為何電動汽車只起火不爆炸，權(quán)威專家解析電池?zé)崾Э卦?/h1>
來源：寶鄂實業(yè)
2019-03-18 12:39
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當(dāng)鋰離子電池溫度過高或充電電壓過高時，會引發(fā)很多潛在的放熱副反應(yīng)，這些熱量如果得不到疏散，就會引起電池溫度和壓力急劇上升，最后導(dǎo)致電池?zé)崾Э亍?/div>
電池發(fā)生熱失控時，由于正極在電池中所占的質(zhì)量比大，其放出的熱量也最大，因此不同正極的鋰離子電池安全性不一樣。
由于負(fù)極表面SEI膜不穩(wěn)定，當(dāng)溫度達(dá)到120-140度時候，會首先發(fā)生熱分解。SEI膜分解會使得負(fù)極裸露，直接與電解液接觸，發(fā)生劇烈的還原反應(yīng)，并放出大量可燃性氣體，同時釋放出大量的熱。
熱量會促使電池溫度進(jìn)一步上升，當(dāng)達(dá)到180-200度時候，正極開始發(fā)生分解。
正極分解過程中會釋放原子態(tài)的氧，原子態(tài)的氧來不及負(fù)荷，活性很高，它會直接導(dǎo)致電解液劇烈氧化分解，產(chǎn)生巨大的熱量，短時間內(nèi)造成電池內(nèi)部大量熱量的積累。
當(dāng)電池的散熱低于產(chǎn)熱，溫度就會升高，反應(yīng)的速度也會呈指數(shù)性增大，電池會進(jìn)入沒法控制的自加溫狀態(tài)，即發(fā)生熱失控。
需要進(jìn)一步指出，因為電動汽車一般都有安全閥，當(dāng)電池壓力達(dá)到6-8個大氣壓的時會泄壓。在泄壓過程中，電解液的閃點很低（十幾度到三十多度），電解液蒸汽在噴出時，跟安全閥的摩擦足以導(dǎo)致電池燃燒，這就是為什么電動汽車一般發(fā)生起火而不爆炸的原因。
一般認(rèn)為熱失控的起發(fā)原因，第一個反應(yīng)是負(fù)極的熱失控，但是對三元來說，它有可能是正極先發(fā)生熱失控，然后負(fù)極再發(fā)生熱失控。
短路和過充是引起電池溫升，最后引發(fā)電池?zé)崾Э氐脑颉?/div>
首先是短路，隔膜和電極表面的導(dǎo)電粉塵，正負(fù)極發(fā)生錯位，極片毛刺，電解液分布不均導(dǎo)致局部析鋰等，會導(dǎo)致短路；
其次，正極材料中含有一定的金屬雜質(zhì)，在充電的時候，金屬雜質(zhì)會對正極發(fā)生氧化溶解，溶解在電解液中的金屬離子，會在負(fù)極發(fā)生還原反應(yīng)而沉積在負(fù)極表面上，會導(dǎo)致電池的短路。
對于過充，大量的充電會導(dǎo)致局部過充，因為極片表面電流分布并不均勻，電流越大，它的不均勻分布越大，有可能局部過充。
極片涂層，電解液分布不均，電極間距不均，都會引起電流分布不均和局部過充。
在循環(huán)過程中，正極的性能衰竭過快，加上正極的容量少了，也會導(dǎo)致過充。BMS死機(jī)或者功能障礙，或者充電繼電器不能正常工作，這些都會導(dǎo)致過充。
電池?zé)崾Э匕l(fā)展過程
電池發(fā)生熱失控是一個長時間的過程，首先單體因為短路等原因引起熱失控，導(dǎo)致整個模塊的熱失控，模塊熱失控又引起臨界模塊的熱失控，這樣傳遞下去，最后導(dǎo)致整個系統(tǒng)的熱失控
磷酸鐵鋰材料廠商面臨困境的原因，主要在于新能源汽車市場的增量已由客車切換為乘用車，補(bǔ)貼政策導(dǎo)向及乘用車本身對高能量密度的追求，使得能量密度不夠高的磷酸鐵鋰動力電池市場占比萎縮。同時，發(fā)展可期的儲能領(lǐng)域短期難以起量。
