电动车电池安全：高性能电池的风险与博弈

在十月份，多起电动车火灾事故的发生，使得电池安全性这一长期备受关注的话题再度被推上舆论的风口浪尖。

这次事件的核心不再局限于平价车型，而是转向了小米 SU7 Ultra、蔚来 ET7、理想 MEGA、奔驰 EQE 和保时捷 Taycan 等高端电动车——这些产品售价介于30万至百万元之间，搭载了当前最先进的电池技术。

过去十年间，在电动化转型的浪潮中，汽车制造商与电池生产商协同努力，推动电池技术沿着高能量密度和快速充电两条主线不断演进，以弥补电动车相较于传统燃油车的性能不足。

如今，电动车的续航里程已经普遍达到甚至超越了燃油车水平，“充电10分钟，续航500公里”也从曾经的幻想变为现实。然而，在性能“跷跷板”的另一端——安全性，却更多地被当作一条被动防守的底线。

真正能够刺痛并警示整个行业的，往往是一次次突如其来的起火事故。

能量密度不断攀升，热稳定性面临妥协

动力电池的首次大规模“进化”体现在化学材料的转变：从磷酸铁锂转向三元锂。

单纯从材料特性分析，三元锂电池具有更高的能量密度，能提供更长的续航里程，但其热稳定性相对较差。

单个电芯由正极、负极、电解质和隔膜组成，依靠锂离子在正负极之间的往复迁移实现充放电过程。三元锂与磷酸铁锂电池的核心区别在于正极材料：前者使用镍、钴、锰（NCM）或镍、钴、铝（NCA）三种金属元素，后者则为磷酸铁锂晶体（LFP）。

磷酸铁锂在高温环境下不易分解，不易释放氧气，因此热失控风险较低；其晶体结构稳定，电化学反应路径相对简单，从而拥有更长的循环寿命。缺点是能量密度偏低，且低温性能不佳。

为了弥补性能短板，能量密度更高的三元锂电池成为中高端车型的首选。在三种元素中，镍主要负责提升能量密度，钴和锰（或铝）则负责维持稳定性。因此，镍含量越高，电化学活性越强，能量密度也越高，但同时热稳定性也越差。

高镍电池（如NCM 811）曾一度备受追捧，但量产后的安全问题逐渐浮现。2020年，搭载宁德时代811电池的广汽埃安S车型多次发生自燃；2021年，通用汽车因高镍电池隐患召回了近7万辆汽车，并向供应商LG化学索赔10亿美元。在一系列事故后，激进的高镍路线逐步被行业舍弃，转向更为均衡的方案。目前市场上主流的三元锂电池，镍、钴、锰的配比通常为5:2:3或6:2:2。

磷酸铁锂材料凭借成本优势仍然广泛用于20万元以内的车型。但性能更优的三元锂电池已成为中高端电动车的标准配置。例如，特斯拉在其长续航版车型上使用三元锂电池，标准续航版则采用磷酸铁锂电池。

电芯尺寸增大，热扩散风险潜在提升

近年来，正极材料的演进趋于稳定，车企和电池厂提升电池能量密度的主要途径转向结构设计优化——即在同等体积的电池包内装入更多的活性化学材料。

早期的电池包采用电芯、模组、电池包三级结构。例如，初代特斯拉Model S将444颗18650圆柱电芯串并联后集成在一个模组内，每个模组配备独立的BMS（电池管理系统）和冷却管路。一个电池包可容纳16个模组，内部填充防火材料，外部连接整车高压系统。大量空间被结构件和冷却管路占据。

随后，技术向去模组化方向发展。特斯拉与松下将圆柱电芯从18650（直径18毫米，高65毫米）升级到21700（直径21毫米，高70毫米），再到如今的4680（直径46毫米，高80毫米）。模组数量逐步减少直至取消。由此诞生了将电芯直接集成到电池包的CTP技术（无模组技术），以及将电池上盖与车身地板合二为一、直接将电芯集成在底盘中的CTC技术（电芯底盘一体技术）。

特斯拉 4680 电芯

国内的方壳电池也遵循了类似的发展路径。比亚迪的刀片电池通过将电芯设计为近1米长的“刀片”形状，将体积利用率提升了50%，单个电芯的容量从135 Ah增加到200 Ah以上；宁德时代的麒麟电池也通过结构改进将体积利用率提升至72%，超过了4680电池的63%。两家公司的CTC技术已分别于2022年和2023年实现量产。

从去除模组，到CTP、CTC技术，车企和电池厂成功在有限的底盘空间内注入了更多能量，弥补了续航短板。但一个不可忽视的事实是：这些储存能量的化学材料本身也是燃料。

大容量电芯在发生内部短路时，热扩散速度可能更快。内部积聚的能量容易形成局部热点，加速热失控的反应链。这也解释了为何近期的起火事件中，从冒烟到爆燃的时间极短，火势异常猛烈且难以扑救。

