三元燃燒似火藥，磷酸鐵鋰燃燒像煤
化學(xué)里面我們都學(xué)過，燃燒有三個(gè)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(duì)于這個(gè)問題，行業(yè)專家給出了如下的解釋：
三元材料的燃燒特性比較像火藥?；鹚幹砸稽c(diǎn)就燃，是因?yàn)榛鹚幚锖邢跛猁}成分，遇熱分解產(chǎn)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(xù)釋放氧氣，于是火藥進(jìn)入“熱失控”狀態(tài)，釋放出威力巨大的能量。與之類似的，三元材料熱穩(wěn)定性較差，在200℃左右的外界溫度下，就會(huì)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(diǎn)就著。產(chǎn)生的熱量會(huì)進(jìn)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(shí)間內(nèi)就會(huì)爆燃。去年使用了三元電池的香港品牌巴士在幾十秒內(nèi)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(diǎn)高，而且燃燒需要消耗外部氧氣。它的燃燒過程是一個(gè)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(wěn)定性好，在700℃時(shí)才會(huì)發(fā)生分解，即使分解也不會(huì)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(kuò)大也比較緩慢，起火也比較容易被撲滅。
三元系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)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(duì)磷酸鐵鋰的安全性有本質(zhì)差別。要達(dá)到與磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)同等安全性，三元電池系統(tǒng)在整車、動(dòng)力電池系統(tǒng)、動(dòng)力電池包、模組、電芯等不同層面的安全挑戰(zhàn)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于磷酸鐵鋰。打個(gè)比方，我們在運(yùn)輸煤炭的時(shí)候，一般是無需特殊防護(hù)。而運(yùn)輸火藥，則需要特別小心，由專門組織用特殊車輛進(jìn)行運(yùn)輸。
那怎樣才能消除三元材料的危險(xiǎn)性呢？業(yè)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(shí)間，研發(fā)相應(yīng)的安全技術(shù)。目前頂配的ModelS使用了接近7000顆松下產(chǎn)三元鋰電池，對(duì)電池兩次分組，做串并聯(lián)。設(shè)置傳感器，感知每顆電池的工作狀態(tài)和溫度情況，由電池控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，防止出現(xiàn)過熱短路溫度差異等危險(xiǎn)情況。此外，特斯拉在碰撞防護(hù)上也可謂是做足了工夫，大量使用了高強(qiáng)度鋁合金、超高強(qiáng)鋼、防彈復(fù)合材料。
然而在這樣的嚴(yán)密防護(hù)下，特斯拉也沒有與事故無緣。從去年新聞報(bào)道的幾起特斯拉起火的事件來看，三元鋰電池遇穿刺會(huì)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(hù)，特斯拉依然會(huì)起火，只是特斯拉的重重保護(hù)給了車主一定的逃生時(shí)間，因此沒有發(fā)生重大的傷亡事件。
在小轎車的領(lǐng)域，目前主流的大型車廠展開的三元實(shí)踐也與特斯拉類似。通過數(shù)年的項(xiàng)目研發(fā)周期，通過嚴(yán)密的設(shè)計(jì)和層層的驗(yàn)證，消除各種可能的安全隱患，并保證上市時(shí)車輛的整體安全性。其核心質(zhì)量策略，可以說是“以時(shí)間換取質(zhì)量”。決定這些大型車廠這么做的原因，正是他們對(duì)保證乘客生命安全的高壓線態(tài)度。
公共交通領(lǐng)域 需堅(jiān)守安全底線
基于特殊的歷史原因，中國的客車企業(yè)并沒有轎車企業(yè)類似的正向開發(fā)流程。通常一款新的客車，從構(gòu)思到上市也就是3-6個(gè)月的時(shí)間。支撐這個(gè)“中國客車速度”的，是完全成熟的柴油機(jī)、變速器生產(chǎn)，以及相對(duì)簡單的車體結(jié)構(gòu)。
然而在新能源客車領(lǐng)域，因?yàn)榭蛙嚺潆娏看螅d客人數(shù)多，逃生門卻比較少。對(duì)安全性的要求實(shí)質(zhì)上是要遠(yuǎn)高于乘用車的。如果我們還是抄襲“中國客車速度”，不以嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的態(tài)度去對(duì)待安全這個(gè)底線，那么新能源客車行業(yè)出事故就是難以避免的。其實(shí)，在整個(gè)2015年，經(jīng)媒體公開報(bào)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(shí)相對(duì)緩慢的速度，使得乘客得以全部逃生。而發(fā)生爆燃的三元電池客車，是在無人狀態(tài)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(yīng)該吸取這些嚴(yán)重的教訓(xùn)，以更嚴(yán)謹(jǐn)、更慎重、更安全的態(tài)度研發(fā)產(chǎn)品，而不是一味追求經(jīng)濟(jì)利益，對(duì)公眾安全掉以輕心。現(xiàn)在是還沒出現(xiàn)重大安全責(zé)任事故，但萬一出了呢？那就會(huì)對(duì)行業(yè)產(chǎn)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(gè)新能源汽車行業(yè)。
別忘了，在安全與性能的取舍上，公眾安全永遠(yuǎn)是重中之重。對(duì)三元材料而言，雖然表面上國家暫時(shí)關(guān)閉了一扇“門“，別忘了還留著一扇“窗”。只要認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拈_發(fā)，三元材料在乘用車、專用車市場依然有廣闊的應(yīng)用，這些市場的規(guī)模也更大，更有潛力。什么時(shí)候，當(dāng)三元電池系統(tǒng)解決了熱穩(wěn)定問題，提高了系統(tǒng)安全性，通過了比轎車更為嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)測試，相信那便是“門”打開之時(shí)。
