电动车起火背后：被性能 “绑架” 的电池进化论

10 月的多起电动车起火事件，将电池安全这个老生常谈的话题再次推至风口浪尖。

这一次，主角不再是平价车，而是小米 SU7 Ultra、蔚来 ET7、理想 MEGA、奔驰 EQE 和保时捷 Taycan——这些售价 30 万至百万级、搭载了最先进电池的标杆产品。

过去十年，在电动化浪潮中，车企和电池厂合力推动电池向高能量密度与快速充电两条主线进化，以弥补了电动车相较于燃油车的性能短板。

如今，电动车的续航已经普遍追平甚至超过燃油车，“充电 10 分钟、续航 500 公里” 也从幻想变为现实。但性能 “跷跷板” 的另一端——安全，却更多被当做一条被动坚守的底线。

能够刺痛并警醒行业的，也只有一场场不期而至的起火事件。

能量密度攀升，热稳定性妥协

动力电池的第一次大规模 “进化” 是化学材料的迁移：从磷酸铁锂到三元锂。

仅从材料特性来看，三元锂电池的能量密度更高，续航里程更长，但热稳定性较差。

单体电芯由正极、负极、电解质和隔膜构成，依靠锂离子在正负极之间往复运动实现充放电。三元锂与磷酸铁锂电池的核心差异在于正极材料：前者为镍、钴、锰（NCM）或镍、钴、铝（NCA）三种金属元素，后者为磷酸铁锂晶体（LFP）。

磷酸铁锂在高温状态下不易分解，不易释放氧气，因此不易发生热失控；晶体结构稳定，电化学反应路径相对简单，因此循环寿命更长。缺点是能量密度低，且低温性能较差。

为了弥补性能短板，高能量密度的三元锂电池成为中高端车的首选。在其三种元素中，镍负责能量密度，钴和锰（铝）负责稳定性。因此，镍含量越高，电化学活性越强，能量密度越高，同时热稳定性也越差。

高镍电池（NCM 811）一度倍受追捧，但量产后的问题随之浮现。2020 年，搭载宁德时代 811 电池的广汽埃安 S 多次自燃；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。一系列事故后，激进的高镍路线逐步被行业放弃，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搭载于 20 万以内的车型上。但性能更高的三元锂电池成为了中高端电动车的标配。比如特斯拉便在其长续航版车型上搭载三元锂电池，标准续航版采用磷酸铁锂电池。

更大的电芯，与热扩散的潜在风险

近几年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主要通过改进结构设计——即把更多的活性化学材料装进同等体积的电池包里。

早期的电池包采用电芯、模组、电池包三级结构。比如初代特斯拉 Model S 将 444 颗 18650 圆柱电芯串、并联后集成在 1 个模组里，每个模组配备独立的 BMS（Battery Management System，电池管理系统）和冷却管路。一个电池包能装 16 个模组，内部填充防火材料，外部连接整车的高压系统。大量空间被结构件和冷却管路占据。

之后，技术向着去模组化演进。特斯拉和松下把圆柱电芯从 18650（直径 18mm，高 65mm）做到 21700（直径 21mm，高 70mm），再到如今的 4680（直径 46mm，高 80mm）。模组数量逐步减少，直至取消。将电芯集成到电池包里的 CTP 技术（Cell to Pack，无模组技术），和把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（Cell to Chassis，电芯底盘一体）技术应运而生。

特斯拉 4680 电芯

国内的方壳电池走过了同样的路线。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%，单个单芯的容量从 135 Ah 提升到 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到 72%，超过 4680 电池（63%）。两家公司的 CTC 技术已经于 2022 年、2023 年实现量产。

从拿掉模组，到 CTP、CTC，车企和电池厂成功在有限的底盘空间内注入了更多的能量，补齐了续航短板。但一个不可忽视的事实是：这些储能能量的化学材料本身也是燃料。

大容量电芯在发生内短路时，热扩散的速度会更快。内部积聚的能量可能形成局部热点，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，火势异常凶猛且难以扑救。

值得注意的是，电池起火并不都是电芯的责任。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在底盘中。封装工艺同样重要。蔚来就曾在 2019 年因电池包内电压线束走向不当而召回 4803 辆 ES8。

充电快，寿命短

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 = 电压 X 电流。早期电动车普遍基于 400V 平台，充电倍率低于 1C（ 电流 =C 率 × 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。虽然功率相比于特斯拉 V3 并没有提高太多，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，将充电功率提高到 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 500 kW。比亚迪的 10C 闪充号称可以实现 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

这场高压快充的竞赛大幅改善了充电体验，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，热失控反应也可能会更剧烈。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，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，现在的超充技术为了追求短时间的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 85% 的电池健康度。

“大家想象一下，如果这个车用了 8 年以后，要花 8 万、10 块钱去更新电池，从社会资源和用户角度来讲，这是无法接受的一个大的成本。” 李斌说。

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常视为动力电池的终极形态，相关研究始于 30 年前，但至今仍未实现产业落地。

在研发和生产工艺上，固态电池都还有诸多挑战未能被完美解决，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没有准备好为此大规模投入。

在固态电池来临之前，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。

比如宁德时代的麒麟电池，通过将液冷板从电芯底部移动到电芯之间，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开，实现 “热电分离”。在材料方面，为了支持高压快充技术，在负极表面采用粒径更小的石墨涂层，以加速锂离子的嵌入效率，降低 “析锂” 的概率。

比亚迪的刀片电池又长又薄的形态也有利于散热。比亚迪还称，多个刀片电芯紧密排列可以形成结构支撑，从而省去或减少传统的横梁、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，并向驾驶员告警。但在高性能电池的体系中，电池的瞬间短路可能超过其采样周期和响应极限。

一块能力均衡的电池是材料、结构设计、生产工艺、电池管理系统的总和，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，也必须把安全提升到同样的高度，增加对安全的投入，并坦诚地对用户进行相关知识的普及。而非在研发时吝啬投入，卖车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之前都需经过大量实验验证。然而，从实验室走向真实复杂的工况，还有无数变量。

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，最终做到全球领先。中国车企与电池厂商对于高性能电池的应用和改进还在路上。

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（parts per billion，十亿分之一）级别。

然而，十亿分之一的概率，落在每一个用户身上都是百分之百。

（实习生赵瑞雪对本文亦有贡献）

本文来自微信公众号“云见 Insight”，作者：王海璐，36氪经授权发布。