干货解读:三元材料到底是什么鬼,为什么会招惹安全是非?

杜俊仪

电池技术路线之争由来已久,三元材料动力电池被单独暂停用于新能源客车,立刻激起业内广泛争议。2月26日,第一电动网在北京举办“三元材料电池安全性之辩”沙龙,来自动力电池、整车、科研等领域的精英代表共聚一堂,把脉动力电池技术及市场发展。【点击查看:三元材料动力电池专题

参与沙龙讨论的嘉宾包括:中国化学与物理电源行业协会秘书长刘彦龙、伯坦科技创始人聂亮、北京波士顿电池技术有限公司高级总监马俊峰、北京佐思信息咨询有限责任公司首席顾问佟子谦、俄罗斯圣彼得堡国立技术大学功能材料与新能源技术研究院王庆生、远东福斯特新能源有限公司销售总监谭浩海、比克电池研发中心副高级工程师宋华杰。第一电动网CEO邱锴俊担任沙龙主持。

“三元材料电池安全性之辩”沙龙

“三元材料电池安全性之辩”沙龙现场

三元材料电池是什么?使用现状如何?为什么会引起大家对安全性的担忧?在上半节的讨论中,嘉宾各抒己见,但都否认了单独置疑三元材料安全性的结论。整体来看,汽车从燃油向电动转化的过程正在发生,而且速度非常快,所有的电动汽车都面临着必须管控好电池安全性的问题。

王庆生:“三元材料不安全”存在概念错误

三元材料和磷酸铁锂等其他正极材料都各有利弊,但不存在安全和不安全之分。三元材料和磷酸铁锂等其他正极材料都有各有利弊,光拿材料说安全性太片面,材料在不同环境、结构、体积、生产工艺等条件下有不同的应用结果,这是一个很大体系的系统工程。我们要做的是发挥电池材料的优势,屏蔽劣势。

俄罗斯圣彼得堡国立技术大学功能材料与新能源技术研究院王庆生

俄罗斯圣彼得堡国立技术大学功能材料与新能源技术研究院 王庆生

材料安全不安全不是从本身的物理指标判断,使用过程中怎么样控制好和使用好是最重要的。三元材料本身的氧化放热还原的温度和磷酸铁锂有一定的差别,但是不代表着磷酸铁锂材料氧化放热温度高就是安全的,研究电池的安全性是从热出发的,如果把电池本身设计产热非常低,散热又非常好,不论什么体积,用的什么材料,其实都是安全的。概念上的错误导致了大家认为三元材料不安全,磷酸铁锂也一样存在着隐患,所以研究材料的安全性是在结合材料的物化指标,研究相配材料和产热机理,散热机理,而不是材料安全不安全,这个无从谈起。

刘彦龙:三元锂电池是未来的发展方向

动力电池发展跟我国前期发展动力电池的路线制定有很大关系,在十一五期间国家政府更多支持以磷酸铁锂为主,2013年-2015年间动力电池产业化速度加快,大家从国家政策的发展方向判断,未来政策更多支持三元电池,因此有很多的企业把三元电池作为发展方向。2015年9月对国内动力电池企业的产能做了初步统计,30多家企业到9月份建成的产能300多亿瓦时,除了少量的企业是三元之外,250亿瓦时以上都是以磷酸铁锂为主,并且包括了后续还要扩建的。

中国化学与物理电源行业协会秘书长刘彦龙

中国化学与物理电源行业协会秘书长刘彦龙

从2015年动力电池的应用情况来看,规模达到200多亿,70%以上为磷酸铁锂,尤其客车占的比重较大,乘用车更多往三元发展。但是2016-2020年的新能源客车补贴政策提出了Ekg的要求,促使客车企业向三元锂转移。总体来看,三元锂电池是未来的发展方向。

就材料本身而言,三元材料和磷酸铁锂材料发热失控的时候,热分解的温度会有差异,三元材料的温度更低一些,磷酸铁锂材料更高一些。另外,企业在做试验的时候,挤压测试的结果是三元材料会短时间内发生更严重的结果,比如说很快燃烧爆炸,磷酸铁锂可能更多的是冒烟了。在生产工艺方面控制,尽可能在没有达到热分解温度的时候就中断,这样有一些措施是可以控制事故的。材料本身存在一些特性,需要靠后期的制造、应用方面采取多种的保护措施,使三元材料电池更安全。

马俊峰:整车缺乏考虑热管理方案

波士顿电池在之所以选择三元锂技术路线,因为电动汽车有轻量化的发展方向,Ekg指标已经决定了要寻找高能量密度的技术路线。从现在看三元是相对来说可以量产、能源密度高、低温性能达到一定水准的材料,目前波士顿三元锂电池成组以后的能量密度可以达到125Wh/kg左右。

