電動車行業(yè)安全無小事，任何謹慎都不為過。圍繞汽車動力電池，如何平衡續(xù)航和安全兩大問題，再度成為業(yè)內(nèi)探討的話題。近來，持續(xù)多日的三元鋰電池爭議仍在發(fā)酵。為了讓討論更接近真理，頭腦風暴正在持續(xù)。2015 年2 月26 日下午，在一家咖啡店內(nèi)一場關(guān)于關(guān)于三元鋰電池安全性的頭腦風暴正在上演。事實上，電池路線之爭由來已久，這次三元材料動力電池被單獨暫停用于新能源客車，動力電池企業(yè)、整車廠、業(yè)界專家對此看法不一，甚至立刻激起眾多的不同意見站隊。

之所以會出現(xiàn)今天的暫用現(xiàn)象，究其根本還是因為有所選擇余地。據(jù)了解，目前國內(nèi)純電動汽車的電池技術(shù)路線大體上分為兩種：一種是三元電池，另外一種是磷酸鐵鋰電池。

 

從熱失控溫度來看，磷酸鐵鋰熱失控溫度高于三元體系（三元190℃，磷酸鐵鋰230℃），其正極材料安全性有優(yōu)勢。就裝車單位的電池包來看，三元電池比起磷酸鐵鋰其體積小15% 以上、重量輕20% 以上，使用三元的車輛空間活用度更大。

 

數(shù)據(jù)顯示，在全球范圍內(nèi)，三元鋰電池目前占全球性鋰離子電池市場的80% 以上。根據(jù)全球經(jīng)營咨詢專業(yè)公司ATKearney 的資料統(tǒng)計，整體鋰電子二次電池兩極材料市場中，93% 為三元電池材料，在需要較高的輸出與安全性的電動汽車用電池市場上，占有率超過81%。

 

反觀國內(nèi)市場，2015 年國內(nèi)動力電池出貨量達15.7Gwh，其中磷酸鐵鋰電池仍占主導(dǎo)，占據(jù)市場近69% 份額；三元材料電池出貨量占比27%。具體而言，在乘用車領(lǐng)域，電池類型則以三元材料為主，電池出貨量達1.93Gwh；在客車領(lǐng)域，主要以搭載磷酸鐵鋰電池為主，占純電動客車電池量的84%，對應(yīng)三元材料電池僅占12.9%。

 

中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會秘書長劉彥龍表示，從2015 年動力電池的應(yīng)用情況來看，規(guī)模達到200 多億，70% 以上為磷酸鐵鋰，尤其客車占的比重較大，乘用車更多往三元發(fā)展。但2016~2020 年的新能源客車補貼政策提出了Ekg的要求，促使客車企業(yè)向三元鋰轉(zhuǎn)移。

 

誤解還是真相？堵還是疏？

使用三元鋰電池的新能源客車是否真的安全？這一問題想必正是那些提出暫停三元鋰電池應(yīng)用的人們的顧慮所在，從技術(shù)角度來說，三元鋰電池材料的熱失控溫度確實低于LFP，容易引起火災(zāi)。

 

然而，自2011 年以后，國內(nèi)發(fā)生的電動汽車起火事故的數(shù)量來看，實際上磷酸鐵鋰電池引起的起火事故比三元電池引起的事故多。據(jù)媒體報道統(tǒng)計，自2011 年至今，在中國境內(nèi)發(fā)生的新能源車火災(zāi)事故22 起中，由磷酸鐵鋰電池引發(fā)的火災(zāi)共20 起，由三元電池引發(fā)的共2 起。

 

因此，新能源汽車的安全性并不能以單一材料來判斷。這并不科學(xué)，也無依據(jù)。“中投顧問新能源行業(yè)研究員蕭函也認為，安全性的標準不僅在于電池，還要關(guān)注電池成組的應(yīng)用安全設(shè)計是否安全。“動力電池的應(yīng)用安全是一個系統(tǒng)工程，在不能保證電池熱失控完全不發(fā)生的情況下，要通過BMS（電池管理系統(tǒng)）、TMS、熔斷保護、熱障、結(jié)構(gòu)集成等，在成組設(shè)計中設(shè)置多重的安全保證。因此，我們需要對電池的安全加以系統(tǒng)的重視，而不是孤立地討論技術(shù)路線和安全。”

