使用三元锂电池的新能源车容易自燃么？

在2016年1月，一则新闻震动了中国的电动汽车界和电池界，并引起了全社会的广泛关注：在中国电动车百人会上，工业和信息化部装备司司长张相木的一句话“工信部将组织开展对三元锂电池的风险评估，在评估完成前，暂停三元锂电池客车列入新能源汽车推广应用推荐车型目录”引起了广泛的争议。甚至针对该消息，电动车百人会信息部当时甚至特地发布了一条公告，说百人会只是一个平台，而不代表任何一方表态。接下来，该信息引起了社会各界的广泛争议，赞成者有之，批判者也很多。

赞成者：

工程院院士杨裕生就曾经在百人会上提到，动力电池用量越大，比能量越高，发生事故的概率就越大，安全性必要充分重视。而国内动力电池厂商的三元电池质量参差不齐，暂缓补贴三元电池的初衷是为了规范行业和市场，因此该措施存在必要性。

在汽车界专家陈光祖看来，是一个行业领域里再常规不过的政策，“政府从安全性角度出发，考虑到载人数百人的大巴规避事故的必要性，暂停三元锂电池搭载客车补贴，这并不稀奇。”

批判者：俄罗斯圣彼得堡国立技术大学的王庆生在三元材料的沙龙上提出，三元材料与磷酸铁锂等材料各有利弊，使用过程中怎么样控制好和使用好才是更为重要的，发挥电池材料的优势是关键。而在日韩企业技术领先的情况下，推动中国三元系的发展显得尤为迫切。

比克电池研发中心副高级工程师宋华杰呼吁，希望尽快解决这个问题，鼓励三元电池向前健康稳健的发展，应该由政府、学界及相关企业共同参与研究制定加强安全性的新标准，再根据新标准对所有电池产品进行评估认证后，制定新的目录。更有汽车行业内的专家表示，电池管理系统导致的安全隐患比单纯电池引发的还要多，防止热失控、过充放的控制的任务更为关键。

虽然争议不断，但是禁用的风波和后续的影响仍然随之到来。实际上，早在今年1月14日工信部发布的《新能源汽车推广应用推荐车型目录》中，三元系电动商用客车已经消失。“未进入《目录》的车型将无法享受政府补贴以及免购置税（10%）的政策优惠。而在应对反应方面，有新闻说很多电池企业采取了“抗压不停产”的策略，更有人除了对这一决定表示“不理性，有失公允”之外，还在质疑甚至提出了商业阳谋论——有背后的势力推动此事。不少电池企业已经表示，在此政策下，三元电池订单明显减少，影响了企业的发展运行，比如今年春天，位于陕西的某三元电池厂家的生产就遭遇了极大困难。

实际上，三元材料这一性能非常优异但是也有自身本征缺点的材料，近年来一直都处于聚光灯下的焦点位置。那么笔者将在文中，从三元材料与磷酸铁锂（LFP）材料的对比、发展历程、技术瓶颈、各方利益诉求等多方面来分析。

三元材料VS LFP 材料分析

三元材料即我们常说的锂离子电池用的正极镍锰钴材料，为层状结构，化学式为Li(NixMnyCo1-x-y)O2。三元材料的专利最早由美国3M公司申请，目前有许多厂家在从事该类材料、电池的研发和生产。三元材料(NMC)实际上综合了LiCoO2（稳定结构，抑制阳离子混排，提高电导，改善循环）、LiNiO2（高能量密度）和LiMnO2（结构稳定性和安全性）三种材料的优点，由于Ni、Co和Mn之间存在明显的协同效应，因此NMC的性能好于单一组分的层状正极材料。

尤其是随着2011年使用松下18650的NCA电池TESLA MODEL S的横空出世（NCA是NMC材料的近亲，本质上也是高镍、高比能量的正极材料），三元材料在最近几年热到飞起，各大材料、电池厂商都纷纷转向该领域，力图制备更高能量密度的材料和电池。目前的电动汽车大多都在要求更高的续航里程，尤其是近一年来，高镍材料的研发投产开始风生水起（高能量密度），这正是导致这两年三元材料大热的核心驱动力。