北京波士顿电池技术有限公司高级总监马俊峰

北京波士顿电池技术有限公司高级总监马俊峰

安全跟电池材料的关系不是很大,更重要的是应用的场景。新能源汽车保有量一路狂奔,出事的几率越来越大,因此反思电池安全问题是有必要的。从哪些角度可以保证我们现在这个行业发展会更好,怎么保证车能够不发生大的事故,或者说即使是发生了着火,爆炸的事故,还能有限度的保证我们的成员能够安全的离开乘用车。回头看看国内过去两年的发展,一款新能源车大约五六个月就推向市场了,大部分产品是改装车,至少是一半以上没有考虑热管理方案,这是制约电池的一个弱点。波士顿电池目前采取的市场战略,尽可能和对电池要求相对宽松的车型合作,因为整车无法提供好的环境,就让电池在一个相对活性不是最高的状态下使用,来减低安全风险。这个安全的问题,更多的是从整车、park的角度考虑,材料的角度考虑稍微有点偏。

宋华杰:电池安全应加强品质管控

比克电池最初主要发展磷酸铁锂电池,后来基于轻量化和能量密度两点考虑,逐步替换成三元材料。国家要求动力电池能量密度2020年达到300wh/kg,靠磷酸铁锂比较困难,所以大家选择三元方向。比克电池成组以后能量密度约为120~130wh/kg。

比克电池研发中心副高级工程师宋华杰

比克电池研发中心副高级工程师宋华杰

电池由四部分主要的材料组成,正级,负级,电解液和隔膜。电解液一般是有机溶剂,也是最先着火的。业内争论安全问题,不应该在正级三元材料上,而是品质方面的管控。电池起火主要是里面的热量积聚在一起没有办法扩散出去,只要想办法尽快地把热量释放出去也可以做到很安全。

谭浩海:三元材料电池低温下有优势

远东福斯特新能源有限公司一直专一做一款电池,18650三元材料电池体系电池。之所以选择三元材料体系是因为可塑性强,能源密度高。2015年工信部有一个规定,物流车电池包的整包质量不能超过整车质量的25%,轻量化的要求决定了三元材料电池成为后续的主流。他认为目前国内三元电芯的品质差异与国外取决于设备,自动化程度上的差异化。远东福斯特2015年开始布局,与远东电缆并购,引进了韩国自动线,今年4月将会批量量产,后续策略仍然以三元材料为主。

远东福斯特新能源有限公司销售总监谭浩海

远东福斯特新能源有限公司销售总监谭浩海

电池安全的导火线是电池组、电芯、pack、以及使用的习惯。三元和磷酸铁锂有非常大差异,三元对温度不是特别的敏感,但北方市场如果用磷酸铁锂,能量转换率要大打折扣,原来跑100公里,北方可能只跑60公里,最多70公里。三元材料在这块是非常有优势的,目前新能源行业是新生的行业,需要业内共同把这个难关攻破,非常看好三元材料在后期的广泛应用。

佟子谦:从系统角度考虑电池安全

2002年发展混合动力大巴时采用的是镍氢电池,当时镍氢电池在动力电池中还是不错的,但是最后混合动力大巴着火了,事故原因并不是镍氢电池引起。电动汽车着火一定要从系统的角度来考虑问题,而不是单一的从材料来说。从安全的角度来讲,业内讨论认为固态的电池是最安全的,但离市场化应用还很远。如果讲材料,从我们的角度来讲,有一个领导讲话是这样说的,说电池占了10%,在运营维护、系统组成、充电方面各占30%,这样光电芯来讲不是最重要的。区域不同,车的不同,环境的不同,系统工程不是简单考虑某一个材料的问题,应该是综合考虑的。

北京佐思信息咨询有限责任公司首席顾问佟子谦

北京佐思信息咨询有限责任公司首席顾问 佟子谦

聂亮:磷酸铁锂电池与商业化要求相差大

国内企业当初选择磷酸铁锂应该是没有做过深入的调研和对未来判断,相对盲目的就采用了,从杭州电动汽车运营的数据来看,动力电池已经换过一次了,磷酸铁锂在低温中的实际表现离商业化要求相差较大。在此情况下,产业就在成本和能量密度上寻找平衡点,以实现可持续发展。测算下来,一款产品能不能持续发展,平衡点大概为车重一吨,要求的能量是30千瓦。重量1t的车跑 300公里是这款产品是否实用的标准,电池的价格要做到3块钱/安时。

伯坦科技创始人聂亮

伯坦科技创始人 聂亮

关于安全方面,所有的电池都要承认其不安全性,在此基础上要考虑如何做好防护。所有的电池材料出来,不可能马上分辨哪些是好的,哪些是坏的。电池安全主要在使用上,有多方面因素影响,单独否决三元材料是不合理的。电动汽车发展初期有担心很正常,希望通过这次事情有一个科学的决策程序或工程验证方法。目前暂停三元材料电池在客车领域的应用,不仅耽误发展时机,也会吓跑很多原来准备进入这个行业的投资。大部分的汽车火灾是线路引起的,电池不安全不要紧,只要车安全,再往后推车不安全没关系,只要人安全。现在论电池上的正级材料,五分之一东西上升到安全不安全的问题完整没必要,要通过充分的工程验证,拿数据说话。

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