从三元锂和磷酸铁锂中看电动车真正的安全隐患

2017-11-02

  在中国电动车百人会上,工业和信息化部装备司司长张相木的一句话引起了很大的争议。他是这么说的:“工信部将组织开展对三元锂电池的风险评估,在评估完成前,暂停三元锂电池客车列入新能源汽车推广应用推荐车型目录。”

  针对这样的消息,电动车百人会信息部特地发布了一条公告,说百人会只是一个平台,而不代表任何一方表态。根据目前的报道,也有企业透露目前相关管理机构已经暂停了三元材料的电动大巴的公告受理,但真实性有待考量。

  对商用车使用三元锂电池提出反对意见,主要还是出于安全考虑。但为什么三元锂电池会被“喊卡”,得从原理说起。

  三元锂 VS 磷酸铁锂

  “三元锂电池”全称是“三元聚合物锂电池”,指正极材料使用镍钴锰酸锂三元正极材料的锂电池。这一命名方式是根据电池的“正极材料”划分的,除此之外,还有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂电池。除了根据正极材料划分,还可以根据外形、外包材料、电解液来划分电池类别。

  三元锂、锰酸锂、磷酸铁锂都可以在电动车上用。说了这么多“锂”,你可能有点晕,但今天的主角是三元锂电池和磷酸铁锂电池。

  三元锂电池和磷酸铁锂电池各自特性不同,主要矛盾集中在“能量密度”和“安全性”上。三元锂电池能量密度更大,但安全性经常受到怀疑。磷酸铁锂电池虽然能量密度小,但大家说它更安全。

  所谓“安全性”的差异,主要还是在正极材料上。

  这两种材料都会在到达一定温度时发生分解,三元锂材料会在 200 度左右发生分解。并且三元锂材料的化学反映更加剧烈,会释放氧分子,在高温作用下电解液迅速燃烧,发生连锁反应。而磷酸铁锂会在 700-800 度时发生分解,不会像三元锂材料一样释放氧分子,燃烧没那么剧烈。说简单点,就是三元锂材料比磷酸铁锂材料更容易着火。注意,我们这里提到的只是“材料”。

  从总的趋势来看,国内车企乘用车纷纷转向使用三元锂电池,包括北汽、比亚迪、江淮等。相应的供应商也在加速三元锂电池的生产,比如亿纬锂能在半年报中透露,二期工厂将主要生产三元锂电池。

  至于磷酸铁锂电池,越来越多的活跃在电动客车市场。去年 11 月,磷酸铁锂电池的电动大巴装机量占到了 64.9%,三元锂电池装机量只有 27.6%。相反,在纯电动乘用车市场,三元锂电池在去年 11 月的装机量超过 76%。

  问题不在于用哪种电池

  我们前面提到的,只是三元锂材料和磷酸铁锂材料特性的差异。而最终决定安全性的,是整个动力电池系统。

  由于锂电池的特性,所以必须要有 BMS(Battery Management System)。主要功能包括过充保护(OVP)、过放保护(UVP)、过温保护(OTP)、过流保护(OCP)等功能,一旦发生意外,能够立刻切断电流。

  如果电池热解了,先得问问 BMS 是不是合格的。

  所以单纯认为三元锂电池不安全,是不太合适的。三元锂材料容易热解,但是不代表三元锂电池不安全;磷酸铁锂材料不易热解,但是不代表磷酸铁锂电池就是安全的。

  动力电池的安全,是一个系统问题,不只是材料的原因。从之前的纯电动客车自燃事故来看,有三元锂电池,也有磷酸铁锂电池。但事故并不能说明某种电池是失败的,涉及因素太多了,燃油车自燃也数不胜数。

  其实,我们更应该关注的是如何阻止失效电池单体危害其他单体,受工艺水平限制,不可能把所有电池单体一致性保持在 100%。

  振华新能源总经理李树军在最近的 GNEV 大会上就认为,高能量密度材料的使用,面临鞭炮还是手雷的选择。所以,务实的做法是关注模块安全,而它的重点是失效隔离与安全保护。单体失效是无法避免的现象,但可以通过对单体进行控制,来预防模块失效。

  再宏观一点儿来看,如果使用三元锂电池是为了获得更高的续航里程,那么其实还可以有很多其他方式来实现,比如车子的轻量化等等,这更是一个系统性工程。

  但是,如果从政策上就限制住了三元锂电池,是不是这些相关的电动车技术也要面临“偏废”?

  总之,电池类型的选择,是要与产品定位和技术相符的。如果因为大巴易发生大规模伤亡,就禁止三元锂电池在大巴上使用,那小车怎么办?

  阴暗一点儿想,是不是还有“国家保护”的私心呢?如果限制三元锂电池应用在商用车上,最大的受益者可能就是国内的磷酸铁锂电池生产企业了,因为韩国电池企业主打三元锂电池并且走低价路线。不过,这种“保护”真的有利于国内电动车以及相关技术的发展么?

  其实,技术是可以解决材料天生缺陷的,而通过政策来干预技术的发展是值得考量的。

  在一个汽车工程师的微信群里,有过一个观点:电动车着火不是坏事,甚至早出事比晚出事好。问题的关键不在于使用哪种电池,而是在于我们的电动车增速太快了,由此带来大量的低质产品,这些才是真正的安全隐患。

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