為應(yīng)對電池技術(shù)路線的切換，比亞迪、國軒高科等動力電池頭部企業(yè)進(jìn)行兩手準(zhǔn)備，提升磷酸鐵鋰性能的同時，蓄力發(fā)展三元電池。
對于三元電池原材料價格上漲，磷酸鐵鋰電池能否收復(fù)乘用車失地的問題仍存在爭議。爭論的焦點一是提高磷酸鐵鋰能量密度會否引發(fā)安全問題；二是補(bǔ)貼政策退出后，磷酸鐵鋰會否因為價格優(yōu)勢重新崛起。
受挫乘用車市場
對磷酸鐵鋰材料廠而言，最大困境在于客車市場銷售增速放緩，而儲能領(lǐng)域難以短期上量。同時，受制于磷酸鐵鋰電池本身能量密度的短板，無法抓住乘用車這一高速增長的市場。
真鋰研究的數(shù)據(jù)顯示，2018年前三季度，在29.5GWh的動力電池總裝機(jī)量中，EV乘用車市場前3季度累計裝機(jī)16.1GWh，占比達(dá)54.4％，排名第一。單看今年9月的數(shù)據(jù)，電動乘用車實現(xiàn)裝機(jī)3.31GWh，比去年的總和還多，同比增長高達(dá)165.6％。
“以前是得電動客車者得天下，現(xiàn)在是得電動乘用車者得天下。”墨柯說。
今年前三季度，在電動乘用車16.06GWh的總裝機(jī)量中，13.98GWh采用三元電池，占比約為87％；而磷酸鐵鋰電池占比僅12％。“還有少數(shù)乘用車在用磷酸鐵鋰電池。比如，不追求高續(xù)航、用于城市通勤的乘用車，或者低速車。”天風(fēng)證券分析師楊藻指出。
磷酸鐵鋰電池和三元電池能量密度差距有多大？“目前磷酸鐵鋰單體電芯能量密度約在140-150Wh/kg，電池系統(tǒng)能量密度約為110－120Wh/kg。而常見的三元電池單體電芯為200Wh/kg，系統(tǒng)能量密度約在140Wh/kg。”羅煥塔告訴中國證券報記者。
為何高能量密度成為電池廠、車企競逐的目標(biāo)？一方面受補(bǔ)貼政策引導(dǎo)。根據(jù)2018年6月實施的補(bǔ)貼新政，電池系統(tǒng)能量密度補(bǔ)貼門檻由2017年的90Wh/kg提升105Wh/kg，105（含）-120Wh/kg的車型按0.6倍補(bǔ)貼，120（含）-140Wh/kg的車型按1倍補(bǔ)貼，140（含）-160Wh/kg的車型按1.1倍補(bǔ)貼，160Wh/kg及以上的車型按1.2倍補(bǔ)貼。換言之，搭載磷酸鐵鋰電池的乘用車只能拿到0.6倍或1倍的補(bǔ)貼，而三元電池一般而言至少能拿到1倍以上補(bǔ)貼。
另一方面，對于乘用車而言，系統(tǒng)能量密度高低至關(guān)重要。電池的能量密度指的是電池平均單位體積或質(zhì)量所釋放出的電能，會影響到車輛的續(xù)航里程。“舉個例子，200公斤電池包，如果能量密度是140Wh/kg，200KG可以裝28度電。如果能量密度是120Wh/kg，200KG可以裝24度電。這對乘用車而言很要命，因為乘用車內(nèi)部空間有限，整體結(jié)構(gòu)設(shè)計中只有200公斤左右的重量留給電池包，裝28度電當(dāng)然比24度電跑得更遠(yuǎn)。”墨柯告訴記者。
頭部磷酸鐵鋰電池廠正在努力補(bǔ)足這一短板。比亞迪相關(guān)人士向中國證券報記者透露，目前公司磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)層面能量密度最高可以做到140wh/kg。
國軒高科今年9月接受機(jī)構(gòu)調(diào)研時表示，已完成了磷酸鐵鋰單體能量密度由170Wh/kg向180Wh/kg產(chǎn)線升級改造。接近三元523的性能指標(biāo)，且能滿足新能源汽車300公里以上的續(xù)航里程。同時計劃2019年將磷酸鐵鋰單體電芯能量密度最高提升至接近200Wh/kg。
