用针扎锂电池通过针刺实验来聊一聊采用不同技术路线的动力电池技师长|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

通过针刺实验来聊一聊采用不同技术路线的动力电池技师长

记者 | 侯卓铠

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根据比亚迪官方信息显示，其旗下最新动力电池——刀片电池将于3月29日正式发布。不过就在临近发布的前夕，界面新闻记者从网络上流传的一条动力电池针刺实验的视频中发现了刀片电池的身影。

据该视频显示，针刺实验对象除了刀片电池之外，还有常规的三元锂电池以及磷酸铁锂电池。

所谓的动力电池针刺实验事实上就是人为模拟电池内部短路的一种实验。通过一根金属针刺穿电池导致内部发生短路后观察电池的表现。目前，该实验被业界公认为所有电池安全测试中最严酷的一种。被称为电池实验界的“珠穆朗玛峰”。

针刺实验要求测试电池为满电状态，用直径为5-8mm的耐高温钢针，从垂直于电池极板正上方的进行贯穿，贯穿点位于贯穿面的几何中心，当钢针穿透电池后，工程师通过各项指标观察电池1小时。如果所测电池没有发生起火或爆炸则符合实验的要求。

根据对生活中多起新能源汽车自燃案例调查发现，多数的自燃事故原因都出在了电池身上。主要原因在于电池内部化学反应的产热速率远高于散热速率，大量热量在电池内部积累导致电池温度急速上升，最终引起电池起火或爆炸。

在上述视频中进行针刺实验的主要是市面上运用最广泛的三元锂电池和磷酸铁锂电池。这两种电池相比，三元锂电池能量密度更高，可以提供更长的续航里程，所以市场占比较大。而磷酸铁锂电池安全性更高、循环使用寿命更长，但能量密度的提升空间较小，所以说两种电池在性能上各有千秋。

据视频显示，首先进行的是对三元锂电池进行针刺实验。电池经过针刺机贯穿后位于侧面的泄气阀迅速冒烟并发生燃烧爆炸，电脑中也显示电压出现抖降，电池表面温度一度高达500℃。为了能够让实验更为直观，视频中工作人员还特意在电池上放置了一盘鸡蛋清，在电池发生燃烧后盘中鸡蛋很快就煮熟了。

第二个进行的是磷酸铁锂电池，实验电池在经过针刺机贯穿后，虽然没与发生燃烧爆燃，但是很快也出现了电池鼓胀、冒烟等变化。监测数据显示，电池表面温度达到200-400℃，鸡蛋也被煮熟。相较于三元锂电，磷酸铁锂电池有浓烟冒出，但没有明火出现。

最后进行的是尚还未上市发布的“刀片电池”。当该电池被穿刺后，并没有发生冒烟或自燃情况。通过视频显示，电池电压在一度出现抖降后趋于稳定，电池在一段时间内温度维持在26.6℃。实验视频显示，刀片电池表现好于上述两种实验电池。

不过，界面新闻记者注意到视频播放至刀片电池实验环节时画面出现了一些人为编辑的痕迹。例如，视频左上方显示的时间有明显的跳跃，前一秒还显示的是13′46″，下一帧变为了15′02″。此外，前一个画面显示电池上并没有鸡蛋，但下一帧画面则出现了鸡蛋。

虽然实验画面显示刀片电池表现优于另外两个实验电池。但基于视频存在人为编辑痕迹，所以从某个角度来说，这个针刺实验结果还是存疑的。刀片电池是否真的像实验视频中显示的那样表现出色，还有待独立第三方进一步测试验证。

自比亚迪董事长王传福在年初电动百人会论坛上发言证实“刀片电池”将于今年内发布的消息后，外界关于这款全新磷酸铁锂电池的关注度就一直居高不下。

尤其是当特斯拉传出将采购宁德时代磷酸铁锂电池后，更是让磷酸铁锂电池成为了时下被业界关注的最大热点。

事实上，关于三元锂电池与磷酸铁锂电池的路线之争由来已久。对于这两种动力电池的优劣势也是非常明确。至于如何选择，当前车企更多的是基于自身车辆设计性能来最终确定，并没有一个绝对的答案。

只不过，刀片电池在性能上弥补了过往磷酸铁锂电池的诸多劣势。所以受到了不同以往的关注度。

据资料显示，“刀片电池”的电芯长度大于0.6m，只不过在形状上对电芯排列进行了创新设计，使得可以像刀片一样插入到电池包里面，这也是“刀片电池”名称的由来。

这样排列的好处是可提高动力电池包的空间利用率、增加能量密度，并能够保证电芯具有足够大的散热面积，可将内部的热量传导至外部，从而匹配较高的能量密度。

据比亚迪官方资料显示，在安全性方面，刀片电池内部采用了独创的维层式安全防护结构设计，据称每一个维度层次都有相应的防护措施，此外，重量比能量密度可达到180Wh/kg，相比传统电池提升大约9%，电池在体积比能量密度上比传统铁电池提升了约50%。据工信部发布搭载了刀片电池的新车汉性能参数显示，其续航里程达到了600公里。