之前我国曾经一度坚持过以LFP为主的路线，其实三元材料的上升与磷酸铁锂（LFP）这两年的略显尴尬的地位基本是相关的。虽然LFP材料有安全性能优秀，倍率性能不错而且对原料资源要求更低等优点，但是近年来因为专利授权、LFP材料低温性能差（今年冬天电动车续航里程低一半的新闻沸沸扬扬）、能量密度低（里程焦虑是电动汽车的重要问题）、工艺应用性能不佳、等困难，这两年的LFP在电动汽车行业（尤其是家用乘用车）中整体表现不如三元材料，甚至有消息连一直坚持该路线的BYD，在“宋”上也将要搭载三元电池。

国务院颁布的《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）》中提及，单体电池能量密度至2020年动力电池模块的能量密度要达到300Wh/kg（对应的单体电池能量密度至少达到330Wh/kg以上），而想要实现这一目标对于LFP来说明显是几无可能的，三元材料基本是唯一的出路（在这里先不考虑产业化前景不太明朗的固溶体材料）。这使得近来年越来越多的动力电池企业和整车企业将目光转向了三元锂电池。但是在商用大巴领域，因为对安全性的重视、对能量密度要求的相对弱化，LFP仍处于比较优势的地位，BYD的K9热销就是明证。

有关于三元与LFP材料的具体性能分析对比，笔者在以前的一篇文章中曾做过深入剖析。因为篇幅所限，本文将不会对技术机理的信息深入剖析，有兴趣的朋友可以自己研究：“Tesla Motors 为什么不使用以磷酸铁锂为正极材料的锂离子电池？”

三元材料VS LFP 背后的各方势力

在前几年，我国曾经把宝押到了LFP电池路线上，寄希望于LFP电池的电动汽车可以助中国的电动汽车乃至汽车工业实现“弯道超车”，而实际上学术界和工业界对于电池路线的争论实际上从来就没有停止过，但在近两年，我国也开始调整之前仅仅对于LFP路线的重视，开始强调多种电池技术路线都要发展。

反观我们的日韩邻居，似乎从一开始就在走LMO/NMC的体系路线，对于LFP一直显得不冷不热。原因可能主要有下：

1） LFP专利的持有单位HYDRO QUEBEC一直比较高调，对于自己专利保护的比较严，很难“绕开”，大规模生产LFP需要与该公司和解，需要支付的费用较高。

2） NMC专利的持有单位3M公司相比之下就显得要“好说话”一些，与多家生产三元材料的企业都已经签署了专利授权协议。实际上，3M公司在锂电材料企业中算得上是一个“异类”，主要靠基础研发、专利布局和授权来实现盈利，自身并不直接涉及生产业务，这也是值得中国高新技术企业学习的一种发展模式。

3） LFP材料制备难度相对较高，应用工艺性能、低温性能等不够理想。从单纯追求电池性能来说，不是最优选择。

4） 对于“安全性”这个三元材料的本征问题，不同群体的理解和应对措施不同，这个将主要在下一部分介绍。

实际上，三元材料通过成分的优化，可以实现性能的提升，比如表面富锰的安全型材料，以及高镍的能量型材料，因此随着研发投入，从333，532，到622，711甚至811，三元材料的性能一直在上升并且还有空间。国外的大型化工企业巨头（UMICORE、3M、BASF、LG、PANASONIC）在这方面技术积累雄厚，自然愿意继续深耕；反观LFP材料，其升级产品磷酸锰铁锂LMFP性能提升幅度相对有限，磷酸钴锂的产业化则显得遥遥无期，国外（愿意）深耕于此领域的企业要少些，笔者主要知道的大概有HYDRO QUBEC、大名鼎鼎的A123等。虽然国内有BYD一直肩扛大旗，但是从材料的发展前景和潜力上可能要打一个问号。笔者也曾经对这方面的问题展开过讨论，见文章“如何评价比亚迪新公布的磷酸锰铁锂电池？”

