什么原因导致电池起火？
来源：宝鄂实业
2019-03-18 12:43
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锂离子电池在智能手机，笔记本电脑和电动汽车中安装数十亿次。它们因其高能量密度而受到重视。但锂离子电池在过去几年也引起了负面新闻：图像显示笔记本电脑焖烧，智能手机烧坏。“燃烧”电池内部会发生什么，这可以防止吗？
由于他们首先在摄像机来到世纪90年代初，锂离子电池已经开始在全球范围内的成功：今天，数以亿计的这种电池的智能手机和笔记本电脑每年建成，而且在电动汽车和飞机找到他们。“锂离子技术实际上首先使智能手机和笔记本电脑成为可能，”研究人员说。“与其他电池相比，它们具有迄今为止最高的能量密度。”
但是，如果电池内部发生短路，这种性能也可能是有害的。这是非常罕见的，数十亿的电池只有几十个受到影响 - 但是通过媒体一遍又一遍地反复出现熔化甚至爆炸的锂离子电池的图像。
与其他电池一样，锂离子电池由两个电极组成。负极，阳极和正极，即阴极，通过所谓的隔膜分离，所述隔膜可透过锂离子。电极之间的空间另外填充有电解质。电解质是液体，锂离子应尽可能自由地移动，但不导电。
在新充电的智能手机或笔记本电脑中，锂最初是阳极上的电中性锂原子形式。阳极材料由石墨组成，其中嵌入锂。如果手机或计算机正在消耗电力，则会发生以下情况：在电池内部，锂离子通过电解质而隔板到达阴极再次存储。同时，阳极材料发射电子，该电子也通过外部电路流到阴极。
在充电过程中，该过程被反转：现在，由于施加的电压比所述电压在电池盛行时，锂离子移动回到阳极和存储在那里。“电池充电是因为阳极处的锂电位更高，”Figgemeier解释道。所以你必须施加能量将锂从阴极带到阳极 - 相反，能量被释放。锂离子特别好，因为它们可以在电池中产生特别大的电位，即大约4伏。对于其他电池，这些电位并不高。“具有如此高的能量密度，基本上可以释放更多的能量。可能发生在你身上的最糟糕的事情是四伏短路。“
当不受控制的电流在阴极和阳极之间流动时发生短路，因为两极之间的电压下降到接近零 - 例如因为两个电极接触或者由于它们之间的金属连接。“然后，能够在很短的时间内非常有选择地释放能量。温度在这些点上升得非常高，并且电池可以以超过有机电解质的着火温度的方式加热，“Figgemeier描述了该过程。“当这种情况发生时，它确实会发生变化，因为电解质会大量降解，从而释放更多的能量，并且还会从阴极提供氧气，从而在内部释放氧气。
对磷酸铁锂材料厂而言，最大困境在于客车市场销售增速放缓，而储能领域难以短期上量。同时，受制于磷酸铁锂电池本身能量密度的短板，无法抓住乘用车这一高速增长的市场。
真锂研究的数据显示，2018年前三季度，在29.5GWh的动力电池总装机量中，EV乘用车市场前3季度累计装机16.1GWh，占比达54.4％，排名第一。单看今年9月的数据，电动乘用车实现装机3.31GWh，比去年的总和还多，同比增长高达165.6％。
“以前是得电动客车者得天下，现在是得电动乘用车者得天下。”墨柯说。
今年前三季度，在电动乘用车16.06GWh的总装机量中，13.98GWh采用三元电池，占比约为87％；而磷酸铁锂电池占比仅12％。“还有少数乘用车在用磷酸铁锂电池。比如，不追求高续航、用于城市通勤的乘用车，或者低速车。”天风证券分析师杨藻指出。
磷酸铁锂电池和三元电池能量密度差距有多大？“目前磷酸铁锂单体电芯能量密度约在140-150Wh/kg，电池系统能量密度约为110－120Wh/kg。而常见的三元电池单体电芯为200Wh/kg，系统能量密度约在140Wh/kg。”罗焕塔告诉中国证券报记者。
为何高能量密度成为电池厂、车企竞逐的目标？一方面受补贴政策引导。根据2018年6月实施的补贴新政，电池系统能量密度补贴门槛由2017年的90Wh/kg提升105Wh/kg，105（含）-120Wh/kg的车型按0.6倍补贴，120（含）-140Wh/kg的车型按1倍补贴，140（含）-160Wh/kg的车型按1.1倍补贴，160Wh/kg及以上的车型按1.2倍补贴。换言之，搭载磷酸铁锂电池的乘用车只能拿到0.6倍或1倍的补贴，而三元电池一般而言至少能拿到1倍以上补贴。