从目前公开资料显示，刀片电池的更多信息集中在了对电池结构设计创新层面，是否在材料等其他方面也有创新举措，还需要进一步关注。

拿针扎电池，它会不会起火呢

目前，磷酸铁锂电池和三元锂电池是全球电动车行业的两大主流电池技术路线。磷酸铁锂电池因为寿命更长、成本更低，在中低续航车型中得到广泛的应用；而三元锂电池因为能量密度高、整车电耗低，主要在中高续航车型中应用。根据当前市场实际使用情况来看，磷酸铁锂电池、三元锂电池两种技术路线，在未来很长一段时间内仍将并行发展。磷酸铁锂电池的安全性大家已相对认可，但三元锂电池的安全目前仍然是行业公认的痛点和难点。新能源汽车产业链相关企业也都在开展电池安全技术的课题攻关，而“不起火”电池技术则是电池安全最重要、也是最难攻克的一座堡垒。

3月10日，广汽埃安发布新一代动力电池安全技术——弹匣电池系统安全技术（简称“弹匣电池”），行业首次实现了三元锂电池整包针刺不起火，攻克了公认的行业难题，重新定义三元锂电池安全标准。

为验证弹匣电池的安全性，中国汽车技术研究中心首席专家、国家电池安全标准起草人之一刘仕强博士带领团队，对搭载了弹匣电池系统安全技术的三元锂电池整包进行了针刺热扩散试验。试验结果显示，广汽埃安的三元锂（弹匣电池）整包在试验过程中热事故信号发出5分钟后，仅出现短暂冒烟，无起火和爆炸现象。静置48小时后，电压降至0V，温度恢复至室温。针刺后只有被刺电芯模块热失控，没有蔓延到其他电芯。打开电池整包，观察内部结构完好。这是行业首次通过三元锂电池整包针刺不起火试验，三元锂电池安全性取得了历史性的突破。

如今，电动车行业对于整车安全的共识已由单体安全转向系统安全，提升电池整包的安全性能已成为行业的主流趋势。当前电池自燃多由于电芯出现内短路，导致温度升高、电芯内部反应产热最终出现热失控，随后蔓延到整个电池包所致。电芯安全解决的是电池本质安全，而整包安全是以系统思维解决从电芯、模组到系统的全方位安全，相比电芯安全更为重要，也更难实现。

广汽埃安的弹匣电池，是一个专门提升动力电池安全性的系统性技术，它不是纯粹的结构优化，也不是简单的增加隔热，而是从电芯本征安全提升、到被动安全强化、再到软件主动防控的一整套安全技术，同时也是一个软硬件一体化、具备超高防御能力的智能安全技术。

基于“防止电芯内短路，短路后防止热失控，以及热失控后防止热蔓延”的设计思路，弹匣电池采用类似安全舱的设计，可有效阻隔热失控电芯的蔓延、当侦测到电芯电压或温度等出现异常时，自动启动电池速冷降温系统为电池降温。

弹匣电池具备四大核心技术：

一、超高耐热稳定的电芯。电芯通过正极材料的纳米级包覆及掺杂技术的应用，能有效提升热稳定性，防止热失控；电解液新型添加剂的应用实现了SEI膜的自修复，从而改善电芯寿命，降低电芯短路风险；高安全电解液，通过特殊电解液添加剂，在加热至120℃以上时，在活性材料表面自发聚合形成高阻抗特性聚合物膜，大幅降低热失控反应产热。这些关键技术的应用，使电芯的耐热温度提升了30%。

二、超强隔热的电池安全舱。通过网状纳米孔隔热材料和耐高温上壳体，弹匣电池构筑了超强隔热的安全舱，最终实现三元锂电芯热失控不蔓延至相邻电芯。同时，电池包上壳体能耐温1400℃以上，从而有效保护电池整包。

三、极速降温的速冷系统。通过全贴合液冷系统、高速散热通道、高精准的导热路径的设计，弹匣电池实现了散热面积提升40%，散热效率提升30%，有效防止热蔓延。

四、全时管控的第五代电池管理系统。通过采用车规级最新一代电池管理系统芯片，可实现每秒10次全天候数据采集，相比前代系统提升100倍，以24小时全覆盖的全时巡逻模式，对电池状态进行监测。发现异常时，立即启动电池速冷系统为电池降温。全时巡逻模式和异常自救的应用，重新定义了三元锂电池主动安全的标准。

弹匣电池不仅增加了大量的安全设计，同时在冷却系统、电芯设计、整包布置等方面进行全面优化。搭载弹匣电池系统安全技术的电池包，相对于同类普通电池包，体积能量密度提升9.4%，重量能量密度提升5.7%，成本下降10%。因此，弹匣电池是在没有牺牲续航和提高成本的基础上，实现了高安全、长续航、低成本。广汽从动力电池过流保护、电池热抑制方法、电池热失控监控及预警等方面进行研究开发，形成了国际领先的专利群，包含80多项专利，发明占比超过70%。