導(dǎo)致電池發(fā)生熱失控的因素有很多。在電池濫用安全方面，GB/T31485規(guī)定的測(cè)試項(xiàng)目包括過放、過充、加熱、擠壓、針刺等。目前該標(biāo)準(zhǔn)正在修訂當(dāng)中，征求意見稿已在工信部網(wǎng)站公布，預(yù)計(jì)不久就能看到正式的文本。

但值得指出的是，電池安全標(biāo)準(zhǔn)僅是市場(chǎng)準(zhǔn)入條件，即使通過了標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的所有測(cè)試項(xiàng)也不意味著電池就一定安全。何況在實(shí)際安全認(rèn)證中不少公司存在弄虛作假的情況，用特殊的樣品通過測(cè)試認(rèn)證。

由于電池包含正極、負(fù)極、隔膜、電解液等多種組分，且各個(gè)公司電池化學(xué)體系設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、工藝等不盡相同，不用測(cè)試失效機(jī)理不同，使得評(píng)估電池安全是一項(xiàng)極為復(fù)雜的工作。

如圖2所示，不同測(cè)試條件下電池的放熱量存在顯著差異，可能造成的危害也會(huì)不同。因此，在分析電池安全問題時(shí)務(wù)必小心謹(jǐn)慎，測(cè)試條件必須要表述清楚。

2.LFP和NCM基本信息

無論是LFP還是NCM都不算是新材料，二者的發(fā)現(xiàn)和使用都有些年數(shù)，下面簡(jiǎn)單介紹下：

（1）LFP

LFP是磷酸鹽鋰離子電池LiMPO4的一種，橄欖石結(jié)構(gòu)，其中的M可以是任何金屬，包括Fe、Co、Mn、Ti等。關(guān)于橄欖石結(jié)構(gòu)的化合物而言，可以用在鋰離子電池的正極材料并非只有LFP。

據(jù)目前所知，與LFP相同皆為橄欖石結(jié)構(gòu)的正極材料還有Li1-xMFePO4、LiFePO4？MO等。LFP理論能量密度170mAh/g，電壓平臺(tái)3.45V，具備高放電功率、快充、循環(huán)壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，同時(shí)擁有良好的熱穩(wěn)定性。

1996年日本的NTT首次揭露AyMPO4（A為堿金屬，M為Co、Fe兩者之組合：LiFeCoPO4）的橄欖石結(jié)構(gòu)的鋰離子電池正極材料，1997年美國(guó)德州大學(xué)John.B.Goodenough團(tuán)隊(duì)也報(bào)導(dǎo)了LiFePO4的可逆性地遷入脫出鋰的特性[3]。

后來圍繞LFP的專利所有權(quán)多方爆發(fā)了激烈的專利大戰(zhàn)，有感興趣的朋友可以去了解下。

磷酸鐵鋰離子電池和三元類電池?zé)岱€(wěn)定性比較

圖3LFP晶體結(jié)構(gòu)[4]

LFP分子中鋰為正一價(jià)，中心金屬鐵為正二價(jià)，磷酸根為負(fù)三價(jià)，中心金屬鐵與周圍的六個(gè)氧形成FeO6八面體，而磷酸根中的磷與四個(gè)氧原子形成以磷為中心共邊的PO4四面體，借由鐵的FeO6八面體和磷的PO4四面體所構(gòu)成的空間骨架，共同交替形成Z字型的鏈狀結(jié)構(gòu)，鋰離子則占據(jù)共邊的空間骨架中所構(gòu)成的八面體位置（圖3）。

該結(jié)構(gòu)在結(jié)晶學(xué)的對(duì)稱分類上屬于斜方晶系中的Pmnb空間群，單位晶格常數(shù)為a=6.008？，b=10.334？，c=4.693？，單位晶格的體積為291.4？3。由于結(jié)構(gòu)中的磷酸基對(duì)整個(gè)材料的框架具有穩(wěn)定的用途，使得材料本身具有良好的熱穩(wěn)定性和循環(huán)性能。

