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新能源汽车电池技术演变方向-三元锂电池(二)

三、演变路径

梳理一下上面的对比,我们会发现,除了应用成本高、安 全性低以外,在其他方面(续航能力、抗衰退能力、稳定性方面),三元锂电池各方面属性都比磷酸铁锂电池优 秀。

两种锂电池特点对照表:

三元锂电池(18650)

磷酸铁锂电池

 全性(相对两款电池)

重量能量密度(Wh/kg)(同样能量,电池要更轻才好)

200

100-110

电池单体标称电压(V)

3.8

3.2

抗衰退能力(寿命)

应用成本(我国)

抗低温衰减能力

 

1.现实情况

如果能够解决安 全缺陷的问题,三元锂电池应该是比较理想的选择。但实际情况是,2016年之前,我国动力电池市场中,磷酸铁锂电池占据了绝大部分市场份额,并且在逐年增加。以2015年11月数据为例,磷酸铁锂电池的电动大巴装机量占比达到64.9%,三元锂电池装机量为27.6%;到了2016年上半年,磷酸铁锂电池出货量达4.9GWh,占比上升为74%,而三元电池出货量1.53GWh,占比仅为23%。主要原因是,政府和市场对三元锂电池的安 全问题比较谨慎,限制了其应用。

2016年初,在中国电动车百人会上,工业和信息化部装备司司长张相木说:「工信部将组织开展对三元锂电池的风险评估,在评估完成前,暂停三元锂电池客车列入新能源汽车推广应用推荐车型目录。」这也意味着,三元电池暂时被禁用在客车上。后来,工信部解释,禁止三元电池在客车中的使用,主要是考虑到,相较于乘用车,客车发生安 全隐患后,因为车门少,人数多,更不容易逃离,造成重大事故和重大损失的可能性较高。

2.三元锂电池应用的可能性

那么,三元电池的安 全问题能够解决吗?如果从根本上无法解决,这种技术就永远不可能称为主流,而如有技术上的可能性,那么更加安 全的三元电池迟早是市场未来的方向。

回答这个问题,我们首先得说一下,三元电池不安 全的原因。

三元锂电池存在安 全隐患,只是因为三元锂材料和磷酸铁锂材料特性的差异。三元锂材料更容易热解,而热解是需要一定条件的,比如温度、电流、电压、电解液分解等等。而锂电池由于自身特性,一般都必须要有电池管理系统(Battery Management System),其主要功能包括过充保护(OVP)、过放保护(UVP)、过温保护(OTP)、过流保护(OCP)等功能,一旦发生意外,能够立刻切断电流。

所以,单纯认为三元锂电池不安 全,是不太合适的。三元材料容易热解,但不代表三元锂电池就一定不安 全;磷酸铁锂材料不易热解,但不代表磷酸铁锂电池就是安 全的。最终决定安 全性的,是整个动力电池系统。如果电池热解了,先得问问电池管理系统(BMS)是不是合格的。换句话说,性能良好的三元电池,其安 全性是可以通过改进电池管理系统来解决的。

另一方面,从实际发生的电池事故来看,也可以得到验证。纯电动客车已经发生的自燃事故中,有使用三元锂电池的,也有使用磷酸铁锂电池的。

3.解决安 全问题的可行性

解决三元锂电池安 全问题的途径有很多,也很复杂。出于篇幅和时间的考虑,本文不再赘述。后续有时间会再单独梳理讲解。这里,先讲一下实践中的情况:三元锂电池的安 全问题已经通过技术改良的手段正得到解决,并且在不断完善。

以比克18650电池产品为例,在单体电芯工艺上,比克选择在正负极分别配置保护添加剂和反应性添加剂,阻止电解液分解导致的安 全问题。同时添加陶瓷隔膜和负极陶瓷涂层等安 全防护手段,从根源控制事故的产生。此外,比克小型圆柱18650电池成组模式,每颗电池之间都保持足够的安 全距离,确保单颗电池的事故不会对其他电池造成影响。

也正是因为安 全问题逐步得到解决,三元锂电池仅仅在时隔1年后,就被政府解禁。

2016年底,工信部召开了关于进一步做好新能源汽车推广应用安 全监管工作的宣贯会,会议指出,自2017年1月1日起,电动客车安  家标准出台前,新能源客车暂按《电动客车安 全技术条件》的要求执行。在《电动客车安 全技术条件》中,对可充电储能系统有“蓄电池单元热失控试验”和“可充电储能系统热失控扩展试验”等测试要求。同时,新申请《新能源汽车推广应用推荐车型目录》的使用三元电池的客车,应同时补交第三方检测报告。这一条款表明,在通过热失控试验和热失控扩展试验测试的前提下,三元锂电池客车可申请推荐目录,标志着三元电池在客车上的应用自2017年1月1日起解禁。

 

这也意味着,三元锂电池逐步取代磷酸铁锂电池,成为动力电池市场的主流技术产品,将是确定性的演变趋势。无论是特斯拉还是宝马i3,都早已选择三元锂电池作为动力电池,而在中国,像江淮、比亚迪、北汽等不少汽车厂商也开始将旗下原本使用磷酸铁锂电池的车型换装三元锂电池,亿纬锂能在2015年8月份,也透露二期工厂将主要生产三元锂电池。随着这一趋势演变的发生,锂电池市场和产业链将发生微妙的变化并蕴含巨大的投资机会。