鉅大LARGE | 點擊量：236次 | 2024年01月16日
淺析磷酸鐵鋰離子電池有關(guān)電動汽車安全的重要用途
近些年，電動汽車的快速發(fā)展帶動了動力鋰離子電池的發(fā)展。作為電動汽車的動力來源，電池性能的好壞不但關(guān)系到整車?yán)m(xù)駛里程的長短，而且關(guān)系到產(chǎn)品的安全性和可靠性。可以說，動力鋰電池的發(fā)展決定著純電動汽車的未來。
一、電動汽車必須把安全性放在第一位
在眾多新能源車型中，我國給予純電動汽車的補貼最高，而且補貼與純電動里程掛鉤，于是近些年在我國出現(xiàn)了一陣人造三元風(fēng)。在政府部門倡導(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333，一步一步地邁向523、622、811。隨著鎳量的新增，在材料比容量提高的同時，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，同樣存在類似問題。
說三元風(fēng)是人造的，是因為它不是因技術(shù)優(yōu)勢自然形成的，而是片面追求純電動長里程政策引導(dǎo)的結(jié)果。大風(fēng)起兮塵飛揚，連一向堅持鐵電池的大公司也被迷了眼，成了跟風(fēng)者。當(dāng)然，這也不難理解，畢竟公司要生存要逐利。這也從另一個角度證明，政策力大無窮，不管什么方向的風(fēng)，要刮就能刮起來。
同時，純電動汽車的里程指標(biāo)正在追趕傳統(tǒng)燃油車，除了使用高比能電池外，還導(dǎo)致過度多裝電池。這兩個因素疊加，使電動汽車的安全性更受威脅，事故頻發(fā)。工信部曾一度放話，要求暫停使用三元鋰離子電池，但在強(qiáng)大的三元隊伍的強(qiáng)烈呼吁下最終不得不作出妥協(xié)，同意乘員少的乘用車可用三元鋰離子電池，三元鋰離子電池客車在通過熱失控試驗和熱失控擴(kuò)展試驗測試的前提下，也可申請推薦目錄。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
用三元鋰離子電池的乘用車，乘員少就能安全逃生嗎？看近期發(fā)生的事故。今年五月初，美國佛羅里達(dá)州發(fā)生一起特斯拉ModelS以每小時90英里(約合144公里)的速度撞墻后立即起火事件，車內(nèi)前排兩人在大火中不幸遇難，坐在后排的一人被甩出車外受傷。五月十日，在瑞士南部的高速公路上，一輛特斯拉ModelS撞上中央隔離帶，車輛翻轉(zhuǎn)、起火，一名德國駕駛者被困在車內(nèi)燒死。一周之內(nèi)，兩起特斯拉電動汽車起火事故，三人喪生?？梢姡囯x子電池火勢蔓延太猛，乘用車?yán)锏某藛T自己來不及逃生，別人也難以救助。
面對多次失火事件，特斯拉表示傳統(tǒng)汽車碰撞也會燃燒。這是典型的強(qiáng)詞奪理。更何況，傳統(tǒng)汽車碰撞而不燃燒的情況比比皆是。
我國也發(fā)生過多起電動汽車燃燒事件，雖然頻度不及特斯拉，但不能據(jù)此得出我國的三元鋰離子電池比特斯拉的三元鋰離子電池更安全的結(jié)論，而應(yīng)考慮的因素是，我國大多數(shù)電動乘用車的里程和電池量比特斯拉少，上高速公路的比例不及特斯拉高，而且我國高速公路限速120公里/小時。作為載客量大、乘客逃生需時長的電動客車，更應(yīng)該高度重視產(chǎn)品的安全性。
筆者認(rèn)為，對電動汽車來說，不論是商用車還是乘用車，都事關(guān)人命，必須把安全性放在第一位，其他問題為之讓路。
二、動力鋰電池的安全性極其關(guān)鍵
電動汽車的安全性重要取決于動力鋰電池的安全性。
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厚的隔膜，內(nèi)短路則生熱；充放電時，電池內(nèi)阻也生熱。在達(dá)到一定溫度時，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)熱會造成熱失控，出現(xiàn)大量氣體，導(dǎo)致氣壓升高、電池破裂，繼而出現(xiàn)車輛燃燒、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)到一定溫度時還會分解釋放出極活潑的初生態(tài)氧，即使在沒有外界氧氣供應(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，磷酸鐵鋰離子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汽車的需求。
