近年來，新能源汽車產業迎來突飛猛進式的發展，特別是具備更高續駛里程的三元鋰電池電動汽車發展更為迅速，但頻繁出現的電動汽車自燃、起火現象引起了大眾對其安全性的高度關注。今年，僅在深圳市，就發生8起搭載三元鋰電池的電動物流車自燃事故。

近日，中國工程院院士楊裕生發文表示要正確看待鋰離子電動汽車的安全性，他認為三元鋰電池安全穩定性相對較差，從而應重視磷酸鐵鋰電池的發展。

楊院士的觀點引起了業內廣泛討論，也有人表達不同的觀點：“電動汽車自燃事故不應該由三元鋰電池來背鍋，發生起火事故與電池的技術路線選擇并沒有直接關系，磷酸鐵鋰電池如果沒有控制好也一樣會出問題。”

電動汽車事故頻發，三元鋰電池到底該不該背這個鍋?電動汽車到底應該選三元鋰電池還是磷酸鐵鋰電池?

我們現在使用的鋰電池都是鋰離子電池，此外還有鋰金屬電池，以鋰金屬或鋰合金作為負極材料的一種電池，最早在1912年便由Gilbert N. Lewis提出，當時的鋰金屬電池為一次電池(不可充電)，由于相比當時的其他電池，鋰金屬電池對加工、保存的要求高，因而沒有成為主流。

而鋰離子電池則比鋰金屬電池年輕許多，它采用鋰的金屬氧化物作為正極，于20世紀70年代誕生，但直到90年代，隨著電子產品的快速發展，對高功率、高能量密度電池的需求增大，鋰離子電池才開始成為主流。并且，鋰金屬電池隨著技術發展，近來有開始復興的趨勢，但還未形成潮流，本文主要討論的對象三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池均為鋰離子電池，除此之外，算上鈦酸鋰電池，這三種電池是主流的車用動力電池。

鋰離子電池的結構

鋰離子電池的主要結構包括正、負極、電解液、隔膜和其他一些附件。其中正極材料是研究的重點，三元鋰和磷酸鐵鋰均描述了鋰離子電池的正極材料。而當前應用的負極材料主要為石墨，結晶度高，導電性好，對鋰離子的容量大，達到了372mAh/g，大大超過了正極材料的容量，這也是為什么現在主要研究正極材料的原因。

鋰電池的電解液與傳統電池(鉛酸電池、鎳鎘電池等)不同，不采用以水為溶劑的電解液，因為水的了理論分解電壓只有1.23V(想想上一期的燃料電池單電池理想電壓)，因此，以水為電解液的電池電壓最高不過2V左右。而鋰電池的電壓在3-4V左右。常用的電解質材料為無機陰離子鋰鹽，LiBF4、LiPF6、LiAsF6這三類。溶劑則有酯類、醚類和颯類。

隔膜則是起隔斷電子和透過離子作用，使電子必須從外電路遷移，而離子則可以通過電解液移動，保證外電路有電流通過，防止電池內短路。隔膜材料有單層PE、單層PP、三層PP等。

鋰離子電池充放電的基本原理

一、電池是將氧化還原反應的化學能轉化為電能的裝置。典型特征就是電極上反應物得失電子，通過外電路流動，進而便產生了電流。正負極之間的電荷傳遞是通過電解液中陰陽離子的運動形成的。

二、二次電池是指可多次再充放電的電池，其內部發生的電化學反應是可逆的。電池放電，內部的A物質變成B物質，化學能變成電能;而充電時，B物質又能夠變回A物質，電能變成化學能儲存。

充電時鋰離子從正極材料的晶格中脫出經過電解質嵌入到負極材料層中;放電時鋰離子從負極材料晶格中脫出，經過電解質嵌入到正極材料中。而電子則通過外電路，形成電流。

對于鋰離子電池而言，正極材料的開發是其關鍵技術。理論上，可以實現鋰離子脫嵌的物質都可以作為正極材料，但實際上，這并非易事。出于性能考慮，它需要有良好的導電性、較大的放電倍率以及與電解質良好的相容性;出于壽命考慮，它需要有高度的可逆性和較弱的極化效應，出于安全考慮，它需要保證良好的穩定性和溫和的電極過程動力學。

磷酸鐵鋰電池與三元鋰電池

磷酸鐵鋰電極材料是目前最安全的鋰離子電池正極材料，加上其循環壽命達到2000次以上，標準充電(5小時率)使用，可達到2000次的循環性特點，再加上由于產業成熟而帶來的價技術門檻和技術的下降，使得很多廠商出于各種因素考慮都會采用磷酸鐵鋰電池。可以說新能源汽車的興起，和磷酸鐵鋰電池有著不可或分的關系。