（2）NCM

磷酸鐵鋰離子電池和三元類電池?zé)岱€(wěn)定性比較

圖4NCM結(jié)構(gòu)圖和LiCoO2/LiMnO2/LiNiO2二元相圖[5-6]

磷酸鐵鋰離子電池和三元類電池?zé)岱€(wěn)定性比較

圖5NCM523、NCM622、NCM811和NCA理化性質(zhì)

三元層狀材料NCM(LiNixCoyMnzO2,x+y+z=1)可以認(rèn)為是LiCoO2、LiMnO2和LiNiO2三種材料的混合（圖4）。

一般認(rèn)為提高Ni含量有助于提高材料能量密度，Co元素有助于提高倍率性能和材料導(dǎo)電性，而Mn元素的引入有利于材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性。

三種材料中只有LiCoO2得到大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，目前手機(jī)和筆記本電腦等3C消費(fèi)類電池使用的正極材料幾乎都是LiCoO2，因?yàn)槠渚哂懈唧w積能量密度和較好的循環(huán)壽命。

但用在動(dòng)力鋰電池領(lǐng)域，LiCoO2缺點(diǎn)明顯：（1）金屬Co價(jià)格昂貴，電動(dòng)汽車要使用大量的動(dòng)力鋰電池，成本上難以接受；（2）能量密度相對(duì)較低；（3）循環(huán)性能有待提高。根據(jù)Ni、Co、Mn三種元素的不同配比，目前已經(jīng)商業(yè)化應(yīng)用的三元材料有NCM111、NCM523、NCM622和NCM811，各材料的相關(guān)性質(zhì)詳見圖5。

2016年比利時(shí)優(yōu)美科（Umicore）和德國(guó)巴斯夫（BASF）、美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(ArgonneNationalLaboratory,ANL)圍繞NCM爆發(fā)專利大戰(zhàn)，感興趣的朋友可以去了解前因后果。（我國(guó)的核心專利呢？）

3.LFP和NCM材料熱穩(wěn)定性比較

磷酸鐵鋰離子電池和三元類電池?zé)岱€(wěn)定性比較

圖6NCM433、NCM532、NCM622和NCM811TR-XRD及釋氧比較

NCM433、NCM532、NCM622和NCM811的熱穩(wěn)定性如圖6所示。NCM433、NCM532、NCM622和NCM811從層狀相到尖晶石相的相轉(zhuǎn)變溫度分別為245℃、235℃、185℃和135℃，尖晶石相存在的溫度區(qū)間逐步縮減，表明隨著Ni含量提高NCM熱穩(wěn)定性逐漸降低。

更為重要的是，從NCM523到NCM811，材料的熱穩(wěn)定性呈現(xiàn)急劇降低的趨勢(shì)。伴隨材料相轉(zhuǎn)變，大量的氧被釋放出來。從圖中可以看到NCM811的氧釋放量最大，是其他幾款材料的數(shù)倍之多。

目前的研究表明，在全電池體系中NCM相轉(zhuǎn)變往往發(fā)生在顆粒表層，且釋放的氧會(huì)以高活性的單線態(tài)氧1O2形式存在，后者同電解液反應(yīng)既會(huì)釋放大量熱量，還會(huì)出現(xiàn)大量氣體，從而進(jìn)一步惡化電池安全。

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圖7LFPTG-MS曲線，加熱速率10℃/min

圖7所示的是LFP的TG-MS曲線。可以看出LFP在溫度至少高于230℃條件下才會(huì)出現(xiàn)顯著的失重，由此表明LFP具有良好的熱穩(wěn)定性。

正如前文所述，橄欖石結(jié)構(gòu)的LFP的良好熱穩(wěn)定性源于其結(jié)構(gòu)中磷酸基，F(xiàn)e-P-O鍵遠(yuǎn)強(qiáng)于層狀結(jié)構(gòu)NCM中的Ni-O、Co-O和Mn-O鍵，因此LFP較NCM有著更好的熱穩(wěn)定性。

4.全電池?zé)岱€(wěn)定性

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圖8不同體系電池不同溫度下放熱曲線（注：電池容量、測(cè)試條件等數(shù)據(jù)未具體給出）

