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電動(dòng)汽車使用的三元電池,被工程院院士炮轟不安全

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1483次  |  2018年09月14日  

9月4日,中國(guó)工程院院士楊裕生在《中國(guó)汽車網(wǎng)》發(fā)表了一篇署名文章,提出應(yīng)重視磷酸鐵鋰電池發(fā)展。

他旗幟鮮明地指出:

近些年在我國(guó)電動(dòng)汽車行業(yè)出現(xiàn)了一陣“人造三元風(fēng)”,而安裝三元電池的電動(dòng)汽車安全性更受威脅,事故頻發(fā)。

在電池領(lǐng)域依靠磷酸鐵鋰技術(shù)崛起的比亞迪,最終沒有拗過(guò)寧德時(shí)代在三元電池技術(shù)路線上的“蒙眼狂奔”,也殺入了三元技術(shù)路線。

2017年底,比亞迪宣布,從今年開始,旗下所有新能源乘用車將換裝三元電池。但是大巴和E6暫時(shí)還會(huì)繼續(xù)使用磷酸鐵鋰電池。



三元鋰電池怎么火起來(lái)的?

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始二次創(chuàng)業(yè),2011年將ATL的汽車動(dòng)力部門剝離出來(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)榘踩珕栴},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)劃新能源汽車重點(diǎn)專項(xiàng)實(shí)施方案(征求意見稿)》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)槟芰棵芏却蟮奶匦裕?jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)開始凸顯出來(lái)。

2015年同期,工信部還發(fā)布了一個(gè)政策規(guī)定,在物流車這塊電子包的整包質(zhì)量不能超過(guò)整車質(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)流傳開來(lái)。

2015年,國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池出貨達(dá)15.7Gwh,三元?jiǎng)恿﹄姵?/a>占比達(dá)到了27%。



2016年那場(chǎng)風(fēng)波

好景不長(zhǎng)。

2015年12月,由香港生產(chǎn)力促進(jìn)局研發(fā),并交由內(nèi)地制造的首輛“香港品牌”、采用三元材料動(dòng)力電池的電動(dòng)巴士突然著火,火勢(shì)猛烈,全車瞬間陷于火海冒出濃烈黑煙并伴有爆炸聲響。

一個(gè)月后,相關(guān)部門向工信部遞交了“關(guān)于暫緩在電動(dòng)商用車上使用三元材料動(dòng)力鋰離子電池建議的函”,認(rèn)為:三元材料動(dòng)力鋰離子電池與磷酸鐵鋰動(dòng)力鋰離子電池相比,存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn),而商用車(尤其是商用客車)乘員較多,一旦發(fā)生事故,可能帶來(lái)嚴(yán)重后果。

2016年1月底,國(guó)家工信部裝備產(chǎn)業(yè)司司長(zhǎng)張相木在中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)上表示:

在現(xiàn)行安全標(biāo)準(zhǔn)體系下,出于安全問題,在對(duì)三元鋰電池客車的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估完成之前,暫停三元鋰電池客車列入新能源汽車推廣應(yīng)用推薦車型目錄。

這場(chǎng)風(fēng)波,對(duì)于三元?jiǎng)恿﹄姵仄髽I(yè)構(gòu)成了沉重的打擊。

2016年,我國(guó)動(dòng)力電池出貨高達(dá)28Gwh,但是三元?jiǎng)恿﹄姵刂挥?.3Gwh,占比下降到了22%。



比亞迪與寧德時(shí)代之爭(zhēng)

2016年政策公布之后,引發(fā)了三元電池企業(yè)強(qiáng)烈反對(duì)。

楊裕生說(shuō):

在強(qiáng)大的三元“隊(duì)伍”的強(qiáng)烈呼吁下,工信部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

工信部宣布,自2017年1月1日起,在補(bǔ)交第三方檢測(cè)報(bào)告后,三元鋰電池客車在通過(guò)熱失控試驗(yàn)和熱失控?cái)U(kuò)展試驗(yàn)測(cè)試的前提下,也可申請(qǐng)推薦《新能源汽車推廣應(yīng)用推薦車型目錄》。

這一紙文件,最終成就了曾毓群的寧德時(shí)代,現(xiàn)在寧德時(shí)代的市值高達(dá)1400億元。

瓦叔想說(shuō)的是:

難道坐在乘用車內(nèi)的生命不是生命嗎?

