為什么三元鋰離子電池不能應(yīng)用到電動(dòng)客車(chē)上？2021-04-12 08:02
工信部裝備工業(yè)司司長(zhǎng)張相木在2016我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)論壇上表示，暫停三元鋰離子電池客車(chē)列入《新能源汽車(chē)推廣應(yīng)用推薦車(chē)型目錄》，這表達(dá)了國(guó)家對(duì)動(dòng)力鋰電池去安全性的擔(dān)憂。實(shí)際上，在今年一月十四日工信部的新車(chē)目錄上，已經(jīng)沒(méi)有裝配三元材料電池的客車(chē)產(chǎn)品。
張相木給出的理由是，三元鋰離子電池比能量高，循環(huán)性能好，是未來(lái)鋰離子電池的重要發(fā)展方向，但我國(guó)在該領(lǐng)域起步晚，產(chǎn)品用于客車(chē)的安全性開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證還不夠。工信部正在考慮進(jìn)一步提高新能源汽車(chē)產(chǎn)品安全技術(shù)門(mén)檻，組織開(kāi)展對(duì)三元鋰離子電池客車(chē)等車(chē)型在現(xiàn)行安全標(biāo)準(zhǔn)體系下的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。他明確表示，在評(píng)估完成前，暫停三元鋰離子電池客車(chē)列入《新能源汽車(chē)推廣應(yīng)用推薦車(chē)型目錄》。
高溫下三元材料易燃
三元材料存在的安全風(fēng)險(xiǎn)比較大。中科院物理研究所研究員黃學(xué)杰表示，總結(jié)以往發(fā)生事故的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，鎳鈷鋁三元材料18650電池在180℃以上會(huì)出現(xiàn)自加熱，起火后很難控制，而磷酸鐵鋰材料到了250℃以上才會(huì)出現(xiàn)放熱現(xiàn)象，安全性相對(duì)較高。
單從材料特性而言，兩種材料到達(dá)一定溫度時(shí)都會(huì)發(fā)生分解，三元鋰材料大概在200℃左右發(fā)生分解，磷酸鐵鋰則在700~800℃時(shí)才發(fā)生分解。并且，三元鋰材料的化學(xué)反應(yīng)更加劇烈，會(huì)釋放出氧分子，在高溫用途下電解液迅速燃燒，發(fā)生連鎖反應(yīng)。磷酸鐵鋰發(fā)生分解時(shí)不會(huì)釋放氧分子，燃燒也沒(méi)有那么劇烈。因此，僅從鋰離子電池的正極材料特性而言，三元鋰材料比磷酸鐵鋰材料更容易著火或發(fā)生意外事故。
電池容量大導(dǎo)致散熱差
除三元材料存安全風(fēng)險(xiǎn)外，客車(chē)電池容量較大，也加大了三元電池的危險(xiǎn)程度。黃學(xué)杰表示，電池安全性和電池中儲(chǔ)存的能量成反比，即所能釋放的能量越大，其存在的安全風(fēng)險(xiǎn)就越大，純電動(dòng)轎車(chē)電池容量一般為幾十千瓦時(shí)，而純電動(dòng)公交車(chē)電池容量高達(dá)幾百千瓦時(shí)，隨著電池容量的新增，電池體積也在新增，其散熱性能變差，出現(xiàn)安全事故的可能性新增。
黃學(xué)杰告訴記者，將鋰離子蓄電池做成動(dòng)力鋰電池，必須提高其安全性能，單體電池愈大，要求達(dá)到的安全性指標(biāo)也就愈高。另外，電池系統(tǒng)的安全并非僅由單體電池決定。我國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)劉彥龍認(rèn)為，電動(dòng)汽車(chē)電池組的成組技術(shù)、充電方法、使用方法、維護(hù)方式、保護(hù)系統(tǒng)的可靠性、通信協(xié)議的有效性等都會(huì)對(duì)電池組的安全性造成影響。
