電動汽車電池燃燒時會發生什麼？
當電動汽車電池燃燒時，通常是由於一種稱為“熱失控”的現象造成的。 簡而言之，這是一種連鎖反應，當電池中的電池由於某種原因過熱時開始，通常是由於外部物理損壞、過熱或過度充電（稱為“外部傷害”）。 有時，它可能是由內部問題觸發的，例如製造缺陷或電池內部短路（稱為“內部擔憂”）。
電動汽車電池燃燒尤其令人擔憂，因為與傳統內燃機汽車不同，電動汽車中的電池通常會貫穿整車。 一旦電動汽車電池組中的一個電池著火，熱量就會導致附近的電池也著火，從而導致連鎖反應，迅速吞噬整個電池組，甚至可能吞噬整個車輛。
使問題更加複雜的是，當今電動汽車中最常見的電池類型，即鋰離子電池，含有易燃有機液體電解質。 這使得這些電池在損壞或處理不當時更容易著火和爆炸。 此外，還存在一種稱為“鋰枝晶”的特定風險，它們是充電過程中在陽極上形成的微小針狀突起。 如果這些枝晶長得足夠大，它們就會刺穿隔膜，導致短路，並可能導致熱失控情況。
因此，電池結構的完整性和隔膜的質量是確保電動汽車電池安全的關鍵因素。 因此，優質電池在出廠前都會經過各種壓力測試，其中包括模擬正負極和隔膜同時損壞而導致短路的“擊穿”測試。
儘管如此，值得注意的是，電動汽車的熱失控相對較少，許多製造商、研究人員和機構正在努力工作，以進一步提高這些電池的安全性。 一種方法是開發固態電池，用不易燃的固體電解質取代易燃的液體電解質。 然而，截至2023年，這些電池仍大部分處於研發階段。
2023年8月上旬，一輛蔚來ESXNUMX在中國浙江與路柱相撞，幾秒鐘內起火，奪去了司機的生命。 該事件仍在調查中。 就在幾天前，即 XNUMX 月下旬，一輛特斯拉 Model Y 與一輛奧迪轎車在廣東東莞發生相撞事故。 特斯拉失去控制，撞上護欄並起火。
再往前退一點，我們發現位於廣東江門的蔚來汽車電池更換站著火了。 原因是什麼？ 一名蔚來用戶的電池經遠程確認為受到外力損壞，在返回車站檢查時起火。
這些是許多抵制電動汽車 (EV) 的汽油愛好者所想像的噩夢場景，也是最難緩解的場景：電動汽車電池的安全性。 這種擔心並非毫無根據； 電動汽車的電池火災比傳統汽車更令人擔憂。 例如，電動汽車中的電池集成在整個車輛中，因此在發生火災時很容易完全燃燒。 更令人不安的是，傳統車輛起火通常與交通事故有關，但電動汽車有時會在休息時自燃，這使得這一消息更加引人注目。
這些“熱失控”事件的常見原因分為兩類：外部威脅和內部擔憂。 外部威脅包括機械濫用、熱濫用和電氣濫用，通常是由於事故、高溫、過度充電或放電造成的。 除了交通事故中發生的嚴重碰撞起火事故外，蔚來汽車還曾在8年報告過ES2019電動車在維修過程中，因底盤碰撞後電池組結構受壓導致短路而發生自燃事件。 幾乎所有其他中國電動汽車製造商都報告了類似案例。
所謂內憂是多方面的。 目前的鋰離子電池主要由正負極、隔膜和電解液組成，存在其獨特的危害。 例如，當電池內移動的鋰離子積聚在分隔電極的薄膜上，形成鋰枝晶時，就會發生鋰鍍層現象。 這些枝晶會刺穿薄膜，導致短路和快速熱量積聚。
因此，電池結構完整性和隔膜質量是電池安全的關鍵決定因素。 高品質電池在出廠前經過嚴格的測試，包括“釘刺”測試（儘管並非普遍強制），旨在通過破壞正負極和隔膜的完整性而造成短路。
考慮到這一點，提高安全性的自然途徑似乎很明確：用固定、不洩漏、熱穩定的固體材料取代易燃有機電解質。 由於其安全性和能量密度，固態電池已成為電池行業路線圖中明顯的“下一站”。 然而，事實證明，廣泛採用的旅程是難以捉摸的。 儘管美國橡樹嶺國家實驗室早在 1990 年就製造出了第一個固態電池，但始終存在的技術障礙仍然存在。
在固態電池領域，固態電解質材料有聚合物、氧化物和硫化物三種主流體系。 每個都有自己的優點和缺點，並且都必須應對商業化中固有的生產可擴展性和質量控制挑戰。
由於目前液態電池的低溫性能較差，懷疑論者嘲笑電動汽車在冬季續航里程的減少，而夏季充電時潛在的燃燒風險也令人擔憂。 這強調需要一種更安全、更高效的電池來滿足所有季節的需求。
利用 3D 打印技術創建複雜固體電解質結構的實驗已顯示出一些前景。 例如，牛津大學的研究人員利用3D打印構建了三維框架，填充固體電解質，以提高機械強度並防止容易斷裂。 同樣，美國Sakuu公司使用粘合劑噴射技術將所需的電極材料和固體電解質粉末沉積到基板上，並用液體試劑將它們“固化”。
雖然 3D 打印可以提供一種擴大界面接觸面積和控製材料孔隙率的方法，但在將這些實驗技術轉化為可行的大規模生產解決方案之前，仍然需要克服主要障礙。 平衡性能和成本、實現可擴展性以及維持嚴格的質量控制標準是迫在眉睫的挑戰，使這些有前途的解決方案只能留在實驗室而不是在路上。
當我們奔向日益電動化的未來時，固有的風險和對改進安全措施的不斷追求使該行業處於不斷變化的狀態。 儘管面臨艱鉅的挑戰，在不懈的創新和對可持續未來的承諾的推動下，電動汽車行業仍在朝著更安全、更高效的方向前進。 與往常一樣，《紐約客》將密切關注這些事態發展，準備對未來的旅程提供見解和分析。