頭部企業(yè)尤其是早期技術(shù)路線偏向磷酸鐵鋰的企業(yè)多在進(jìn)行兩手準(zhǔn)備，提升磷酸鐵鋰技術(shù)路線的同時，蓄力發(fā)展三元電池。
上述比亞迪相關(guān)人士指出，目前比亞迪商用車和E6仍然在使用磷酸鐵鋰電池，乘用車今年已經(jīng)全部換裝三元電池。2018年，比亞迪在青海新增了24GWh的三元電池產(chǎn)能，加上截至2017年底16Gwh的總產(chǎn)能（其中6Gwh是三元電池，10Gwh是磷酸鐵鋰電池），預(yù)計2019年年底動力電池總產(chǎn)能達(dá)40Gwh。
國軒高科表示，正全力推進(jìn)三元電池開發(fā)及投產(chǎn)，已完成原有兩條111產(chǎn)線升級為三元622產(chǎn)線的改造，并已穩(wěn)定、批量向客戶供貨。同時新建的4GWH升級版三元產(chǎn)線，已經(jīng)完成一條產(chǎn)線的打通，預(yù)計四季度供貨。
“以前走磷酸鐵鋰路線的中小電池廠要轉(zhuǎn)換三元路線就沒那么容易。一來原來上游供應(yīng)商的關(guān)系都在磷酸電池體系上，要重新建立三元體系比較困難；二來還要與現(xiàn)有電池廠在客戶資源上展開競爭。”墨柯指出。
能否收復(fù)失地
磷酸鐵鋰能否收復(fù)乘用車市場失地，首要問題是提高磷酸鐵鋰能量密度會否引發(fā)安全問題。
“雖然能將磷酸鐵鋰單體電芯能量密度做到180Wh/kg以上，但多數(shù)還處于小試或者中試階段，未大批量上市，還需要進(jìn)一步驗證產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性。”羅煥塔指出。
墨柯強(qiáng)調(diào)，磷酸鐵鋰極致追逐能量密度或引發(fā)安全問題。一般來說，單體電芯單位空間聚集的能量越多，瞬間爆發(fā)出來的危害性越大，安全性越低。由于磷酸鐵鋰電池能量密度普遍低于三元電池，安全性相對高一些。
“與三元電池通過提高單體電芯提升能量密度不同，磷酸鐵鋰電池提高能量密度的方式主要是提高電池整體成組效率。”墨柯強(qiáng)調(diào)，這里面潛藏危險。電池成組效率越高，意味著其中安全部件減少。一般來說，磷酸鐵鋰電池成組效率80％屬于正常水平，現(xiàn)在有些廠家已經(jīng)做到90％以上。
另一個爭議的焦點是補(bǔ)貼政策退出后，磷酸鐵鋰會否因為價格優(yōu)勢實現(xiàn)逆襲？
國軒高科接受機(jī)構(gòu)調(diào)研時表示，隨著補(bǔ)貼退坡，磷酸鐵鋰的低成本、長壽命、高安全性等優(yōu)勢在乘用車領(lǐng)域?qū)⒅饾u突顯。
今年8月26日，比亞迪董事長王傳福接受中國證券報記者關(guān)于“怎么看待磷酸鐵鋰電池和三元電池的技術(shù)路線之爭”的提問時表示，兩種電池都很重要，未來將根據(jù)不同的情況進(jìn)行應(yīng)用。
“比如，商用車、大巴、卡車更多采用磷酸鐵鋰電池，轎車、乘用車使用三元電池更多一些。如果三元電池原料價格持續(xù)上漲，一些低端乘用車、對價格很敏感的車輛可能重新采用磷酸鐵鋰電池。成本上漲不利于三元電池發(fā)展。未來電池路線由成本、技術(shù)多方面平衡后形成的市場決定。”
楊藻認(rèn)為，即使補(bǔ)貼退出，乘用車追求高能量密度總體趨勢還是不會改變。“這是市場決定的。一方面消費(fèi)者對續(xù)航能力有要求；另一方面能量密度越高，車輛裝載的電池越少。現(xiàn)在很多整車裝了電池后，車內(nèi)空間大大減小，導(dǎo)致后備箱空間縮減或者后排座椅突出。”
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