缺乏評(píng)判體系
正是由于國(guó)內(nèi)缺乏相應(yīng)的評(píng)價(jià)體系，很難評(píng)估三元電池系統(tǒng)最終的安全情況。單體電池成組會(huì)根據(jù)整車(chē)使用條件設(shè)計(jì)電池包，通過(guò)加強(qiáng)生產(chǎn)全過(guò)程的監(jiān)測(cè)，能夠有效提升三元電池系統(tǒng)的安全性，但最終安全與否要通過(guò)相應(yīng)評(píng)價(jià)體系進(jìn)行判定，劉彥龍告訴記者，國(guó)內(nèi)缺乏相應(yīng)的評(píng)價(jià)體系。
科技部電動(dòng)汽車(chē)重大科技專(zhuān)項(xiàng)特聘專(zhuān)家王秉剛與劉彥龍的看法一致。王秉剛認(rèn)為，電池材料的取舍并不能從根本上解決電池安全問(wèn)題，應(yīng)從制定嚴(yán)格的電池產(chǎn)品質(zhì)量要求和監(jiān)管辦法入手。對(duì)此，王秉剛提出兩條建議，一是要對(duì)電池模塊和電池系統(tǒng)制定明確的安全考核指標(biāo)；二是對(duì)新能源公交車(chē)要實(shí)行嚴(yán)格的監(jiān)控，明確監(jiān)控內(nèi)容與責(zé)任。
中航鋰電(洛陽(yáng))有限公司市場(chǎng)部部長(zhǎng)阮藝亮認(rèn)為，客車(chē)運(yùn)行路線、環(huán)境相對(duì)固定，電池電量并非客車(chē)最關(guān)注的焦點(diǎn)，應(yīng)該堅(jiān)持熱穩(wěn)定性更高、安全性更加有保障的磷酸鐵鋰路線。數(shù)據(jù)顯示，目前在我國(guó)所生產(chǎn)的純電動(dòng)客車(chē)中，采用磷酸鐵鋰動(dòng)力鋰電池的客車(chē)占據(jù)整個(gè)新能源客車(chē)市場(chǎng)的六成份額，三元材料動(dòng)力鋰電池占據(jù)該市場(chǎng)份額的三成。磷酸鐵鋰離子電池目前仍然是電動(dòng)客車(chē)領(lǐng)域的主流方向，同時(shí)也是最優(yōu)選擇。三元鋰離子電池假如內(nèi)部短路或是正極材料遇水，都會(huì)有明火出現(xiàn)。所以一般18650電池都會(huì)有一層鋼殼保護(hù)，由于特斯拉的電池組是由7000塊左右的18650電池組合而成，所以，雖然特斯拉給電池組進(jìn)行了全方位的保護(hù)，但是在極端的碰撞事故中，起火隱患還是有的。
而磷酸鐵鋰離子電池則要穩(wěn)定許多，電池板就算是穿刺、短路也不會(huì)爆炸燃燒，遭到350℃的高溫也不會(huì)起火（三元鋰離子電池在180-250℃就扛不住了）。所以在安全性能上，磷酸鐵鋰離子電池略勝一籌。
三元鋰離子電池的能量密度大，電壓更高，所以同樣重量的電池組電池容量更大，車(chē)子跑的距離也就更遠(yuǎn)，速度也能更快。特斯拉ModelS充滿電的續(xù)航里程400多公里呢。
不過(guò)，由于三元鋰離子電池要用大量的單個(gè)電池組合起來(lái)，所以電池的組的體積十分龐大，相比磷酸鐵鋰離子電池相對(duì)緊湊的體積，雖然在動(dòng)力輸出方面略勝一籌，但是也不得不承受關(guān)于車(chē)內(nèi)空間的影響的副用途。