不過，磷酸鐵鋰電池有一個致命性的缺點，那就是低溫性能較差，即使將其納米化和碳包覆也沒有解決這一問題。研究表明，一塊容量為3500mAh的電池，如果在-10℃的環境中工作，經過不到100次的充放電循環，電量將急劇衰減至500mAh，基本就報廢了。這對于我國幅員遼闊，冬天低氣溫的確較多的綜合國情來說，的確不是一件好事。

此外，材料的制備成本與電池的制造成本較高，電池成品率低，電池一致性差，這也是導致很多純電動汽車續航能力并不能達到標稱值的重要原因。因此，我們可以看到國內有不少的新能源汽車(無論是純電動還是混合電動)，或者是一些比較廉價的新能源汽車，會出于不同的原因選擇磷酸鐵鋰電池。可以說，磷酸鐵鋰電池的使用，對于新能源汽車量產落地以及推廣，都有著不可磨滅的奠基作用。

對比之下，三元聚合物鋰電池的確有著更優于磷酸鐵鋰電池的特質，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，三元復合正極材料前驅體產品，是以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料，里面鎳鈷錳的比例可以根據實際需要調整。三元鋰電池能量密度更大，但安全性經常受到懷疑。

之所以會有這樣的原因是即便這兩種材料都會在到達一定溫度時發生分解，三元鋰材料會在更低的200度左右發生分解，而磷酸鐵鋰材料是在800度左右。并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。說簡單點，就是三元鋰材料比磷酸鐵鋰材料更容易著火。不過需要注意的是，我們提到的是材料，而不是已經成為成品的電池。

正因為三元鋰材料有這樣的安全隱患，所以廠商也在努力往抑制產生事故的方向走。根據三元鋰材料容易熱解的特性，廠商在過充保護(OVP)、過放保護(UVP)、過溫保護(OTP)、過流保護(OCP)這幾個環節上都會下不少的功夫。所以自燃事件更多是應該考量廠商在這幾個環節的功能是否落實到位，而不是簡單的因噎廢食。

磷酸鐵鋰電池與三元鋰電池之比較

放電性能測試

三元材料電池放電曲線

磷酸鐵鋰電池放電曲線

放電數據比較

從圖表可得出，相同體積電池，正極使用三元材料比使用磷酸鐵鋰材料放電容量高19.4%，比能量高37.5%，放電比功率高39.7%。由于三元材料質量比容量、壓實密度均高于磷酸鐵鋰材料，所以使用三元材料電池放電有較大優勢。

充電性能比較

三元材料電池充電曲線

磷酸鐵鋰電池充電曲線

充電數據比較

循環性能比較

三元材料電池循環3 900 次剩余容量66%，磷酸鐵鋰電池循環5 000 次剩余容量84%，循環壽命比三元材料電池，磷酸鐵鋰電池優勢明顯。按照剩余容量/ 初始容量=80%作為測試結束點，目前三元材料電池實驗室1 C 循環壽命在2 500 次左右，磷酸鐵鋰電池實驗室1 C 循環壽命在3 500 次以上，部分達到5 000 次以上。

不同溫度放電測試

不同溫度電池的放電比較如圖4 所示。在55 ℃條件下放電，三元材料電池與磷酸鐵鋰在常溫下比較，放電容量都沒有差別，-20 ℃條件下放電，三元材料電池放電容量/ 常溫容量比例比磷酸鐵鋰電池高15%。

三元材料電池不同溫度放電曲線

磷酸鐵鋰電池不同溫度放電曲線

放電數據

2018年2月，《關于調整完善新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知》發布。新政規定，續駛里程在150公里以下的電動車將不再享受補貼。同時，明確了補貼進一步向能量密度高、續航里程長的電池技術路線傾斜。

應對新政，市場也作出了響應，將長續航、高能量密度作為下一步進攻的方向。在此之下，綜合安全性能、成本等因素考慮，產生了三元電池與磷酸鐵鋰電池技術路線之爭。

中國化學與物理電源行業協會秘書長劉彥龍分析指出，“從市場需求看，乘用車將是新能源汽車產業增長的主要方向。三元電池的高能量密度特性更能滿足新能源乘用車需求。因此，三元電池成為動力電池技術發展的重點。隨著技術進步，三元電池的成本逐步降低，安全性逐步提高，其對磷酸鐵鋰電池的擠壓將加劇。”

在電池技術路線的選擇上，比亞迪電池事業群第二事業部總監張春昱表示，“我們不會放棄磷酸鐵鋰技術路線。”2020年補貼將退出，消費者對新能源汽車價格將更為敏感。而磷酸鐵鋰電池在價格以及安全方面占有優勢，A00級小車未來可能重回磷酸鐵鋰技術路線。

新能源汽車競爭的核心是動力電池之爭，“動力電池技術路線之爭”仍將持續，三元抑或磷酸鐵鋰，或是其他新技術都將由市場需求決定。