我國有發(fā)展磷酸鐵鋰離子電池的優(yōu)勢。由我國電池工業(yè)協(xié)會牽頭，成功申訴三家外資公司磷酸鐵鋰離子電池專利無效，從而讓我國磷酸鐵鋰離子電池產(chǎn)業(yè)徹底擺脫國外專利束縛，為我國發(fā)展新能源汽車掃除阻礙；我國眾多公司掌握微納結(jié)構(gòu)碳包覆技術(shù)，彌補了材料電導(dǎo)率不高的缺點；我國已建立完整的材料生產(chǎn)鏈，價格日趨合理；電池生產(chǎn)水平不斷提高，產(chǎn)品性能穩(wěn)定。筆者認(rèn)為，磷酸鐵鋰離子電池應(yīng)成為動力鋰電池的發(fā)展重點，應(yīng)鼓勵繼續(xù)研究、提高產(chǎn)品性能。
同時，筆者認(rèn)為，電力系統(tǒng)的規(guī)模儲能用三元鋰離子電池也不可取，甚至用鋰離子電池也值得商榷。打個比方，這就像一座堆滿燃燒彈的活火山。去年我國山西省有兩座2MWh調(diào)頻電站起火，用的就是三星公司的三元正極18650鋰離子電池。雖然火災(zāi)起因尚在論證，有人認(rèn)為可能不是電池而是電氣部分的原因，但無可爭辯的事實是電池?zé)炅?。假如換成不含有機(jī)溶劑的電池，情況就不會這么慘烈。今年七月，韓國風(fēng)電場的4MW/12MWh儲能電站起火并爆炸，據(jù)報道，這是該國第四個發(fā)生燃燒事故的三元鋰離子電池儲能電站。這些事故應(yīng)該引起我國鋰離子電池儲能電站決策者和建設(shè)者們的警惕和深思。
三、增程式電動汽車與磷酸鐵鋰離子電池是絕佳配對‍
增程式電動汽車是指純電動汽車上加裝增程器(任何一種發(fā)電裝置)，通過在車上發(fā)電新增行駛里程。這類車的優(yōu)點突出：電池組不會過充和過放，壽命延長，安全性高；電池少，補貼退坡、取消的影響小，易于市場化；城市工況下比燃油車節(jié)油50％以上，更為省錢；可以不外接充電，少建充電樁，且能遠(yuǎn)距離行駛；如有充電條件，城市百公里內(nèi)節(jié)油率80％以上；可沿用燃油車的生產(chǎn)、加油設(shè)施，便于發(fā)展；新近提出的發(fā)電直驅(qū)增程式電動汽車，可免去大電流的充電和放電，不僅更節(jié)能(油)，而且電池壽命更長。
假如把安全性高的磷酸鐵鋰離子電池用于增程式電動汽車，不但能夠提高車輛的安全性，而且比能量、比功率完全夠用，使用壽命長。此外，我國鋰資源豐富，不存在鈷、鎳資源受制約的問題。
所以，我國應(yīng)將磷酸鐵鋰離子電池作為發(fā)展重點，使之有力地支持增程式電動汽車的市場化，它可以有效免除純電動汽車的里程、安全、價格、充電、后續(xù)電池五大焦慮。
有人認(rèn)為，增程式還是要燒油，不是發(fā)展電動汽車的最終目標(biāo)。言下之意，發(fā)展增程式電動汽車意義不大。對此，筆者想著重強(qiáng)調(diào)兩點。
一是假如我國汽車的油耗能降一半以上，年節(jié)油近2億噸，這有助于環(huán)境改善、提高能源安全。
二是純電動汽車未必是最終目標(biāo)。我們要以節(jié)能減排為標(biāo)準(zhǔn)，考評各條技術(shù)路線。未來，增程式電動汽車的發(fā)動機(jī)很有可能不燒油而燒醇類，類似現(xiàn)在巴西的汽車燒乙醇。醇類由太陽能生物質(zhì)轉(zhuǎn)換而來，不新增CO2排放，假如再加上發(fā)展熱效率很高的發(fā)動機(jī)，我國汽車的節(jié)能減排將取得很大突破。
增程式電動汽車并不是向純電動汽車的過渡，而是未來車輛的主力。尤其是增程式電動汽車和磷酸鐵鋰離子電池配對，更是如虎添翼。動力鋰電池本月隨新能源汽車出貨量上升而上升。
根據(jù)整車出廠合格證數(shù)據(jù)統(tǒng)計，七月國內(nèi)新能源汽車產(chǎn)量78298輛，較上月上升27．64％，在持續(xù)兩個月環(huán)比走低之后，再次上揚，但與年內(nèi)最高月份四月產(chǎn)量相比仍有接近千輛的差別，差距重要由補貼大幅退坡的商用車板塊造成。
受整車產(chǎn)量回升影響，七月份國內(nèi)動力鋰電池出貨調(diào)轉(zhuǎn)跌勢，以26．71％的月增幅達(dá)到3．696GWh，同比增幅也上升至42．8％，出貨量與四月份相當(dāng)，但較補貼新政執(zhí)行前的五月還有不小差距。七月動力鋰電池出貨的增量重要來自新能源乘用車。
七月新能源乘用車板塊的電池裝機(jī)量為2．606GWh，占本月裝機(jī)總量的70．5％，其中純電動乘用車動力鋰電池裝機(jī)量2．314GWh，占月度總量的62．6％；純電動客車本月裝機(jī)642MWh，市場占比17．37％，新能源專用車裝機(jī)429MWh，市場占比11．61％。
今年前7個月動力鋰電池累計裝機(jī)量19．32GWh，其中純電動乘用車板塊電池裝機(jī)量10．12GWh，占年內(nèi)動力鋰電池累計裝機(jī)的52．43％；純電動客車電池總裝機(jī)量6．053GWh，占年內(nèi)動力鋰電池累計裝機(jī)量的31．36％。
