三元鋰電池怎么火起來(lái)的？三元電池到底安不安全？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-22 09:05
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2014年，搭載三元鋰電池、續(xù)航里程接近400公里的特斯拉正式賣(mài)到了中國(guó)，不僅引起了中國(guó)消費(fèi)者的騷動(dòng)，也刺激中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)和動(dòng)力電池廠商的神經(jīng)。
這讓寧德時(shí)代的曾毓群看到了曙光。
在此之前，2005年，比亞迪第一款磷酸鐵鋰動(dòng)力電池面世以后，在行業(yè)老大的位置上坐了許多年。
如果沒(méi)有政策的變化和寧德時(shí)代的殺入，王傳福的比亞迪在這條技術(shù)路線上可能還會(huì)繼續(xù)收割著福利。
在創(chuàng)辦ATL十二年，并將ATL做成全球最大的聚合物電池供應(yīng)商之后，中科院物理研究所博士曾毓群開(kāi)始二次創(chuàng)業(yè)，2011年將ATL的汽車(chē)動(dòng)力部門(mén)剝離出來(lái)，在福建寧德成立CATL，就是寧德時(shí)代新能源，主攻動(dòng)力電池。
與比亞迪一直堅(jiān)守磷酸鐵鋰技術(shù)路線不同，曾毓群選擇了“磷酸鐵鋰”和“三元材料”兩種技術(shù)路線同步進(jìn)行。
但是三元材料動(dòng)力電池，因?yàn)榘踩珕?wèn)題，一直被詬病。
特斯拉進(jìn)入中國(guó)的二年，科技部公布的一個(gè)政策，成為改變?nèi)c磷酸鐵鋰之爭(zhēng)的風(fēng)水嶺。
2015年初，科技部發(fā)布的《國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃新能源汽車(chē)重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)實(shí)施方案（征求意見(jiàn)稿）》中，提出了“動(dòng)力電池的單體比能量2015年底達(dá)到200Wh/kg，比2010年提高一倍；2020年達(dá)到300Wh/kg，總體水平保持在國(guó)際前三名以內(nèi)”的具體目標(biāo)。
但是，當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)即使是質(zhì)量較好的磷酸鐵鋰電池模塊，距離200Wh/kg這一指標(biāo)仍普遍較遠(yuǎn)，而三元鋰電池因?yàn)槟芰棵芏却蟮奶匦?，?jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)開(kāi)始凸顯出來(lái)。
2015年同期，工信部還發(fā)布了一個(gè)政策規(guī)定，在物流車(chē)這塊電子包的整包質(zhì)量不能超過(guò)整車(chē)質(zhì)量的25%。據(jù)此，三元電池在輕量化方面的優(yōu)勢(shì)，再次凸顯。
那以后，“未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)將由三元鋰電池逐步取代磷酸鐵鋰電池”的說(shuō)法，在行業(yè)內(nèi)流傳開(kāi)來(lái)。
2015年，國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池出貨達(dá)15.7Gwh，三元?jiǎng)恿﹄姵卣急冗_(dá)到了27%。在寧德時(shí)代和其他廠商巨大的攻勢(shì)下，比亞迪不得不殺入三元?jiǎng)恿﹄姵仡I(lǐng)域。
王傳福一出手就是大手筆。今年6月27日，比亞迪年產(chǎn)能24GWh的動(dòng)力電池工廠在青海西寧南川工業(yè)園區(qū)正式下線，投產(chǎn)之后將成為全球最大的動(dòng)力電池工廠。此次投產(chǎn)的動(dòng)力電池全部為三元鋰電池。
外界認(rèn)為，這標(biāo)志著比亞迪在三元鋰電池領(lǐng)域終于邁出了實(shí)質(zhì)性的第一步。
但是在寧德時(shí)代、比亞迪等在三元?jiǎng)恿﹄姵厣?ldquo;蒙眼狂奔”的同時(shí)，楊裕生一直堅(jiān)持反對(duì)大力發(fā)展三元?jiǎng)恿﹄姵亍?/div>
楊裕生說(shuō)，在政府部門(mén)倡導(dǎo)電池比能量指標(biāo)一年更比一年高的情況下，三元材料中鎳鈷錳的組合由安全性尚可的333（各種元素的比例），一步一步地邁向523、622、811。隨著鎳量的增加，在材料比容量提高的同時(shí)，電池的熱失控溫度和安全性逐步下降。在另一種鎳鈷鋁三元材料中(特斯拉所用)，鎳的份額也占八成，同樣存在類(lèi)似問(wèn)題。
今年5月初，美國(guó)佛羅里達(dá)州發(fā)生一起特斯拉Model S以每小時(shí)90英里（約合144公里）的速度撞墻后立即起火事件，車(chē)內(nèi)前排兩人在大火中不幸遇難，坐在后排的一人被甩出車(chē)外受傷。
5月10日，在瑞士南部的高速公路上，一輛特斯拉Model S撞上中央隔離帶，車(chē)輛翻轉(zhuǎn)、起火，一名德國(guó)駕駛者被困在車(chē)內(nèi)燒死。一周之內(nèi)，兩起特斯拉電動(dòng)汽車(chē)起火事故，三人喪生。
對(duì)于特斯拉起火事件，楊裕生認(rèn)為，三元鋰離子電池火勢(shì)蔓延太猛，乘用車(chē)?yán)锏某藛T自己來(lái)不及逃生，別人也難以救助。
在他的理解中，電動(dòng)汽車(chē)的安全性主要取決于動(dòng)力電池的安全性。
電池組像汽油箱那樣，是一種含高能物質(zhì)的部件。鋰離子電池中的電解液是用有機(jī)溶劑配制而成，其易燃的程度不亞于汽油。正極的氧化劑和負(fù)極的還原劑只隔一層微米級(jí)厚的隔膜，內(nèi)短路則生熱；充放電時(shí)，電池內(nèi)阻也生熱。在達(dá)到一定溫度時(shí)，正極上的氧化劑可與電解液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。大量的化學(xué)反應(yīng)熱會(huì)造成熱失控，產(chǎn)生大量氣體，導(dǎo)致氣壓升高、電池破裂，繼而出現(xiàn)車(chē)輛燃燒、爆炸情況。
正極的氧化劑不同，電池發(fā)生熱失控的溫度也不同。使用熱失控溫度越低的正極材料，電池的安全性越差。特斯拉用的三元鋰離子電池，熱失控溫度不足200℃，尤其是三元材料在達(dá)到一定溫度時(shí)還會(huì)分解釋放出極活潑的初生態(tài)氧，即使在沒(méi)有外界氧氣供應(yīng)的情況下，這種電池內(nèi)部就“完整地具備”燃燒三要素。試想，其安全性能高嗎？這也是三元鋰離子電池起火后，火勢(shì)蔓延迅速且難以撲滅的原因。
相比之下，磷酸鐵鋰分子里的氧被牢固地束縛在磷酸根中，很難成為助燃劑，磷酸鐵鋰電池的熱失控溫度要高得多，其安全性高得多?，F(xiàn)在，磷酸鐵鋰單體電池比能量已提升至180Wh/Kg，電池包比能量已達(dá)到151Wh/Kg，其功率型電池的性能完全能滿足增程式電動(dòng)汽車(chē)的需求。
