為什么三元鋰離子電池不能應(yīng)用到電動客車上？2021-04-12 08:02
工信部裝備工業(yè)司司長張相木在2016我國電動汽車百人會論壇上表示，暫停三元鋰離子電池客車列入《新能源汽車推廣應(yīng)用推薦車型目錄》，這表達了國家對動力鋰電池去安全性的擔(dān)憂。實際上，在今年一月十四日工信部的新車目錄上，已經(jīng)沒有裝配三元材料電池的客車產(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，是未來鋰離子電池的重要發(fā)展方向，但我國在該領(lǐng)域起步晚，產(chǎn)品用于客車的安全性開發(fā)和驗證還不夠。工信部正在考慮進一步提高新能源汽車產(chǎn)品安全技術(shù)門檻，組織開展對三元鋰離子電池客車等車型在現(xiàn)行安全標(biāo)準(zhǔn)體系下的風(fēng)險評估。他明確表示，在評估完成前，暫停三元鋰離子電池客車列入《新能源汽車推廣應(yīng)用推薦車型目錄》。
高溫下三元材料易燃
三元材料存在的安全風(fēng)險比較大。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)驗來看，鎳鈷鋁三元材料18650電池在180℃以上會出現(xiàn)自加熱，起火后很難控制，而磷酸鐵鋰材料到了250℃以上才會出現(xiàn)放熱現(xiàn)象，安全性相對較高。
單從材料特性而言，兩種材料到達一定溫度時都會發(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)生分解時不會釋放氧分子，燃燒也沒有那么劇烈。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)險外，客車電池容量較大，也加大了三元電池的危險程度。黃學(xué)杰表示，電池安全性和電池中儲存的能量成反比，即所能釋放的能量越大，其存在的安全風(fēng)險就越大，純電動轎車電池容量一般為幾十千瓦時，而純電動公交車電池容量高達幾百千瓦時，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力鋰電池，必須提高其安全性能，單體電池愈大，要求達到的安全性指標(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。我國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會秘書長劉彥龍認(rèn)為，電動汽車電池組的成組技術(shù)、充電方法、使用方法、維護方式、保護系統(tǒng)的可靠性、通信協(xié)議的有效性等都會對電池組的安全性造成影響。
缺乏評判體系
正是由于國內(nèi)缺乏相應(yīng)的評價體系，很難評估三元電池系統(tǒng)最終的安全情況。單體電池成組會根據(jù)整車使用條件設(shè)計電池包，通過加強生產(chǎn)全過程的監(jiān)測，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相應(yīng)評價體系進行判定，劉彥龍告訴記者，國內(nèi)缺乏相應(yīng)的評價體系。
科技部電動汽車重大科技專項特聘專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。對此，王秉剛提出兩條建議，一是要對電池模塊和電池系統(tǒng)制定明確的安全考核指標(biāo)；二是對新能源公交車要實行嚴(yán)格的監(jiān)控，明確監(jiān)控內(nèi)容與責(zé)任。
中航鋰電(洛陽)有限公司市場部部長阮藝亮認(rèn)為，客車運行路線、環(huán)境相對固定，電池電量并非客車最關(guān)注的焦點，應(yīng)該堅持熱穩(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，目前在我國所生產(chǎn)的純電動客車中，采用磷酸鐵鋰動力鋰電池的客車占據(jù)整個新能源客車市場的六成份額，三元材料動力鋰電池占據(jù)該市場份額的三成。磷酸鐵鋰離子電池目前仍然是電動客車領(lǐng)域的主流方向，同時也是最優(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，都會有明火出現(xiàn)。所以一般18650電池都會有一層鋼殼保護，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行了全方位的保護，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、短路也不會爆炸燃燒，遭到350℃的高溫也不會起火（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，由于三元鋰離子電池要用大量的單個電池組合起來，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緊湊的體積，雖然在動力輸出方面略勝一籌，但是也不得不承受關(guān)于車內(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業(yè)從事BMS電源管理系統(tǒng)、鋰電池保護板、儲能電池的開發(fā)、集成、測試、銷售及相關(guān)電子產(chǎn)品的生產(chǎn)，混合集成電路的技術(shù)開發(fā)、生產(chǎn)、測試及銷售一體的高新科技企業(yè)，電池保護板定制廠家。
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，是未來鋰離子電池的重要發(fā)展方向，但我國在該領(lǐng)域起步晚，產(chǎn)品用于客車的安全性開發(fā)和驗證還不夠。工信部正在考慮進一步提高新能源汽車產(chǎn)品安全技術(shù)門檻，組織開展對三元鋰離子電池客車等車型在現(xiàn)行安全標(biāo)準(zhǔn)體系下的風(fēng)險評估。他明確表示，在評估完成前，暫停三元鋰離子電池客車列入《新能源汽車推廣應(yīng)用推薦車型目錄》。
高溫下三元材料易燃
三元材料存在的安全風(fēng)險比較大。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)驗來看，鎳鈷鋁三元材料18650電池在180℃以上會出現(xiàn)自加熱，起火后很難控制，而磷酸鐵鋰材料到了250℃以上才會出現(xiàn)放熱現(xiàn)象，安全性相對較高。
單從材料特性而言，兩種材料到達一定溫度時都會發(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)生分解時不會釋放氧分子，燃燒也沒有那么劇烈。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)險外，客車電池容量較大，也加大了三元電池的危險程度。黃學(xué)杰表示，電池安全性和電池中儲存的能量成反比，即所能釋放的能量越大，其存在的安全風(fēng)險就越大，純電動轎車電池容量一般為幾十千瓦時，而純電動公交車電池容量高達幾百千瓦時，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力鋰電池，必須提高其安全性能，單體電池愈大，要求達到的安全性指標(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。我國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會秘書長劉彥龍認(rèn)為，電動汽車電池組的成組技術(shù)、充電方法、使用方法、維護方式、保護系統(tǒng)的可靠性、通信協(xié)議的有效性等都會對電池組的安全性造成影響。
缺乏評判體系
正是由于國內(nèi)缺乏相應(yīng)的評價體系，很難評估三元電池系統(tǒng)最終的安全情況。單體電池成組會根據(jù)整車使用條件設(shè)計電池包，通過加強生產(chǎn)全過程的監(jiān)測，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相應(yīng)評價體系進行判定，劉彥龍告訴記者，國內(nèi)缺乏相應(yīng)的評價體系。
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而磷酸鐵鋰離子電池則要穩(wěn)定許多，電池板就算是穿刺、短路也不會爆炸燃燒，遭到350℃的高溫也不會起火（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，由于三元鋰離子電池要用大量的單個電池組合起來，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緊湊的體積，雖然在動力輸出方面略勝一籌，但是也不得不承受關(guān)于車內(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業(yè)從事BMS電源管理系統(tǒng)、鋰電池保護板、儲能電池的開發(fā)、集成、測試、銷售及相關(guān)電子產(chǎn)品的生產(chǎn)，混合集成電路的技術(shù)開發(fā)、生產(chǎn)、測試及銷售一體的高新科技企業(yè)，電池保護板定制廠家。
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