如前所示，電池散熱量同測(cè)試方法和測(cè)試條件有關(guān)，因此在分析和表述時(shí)要格外謹(jǐn)慎。如圖8所示，LFP、NCM111、NCA和LiCoO2四種體系電池中LFP有著最好的熱穩(wěn)定性和最低的放熱速率。

圖8雖然并未給出NCM811的數(shù)據(jù)，但其熱穩(wěn)定性只會(huì)比NCM111和LFP更差。

磷酸鐵鋰離子電池和三元類電池?zé)岱€(wěn)定性比較

磷酸鐵鋰離子電池和三元類電池?zé)岱€(wěn)定性比較

圖9LFP、NCM和NCA三種體系電池的ARC測(cè)試結(jié)果[12]

圖9是難得能找到的同時(shí)包含LFP、NCM和NCA的熱穩(wěn)定性結(jié)果，稍顯遺憾的是NCM中鎳鈷錳的比例未具體給出。不過從圖中依然可以看出LFP的熱穩(wěn)定遠(yuǎn)優(yōu)于NCM和NCA。

值得注意的是LFP1和LFP2各方面參數(shù)接近，但ARC測(cè)得的放熱速率卻有較大差別，這進(jìn)一步表明在分析電池安全數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)格外仔細(xì)謹(jǐn)慎，明確電池設(shè)計(jì)參數(shù)和測(cè)試信息極為必要。

磷酸鐵鋰離子電池和三元類電池?zé)岱€(wěn)定性比較

圖10LFP和NCA電池ARC結(jié)果比較

由于NCA和NCM性質(zhì)具有一定的相似性，在難以同時(shí)找到LFP和NCM結(jié)果比較情形下，只能大致看看圖10的結(jié)果。不難看出：

（1）同一體系電池的熱穩(wěn)定性同SOC關(guān)系很大，SOC越高，電池的熱穩(wěn)定性越差；

（2）無論是從起始放熱溫度、最大放熱速率，還是最高溫度、放熱時(shí)間分析，LFP體系電池較NCA（NCM）體系電池有著明顯的熱穩(wěn)定性優(yōu)勢(shì)。

磷酸鐵鋰離子電池和三元類電池?zé)岱€(wěn)定性比較

圖11LFP和NCA電池針刺實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較，其中上方表格給出的是各不同電池的具體信息。

最后來直觀感受下LFP和NCA體系電池?zé)岱€(wěn)定性差異。

圖11展示的是1款LFP電池和3款NCA電池針刺實(shí)驗(yàn)結(jié)果，其中3款NCA電池針刺均失效且火花四射場(chǎng)面壯觀，而LFP電池則像個(gè)靜靜的女子。

當(dāng)然，正如前文所述，安全實(shí)驗(yàn)結(jié)果要結(jié)合電池設(shè)計(jì)信息和具體測(cè)試條件來分析，離開實(shí)驗(yàn)背景都應(yīng)該謹(jǐn)慎去下結(jié)論。譬如以上結(jié)果并不意味著所有LFP電池均能安靜通過針刺實(shí)驗(yàn)，而所有NCA電池針刺時(shí)都是火光四射。雖然目前爭(zhēng)議不斷，但其實(shí)很多車主都已經(jīng)看清，新能源汽車才是未來我國(guó)汽車市場(chǎng)的主流方向。無論是從政策還是從車企的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型上看，越來越多的車企都已經(jīng)著手布局新能源汽車這一領(lǐng)域，而自主品牌更是把純電動(dòng)汽車作為對(duì)外國(guó)車企彎道超車的一大捷徑。

國(guó)家和車企對(duì)汽車行業(yè)的整個(gè)發(fā)展預(yù)期有著深思熟慮的考量，而我們作為屁民，所更關(guān)心的只有電動(dòng)汽車好不好開、好不好修、經(jīng)不經(jīng)開。

畢竟，與傳統(tǒng)汽車幾十上百年的發(fā)展不同，電動(dòng)汽車在很多普通老百姓的心里還是存在很多疑惑的，下面我們對(duì)普通車主最關(guān)心的幾個(gè)問題一一解答。