 

在討論過技術(shù)路線的安全性后，作為新能源電動汽車產(chǎn)業(yè)鏈的一環(huán)，電池生產(chǎn)廠家無疑也是此次事件的“中槍者”之一。

 

按照動力電池行業(yè)發(fā)展的規(guī)律，一個電池廠的業(yè)務(wù)從新能源客車轉(zhuǎn)到乘用車需要經(jīng)過2~3 年左右的乘用車開發(fā)周期，對于已經(jīng)進行了產(chǎn)線設(shè)備、人才儲備等前期投資的電池廠而言，如果突然轉(zhuǎn)向，極有可能造成其資金周轉(zhuǎn)困難、行業(yè)冰凍的尷尬局面，電池廠甚至?xí)媾R生死存亡的危機。另一方面，“采用三元電池的部分客戶已經(jīng)向我們要求取消或延遲訂單。”來自三元鋰電池廠商的一位業(yè)內(nèi)人士表示。

 

可想而知，這一“暫停”決定對于生產(chǎn)三元鋰電池的企業(yè)而言，影響是巨大的。“暫停補貼”之下，以三元系電池為主導(dǎo)的動力電池廠商何去何從？另一方面，從整個行業(yè)發(fā)展來看，這也將影響新能源行業(yè)未來發(fā)展的方向。目前國內(nèi)企業(yè)對三元鋰電池的布局進入，業(yè)內(nèi)人士擔心，如果長時間將此事擱置，將會影響整個新能源電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和進步。

 

堵還是疏，并不是一個人、一個政策或是一個企業(yè)能夠決定的，要想產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，必須在遵循市場規(guī)律的基礎(chǔ)上，加以適度科學(xué)的宏觀調(diào)控。的確，目前國內(nèi)動力電池廠的三元電池產(chǎn)品的質(zhì)量的確參差不齊，尤其是復(fù)雜的三元材料對工藝要求更高，且三元鋰電池安全性能的提升需要動力電池企業(yè)和車企配合完成，但目前國內(nèi)鮮有本土動力電池廠能夠跨越這一門檻。這種“暫緩”的初衷是規(guī)范行業(yè)和市場，存在一定的必要性。

 

“安全問題的關(guān)注點不應(yīng)該完全聚焦材料，電池的產(chǎn)熱散熱是更重要的方面。”王慶生表示，“三元材料和磷酸鐵鋰等其他正極材料都有各有利弊，光拿材料說安全性太片面，材料在不同環(huán)境、結(jié)構(gòu)、體積、生產(chǎn)工藝等條件下有不同的應(yīng)用結(jié)果，這是一個很大體系的工程。我們要做的是發(fā)揮電池材料的優(yōu)勢，屏蔽劣勢。”

 

王慶生進一步解釋，材料安全不安全不是從本身的物理指標判斷，使用過程中怎么樣控制好和使用好是最重要的。三元材料本身的氧化放熱還原的溫度和磷酸鐵鋰有一定的差別，但是不代表著磷酸鐵鋰材料氧化放熱溫度高就是安全的。研究電池的安全性是從熱出發(fā)的，如果把電池本身設(shè)計產(chǎn)熱非常低，散熱又非常好，不論什么體積，用的什么材料，其實都是安全的。概念上的錯誤導(dǎo)致了大家認為三元材料不安全，磷酸鐵鋰也一樣存在著隱患，所以研究材料的安全性是在結(jié)合材料的物化指標，研究相配材料和產(chǎn)熱機理，散熱機理，而不是材料安全不安全，這個無從談起。

 

關(guān)于怎么提升三元材料電池體系或者各種體系電池的安全性，王慶生說，從材料選擇到電池制作，PACK 成組分配，整個系統(tǒng)控制管理、充電管理和應(yīng)用實施管理監(jiān)控等各個環(huán)節(jié)組成一個大系統(tǒng)，系統(tǒng)里的每一個環(huán)節(jié)都能成為電池安全性的不穩(wěn)定因素。所以，各個環(huán)節(jié)的技術(shù)提升，產(chǎn)品質(zhì)量提升，工藝穩(wěn)定性提升，這才是最重要的。

