电动汽车自燃频繁谁的锅_电动汽车该选三元锂电池还是磷酸铁锂电池?

近年来，新能源汽车产业迎来突飞猛进式的发展，特别是具备更高续驶里程的三元锂电池电动汽车发展更为迅速，但频繁出现的电动汽车自燃、起火现象引起了大众对其安全性的高度关注。今年，仅在深圳市，就发生8起搭载三元锂电池的电动物流车自燃事故。

近日，中国工程院院士杨裕生发文表示要正确看待锂离子电动汽车的安全性，他认为三元锂电池安全稳定性相对较差，从而应重视磷酸铁锂电池的发展。

杨院士的观点引起了业内广泛讨论，也有人表达不同的观点：“电动汽车自燃事故不应该由三元锂电池来背锅，发生起火事故与电池的技术路线选择并没有直接关系，磷酸铁锂电池如果没有控制好也一样会出问题。”

电动汽车事故频发，三元锂电池到底该不该背这个锅?电动汽车到底应该选三元锂电池还是磷酸铁锂电池?

我们现在使用的锂电池都是锂离子电池，此外还有锂金属电池，以锂金属或锂合金作为负极材料的一种电池，最早在1912年便由Gilbert N. Lewis提出，当时的锂金属电池为一次电池(不可充电)，由于相比当时的其他电池，锂金属电池对加工、保存的要求高，因而没有成为主流。

而锂离子电池则比锂金属电池年轻许多，它采用锂的金属氧化物作为正极，于20世纪70年代诞生，但直到90年代，随着电子产品的快速发展，对高功率、高能量密度电池的需求增大，锂离子电池才开始成为主流。并且，锂金属电池随着技术发展，近来有开始复兴的趋势，但还未形成潮流，本文主要讨论的对象三元锂电池和磷酸铁锂电池均为锂离子电池，除此之外，算上钛酸锂电池，这三种电池是主流的车用动力电池。

锂离子电池的结构

锂离子电池的主要结构包括正、负极、电解液、隔膜和其他一些附件。其中正极材料是研究的重点，三元锂和磷酸铁锂均描述了锂离子电池的正极材料。而当前应用的负极材料主要为石墨，结晶度高，导电性好，对锂离子的容量大，达到了372mAh/g，大大超过了正极材料的容量，这也是为什么现在主要研究正极材料的原因。

锂电池的电解液与传统电池(铅酸电池、镍镉电池等)不同，不采用以水为溶剂的电解液，因为水的了理论分解电压只有1.23V(想想上一期的燃料电池单电池理想电压)，因此，以水为电解液的电池电压最高不过2V左右。而锂电池的电压在3-4V左右。常用的电解质材料为无机阴离子锂盐，LiBF4、LiPF6、LiAsF6这三类。溶剂则有酯类、醚类和飒类。

隔膜则是起隔断电子和透过离子作用，使电子必须从外电路迁移，而离子则可以通过电解液移动，保证外电路有电流通过，防止电池内短路。隔膜材料有单层PE、单层PP、三层PP等。

锂离子电池充放电的基本原理

一、电池是将氧化还原反应的化学能转化为电能的装置。典型特征就是电极上反应物得失电子，通过外电路流动，进而便产生了电流。正负极之间的电荷传递是通过电解液中阴阳离子的运动形成的。

二、二次电池是指可多次再充放电的电池，其内部发生的电化学反应是可逆的。电池放电，内部的A物质变成B物质，化学能变成电能;而充电时，B物质又能够变回A物质，电能变成化学能储存。

充电时锂离子从正极材料的晶格中脱出经过电解质嵌入到负极材料层中;放电时锂离子从负极材料晶格中脱出，经过电解质嵌入到正极材料中。而电子则通过外电路，形成电流。

对于锂离子电池而言，正极材料的开发是其关键技术。理论上，可以实现锂离子脱嵌的物质都可以作为正极材料，但实际上，这并非易事。出于性能考虑，它需要有良好的导电性、较大的放电倍率以及与电解质良好的相容性;出于寿命考虑，它需要有高度的可逆性和较弱的极化效应，出于安全考虑，它需要保证良好的稳定性和温和的电极过程动力学。

磷酸铁锂电池与三元锂电池

磷酸铁锂电极材料是目前最安全的锂离子电池正极材料，加上其循环寿命达到2000次以上，标准充电(5小时率)使用，可达到2000次的循环性特点，再加上由于产业成熟而带来的价技术门槛和技术的下降，使得很多厂商出于各种因素考虑都会采用磷酸铁锂电池。可以说新能源汽车的兴起，和磷酸铁锂电池有着不可或分的关系。