電池的種類和特性？

目前，新能源車用的動(dòng)力鋰電池分為三元鋰離子電池和磷酸鐵鋰離子電池兩種。三元鋰離子電池比較有代表性的車有特斯拉、北汽E200EV、江淮IEV5、奇瑞eQ等。特點(diǎn)是能量密度高，同樣體積重量下，電容量大，電池一致性好，生產(chǎn)技術(shù)成熟。

磷酸鐵鋰離子電池有著較高的安全性和較長(zhǎng)的循環(huán)壽命，同時(shí)，充放電倍率高，就是說充電速度快，同時(shí)加速性能好。安全性好，彎曲穿刺高溫都沒問題。

缺點(diǎn)是能量密度低一些，同樣的續(xù)航要使用更多的電池，相應(yīng)新增了車重和成本；一致性差一些，要更好的電池管理系統(tǒng)；低溫衰減比較明顯，0℃時(shí)容量會(huì)降低10%左右，而-20度時(shí)容量會(huì)降低30%左右

以國(guó)內(nèi)最大的電動(dòng)汽車生產(chǎn)廠商比亞迪為例，過去在磷酸鐵鋰離子電池領(lǐng)域已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的比亞迪，又開始轉(zhuǎn)向三元鋰的大規(guī)模開發(fā)，如現(xiàn)在的比亞迪秦、唐、宋等EV車型，使用的都是三元鋰離子電池。所以，整體來說，三元鋰離子電池在當(dāng)下政策環(huán)境下?lián)碛懈用黠@的優(yōu)勢(shì)。

電池壽命到底有多長(zhǎng)？

首先要先解釋下什么叫充放電循環(huán)，循環(huán)壽命1000次，意思是充1000次電就報(bào)廢了嗎？并不是！就像手機(jī)充電一般，手機(jī)電量從0%到100%為一次充放電循環(huán)，而假如只充到50%就拔出插口，意味著只用到了半個(gè)循環(huán)。

以目前最常見的三元鋰離子電池和磷酸鐵鋰離子電池為例，三元鋰離子電池在測(cè)試中理論上循環(huán)壽命在1500次左右，實(shí)際使用上，完全充放電循環(huán)在800次以上，而控制電池放電在25%-75%的狀態(tài)下，實(shí)際使用可以達(dá)到1200次以上。

而磷酸鐵鋰動(dòng)力鋰電池，理論循環(huán)壽命達(dá)到2000次以上，標(biāo)準(zhǔn)充電（5小時(shí)率）使用，可達(dá)到2000次。實(shí)際使用中，完全充放電循環(huán)也可以達(dá)到1200次以上。

因此，可以初略計(jì)算下，以一般三元鋰離子電池電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航300公里算，1次完整循環(huán)實(shí)際行駛距離大概是250公里。按照完全充放電循環(huán)在800次以上來算，電池的壽命可以達(dá)到20萬公里左右，基本覆蓋了一輛車的使用壽命。

電池衰減過程是怎么樣？

雖然電池的壽命可以達(dá)到20萬公里左右，但還有另一個(gè)考量標(biāo)準(zhǔn)，就是電池組會(huì)隨著充放電造成電池的能量密度衰減。就像手機(jī)用久后，電池會(huì)越來越不經(jīng)用了。而電池的容量一旦低于初始的80%，意味電池組不適合繼續(xù)在車上使用，就要更換新的電池了。

目前，得到最準(zhǔn)確的電池衰減測(cè)試數(shù)據(jù)的，只有各廠商公布的自家車型測(cè)試數(shù)據(jù)。業(yè)內(nèi)人士稱一般純電動(dòng)汽車在第一年的衰減量比較大，在8%左右，但在隨后2-3年里將會(huì)衰減4%，到5-6年后將逐年衰減1%。

以國(guó)外對(duì)上千名特斯拉車主反饋回來的電池衰減圖表來看，可以看到，ModelS在跑了10萬公里后，平均電池衰減僅為6%。在跑了25萬公里之后，平均電池衰減還不到10%。雖然也有個(gè)別車主出現(xiàn)異常衰減的情況，但就平均值而言，衰減幅度并不大。

