锂离子电池过高能量比会带来N个问题

目前，产业界对锂离子电池高比能量的过高追求可能会带来多个层面的问题，比如在正极材料端，虽然克容量逐渐新增，但是结构/热稳定性却逐渐降低，过渡金属溶出情况加剧，尤其是811型。上海蓄熙新能源材料检测有限公司总经理韩广帅表示：“有关NCM体系，随着Ni含量新增，NCM体系正极材料的放电容量越高，循环稳定性下降，热稳定性下降。”

有关负极材料领域，容量越高，硅或氧化亚硅材料越多，极片膨胀率越大，和电解液间的副反应越多，内阻增大。

此外，隔膜越来越薄，随之而来的则是安全风险的新增；电解液分量减少，会使得电池的循环性能变差，而且电解液粘度变大后，整个电池产品的内阻就会新增。

从对材料本身的安全性影响角度来看，高比能化会导致正极过渡金属溶出。Ni、Co、Mn三种元素在循环过程中都会发生溶解，在4.6V以上时，三种元素几乎是以化学计量比溶出的，但是Mn元素的溶解会对锂离子电池循环寿命出现更严重的破坏。

薄集流体化之后，大电流下、内阻大发热量高，涂布、辊压收卷容易出现断片现象。少粘结剂会导致活性物质易脱落，长循环接触内阻增大。薄隔膜趋势之下，会出现单层PE基膜热稳定差，涂层膜内阻较大，长循环后涂层易团聚、脱落等。

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高比能“陷阱”？

追求极致完美或许是最一般也最隐蔽的“美丽陷阱”。在锂离子电池行业，追求高比能是多方综合因素下的产物。其中，最直接的就是市场消费需求的倒逼。其次是锂离子电池技术上实实在在的提升以及产业供给端的迎合。

“电动汽车至少要能跑个500公里以上才考虑购买。”北上广等一线城市是新能源汽车的重要消费阵地，尤其是北京，新能源汽车的接受度比较高。该北京网友还表示，电动汽车要能满足日常工作、外出游玩所需的里程，毕竟充电还不是很方便。

合众汽车2019年相关客户调研统计数据显示“消费者愿意接受的续航里程为300-450公里。”我国电池联盟认为，随着锂离子电池比能量技术的升级，以及固态电池技术的商业化前景趋好，未来一段时间内，消费者的普遍续航需求或将稳定在500公里左右，200公里以下的车型或将逐渐退出。

目前，锂离子电池技术创新的确有了很大的提升。从代表性公司相关新能源车型动力锂离子电池包组的能量比变化看：

在磷酸铁锂离子电池领域，2015年，比亚迪e5（续航256km）电池包组的能量密度比大约为91wh/kg。2020年，比亚迪e3（续航405km）电池包组的系统能量比提升至大约156wh/kg，提升约71%。

在三元电池领域，2015年，北汽EU200（续航200km）电池包组的电池能量密度大约为96wh/kg。2020年，北汽EU5（续航401km）电池包组的电池能量密度提升到了大约161wh/kg，提升约68%。

此外，国家有关产品准入的要求越来越高。2018年《有关调整完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》引导生产公司把新能源汽车的续航里程推向500公里以上。根据国家政策顶层设计与战略规划，到2020年,我国电池能量密度达到300Wh/kg；到2025年,电池能量密度达到400Wh/kg;2030年,电池能量密度达到500Wh/kg。

但是，我们也看到，尺寸越做越大、能量密度越做越高带来的则是电池的散热性能的下降，电解液出现贫富液、浸润性不好、死区和析锂可能性增大。这也是导致新能源汽车安全事故的重要因素。如今，新能源汽车的消费者对产品安全的重视程度比以往有了很大的提升，因此对汽车以及电池产品着火事故颇为不满。但是反过头来，高能量比也是消费需求助推的一个必然结果。

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电池安全诊断：望闻问切

有关新能源汽车着火事故频发，韩广帅博士认为：“新能源汽车安全失火也就是热失控，重要有内外两个方面的原因。”

他分析后指出，从外部原因重要是机械滥用、电滥用、热滥用等行为造成的。比如车辆碰撞等车辆结构破坏导致B级电路短路、电池受到挤压、穿刺等物理结构的损坏；比如外部电路过流、短路等非预期的大电流引起，超过了电池或电池系统可以承受的最大电流；再比如超过电芯安全界限的加热，可能来自于相邻热失控电池，或散热系统失效所积攒的热量。

从内部原因看重要是高比能化与快充导致发热量新增，温升升高，副反应新增；内阻新增不一致性放大导致析锂胀气等。

“理解电池才能不断提升电池品质。”韩广帅认为，“电池医院”的“望闻问切”价值在于通过对电池失效原因的准确分析，制定针对性的解决方法，帮助电池产品提升品质。以下为韩广帅博士在我国电池联盟产业云课堂“动力锂离子电池失效原因分析与解析技术”直播演讲时提出的两个具体分析流程。

整体解决方法之逆向分析流程

整体解决方法之正向分析-正极材料

整体解决方法之正向分析-负极材料

整体解决方法之正向分析-隔膜

整体解决方法之正向分析-电解液