三元鋰電池各方面屬性都比磷酸鐵鋰電池優(yōu)秀嗎？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-05-19 21:33
點擊量：次
梳理一下上面的對比，我們會發(fā)現(xiàn)，除了應用成本高、安全性低以外，在其他方面（續(xù)航能力、抗衰退能力、穩(wěn)定性方面），三元鋰電池各方面屬性都比磷酸鐵鋰電池優(yōu)秀。
兩種鋰電池特點對照表
三元鋰電池（18650）
磷酸鐵鋰電池
安全性（相對兩款電池）
低
高
重量能量密度（Wh/kg）(同樣能量，電池要更輕才好)
200
100-110
電池單體標稱電壓（V）
3.8
3.2
抗衰退能力（壽命）
低
高
應用成本（我國）
高
低
抗低溫衰減能力
強
弱
1.現(xiàn)實情況
如果能夠解決安全缺陷的問題，三元鋰電池應該是比較理想的選擇。但實際情況是，2016年之前，我國動力電池市場中，磷酸鐵鋰電池占據(jù)了絕大部分市場份額，并且在逐年增加。以2015年11月數(shù)據(jù)為例，磷酸鐵鋰電池的電動大巴裝機量占比達到64.9%，三元鋰電池裝機量為27.6%；到了2016年上半年，磷酸鐵鋰電池出貨量達4.9GWh，占比上升為74%，而三元電池出貨量1.53GWh，占比僅為23%。主要原因是，政府和市場對三元鋰電池的安全問題比較謹慎，限制了其應用。
2016年初，在中國電動車百人會上，工業(yè)和信息化部裝備司司長張相木說：「工信部將組織開展對三元鋰電池的風險評估，在評估完成前，暫停三元鋰電池客車列入新能源汽車推廣應用推薦車型目錄?！惯@也意味著，三元電池暫時被禁用在客車上。后來，工信部解釋，禁止三元電池在客車中的使用，主要是考慮到，相較于乘用車，客車發(fā)生安全隱患后，因為車門少，人數(shù)多，更不容易逃離，造成重大事故和重大損失的可能性較高。
2.三元鋰電池應用的可能性
那么，三元電池的安全問題能夠解決嗎？如果從根本上無法解決，這種技術就永遠不可能稱為主流，而如有技術上的可能性，那么更加安全的三元電池遲早是市場未來的方向。
回答這個問題，我們首先得說一下，三元電池不安全的原因。
三元鋰電池存在安全隱患，只是因為三元鋰材料和磷酸鐵鋰材料特性的差異。三元鋰材料更容易熱解，而熱解是需要一定條件的，比如溫度、電流、電壓、電解液分解等等。而鋰電池由于自身特性，一般都必須要有電池管理系統(tǒng)（Battery Management System），其主要功能包括過充保護（OVP）、過放保護（UVP）、過溫保護（OTP）、過流保護（OCP）等功能，一旦發(fā)生意外，能夠立刻切斷電流。
所以，單純認為三元鋰電池不安全，是不太合適的。三元材料容易熱解，但不代表三元鋰電池就一定不安全；磷酸鐵鋰材料不易熱解，但不代表磷酸鐵鋰電池就是安全的。最終決定安全性的，是整個動力電池系統(tǒng)。如果電池熱解了，先得問問電池管理系統(tǒng)（BMS）是不是合格的。換句話說，性能良好的三元電池，其安全性是可以通過改進電池管理系統(tǒng)來解決的。
另一方面，從實際發(fā)生的電池事故來看，也可以得到驗證。純電動客車已經(jīng)發(fā)生的自燃事故中，有使用三元鋰電池的，也有使用磷酸鐵鋰電池的。
3.解決安全問題的可行性
解決三元鋰電池安全問題的途徑有很多，也很復雜。出于篇幅和時間的考慮，本文不再贅述。后續(xù)有時間會再單獨梳理講解。這里，先講一下實踐中的情況：三元鋰電池的安全問題已經(jīng)通過技術改良的手段正得到解決，并且在不斷完善。