另一方面，对于乘用车而言，系统能量密度高低至关重要。电池的能量密度指的是电池平均单位体积或质量所释放出的电能，会影响到车辆的续航里程。“举个例子，200公斤电池包，如果能量密度是140Wh/kg，200KG可以装28度电。如果能量密度是120Wh/kg，200KG可以装24度电。这对乘用车而言很要命，因为乘用车内部空间有限，整体结构设计中只有200公斤左右的重量留给电池包，装28度电当然比24度电跑得更远。”墨柯告诉记者。
头部磷酸铁锂电池厂正在努力补足这一短板。比亚迪相关人士向中国证券报记者透露，目前公司磷酸铁锂电池系统层面能量密度最高可以做到140wh/kg。
国轩高科今年9月接受机构调研时表示，已完成了磷酸铁锂单体能量密度由170Wh/kg向180Wh/kg产线升级改造。接近三元523的性能指标，且能满足新能源汽车300公里以上的续航里程。同时计划2019年将磷酸铁锂单体电芯能量密度最高提升至接近200Wh/kg。
头部企业尤其是早期技术路线偏向磷酸铁锂的企业多在进行两手准备，提升磷酸铁锂技术路线的同时，蓄力发展三元电池。
上述比亚迪相关人士指出，目前比亚迪商用车和E6仍然在使用磷酸铁锂电池，乘用车今年已经全部换装三元电池。2018年，比亚迪在青海新增了24GWh的三元电池产能，加上截至2017年底16Gwh的总产能（其中6Gwh是三元电池，10Gwh是磷酸铁锂电池），预计2019年年底动力电池总产能达40Gwh。
国轩高科表示，正全力推进三元电池开发及投产，已完成原有两条111产线升级为三元622产线的改造，并已稳定、批量向客户供货。同时新建的4GWH升级版三元产线，已经完成一条产线的打通，预计四季度供货。
“以前走磷酸铁锂路线的中小电池厂要转换三元路线就没那么容易。一来原来上游供应商的关系都在磷酸电池体系上，要重新建立三元体系比较困难；二来还要与现有电池厂在客户资源上展开竞争。”墨柯指出。
能否收复失地
磷酸铁锂能否收复乘用车市场失地，首要问题是提高磷酸铁锂能量密度会否引发安全问题。
“虽然能将磷酸铁锂单体电芯能量密度做到180Wh/kg以上，但多数还处于小试或者中试阶段，未大批量上市，还需要进一步验证产品的稳定性和可靠性。”罗焕塔指出。
墨柯强调，磷酸铁锂极致追逐能量密度或引发安全问题。一般来说，单体电芯单位空间聚集的能量越多，瞬间爆发出来的危害性越大，安全性越低。由于磷酸铁锂电池能量密度普遍低于三元电池，安全性相对高一些。
“与三元电池通过提高单体电芯提升能量密度不同，磷酸铁锂电池提高能量密度的方式主要是提高电池整体成组效率。”墨柯强调，这里面潜藏危险。电池成组效率越高，意味着其中安全部件减少。一般来说，磷酸铁锂电池成组效率80％属于正常水平，现在有些厂家已经做到90％以上。
另一个争议的焦点是补贴政策退出后，磷酸铁锂会否因为价格优势实现逆袭？
国轩高科接受机构调研时表示，随着补贴退坡，磷酸铁锂的低成本、长寿命、高安全性等优势在乘用车领域将逐渐突显。
今年8月26日，比亚迪董事长王传福接受中国证券报记者关于“怎么看待磷酸铁锂电池和三元电池的技术路线之争”的提问时表示，两种电池都很重要，未来将根据不同的情况进行应用。
“比如，商用车、大巴、卡车更多采用磷酸铁锂电池，轿车、乘用车使用三元电池更多一些。如果三元电池原料价格持续上涨，一些低端乘用车、对价格很敏感的车辆可能重新采用磷酸铁锂电池。成本上涨不利于三元电池发展。未来电池路线由成本、技术多方面平衡后形成的市场决定。”
杨藻认为，即使补贴退出，乘用车追求高能量密度总体趋势还是不会改变。“这是市场决定的。一方面消费者对续航能力有要求；另一方面能量密度越高，车辆装载的电池越少。现在很多整车装了电池后，车内空间大大减小，导致后备箱空间缩减或者后排座椅突出。”
