電動車起火背后：被性能 「綁架」 的電池進化論

10 月的多起電動車起火事件，將電池安全這個老生常談的話題再次推至風口浪尖。

這一次，主角不再是平價車，而是小米 SU7 Ultra、蔚來 ET7、理想 MEGA、奔馳 EQE 和保時捷 Taycan——這些售價 30 萬至百萬級、搭載了最先進電池的標杆產品。

過去十年，在電動化浪潮中，車企和電池廠合力推動電池向高能量密度與快速充電兩條主線進化，以彌補了電動車相較於燃油車的性能短板。

如今，電動車的續航已經普遍追平甚至超過燃油車，「充電 10 分鍾、續航 500 公里」 也從幻想變為現實。但性能 「蹺蹺板」 的另一端——安全，卻更多被當做一條被動堅守的底線。

能夠刺痛並警醒行業的，也只有一場場不期而至的起火事件。

能量密度攀升，熱穩定性妥協

動力電池的第一次大規模 「進化」 是化學材料的遷移：從磷酸鐵鋰到三元鋰。

僅從材料特性來看，三元鋰電池的能量密度更高，續航里程更長，但熱穩定性較差。

單體電芯由正極、負極、電解質和隔膜構成，依靠鋰離子在正負極之間往復運動實現充放電。三元鋰與磷酸鐵鋰電池的核心差異在於正極材料：前者為鎳、鈷、錳（NCM）或鎳、鈷、鋁（NCA）三種金屬元素，后者為磷酸鐵鋰晶體（LFP）。

磷酸鐵鋰在高温狀態下不易分解，不易釋放氧氣，因此不易發生熱失控；晶體結構穩定，電化學反應路徑相對簡單，因此循環壽命更長。缺點是能量密度低，且低温性能較差。

爲了彌補性能短板，高能量密度的三元鋰電池成為中高端車的首選。在其三種元素中，鎳負責能量密度，鈷和錳（鋁）負責穩定性。因此，鎳含量越高，電化學活性越強，能量密度越高，同時熱穩定性也越差。

高鎳電池（NCM 811）一度倍受追捧，但量產后的問題隨之浮現。2020 年，搭載寧德時代 811 電池的廣汽埃安 S 多次自燃；2021 年，通用汽車因高鎳電池隱患召回了近 7 萬輛汽車，並向供應商 LG 化學索賠 10 億美元。一系列事故后，激進的高鎳路線逐步被行業放棄，轉向更為均衡的方案。目前市場上主流的三元鋰電池，鎳、鈷、錳的配比通常為 5-2-3 或 6-2-2。

磷酸鐵鋰材料憑藉成本優勢仍然廣泛搭載於 20 萬以內的車型上。但性能更高的三元鋰電池成爲了中高端電動車的標配。比如特斯拉便在其長續航版車型上搭載三元鋰電池，標準續航版採用磷酸鐵鋰電池。

更大的電芯，與熱擴散的潛在風險

近幾年正極材料的演進趨於穩定，車企和電池廠提升電池能量密度主要通過改進結構設計——即把更多的活性化學材料裝進同等體積的電池包里。

早期的電池包採用電芯、模組、電池包三級結構。比如初代特斯拉 Model S 將 444 顆 18650 圓柱電芯串、並聯后集成在 1 個模組里，每個模組配備獨立的 BMS（Battery Management System，電池管理系統）和冷卻管路。一個電池包能裝 16 個模組，內部填充防火材料，外部連接整車的高壓系統。大量空間被結構件和冷卻管路佔據。

之后，技術向着去模組化演進。特斯拉和松下把圓柱電芯從 18650（直徑 18mm，高 65mm）做到 21700（直徑 21mm，高 70mm），再到如今的 4680（直徑 46mm，高 80mm）。模組數量逐步減少，直至取消。將電芯集成到電池包里的 CTP 技術（Cell to Pack，無模組技術），和把電池上蓋與車身地板合二為一，直接將電芯集成在底盤中的 CTC（Cell to Chassis，電芯底盤一體）技術應運而生。

特斯拉 4680 電芯

國內的方殼電池走過了同樣的路線。比亞迪的刀片電池通過將電芯設計為近 1 米長的 「刀片」 形狀，將體積利用率提升了 50%，單個單芯的容量從 135 Ah 提升到 200 Ah 以上；寧德時代的麒麟電池也通過結構改進將體積利用率提升到 72%，超過 4680 電池（63%）。兩家公司的 CTC 技術已經於 2022 年、2023 年實現量產。

從拿掉模組，到 CTP、CTC，車企和電池廠成功在有限的底盤空間內注入了更多的能量，補齊了續航短板。但一個不可忽視的事實是：這些儲能能量的化學材料本身也是燃料。

大容量電芯在發生內短路時，熱擴散的速度會更快。內部積聚的能量可能形成局部熱點，加速熱失控的反應鏈。這也解釋了為何近期的起火事件中，從冒煙到爆燃的時間極短，火勢異常兇猛且難以撲救。