深圳市恒創(chuàng)興電子科技有限公司是一家專(zhuān)業(yè)從事BMS電源管理系統(tǒng)、鋰電池保護(hù)板、儲(chǔ)能電池的開(kāi)發(fā)、集成、測(cè)試、銷(xiāo)售及相關(guān)電子產(chǎn)品的生產(chǎn)，混合集成電路的技術(shù)開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、測(cè)試及銷(xiāo)售一體的高新科技企業(yè)，電池保護(hù)板定制廠家。
張相木給出的理由是，三元鋰離子電池比能量高，循環(huán)性能好，是未來(lái)鋰離子電池的重要發(fā)展方向，但我國(guó)在該領(lǐng)域起步晚，產(chǎn)品用于客車(chē)的安全性開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證還不夠。工信部正在考慮進(jìn)一步提高新能源汽車(chē)產(chǎn)品安全技術(shù)門(mén)檻，組織開(kāi)展對(duì)三元鋰離子電池客車(chē)等車(chē)型在現(xiàn)行安全標(biāo)準(zhǔn)體系下的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。他明確表示，在評(píng)估完成前，暫停三元鋰離子電池客車(chē)列入《新能源汽車(chē)推廣應(yīng)用推薦車(chē)型目錄》。
高溫下三元材料易燃
三元材料存在的安全風(fēng)險(xiǎn)比較大。中科院物理研究所研究員黃學(xué)杰表示，總結(jié)以往發(fā)生事故的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，鎳鈷鋁三元材料18650電池在180℃以上會(huì)出現(xiàn)自加熱，起火后很難控制，而磷酸鐵鋰材料到了250℃以上才會(huì)出現(xiàn)放熱現(xiàn)象，安全性相對(duì)較高。
單從材料特性而言，兩種材料到達(dá)一定溫度時(shí)都會(huì)發(fā)生分解，三元鋰材料大概在200℃左右發(fā)生分解，磷酸鐵鋰則在700~800℃時(shí)才發(fā)生分解。并且，三元鋰材料的化學(xué)反應(yīng)更加劇烈，會(huì)釋放出氧分子，在高溫用途下電解液迅速燃燒，發(fā)生連鎖反應(yīng)。磷酸鐵鋰發(fā)生分解時(shí)不會(huì)釋放氧分子，燃燒也沒(méi)有那么劇烈。因此，僅從鋰離子電池的正極材料特性而言，三元鋰材料比磷酸鐵鋰材料更容易著火或發(fā)生意外事故。
電池容量大導(dǎo)致散熱差
除三元材料存安全風(fēng)險(xiǎn)外，客車(chē)電池容量較大，也加大了三元電池的危險(xiǎn)程度。黃學(xué)杰表示，電池安全性和電池中儲(chǔ)存的能量成反比，即所能釋放的能量越大，其存在的安全風(fēng)險(xiǎn)就越大，純電動(dòng)轎車(chē)電池容量一般為幾十千瓦時(shí)，而純電動(dòng)公交車(chē)電池容量高達(dá)幾百千瓦時(shí)，隨著電池容量的新增，電池體積也在新增，其散熱性能變差，出現(xiàn)安全事故的可能性新增。
黃學(xué)杰告訴記者，將鋰離子蓄電池做成動(dòng)力鋰電池，必須提高其安全性能，單體電池愈大，要求達(dá)到的安全性指標(biāo)也就愈高。另外，電池系統(tǒng)的安全并非僅由單體電池決定。我國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)劉彥龍認(rèn)為，電動(dòng)汽車(chē)電池組的成組技術(shù)、充電方法、使用方法、維護(hù)方式、保護(hù)系統(tǒng)的可靠性、通信協(xié)議的有效性等都會(huì)對(duì)電池組的安全性造成影響。
缺乏評(píng)判體系
