三元鋰電池工作原理_為何三元鋰電池在商用車上被禁用

三元聚合物鋰電池是指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰（Li（NiCoMn）O2）三元正極材料的鋰電池，三元複合正極材料前驅體產品，是以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料，裡面鎳鈷錳的比例可以根據實際需要調整，三元材料做正極的電池相對於鈷酸鋰電池安全性高，但是電壓太低，用在手機上（手機截止電壓一般在3.0V左右）會有明顯的容量不足的感覺。

三元聚合物鋰電池在容量與安全性方面比較均衡的材料，循環性能好於正常鈷酸鋰，前期由於技術原因其標稱電壓只有3.5-3.6V，在使用範圍方面有所限制，但到目前，隨著配方的不斷改進和結構完善，電池的標稱電壓已達到3.7V，在容量上已經達到或超過鈷酸鋰電池水平。

三元鋰電池工作原理

鋰電池是幾年出現的金屬鋰蓄電池的替代產品，它的陽極採用能吸藏鋰離子的碳極， 放電 時，鋰變成鋰離子，脫離電池陽極，到達鋰電池陰極。鋰離子在陽極和陰極之間移動，電極 本身不發生變化。這是鋰電池與金屬鋰電池本質上的差別。鋰電池的陽極為石墨晶體，陰極 通常為二氧化鋰。充電時，陰極中鋰原子電離成鋰離子和電子，並且鋰離子向陽極運動與電 子合成鋰原子。放電時，鋰原子從石墨晶體內陽極表面電離成鋰離子和電子，並在陰極處合 成鋰原子。所以，在該電池中鋰永遠以鋰離子的形態出現，不會以金屬鋰的形態出現，所以 這種電池叫做鋰電池。

三元鋰電池在商用車上被禁用

在中國電動車百人會上，工業和信息化部裝備司司長張相木的一句話引起了很大的爭議。他是這麼說的：「工信部將組織開展對三元鋰電池的風險評估，在評估完成前，暫停三元鋰電池客車列入新能源汽車推廣應用推薦車型目錄。」

針對這樣的消息，電動車百人會信息部特地發布了一條公告，說百人會只是一個平臺，而不代表任何一方表態。根據目前的報導，也有企業透露目前相關管理機構已經暫停了三元材料的電動大巴的公告受理，但真實性有待考量。

對商用車使用三元鋰電池提出反對意見，主要還是出於安全考慮。但為什麼三元鋰電池會「躺槍」，得從原理說起。

三元鋰 VS 磷酸鐵鋰

「三元鋰電池」全稱是「三元聚合物鋰電池」，指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰三元正極材料的鋰電池。這一命名方式是根據電池的「正極材料」劃分的，除此之外，還有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰電池。除了根據正極材料劃分，還可以根據外形、外包材料、電解液來劃分電池類別。

三元鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰都可以在電動車上用。說了這麼多「鋰」，你可能有點暈，但今天的主角是三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池。

三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池各自特性不同，主要矛盾集中在「能量密度」和「安全性」上。三元鋰電池能量密度更大，但安全性經常受到懷疑。磷酸鐵鋰電池雖然能量密度小，但大家說它更安全。

所謂「安全性」的差異，主要還是在正極材料上。

這兩種材料都會在到達一定溫度時發生分解，三元鋰材料會在 200 度左右發生分解。並且三元鋰材料的化學反映更加劇烈，會釋放氧分子，在高溫作用下電解液迅速燃燒，發生連鎖反應。而磷酸鐵鋰會在 700-800 度時發生分解，不會像三元鋰材料一樣釋放氧分子，燃燒沒那麼劇烈。說簡單點，就是三元鋰材料比磷酸鐵鋰材料更容易著火。注意，我們這裡提到的只是「材料」。

從總的趨勢來看，國內車企乘用車紛紛轉向使用三元鋰電池，包括北汽、比亞迪、江淮等。相應的供應商也在加速三元鋰電池的生產，比如億緯鋰能在半年報中透露，二期工廠將主要生產三元鋰電池。

至於磷酸鐵鋰電池，越來越多的活躍在電動客車市場。去年 11 月，磷酸鐵鋰電池的電動大巴裝機量佔到了 64.9%，三元鋰電池裝機量只有 27.6%。相反，在純電動乘用車市場，三元鋰電池在去年 11 月的裝機量超過 76%。

問題不在於用哪種電池

我們前面提到的，只是三元鋰材料和磷酸鐵鋰材料特性的差異。而最終決定安全性的，是整個動力電池系統。

由於鋰電池的特性，所以必須要有 BMS（Battery Management System）。主要功能包括過充保護（OVP）、過放保護（UVP）、過溫保護（OTP）、過流保護（OCP）等功能，一旦發生意外，能夠立刻切斷電流。

如果電池熱解了，先得問問 BMS 是不是合格的。

所以單純認為三元鋰電池不安全，是不太合適的。三元鋰材料容易熱解，但是不代表三元鋰電池不安全；磷酸鐵鋰材料不易熱解，但是不代表磷酸鐵鋰電池就是安全的。

動力電池的安全，是一個系統問題，不只是材料的原因。從之前的純電動客車自燃事故來看，有三元鋰電池，也有磷酸鐵鋰電池。但事故並不能說明某種電池是失敗的，涉及因素太多了，燃油車自燃也數不勝數。

其實，我們更應該關注的是如何阻止失效電池單體危害其他單體，受工藝水平限制，不可能把所有電池單體一致性保持在 100%。

振華新能源總經理李樹軍在最近的 GNEV 大會上就認為，高能量密度材料的使用，面臨鞭炮還是手雷的選擇。所以，務實的做法是關注模塊安全，而它的重點是失效隔離與安全保護。單體失效是無法避免的現象，但可以通過對單體進行控制，來預防模塊失效。

再宏觀一點兒來看，如果使用三元鋰電池是為了獲得更高的續航裡程，那麼其實還可以有很多其他方式來實現，比如車子的輕量化等等，這更是一個系統性工程。

但是，如果從政策上就限制住了三元鋰電池，是不是這些相關的電動車技術也要面臨「偏廢」？

總之，電池類型的選擇，是要與產品定位和技術相符的。如果因為大巴易發生大規模傷亡，就禁止三元鋰電池在大巴上使用，那小車怎麼辦？

陰暗一點兒想，是不是還有「國家保護」的私心呢？如果限制三元鋰電池應用在商用車上，最大的受益者可能就是國內的磷酸鐵鋰電池生產企業了，因為韓國電池企業主打三元鋰電池並且走低價路線。不過，這種「保護」真的有利於國內電動車以及相關技術的發展麼？

其實，技術是可以解決材料天生缺陷的，而通過政策來幹預技術的發展是值得考量的。

在一個汽車工程師的微信群裡，有過一個觀點：電動車著火不是壞事，甚至早出事比晚出事好。問題的關鍵不在於使用哪種電池，而是在於我們的電動車增速太快了，由此帶來大量的低質產品，這些才是真正的安全隱患。

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