进行无损检测的“X射线高分辨CT机”。
“以电作为动力，可以精准控制车辆的性能，驾驶感很强。”说起新能源汽车，车主郭女士感情很复杂，“充电桩数量少，充电时间太长。”不时发生新能源汽车起火的新闻，也让她对新能源汽车电池安全感到担心。
新能源电池安全，也是业内持续关注的话题。由广州能源检测研究院与北京理工大学共建的广东省动力电池安全重点实验室，顺利通过广东省科技厅专家组验收。该实验室的建设，有效填补了广东省特别是大湾区在动力电池安全研究领域的空白。实验室相关负责人、广州能源检测研究院邵丹博士表示，现行标准里，针对电池安全等级的评价缺少量化指标，大多使用“漏液”、“起火”、“爆炸”等描述性的词汇，“我们希望通过一些可以测得的量化的指标来实现对动力电池安全等级的分级和评价”。
2022年新能源汽车销量
有望超过550万辆
广州的郭小姐从2017年入手新能源汽车之后，就一直关注着行业的发展。“近几年中国新能源汽车发展很快，跟五年前买车的时候完全不同，现在有大量的信息扑面而来，根本不像我们当时要做功课才能得到信息。”现在隔三差五出现新能源汽车起火的新闻，郭小姐认为新能源汽车总体上还是很安全的，“但每次出现这种起火新闻，还是会担心电池安全。”
在郭小姐看来，新能源汽车以电作为动力，可以精准控制车辆的性能，驾驶感很强，缺点就是充电时间太长了。郭小姐表示，身边有朋友试过打车去70公里外的目的地，结果那辆电动汽车走了一半就没电了。所以，国庆黄金周等长假期间，郭小姐基本很少开电动汽车走长途，“如果长假期间想开新能源汽车上高速公路，还是有点担心，害怕万一堵车影响续航里程。”
像郭小姐这样的新能源车车主背后，是中国新能源汽车产业的快速发展。中国汽车工业协会数据显示，今年1至9月，新能源汽车产销分别完成471.7万辆和456.7万辆，同比分别增长1.2倍和1.1倍，预计2022年全年新能源汽车销量有望超过550万辆。据中国海关总署统计，今年1到8月，中国汽车出口量同比增长44.5%，达到191万辆——这一数据已经超越德国。与此同时，中汽协的数据则显示，中国汽车出口从8月开始已经连续两个月突破30万辆。同时，1-9月，新能源汽车出口38.9万辆，同比增长超过1倍。
35.2%的受访消费者
会重点考虑新能源车的安全性
郭小姐对新能源汽车安全的担心也不是个案。邵丹团队针对新能源汽车的一份公众调研发现，35.2%的受访消费者会重点考虑新能源车的安全性，而消费者不选择购买新能源车的理由中，充电不方便、续航、不安全三个因素的占比超过9成。消费者在新能源汽车使用时出现的问题中，续航里程下降严重、耗电速度快、动力不足排前三。
邵丹表示动力电池是高能量载体，通常情况下是安全的，然而其高能量和高功率的工作状态难以让体系保持在一个稳定的平衡态。当遇到外部异常作用时，例如挤压碰撞、高温、涉水等，其内部组织结构容易受到破坏，从而引起内部短路，或是有机电解液大量分解，导致电池温度迅速上升，进一步触发热失控以及燃烧爆炸。
2015年左右，邵丹和同事走访调研了国内的动力电池上下游的一些研究院所、企业、高校以及检测机构，如北京、重庆、新乡、深圳、无锡、东莞等多个城市。走访企业时，团队发现，大多企业都会看重电池的充放电状态、温度和压差，“很多整车厂都会有后端数据监管平台，能够实时监测电池的温度、压差，以及一些关键的运行数据”。
有企业一味追求高能量密度电池
却忽略了安全性能的防控
广东省动力电池的产量在全国高达60%，也聚集了很多龙头企业，在疫情背景下的大环境中，动力电池产业仍处于高速发展的阶段，市场对于新能源汽车的需求量也是极大提高。以广州市为例，2021年，广州汽车年产量近300万辆，其中新能源汽车全年产量同比增长87.9%，产值同比增长63.4%。目前，全市纯电动汽车保有量超过28.6万辆，预计到2025年全市新能源汽车保有量提升至80万辆，而在生产端（电池），“十四五”期间广州市动力蓄电池生产企业，总产能预计达到全国总产能的30%。
