76.90吉瓦时、35.96吉瓦时、11.38吉瓦时。值得一提的是，在最新一期的数据中，8月磷酸铁锂电池的装车量已经达到了17.2吉瓦时，占总装车量的62%，而在1-8月，磷酸铁锂电池累计装车量95.9吉瓦时，占总装车量的59.2%。
时至今日，磷酸铁锂电池装车量已经连续15个月超越了三元锂电池。但磷酸铁锂电池在新能源领域的地位真的彻底稳固了吗？磷酸铁锂电池优势逐渐明显续航差、冬天还会大打折扣，如今电动车的续航里程焦虑，在一定程度上那全得“归功”于早期的磷酸铁锂电池。但得益于磷酸铁锂没有稀土元素，制造成本低廉，并且安全性高，在新能源车发展初期备受关注，甚至在2016年出货量占据了动力电池总数的72.5%。
不过，随着国家新能源补贴向长续航车型倾斜，三元锂电池的市场占有率在2017年迅速上涨至49%，超越了磷酸铁锂电池。到2019年，三元锂电池的市场占有率更是达到了65%。在此后的很长一段时间内，三元锂电池都占据了主导地位。
三元锂电池的优点是什么
三 元 锂电池，选取了CATL宁德时代全新一代电芯的，通过电池打包封装技术，将电芯、模块、电气系统、热管理系统、壳体和电池管理系统几个部分组装，形成电池系统整体，并在多重防护配置的调控下，能够长期、高效、稳定运转。
三元锂电池拥有6大优点：
1.能量密度大：由于采用了宁德时代的全新一代电芯技术，在保证寿命长的同时，将产品能量密度提升至151Wh/kg。
2.电量高：电池能量密度大，同样的电池体积则可装下更多的电量。电池容量达到了53.6kWh，而一分电量一分续航，这为超长续航奠定了基础。
3.安全可靠：历经30项国家标准验证和52项企业标准验证，其中包括：过充、过放、过温、短路、跌落、挤压、火烧、机械冲击、模拟碰撞、盐雾等严苛检验项目。
4.适应性强：三元锂电池在不同工作环境下活性会有所改变，这也造成了不同环境下充电效率不同。利用的EMD3.0技术，集成了多项电池活性辅助功能，极大地提高了日常充电过程中的便利性。
5.智能度高：由于装载了EMD3.0超级电控技术，其电池控制系统能有多重智能安全保护措施，如电池实时预测和报警、快充快放保护、过充过放安全防护、低温充电预加热等功能，不仅保护了电池和消费者的出行双重安全。
6.寿命长：EMD3.0超级电控技术，还具备了电池单体电压偏差自均衡功能，会自动甄别判断电池组中电池单体的电压偏差，并根据异常情况，自动进行均衡处理，使电池单体电压偏差保持在预期的范围内，帮助车辆保持超长续航，并有效延长电池使用寿命。（图/文/摄： 曾彩红） @2019
刀片电池和三元锂电池对比
刀片电池与三元锂电池虽然同属锂离子电池，但它们的正极材料完全不同。
刀片电池的正极是磷酸铁锂，它属于磷酸铁锂电池范畴，而三元锂电池的正极是由镍钴锰或镍钴铝三种材料按一定配比组成的，正极材料不同，是刀片电池和三元锂电池最大的区别。
刀片电池作为磷酸铁锂电池的一种，在质量能量密度方面与三元锂电池有着一定的差距。
目前三元锂电池成组后的质量能量密度可达180Wh/kg，而刀片电池的系统能量密度只有140Wh/kg，不过刀片电池由于采用了阵列的方式排布，可实现系统能量密度提升50%，因此能使电动汽车通过携带更多电池方式来实现电池增容，使续驶里程得以进入600公里俱乐部。
刀片电池在造价成本方面比三元锂电池更低，由于刀片电池本身可承担机械压强作用，所以电池的制作工艺更加简单，电池材料更少，人工费用也更低，制造成本可比传统磷酸铁锂电池降低30%。
2019年三元锂电池包成本在每瓦时1-1.2元左右，磷酸铁锂电池包的成本为0.85元左右，刀片电池比传统磷酸铁锂电池降本30%。