與此同時(shí),那年,新能源車騙補(bǔ)事件曝出,客車市場(chǎng)成為重災(zāi)區(qū)。受此影響,2017年新能源客車行業(yè)受到重挫,年銷量較2016年下降了2萬(wàn)余輛,客車用動(dòng)力電池需求也因此下降,比亞迪不幸躺槍。

政府對(duì)三元電池的解綁和騙補(bǔ)事件的發(fā)酵,讓比亞迪動(dòng)力電池深受打擊。

2016年,寧德時(shí)代的動(dòng)力電池出貨量還只有6.72GWh,全球排名上在松下與比亞迪之后,位列第三。但是2017年,寧德時(shí)代的動(dòng)力電池出貨量增長(zhǎng)73%,達(dá)到11.8GWh,一舉越過(guò)松下、比亞迪,拿下行業(yè)全球第一寶座。

因?yàn)樵谌姵厣习l(fā)力較晚,比亞迪2017年裝機(jī)量下落到5.4GWh,在行業(yè)整體快速發(fā)展的時(shí)候,業(yè)績(jī)不增反降。

進(jìn)入2018年,曾毓群的寧德時(shí)代再次迎來(lái)重大政策優(yōu)勢(shì)。

今年2月13日,國(guó)家四部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于調(diào)整完善新能源汽車推廣應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)貼政策的通知》,進(jìn)一步提升了技術(shù)門檻,明顯傾向于高能量密度的動(dòng)力電池產(chǎn)品——乘用車能量密度高于140Wh/g才能拿到1.1倍補(bǔ)貼,105Wh/g以下車型直接無(wú)補(bǔ)貼,同時(shí)105-120Wh/g僅有0.6倍補(bǔ)貼。同時(shí),2018年補(bǔ)貼政策將客車1.1倍補(bǔ)貼的能量密度要求提升至135Wh/g。

在政策刺激下,今年1-8月,國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池總產(chǎn)量38.52GWh,三元電池占比上升到了52.23%,磷酸鐵鋰電池占比下降到了46.17%。其中8月份三元電池占比更是上升到了63%。



三元電池到底安不安全?

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﹄姵厣稀懊裳劭癖肌钡耐瑫r(shí),楊裕生一直堅(jiān)持反對(duì)大力發(fā)展三元?jiǎng)恿﹄姵亍?br/>
楊裕生說(shuō),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(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,同樣存在類似問題。

今年5月初,美國(guó)佛羅里達(dá)州發(fā)生一起特斯拉ModelS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。

5月10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(guó)駕駛者被困在車內(nèi)燒死。一周之內(nèi),兩起特斯拉電動(dòng)汽車起火事故,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?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)汽車的需求。

對(duì)于三元電池安全性問題,寧德時(shí)代自己其實(shí)也是清楚的。

2016年7月,寧德時(shí)代總裁黃世霖在接受《高工電動(dòng)車網(wǎng)》說(shuō):寧德時(shí)代定了一個(gè)基本的技術(shù)路線:儲(chǔ)能和大巴將來(lái)主要走磷酸鐵鋰的技術(shù)路線,主要是因?yàn)榘踩?、成本和產(chǎn)品實(shí)用性的考慮;在乘用車領(lǐng)域,包括純電動(dòng)、混合動(dòng)力和輕混會(huì)走三元的路線。

無(wú)論電動(dòng)汽車使用哪種技術(shù)路線的動(dòng)力電池,楊院士的這句話說(shuō)出了有所有人的心聲:

對(duì)電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō),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。

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