值得注意的是，電池起火併不都是電芯的責任。更常見的模式是，車企從電池廠採購電芯，然后自行封裝電池包或集成在底盤中。封裝工藝同樣重要。蔚來就曾在 2019 年因電池包內電壓線束走向不當而召回 4803 輛 ES8。

充電快，壽命短

近年來高壓快充技術的興起，為電池安全管理帶來了新的挑戰。

充電速度取決於功率，而功率 = 電壓 X 電流。早期電動車普遍基於 400V 平臺，充電倍率低於 1C（ 電流 =C 率 × 電池額定容量）。特斯拉通過持續提高電流，將其峰值功率從 V1 超充樁的 90 kW 提升至 V3 的 250 kW，實現了充電 15 分鍾，續航 250 公里，其車載電池的充電倍率達到 2-2.5C。

保時捷 Taycan 率先將整車電壓平臺提升到 800V，實現了 270 kW 快充。雖然功率相比於特斯拉 V3 並沒有提高太多，但通過電壓翻倍、電流減半，降低了高功率充電時的發熱量和傳輸中的熱損耗，提升了安全性。

中國車企迅速跟進 800V 平臺，並將電池倍率推向 4C 甚至更高。通過同時提高電壓和電流，將充電功率提高到 400 kW 以上。2023 年，理想 MEGA 宣佈首發寧德時代的 5C 麒麟電池，峰值充電功率超 500 kW。比亞迪的 10C 閃充號稱可以實現 10 分鍾充滿 600 公里電量。但有業內人士實測后表示，其 10C 峰值電流只能維持極短時間。

寧德時代 5C 麒麟電池

這場高壓快充的競賽大幅改善了充電體驗，但其背后的安全挑戰也呈指數級增加：高電壓對絕緣、防護和滅弧能力提出了極致要求。大倍率電池能提供更大的瞬間短路電流，熱失控反應也可能會更劇烈。大電流快充時鋰離子加速嵌入和脫出，不僅產熱快，還容易形成鋰枝晶，降低電池壽命。

蔚來創始人李斌曾在今年 9 月的一次採訪中直言，現在的超充技術爲了追求短時間的充電效率付出了巨大代價，其中一項就是縮短電池壽命。蔚來換電站通過慢充補能，目標是實現 15 年不限里程 85% 的電池健康度。

「大家想象一下，如果這個車用了 8 年以后，要花 8 萬、10 塊錢去更新電池，從社會資源和用户角度來講，這是無法接受的一個大的成本。」 李斌説。

沒有絕對安全，只有永恆博弈

兼顧高性能與高安全性的固態電池常常視為動力電池的終極形態，相關研究始於 30 年前，但至今仍未實現產業落地。

在研發和生產工藝上，固態電池都還有諸多挑戰未能被完美解決，加上量產固態電池需要對現有液態電池產業進行顛覆性改造，成本極高，大多數車企和電池廠並沒有準備好為此大規模投入。

在固態電池來臨之前，電池企業也在不斷優化液態電池的安全設計，以對衝高性能電池帶來的高風險。

比如寧德時代的麒麟電池，通過將液冷板從電芯底部移動到電芯之間，增大換熱面積；將泄壓閥佈置在電芯底部，與頂部的正負極柱分開，實現 「熱電分離」。在材料方面，爲了支持高壓快充技術，在負極表面採用粒徑更小的石墨塗層，以加速鋰離子的嵌入效率，降低 「析鋰」 的概率。

比亞迪的刀片電池又長又薄的形態也有利於散熱。比亞迪還稱，多個刀片電芯緊密排列可以形成結構支撐，從而省去或減少傳統的橫樑、縱梁等支撐結構。不過，業內對於超長電芯在碰撞中可能彎折從而引發內短路的擔憂始終存在。

車企也在不斷優化 BMS 系統，加強對電壓、電流和温度等參數的實時監測與故障診斷，在必要時切斷電路，並向駕駛員告警。但在高性能電池的體系中，電池的瞬間短路可能超過其採樣周期和響應極限。

一塊能力均衡的電池是材料、結構設計、生產工藝、電池管理系統的總和，最終的安全性也是各個環節疊加的結果。車企和電池廠商在追求高性能的同時，也必須把安全提升到同樣的高度，增加對安全的投入，並坦誠地對用户進行相關知識的普及。而非在研發時吝嗇投入，賣車時極力營銷電池安全，同時模糊供應商，讓消費者忽視潛在的風險差異。

每一款動力電池在出廠之前都需經過大量實驗驗證。然而，從實驗室走向真實複雜的工況，還有無數變量。

每一次起火事故，都是對行業的沉重警示，同時也為技術迭代提供了寶貴的工程數據。

正如特斯拉通過早期的自燃事件不斷優化其 BMS 系統，最終做到全球領先。中國車企與電池廠商對於高性能電池的應用和改進還在路上。

必須承認，沒有絕對安全的電池，只有不斷降低的事故率。目前一線電池廠的電池故障率標準已經提升到 ppb（parts per billion，十億分之一）級別。

然而，十億分之一的概率，落在每一個用户身上都是百分之百。

（實習生趙瑞雪對本文亦有貢獻）

本文來自微信公眾號「雲見 Insight」，作者：王海璐，36氪經授權發佈。