近年来，随着松下NCA电池在TESLA的成功以及要在大连建厂的新闻，SAMSUNG和LG三元电池在中国的攻城掠地，国内电池厂商也面临了巨大的压力，“狼来了”的呼声也不绝于耳。虽然现在国内也有不少厂商生产三元材料/电池，也有了一些不错的产品，但中国的电池工业总体来说鱼龙混杂，生产电池质量参差不齐，相比于日韩整体还处于偏中-低端是事实；甚至很多有识之士已经指出，随着新能源汽车的推广力度增加和使用时间延长，2016年由动力电池引发的安全事故可能会增加。

笔者认为这次禁用三元电池的风波，首先安全是一个主因，然后延缓日韩企业的扩张至少这是促成该决定的一个重要因素；另外一个原因可能也比较明显，就是该政策的受益者是LFP电池（材料）企业，那么这些企业也有可能在此政策决定背后起到了一定的影响作用。比如以磷酸铁锂电池为主产品的G企业在今年2月份就获得了20亿的大单，客户以大巴企业为主，其中三元电池风波的影响应该对该公司的业务产生了积极作用。

三元材料VS LFP-安全问题？不只涉及到电池材料一个方面

三元材料与LFP的竞争其实是一个老话题，两种材料各有优缺点。相比于LFP，三元材料最大的短板一直都是公认的安全性能。而三元材料的安全，其实主要的核心落在了电池是否安全这个中间焦点环节上。

其实对于电池的安全性，材料界/电池界/汽车界的各种声音一直都有，大家基于自己的立场都有自己的观点，笔者梳理了一下一些行业内的观点，在这里进行分析讨论：

材料行业：三元材料安全性不及LFP是事实，其热分解温度低，分解后释放出氧气，如果发生事故会更剧烈。但是毕竟该材料应用工艺性能好，能量密度高，制备方法难度适中，因此总体来说三元材料在制备和使用方面是有优势的。三元材料目前可以通过表面改性、制备富锰结构或者其它包覆结构来改善材料安全性能，是有一定的效果的，但是目前仍然不能达到LFP材料的等级。另外，三元材料与LFP、LMFP共混，两种材料在能量密度、安全性上可以取长补短，这也是一个值得探索的方向。

电池界：对于电池来说，安全性不仅仅取决于正极材料，石墨负极、电解液、隔膜，以及电池壳体等等都会对于电池的整体安全性造成影响。因此电池界的很多人士对于三元材料电池做了很多优化工作，在安全性上比较有帮助的措施有：石墨负极优化；电解液成分调节与使用添加剂；使用陶瓷隔膜；以及电池结构优化等。

以微宏动力为例，在3月19号水立方的发布会中，微宏发布了其不燃烧电池技术。其实微宏的电池一直以钛酸锂的快充体系为主，其电池的循环、倍率等特性较为优异，而这次发布会浓墨重彩地主打安全牌，也不难看出其对于安全的重视，希望依靠自己产品的安全形象来占据市场，获得政策支持等的考虑。据笔者所知，微宏在电解液添加阻燃剂、使用先进形貌、材质的陶瓷隔膜、高性能钛酸锂负极材料方面所做的工作，无一不是在围绕电池安全性能的优化目标。微宏这次能够发布此次“不燃烧电池技术”，其技术路线上做出的努力值得同业者参考学习。而这也再次验证了一点，就是电池的安全并不只是正极材料自己的事情，还有许多其它因素需要控制。

此外对于安全性的控制还有非常重要的一点，就是使用优质的原料，并且在电池整体生产过程中加强控制，提高产品质量。实际上，现在中国电池处于中低端的很重要的原因就在于很多企业、研究院所没有把从材料到电池过程中的每一个环节精细控制到极致，而这些控制往往是需要资本、技术、人才、管理的密集才能实现的。

目前中国的产学研和工业研发界的奇特一幕在于，一方面政府也在加大资金投入和政策和支持，另一方面利益往往都为被骗补、非一线技术人员、不懂技术的高层管理者以及一些距离工业实用化明显过于遥远的产业（甚至有的只能称为技术，都还算不上实质性的产业）所瓜分。在这样的情况下，真正在为中国制造升级出力的一线技术研发人员、一线技术管理者、潜心做产学研的有工程实践素养的学者反而一直在忍受的清苦的生活，这对于材料产业——这一需要技术积累沉淀底蕴、不能过分急于求成，需要投入的产业的振兴是不利的，高端的材料恰恰是制约中国制造转型升级的一个重要因素。