目前按照國(guó)家規(guī)定，在質(zhì)保期內(nèi)電池的性能衰減不能超過20%，否則由廠家免費(fèi)為車主免費(fèi)更換電池。要求新能源車關(guān)鍵部件(電池、電控、電機(jī))供應(yīng)不少于5年或者10萬公里質(zhì)保，而自2016年開始，供應(yīng)不少于8年或12萬公里質(zhì)保。

如特斯拉的驅(qū)動(dòng)裝置和電池組的保修條款為8年不限里程；比亞迪為電池組供應(yīng)8年或15萬公里質(zhì)保，終身電芯質(zhì)保；吉利、北汽新能源同樣為電池組供應(yīng)8年或15萬公里質(zhì)保；榮威為電池組供應(yīng)8年或12萬公里質(zhì)保。

電池衰減在質(zhì)保范圍嗎？

目前國(guó)家規(guī)定，在保質(zhì)期內(nèi)（8年/12萬公里起），電池性能出現(xiàn)衰減不得超過20%，否則，由廠家進(jìn)行免費(fèi)更換。但假如電池衰減量屬于正常現(xiàn)象，廠商一般不予更換電池。

若遇到電池驟然衰減，續(xù)航里程突然降低等，屬于非正常現(xiàn)象，廠商將對(duì)質(zhì)保期內(nèi)的車輛免費(fèi)更換電池組。由于純電動(dòng)汽車的發(fā)展最近幾年才高速發(fā)展，因此，更換老化電池的案例也鮮有耳聞。

以比亞迪為例，比亞迪技師稱目前比亞迪電池正常衰減范圍重要由廠家決定，我們?cè)诘陜?nèi)對(duì)電池進(jìn)行檢測(cè)后形成報(bào)告，再交由廠家，由廠家決定該車是否屬于正常衰減，若在正常范圍內(nèi)的衰減電池，不供應(yīng)免費(fèi)更換電池組服務(wù)。由于這過程并不透明，也就是說，電池衰減該不該由廠商換電池，是車企說了算。

電池組更換的價(jià)格目前各大車企并未公開，根據(jù)鋰電網(wǎng)等各種網(wǎng)站到消息，目前動(dòng)力鋰電池生產(chǎn)成本在1300元/度，裝車價(jià)在1700元。但從更換過的車主那得知報(bào)價(jià)單，老款比亞迪唐換電池報(bào)價(jià)5萬多元。

而海外日產(chǎn)就在2018年三月公布了日產(chǎn)聆風(fēng)電池更換計(jì)劃和價(jià)格。日產(chǎn)車主購(gòu)買新款原裝24kWh、30kWh及40kWh的車載電池，支付的價(jià)格分別為65萬日元（約合4萬人民幣）、80萬日元（約合4.9萬元）、82萬日元（約合5萬元人民幣）。

由于電動(dòng)汽車的風(fēng)潮近幾年才興起，因此目前市面上很多車型都還沒到要更換電池組的車齡，因此并未發(fā)生很多電池衰退引發(fā)的糾紛案例。國(guó)家規(guī)定的從8年/12萬公里的質(zhì)保期來看，電動(dòng)汽車對(duì)電池組的保障都是足夠的。

但另外一邊，廠商對(duì)政策的落實(shí)卻有自己的一套，電池性能衰減的檢測(cè)是廠商自己說了算，并沒有公開透明標(biāo)準(zhǔn)。而假如車主有疑問要自行找機(jī)構(gòu)檢測(cè)的話，費(fèi)用還要自己掏錢，費(fèi)神費(fèi)財(cái)，容易和車企扯皮。

而保質(zhì)期過后電池衰減嚴(yán)重了怎么辦？這點(diǎn)很多廠商并未作出明確的答復(fù)，采取模糊態(tài)度，普遍采取技術(shù)不斷更新迭代，以后電池成本會(huì)越來越便宜類似的語術(shù)。這關(guān)于車主而言無疑是在畫大餅，也造就了目前絕大多數(shù)人對(duì)電動(dòng)汽車的不信任。