鉅大LARGE | 點擊量：3480次 | 2019年04月08日
三元和磷酸鐵鋰電池安全性誰更勝一籌？
雖然距工信部宣布“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”的決定已經兩月，但是業界關于此決定的熱議仍在持續發酵。那么三元和磷酸鐵鋰電池安全性誰更勝一籌？三元電池在客車被禁是否應該？
三元燃燒似火藥，磷酸鐵鋰燃燒像煤
化學里面我們都學過，燃燒有三個基本要素：助燃物、可燃物、著火源。那么在鋰電池里面，不同正極材料一旦燃燒起來有什么不同呢？對于這個問題，行業專家給出了如下的解釋：
三元材料的燃燒特性比較像火藥。火藥之所以一點就燃，是因為火藥里含有硝酸鹽成分，遇熱分解產生氧氣，向硫磺和碳提供燃燒要素。一旦開始燃燒后，硝酸鹽連續釋放氧氣，于是火藥進入“熱失控”狀態，釋放出威力巨大的能量。與之類似的，三元材料熱穩定性較差，在200℃左右的外界溫度下，就會分解并釋放出氧氣，與電池里的可燃的電解液、碳材料一起，一點就著。產生的熱量會進一步加劇正極的分解，造成與火藥類似的“熱失控”。三元鋰電池一旦著火，在極短的時間內就會爆燃。去年使用了三元電池的香港品牌巴士在幾十秒內爆燃，并付之一炬就是典型的例子。
而磷酸鐵鋰的燃燒就像煤燃燒過程。煤的燃點高，而且燃燒需要消耗外部氧氣。它的燃燒過程是一個熱量傳遞、逐漸消耗空氣中的氧氣的過程。類似的，磷酸鐵鋰熱穩定性好，在700℃時才會發生分解，即使分解也不會釋放氧氣。所以磷酸鐵鋰電池的燃燒需要外部提供氧氣，一旦氧氣源被切斷，火就能熄滅。在極端的情況下，磷酸鐵鋰的燃燒也不激烈，而且火勢擴大也比較緩慢，起火也比較容易被撲滅。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
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%
三元系統安全設計挑戰是磷酸鐵鋰十倍以上
從以上分析不難看出，就材料層面來看，三元材料相對磷酸鐵鋰的安全性有本質差別。要達到與磷酸鐵鋰電池系統同等安全性，三元電池系統在整車、動力電池系統、動力電池包、模組、電芯等不同層面的安全挑戰要遠遠高于磷酸鐵鋰。打個比方，我們在運輸煤炭的時候，一般是無需特殊防護。而運輸火藥，則需要特別小心，由專門組織用特殊車輛進行運輸。
那怎樣才能消除三元材料的危險性呢？業界翹楚特斯拉從2003年起就展開了大膽嘗試，大約花了10年的時間，研發相應的安全技術。目前頂配的ModelS使用了接近7000顆松下產三元鋰電池，對電池兩次分組，做串并聯。設置傳感器，感知每顆電池的工作狀態和溫度情況，由電池控制系統進行控制，防止出現過熱短路溫度差異等危險情況。此外，特斯拉在碰撞防護上也可謂是做足了工夫，大量使用了高強度鋁合金、超高強鋼、防彈復合材料。
然而在這樣的嚴密防護下，特斯拉也沒有與事故無緣。從去年新聞報道的幾起特斯拉起火的事件來看，三元鋰電池遇穿刺會短路噴火，正是其層層盔甲下的“軟肋”。遇到極端情況或外力擊破了保護，特斯拉依然會起火，只是特斯拉的重重保護給了車主一定的逃生時間，因此沒有發生重大的傷亡事件。
在小轎車的領域，目前主流的大型車廠展開的三元實踐也與特斯拉類似。通過數年的項目研發周期，通過嚴密的設計和層層的驗證，消除各種可能的安全隱患，并保證上市時車輛的整體安全性。其核心質量策略，可以說是“以時間換取質量”。決定這些大型車廠這么做的原因，正是他們對保證乘客生命安全的高壓線態度。
公共交通領域需堅守安全底線
基于特殊的歷史原因，中國的客車企業并沒有轎車企業類似的正向開發流程。通常一款新的客車，從構思到上市也就是3-6個月的時間。支撐這個“中國客車速度”的，是完全成熟的柴油機、變速器生產，以及相對簡單的車體結構。
然而在新能源客車領域，因為客車配電量大，載客人數多，逃生門卻比較少。對安全性的要求實質上是要遠高于乘用車的。如果我們還是抄襲“中國客車速度”，不以嚴謹務實的態度去對待安全這個底線，那么新能源客車行業出事故就是難以避免的。其實，在整個2015年，經媒體公開報道的新能源客車起火的事故就有11起。不幸中的萬幸是，其中使用磷酸鐵鋰的車輛，起火時相對緩慢的速度，使得乘客得以全部逃生。而發生爆燃的三元電池客車，是在無人狀態下出事的，從而避免了更大的人身傷亡事故。
筆者并不是說客車起火是好事情。所有的客車廠應該吸取這些嚴重的教訓，以更嚴謹、更慎重、更安全的態度研發產品，而不是一味追求經濟利益，對公眾安全掉以輕心。現在是還沒出現重大安全責任事故，但萬一出了呢？那就會對行業產生巨大的打擊，很可能是“一顆老鼠屎，毀了一鍋湯”，毀滅了整個新能源汽車行業。
別忘了，在安全與性能的取舍上，公眾安全永遠是重中之重。對三元材料而言，雖然表面上國家暫時關閉了一扇“門“，別忘了還留著一扇“窗”。只要認真嚴謹的開發，三元材料在乘用車、專用車市場依然有廣闊的應用，這些市場的規模也更大，更有潛力。什么時候，當三元電池系統解決了熱穩定問題，提高了系統安全性，通過了比轎車更為嚴格的安全標準測試，相信那便是“門”打開之時。
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