真正实质性的投资、对于技术人员的尊重、对于科研生产规律的遵循和敬畏都是电池质量提升的必经之路，在这方面日韩企业已经给我们树立了相当好的榜样。加速发展和创新的心情固然可以理解，但是从根本上加强研发投入、采用高标准大规模的生产线，给予研发生产人员合理的报酬以提高积极性，加强真正现代化的生产管理制度可能不只对于锂离子电池界，对于整个中国制造的升级转型，配合供给侧改革，才是笔者眼中更合适、长效性的问题解决方案。

汽车企业：汽车企业对于电池的诉求往往更多集中在能量密度+安全两方面。电动汽车技术的瓶颈仍然是电池，里程焦虑是大家的关注核心，当然安全性也很重要，但是哪一个排第一位可能就是一个有趣的讨论话题。在普通小型乘用轿车上，企业的确更关心能量密度（续航里程），而在安全方面则一般则通过优化电池控制管理系统BMS来解决（降低）问题，BMS对于电池的热管理、充放电状态的管控可以说至关重要，TESLA的成功很大程度就是因为其惊艳的BMS。但是这里的一个问题就是：BMS的优化不能解决所有问题，电池本身的特性（材料，设计），甚至包括电池的一致性（这也是国产电池处于中低端的一个重要体现），都会影响最后的安全效果。所以即使是做到极致的TESLA，也会发生充电着火的事件，2016年1月3日挪威就有一起，就更不用说其它品牌的汽车了。

总之，如果是重视程度上能量密度>安全性的场合，那么目前三元材料就比LFP更有优势（如小型乘用车），如果是安全性>能量密度时，那么LFP就更受青睐（尤其是大巴）。但是如果考虑到各种不确定因素，要控制风险的话，LFP安全性仍然更优，这大概也是本次停用三元材料的主因。

结语：中国工业，制造业升级，面临的问题复杂

就在3月16日，据来自工信部的相关人士透露，就三元电池暂无法申报客车准入目录一事，经多方意见核实，初步形成如下意见：搭载三元电池/钛酸锂电池（正极材料为三元）组的新能源客车，若需申报准入目录，需经核心机构检测确认后，方可向主管部门提交目录申请。这意味着三元电池客车是仍然可以申报目录的。

基于以上的消息以及最新的新闻动态，实际上说到这里大家可能已经看出来了：笔者认为电动汽车电池的安全性其实不只是一个点（三元材料安全性）上的问题，而是一个面上的整体任务，涉及到了各个领域、方面的多个因素。目前中国的电池行业中在蓬勃发展，去年好多电池、材料企业都发生了供不应求的现象，但是过热的隐忧也在出现。外加上骗补风波的不断发酵，电池领域的虚假夸大新闻频发，资本界的四处活动宣传，新能源汽车领域可以说在目前已经发展到了一个欣欣向荣而又危机四伏的十字路口。

中国工业大而不强、在高端市场乏力的特点目前同样发生在了电池工业中，比如近来沸沸扬扬的某锂原料企业与某材料企业的原料质量争议、扭扭车使用低质锂电池导致召回，再到电动车领域中的日韩企业“狼来了”无一不是体现。完美的材料是不存在的，做为能量存储的器件，你想让它储能量密度高同时安全性能像LFP一样好，这个恐怕非常难以实现。三元电池是有优势但是也有问题，如果不能踏实做好每一个研发、生产、应用环节，那它的优势可能会缩小，它的缺点（安全）就会进一步放大，届时问题出现，采用像这种“一刀切”的暂停措施虽可能不见得有多合情理，但也可能是无奈之举。

电池行业目前可能有些问题，但是笔者以为更重要的是探寻导致这些问题的深层次因素，从大方向上对于科研、工业界进行良好的引导。只要建立了良好的环境和氛围，在研发人员与良性市场机制的协力下，创新之树一定是能够开花结果的，这也是我们每一个理工科从业者对于中国制造升级转型的最殷切期望。