值得注意的是，电池起火并非全是电芯的责任。更常见的模式是，车企从电池厂采购电芯，然后自行封装电池包或集成到底盘中。封装工艺同样至关重要。蔚来曾在2019年因电池包内电压线束走向不当而召回了4803辆ES8车型。

充电速度加快，电池寿命可能缩短

近年来高压快充技术的兴起，为电池安全管理带来了新的挑战。

充电速度取决于功率，而功率等于电压乘以电流。早期电动车普遍基于400V平台，充电倍率低于1C（电流等于C率乘以电池额定容量）。特斯拉通过持续提高电流，将其峰值功率从V1超充桩的90 kW提升至V3的250 kW，实现了充电15分钟、续航250公里，其车载电池的充电倍率达到2-2.5C。

保时捷Taycan率先将整车电压平台提升到800V，实现了270 kW快充。虽然功率相较于特斯拉V3并未显著提高，但通过电压翻倍、电流减半，降低了高功率充电时的发热量和传输中的热损耗，提升了安全性。

中国车企迅速跟进800V平台，并将电池倍率推向4C甚至更高。通过同时提高电压和电流，将充电功率提升到400 kW以上。2023年，理想MEGA宣布首发宁德时代的5C麒麟电池，峰值充电功率超过500 kW。比亚迪的10C闪充技术号称可以实现10分钟充满600公里电量。但有业内人士实测后表示，其10C峰值电流只能维持极短时间。

宁德时代 5C 麒麟电池

这场高压快充竞赛显著改善了充电体验，但其背后的安全挑战也呈指数级增加：高电压对绝缘、防护和灭弧能力提出了极致要求。大倍率电池能提供更大的瞬间短路电流，热失控反应可能会更剧烈。大电流快充时锂离子加速嵌入和脱出，不仅产热快，还容易形成锂枝晶，从而降低电池寿命。

蔚来创始人李斌曾在今年9月的一次采访中直言，当前的超充技术为了追求短时间充电效率付出了巨大代价，其中一项就是缩短电池寿命。蔚来换电站通过慢充补能，目标是实现15年不限里程下电池健康度保持在85%。

“大家想象一下，如果车辆使用8年后，需要花费8万、10万元去更换电池，从社会资源和用户角度来讲，这是一个无法接受的巨大成本。”李斌表示。

没有绝对安全，只有永恒博弈

兼顾高性能与高安全性的固态电池常被视为动力电池的终极形态，相关研究始于30年前，但至今仍未实现大规模产业落地。

在研发和生产工艺上，固态电池仍面临诸多未完美解决的挑战，加上量产固态电池需要对现有液态电池产业进行颠覆性改造，成本极高，大多数车企和电池厂并未准备好为此大规模投入。

在固态电池到来之前，电池企业也在不断优化液态电池的安全设计，以对冲高性能电池带来的高风险。

例如宁德时代的麒麟电池，通过将液冷板从电芯底部移至电芯之间，增大换热面积；将泄压阀布置在电芯底部，与顶部的正负极柱分离，实现“热电分离”。在材料方面，为支持高压快充技术，在负极表面采用粒径更小的石墨涂层，以加速锂离子嵌入效率，降低“析锂”概率。

比亚迪的刀片电池又长又薄的形态有利于散热。比亚迪还称，多个刀片电芯紧密排列可以形成结构支撑，从而减少或省去传统的横梁、纵梁等支撑结构。不过，业内对于超长电芯在碰撞中可能弯折从而引发内部短路的担忧始终存在。

车企也在不断优化BMS系统，加强对电压、电流和温度等参数的实时监测与故障诊断，在必要时切断电路，并向驾驶员发出警报。但在高性能电池体系中，电池的瞬间短路可能超过其采样周期和响应极限。

一款性能均衡的电池是材料、结构设计、生产工艺、电池管理系统的综合体现，最终的安全性也是各个环节叠加的结果。车企和电池厂商在追求高性能的同时，也必须将安全提升到同等高度，增加安全投入，并坦诚地向用户普及相关知识。而不是在研发阶段吝啬投入，在销售时极力营销电池安全，同时模糊供应商，让消费者忽视潜在的风险差异。

每一款动力电池在出厂前都需经过大量实验验证。然而，从实验室走向复杂多变的真实工况，还存在无数变量。

每一次起火事故，都是对行业的沉重警示，同时也为技术迭代提供了宝贵的工程数据。

正如特斯拉通过早期的自燃事件不断优化其BMS系统，最终达到全球领先水平。中国车企与电池厂商对于高性能电池的应用和改进仍在路上。

必须承认，没有绝对安全的电池，只有不断降低的事故率。目前一线电池厂的电池故障率标准已经提升到ppb（十亿分之一）级别。

然而，十亿分之一的概率，落在每一位用户身上都是百分之百。

（实习生赵瑞雪对本文亦有贡献）