 

“各種材料都有不安全的因素，就材料本身，三元材料和磷酸鐵鋰材料發(fā)熱熱失控的時候，熱分解的溫度會有差異，三元在溫度更低一些，磷酸鐵鋰材料可能會更高一些。另外，企業(yè)在做試驗的時候，濫用的情況下，擠壓做試驗看到的結(jié)果是三元材料會短時間內(nèi)發(fā)生更嚴重的結(jié)果。此外，安全保護措施也是十分重要的，如果有更好的安全保護系統(tǒng)，三元材料也可以實現(xiàn)更安全。”劉彥龍表示。

 

劉彥龍分析，從2015 年動力電池的應(yīng)用情況來看，規(guī)模達到200 多億，70% 以上為磷酸鐵鋰，尤其客車占的比重較大，乘用車更多往三元發(fā)展。但是2016 ～ 2020 年的新能源客車補貼政策提出了Ekg（單位載質(zhì)量電能消耗量）的要求，促使客車企業(yè)向三元鋰電池方向轉(zhuǎn)移。

 

“傳言中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會向政府建議取消三元電池屬誤傳，不論是從產(chǎn)業(yè)發(fā)展，還是技術(shù)發(fā)展的角度看，三元電池依然是未來發(fā)展的方向。”劉彥龍親自辟謠。

 

如何做好三元材料電池保護措施呢？在劉彥龍看來，首先是從電池制造的環(huán)節(jié)要采取一些措施，包括生產(chǎn)的環(huán)境、生產(chǎn)材料本身閥值以及含量控制；第二是生產(chǎn)品質(zhì)監(jiān)控，包括在線監(jiān)控、一致性監(jiān)控等。這樣做成電芯以后，單個電芯一旦發(fā)生了問題，就不會引起周邊電池或整個電池組連鎖反應(yīng)，以免造成更大的傷害；第三是電池在整車應(yīng)用上要采取安全措施，一旦電池在使用過程中出現(xiàn)了問題，能讓乘客有機會、有時間撤離。

 

“怎么來保證電池包的系統(tǒng)安全呢？”馬俊峰講到，“應(yīng)該是從整車開始，在整車設(shè)計的時候電池包企業(yè)就要介入。從主動角度來說，安全問題，要將電芯、BMS（電池管理系統(tǒng)）、線速、系統(tǒng)設(shè)計等都結(jié)合在一起，這是需要我們做的技術(shù)。從被動角度來說，如果電池真出問題了，就要考慮如何保障車上的人安全逃離，所以在設(shè)計上要盡可能地延緩事故的蔓延速度。我們在考慮幾項技術(shù)，一個是外部短路的管控，還有組間的隔離，某一個電芯一個組出了問題，就不能很快地蔓延到其他的地方；還有電池包對防火性能的處理，國際上有標準，什么情況下人員是在不同的事故環(huán)境下，從車內(nèi)逃離出來，都是有標準的。”

 

馬俊峰介紹，波士頓電池在之所以選擇三元鋰技術(shù)路線，是因為電動汽車有輕量化的發(fā)展方向，Ekg 指標已經(jīng)決定了要尋找高能量密度的技術(shù)路線。從現(xiàn)在看，三元材料相對來說是可以量產(chǎn)、能源密度高、低溫性能達到一定水準的材料，目前波士頓三元鋰電池成組以后的能量密度可以達到125Wh/kg 左右。

 

“安全跟電池材料的關(guān)系不是很大，更重要的是應(yīng)用的場景。”馬俊峰說，“隨著新能源汽車保有量一路狂奔，出事的幾率也越來越大，因此反思電池安全問題是有必要的。從哪些角度可以保證我們現(xiàn)在這個行業(yè)發(fā)展會更好，怎么保證車輛不發(fā)生大事故，或者說即使是發(fā)生了著火、爆炸的事故，如何保證車上的人能夠安全離開？這就需要考慮電池熱管理方案。”

 