动力电池的能量密度和安全性能，是影响新能源汽车发展的主要因素。邵丹表示，之前企业的补贴政策大多是与能量密度直接挂钩的，不少企业一味追求高能量密度的电池，却忽略了安全性能的防控。另一方面，动力电池的安全性研究涉及很多微观机理，需要电化学理论知识比较扎实深厚的专业研究人员，研究周期长，有的时候无法带来直接的收益，而普通高校和科研院所受限于实验条件和科研模式，研究领域多侧重于前沿的新材料的开发，很多情况下没有办法去开展系统性的研究。“对于能量密度，企业、高校和研究院所已经做了大量的工作，这一块基本上能达到要求了，那现在摆在首位的就是电池安全问题了。”
另外，现行标准里，针对电池安全等级的评价缺少量化指标，大多使用“漏液”“起火”“爆炸”等描述性的词汇，“比如电池能不能通过一项安全性测试，评判条件是有没有起火、有没有爆炸、电解液有没有泄漏等等，但其实我们觉得对于电池这种高能量的产品，它的安全不仅仅是0和1的概念，而是不断地量变再到质变，我们希望通过一些可以测得的量化的指标来实现对动力电池安全等级的分级和评价”。
揭秘
实验室模拟“极端”环境 针对电池进行全方位检测
在位于番禺石楼的广东省动力电池安全重点实验室里，大小各异的仪器中放置着锂电池，不同的仪器内模拟着盐雾、各种温度、压力、挤压等“极端”环境。要想成为新能源汽车的核心部件之一，锂电池需要“过五关，斩六将”才能突出重围。邵丹表示开展电池测试，实验室的环境控制十分重要，比如三元锂电材料体系中NCM811正极材料对于环境中的水分非常敏感，“我们测试实验室的硬件配套是达到了国内的领先水平，可针对各类电池材料体系开展全方位的检测”。
在低露点实验室中，有一个封闭的操作箱，箱上装有黑色手套。邵丹解释，这是手套箱，操作箱里是高纯度氩气，可以保证组装或拆解电池时不受空气的影响，“例如像锂金属，跟空气接触会发生化学反应，所以（我们）会在惰性气氛环境中组装和拆解电池”。低露点实验室内露点温度可以达到-45℃，且净化等级十万级，技术人员要通过风淋室进去。
在电池安全测试中，针刺试验是最为严苛的试验之一，尽管新国标对单体电池针刺项目取消了强制性要求，但比亚迪、宁德时代、广汽埃安等都曾针对该项目公布产品的检测视频。邵丹表示，针刺试验是模拟异物进入电池中引起内短路，观察电池是否会发生爆炸、起火等安全事故，“有的企业为了体现产品的优越性，会在检测中囊括针刺这个项目”。
电池挤压针刺试验设备里，左端有挤压/针刺头，右边为电池固定放置位置。邵丹解释，这是用于做电池的挤压/针刺测试的，挤压头可以通过外力作用挤压电池，当需要做针刺试验时，就可以把挤压部件取下换成刺针。现实生活中，针刺发生的可能性大吗？邵丹博士团队发现，“动力电池放置在接近汽车底盘的位置，当过崎岖路面或减速带上有钉子等非常尖锐的凸起异物，就可能戳穿底盘，扎到电池内部，容易引发安全事故”。
无损检测技术被首次应用于动力电池的质量分级评价中
该重点实验室提供一站式“材料-电池”全生命周期检测分析，包括电池和材料的性能测试、电池的组装和拆解、电池失效分析等，结合了多种有损检测和无损检测技术，“有损就是做完测试后会对电池性能造成损伤，特别是大部分安全性测试后电池就无法再使用了，比如热失控、针刺、挤压等试验”。电池内部结构的无损检测是在“X射线高分辨CT机”仪器中进行，旁边还配备着计算机提供电池结构三维图像数据。
把电池放进去样品仓，仪器中会有X射线穿透，“就像医院的CT机，这里是给电池做CT，而且不会对电池造成破坏。”据介绍，无需拆解电池即可观察极片缺陷等内部结构，避免了人为拆解带来的二次损伤，提高判断的准确性和可靠性，大幅节约时间成本和经济成本。邵丹说，CT机用途广泛，其它工业产品也可以用到，而实验室团队首次把这项无损检测技术应用于动力电池的质量分级评价中。
采写：南都·湾财社记者 冯家钜