不过，磷酸铁锂电池有一个致命性的缺点，那就是低温性能较差，即使将其纳米化和碳包覆也没有解决这一问题。研究表明，一块容量为3500mAh的电池，如果在-10℃的环境中工作，经过不到100次的充放电循环，电量将急剧衰减至500mAh，基本就报废了。这对于我国幅员辽阔，冬天低气温的确较多的综合国情来说，的确不是一件好事。

此外，材料的制备成本与电池的制造成本较高，电池成品率低，电池一致性差，这也是导致很多纯电动汽车续航能力并不能达到标称值的重要原因。因此，我们可以看到国内有不少的新能源汽车(无论是纯电动还是混合电动)，或者是一些比较廉价的新能源汽车，会出于不同的原因选择磷酸铁锂电池。可以说，磷酸铁锂电池的使用，对于新能源汽车量产落地以及推广，都有着不可磨灭的奠基作用。

对比之下，三元聚合物锂电池的确有着更优于磷酸铁锂电池的特质，三元聚合物锂电池是指正极材料使用镍钴锰酸锂(Li(NiCoMn)O2)三元正极材料的锂电池，三元复合正极材料前驱体产品，是以镍盐、钴盐、锰盐为原料，里面镍钴锰的比例可以根据实际需要调整。三元锂电池能量密度更大，但安全性经常受到怀疑。

之所以会有这样的原因是即便这两种材料都会在到达一定温度时发生分解，三元锂材料会在更低的200度左右发生分解，而磷酸铁锂材料是在800度左右。并且三元锂材料的化学反映更加剧烈，会释放氧分子，在高温作用下电解液迅速燃烧，发生连锁反应。说简单点，就是三元锂材料比磷酸铁锂材料更容易着火。不过需要注意的是，我们提到的是材料，而不是已经成为成品的电池。

正因为三元锂材料有这样的安全隐患，所以厂商也在努力往抑制产生事故的方向走。根据三元锂材料容易热解的特性，厂商在过充保护(OVP)、过放保护(UVP)、过温保护(OTP)、过流保护(OCP)这几个环节上都会下不少的功夫。所以自燃事件更多是应该考量厂商在这几个环节的功能是否落实到位，而不是简单的因噎废食。

磷酸铁锂电池与三元锂电池之比较

放电性能测试

三元材料电池放电曲线

磷酸铁锂电池放电曲线

放电数据比较

从图表可得出，相同体积电池，正极使用三元材料比使用磷酸铁锂材料放电容量高19.4%，比能量高37.5%，放电比功率高39.7%。由于三元材料质量比容量、压实密度均高于磷酸铁锂材料，所以使用三元材料电池放电有较大优势。

充电性能比较

三元材料电池充电曲线

磷酸铁锂电池充电曲线

充电数据比较

循环性能比较

三元材料电池循环3 900 次剩余容量66%，磷酸铁锂电池循环5 000 次剩余容量84%，循环寿命比三元材料电池，磷酸铁锂电池优势明显。按照剩余容量/ 初始容量=80%作为测试结束点，目前三元材料电池实验室1 C 循环寿命在2 500 次左右，磷酸铁锂电池实验室1 C 循环寿命在3 500 次以上，部分达到5 000 次以上。

不同温度放电测试

不同温度电池的放电比较如图4 所示。在55 ℃条件下放电，三元材料电池与磷酸铁锂在常温下比较，放电容量都没有差别，-20 ℃条件下放电，三元材料电池放电容量/ 常温容量比例比磷酸铁锂电池高15%。

三元材料电池不同温度放电曲线

磷酸铁锂电池不同温度放电曲线

放电数据

2018年2月，《关于调整完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》发布。新政规定，续驶里程在150公里以下的电动车将不再享受补贴。同时，明确了补贴进一步向能量密度高、续航里程长的电池技术路线倾斜。

应对新政，市场也作出了响应，将长续航、高能量密度作为下一步进攻的方向。在此之下，综合安全性能、成本等因素考虑，产生了三元电池与磷酸铁锂电池技术路线之争。

中国化学与物理电源行业协会秘书长刘彦龙分析指出，“从市场需求看，乘用车将是新能源汽车产业增长的主要方向。三元电池的高能量密度特性更能满足新能源乘用车需求。因此，三元电池成为动力电池技术发展的重点。随着技术进步，三元电池的成本逐步降低，安全性逐步提高，其对磷酸铁锂电池的挤压将加剧。”

在电池技术路线的选择上，比亚迪电池事业群第二事业部总监张春昱表示，“我们不会放弃磷酸铁锂技术路线。”2020年补贴将退出，消费者对新能源汽车价格将更为敏感。而磷酸铁锂电池在价格以及安全方面占有优势，A00级小车未来可能重回磷酸铁锂技术路线。

新能源汽车竞争的核心是动力电池之争，“动力电池技术路线之争”仍将持续，三元抑或磷酸铁锂，或是其他新技术都将由市场需求决定。