“電池的安全關(guān)鍵還是要看使用。電池的散熱如果做得好，不管什么材料都相對安全。某些概念誤解引發(fā)了對個別材料的偏見。我們應(yīng)該要研究散熱機理，加強熱量管控，盡量將熱量釋放出去，電池才會更安全。”聶亮講述了對三元電池的看法。

 

在聶亮看來，業(yè)界對安全性的夸大擔心，造成了“暫緩三元材料使用”的局面，這也許還會嚇跑投資者們。“我們要用事實說話，下一步的技術(shù)提升研究實踐才是最重要的。”

 

聶亮說，首先要承認電池都存在不安定因素，哪怕做到1ppm，甚至0.3ppm，電池都有可能出現(xiàn)燃燒的情況。所以就要看電池PACK 了，做好PACK 就能防護好電池。在實際使用過程中，很多情況是車先燒起來，而不是電池先燒起來，這就需要對電池做好隔絕措施，如整車的內(nèi)飾織物等。

 

“技術(shù)從來不是問題，就怕沒有信心！”聶亮說，“新能源汽車行業(yè)發(fā)展需要一個積累過程，2016 年～ 2020 年這個階段的發(fā)展很關(guān)鍵。新能源車輛在國家堅定的扶植下，終于迎來了曙光，行業(yè)、企業(yè)等都應(yīng)保持信心，齊心協(xié)力解決發(fā)展中遇到的問題，一直走下去。”

“電池主要由四部分材料組成：正級，負級，電解液和隔膜。電解液一般是有機溶劑，也是最先著火的。業(yè)內(nèi)爭論安全問題，不應(yīng)該在正級三元材料上，而是品質(zhì)方面的管控。電池起火主要是里面的熱量積聚在一起沒有辦法擴散出去，只要想辦法盡快地把熱量釋放出去也可以做到很安全。”宋華杰說。

 

宋華杰介紹，比克電池最初主要發(fā)展磷酸鐵鋰電池，后來基于輕量化和能量密度兩點考慮，逐步替換成三元材料。國家要求動力電池能量密度2020 年達到300wh/kg，靠磷酸鐵鋰比較困難，所以選擇三元材料方向。比克電池成組以后能量密度約為120 ～ 130wh/kg。

 

關(guān)于安全性，宋華杰從三個部分進行了分析。首先，從單體的結(jié)構(gòu)來說，做結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候要考慮電池一旦發(fā)生了失效，怎么能夠自己保護，自己預(yù)防。舉個例子，現(xiàn)在用的18650 電池，就設(shè)有一個防線，設(shè)計了CID，電流截流裝置，一旦電流過大會自動斷開。

 

第二，關(guān)于材料選擇，可以通過對材料進行改性，以確保安全。比如電解液是最容易出事的，可以添加一些添加劑，通過研發(fā)，添加阻燃劑、增加陶瓷隔層，對正級添加一些穩(wěn)定結(jié)構(gòu)元素等。

 

第三，鋰電池的生產(chǎn)過程是非常復(fù)雜的，需要注意幾個工序中的問題。生產(chǎn)車間的溫濕度和粉塵、金屬異物，尤其是金屬異物，會使制造過程中出現(xiàn)電池內(nèi)短路現(xiàn)象，要知道電池最危險的就是內(nèi)短路，發(fā)生了內(nèi)短路正負級會解除導(dǎo)致電池失效。此外，電動車使用過程中不是單個電池，而是成千上萬的電池進行串并聯(lián)，進行DMS 設(shè)計的時候要進行溫度管控，一旦哪個模組出現(xiàn)了問題，就能迅速進行報警，預(yù)警是DMS 需要加強的。電池做出來后，還要進行一系列的性能安全監(jiān)測，而不是做完了就出廠。

 

同時，宋華杰希望相關(guān)部門加大監(jiān)管，根據(jù)相關(guān)規(guī)定和標準對電池產(chǎn)品進行測試。并且要針對出現(xiàn)的問題制定一個新的標準，或者是對已有的標準及時進行修訂，加嚴標準的控制，用以提升產(chǎn)品的品質(zhì)和質(zhì)量。