正是由于國(guó)內(nèi)缺乏相應(yīng)的評(píng)價(jià)體系，很難評(píng)估三元電池系統(tǒng)最終的安全情況。單體電池成組會(huì)根據(jù)整車(chē)使用條件設(shè)計(jì)電池包，通過(guò)加強(qiáng)生產(chǎn)全過(guò)程的監(jiān)測(cè)，能夠有效提升三元電池系統(tǒng)的安全性，但最終安全與否要通過(guò)相應(yīng)評(píng)價(jià)體系進(jìn)行判定，劉彥龍告訴記者，國(guó)內(nèi)缺乏相應(yīng)的評(píng)價(jià)體系。
科技部電動(dòng)汽車(chē)重大科技專(zhuān)項(xiàng)特聘專(zhuān)家王秉剛與劉彥龍的看法一致。王秉剛認(rèn)為，電池材料的取舍并不能從根本上解決電池安全問(wèn)題，應(yīng)從制定嚴(yán)格的電池產(chǎn)品質(zhì)量要求和監(jiān)管辦法入手。對(duì)此，王秉剛提出兩條建議，一是要對(duì)電池模塊和電池系統(tǒng)制定明確的安全考核指標(biāo)；二是對(duì)新能源公交車(chē)要實(shí)行嚴(yán)格的監(jiān)控，明確監(jiān)控內(nèi)容與責(zé)任。
中航鋰電(洛陽(yáng))有限公司市場(chǎng)部部長(zhǎng)阮藝亮認(rèn)為，客車(chē)運(yùn)行路線、環(huán)境相對(duì)固定，電池電量并非客車(chē)最關(guān)注的焦點(diǎn)，應(yīng)該堅(jiān)持熱穩(wěn)定性更高、安全性更加有保障的磷酸鐵鋰路線。數(shù)據(jù)顯示，目前在我國(guó)所生產(chǎn)的純電動(dòng)客車(chē)中，采用磷酸鐵鋰動(dòng)力鋰電池的客車(chē)占據(jù)整個(gè)新能源客車(chē)市場(chǎng)的六成份額，三元材料動(dòng)力鋰電池占據(jù)該市場(chǎng)份額的三成。磷酸鐵鋰離子電池目前仍然是電動(dòng)客車(chē)領(lǐng)域的主流方向，同時(shí)也是最優(yōu)選擇。三元鋰離子電池假如內(nèi)部短路或是正極材料遇水，都會(huì)有明火出現(xiàn)。所以一般18650電池都會(huì)有一層鋼殼保護(hù)，由于特斯拉的電池組是由7000塊左右的18650電池組合而成，所以，雖然特斯拉給電池組進(jìn)行了全方位的保護(hù)，但是在極端的碰撞事故中，起火隱患還是有的。
而磷酸鐵鋰離子電池則要穩(wěn)定許多，電池板就算是穿刺、短路也不會(huì)爆炸燃燒，遭到350℃的高溫也不會(huì)起火（三元鋰離子電池在180-250℃就扛不住了）。所以在安全性能上，磷酸鐵鋰離子電池略勝一籌。
三元鋰離子電池的能量密度大，電壓更高，所以同樣重量的電池組電池容量更大，車(chē)子跑的距離也就更遠(yuǎn)，速度也能更快。特斯拉ModelS充滿電的續(xù)航里程400多公里呢。
不過(guò)，由于三元鋰離子電池要用大量的單個(gè)電池組合起來(lái)，所以電池的組的體積十分龐大，相比磷酸鐵鋰離子電池相對(duì)緊湊的體積，雖然在動(dòng)力輸出方面略勝一籌，但是也不得不承受關(guān)于車(chē)內(nèi)空間的影響的副用途。
深圳市恒創(chuàng)興電子科技有限公司是一家專(zhuān)業(yè)從事BMS電源管理系統(tǒng)、鋰電池保護(hù)板、儲(chǔ)能電池的開(kāi)發(fā)、集成、測(cè)試、銷(xiāo)售及相關(guān)電子產(chǎn)品的生產(chǎn)，混合集成電路的技術(shù)開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、測(cè)試及銷(xiāo)售一體的高新科技企業(yè)，電池保護(hù)板定制廠家。
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