以比克18650電池產(chǎn)品為例，在單體電芯工藝上，比克選擇在正負極分別配置保護添加劑和反應性添加劑，阻止電解液分解導致的安全問題。同時添加陶瓷隔膜和負極陶瓷涂層等安全防護手段，從根源控制事故的產(chǎn)生。此外，比克小型圓柱18650電池成組模式，每顆電池之間都保持足夠的安全距離，確保單顆電池的事故不會對其他電池造成影響。
也正是因為安全問題逐步得到解決，三元鋰電池僅僅在時隔1年后，就被政府解禁。
2016年底，工信部召開了關于進一步做好新能源汽車推廣應用安全監(jiān)管工作的宣貫會,會議指出，自2017年1月1日起,電動客車安全國家標準出臺前,新能源客車暫按《電動客車安全技術條件》的要求執(zhí)行。在《電動客車安全技術條件》中，對可充電儲能系統(tǒng)有“蓄電池單元熱失控試驗”和“可充電儲能系統(tǒng)熱失控擴展試驗”等測試要求。同時，新申請《新能源汽車推廣應用推薦車型目錄》的使用三元電池的客車,應同時補交第三方檢測報告。這一條款表明，在通過熱失控試驗和熱失控擴展試驗測試的前提下，三元鋰電池客車可申請推薦目錄，標志著三元電池在客車上的應用自2017年1月1日起解禁。
這也意味著，三元鋰電池逐步取代磷酸鐵鋰電池，成為動力電池市場的主流技術產(chǎn)品，將是確定性的演變趨勢。無論是特斯拉還是寶馬i3，都早已選擇三元鋰電池作為動力電池，而在中國，像江淮、比亞迪、北汽等不少汽車廠商也開始將旗下原本使用磷酸鐵鋰電池的車型換裝三元鋰電池，億緯鋰能在2015年8月份，也透露二期工廠將主要生產(chǎn)三元鋰電池。隨著這一趨勢演變的發(fā)生，鋰電池市場和產(chǎn)業(yè)鏈將發(fā)生微妙的變化并蘊含巨大的投資機會。
其次，我們可以知道，電池的失控失效過程實際上是個復雜的連鎖反應，我們專業(yè)術語稱之為熱失控（Thermal runaway），這個很好理解，英語描述其實更加貼切，熱亂竄…就是說，電池內(nèi)部產(chǎn)生了熱量，但是呢，這些熱量沒有及時散去或被吸收，而是太多了，到處亂竄，然后呢像房間里的老鼠一樣，一兩個你還好控制，抓一抓或毒死就好了，多到了一定程度，有幾個老鼠跑到房間的冰箱里把菜偷吃了，跑到柜子里把衣服磨破了，跑到其他家具里把木質(zhì)家具磨壞了…結局就是，熱量太多，影響到了電芯的其他部位的正常工作，最后各個部位都出現(xiàn)異常，放出了更多的熱量，最后的最后，熱量實在太高，電池就直接燒了或者甚至爆了。
然后，我們知道了這個復雜的過程，我們就需要來一步步看這個過程中到底是哪些部位會對熱量敏感，會參與這個熱失控的鏈反應。首當其沖的是我們電芯失控的罪魁禍首——內(nèi)短路，可以這么講，九成以上的電池安全事故都跟內(nèi)短路有關系。內(nèi)短路以后呢，我們知道短路以后電阻會很小，這個過程導致電流特別大，于是短路電路周圍就出現(xiàn)了強烈的發(fā)熱效應，可以理解為電磁爐加熱，大電流煮電池的過程。這個溫度上升其實也不至于完全毀掉電池，但是局部溫升會導致下一個失控發(fā)生，那就是負極的SEI膜分解，這個SEI就是負極表面的一層保護膜，它的分解相當于打開了一個反應通道，使得電解液和負極的反應瞬間觸發(fā)，熱量又不停地產(chǎn)生。
說到這里呢，我們就可以插入負極材料的安全性能對比了，因為不同材料形成SEI膜的穩(wěn)定性不一樣，比如現(xiàn)在電池中用的石墨和還沒有市場化的硅負極比，安全性能就不一樣，石墨要優(yōu)，主要原因是硅負極在充放電過程中的膨脹問題要比石墨嚴重，形成的SEI膜在膨脹應力作用下更容易遭到破壞。
