比亞迪刀片電池

近兩年，新能源汽車市場異軍突起，截至2019年底，全國新能源汽車保有量達(dá)381萬輛，但消費(fèi)者心中對于新能源汽車的認(rèn)知往往與“自燃”畫上等號，安全問題成為新能源車推廣普及繞不開的話題。

據(jù)相關(guān)媒體報(bào)道，截至目前來自于電動汽車的投訴中，排名前三的問題均與電池質(zhì)量有關(guān)，包括動力電池故障、充電故障以及續(xù)航能力不準(zhǔn)等三個(gè)方面，分別占電動汽車整體投訴量的17.3%、11%和6.2%，占比之和已超1/3。

就在近日，動力電池兩大龍頭企業(yè)“BC”（比亞迪和寧德時(shí)代）就電池安全性問題展開激烈爭論。

技術(shù)路線爭議再起  安全性能才是核心

比亞迪和寧德時(shí)代的安全事件如何觸發(fā)？事情的起因要追溯到今年3月29日，比亞迪發(fā)布了最新的磷酸鐵鋰刀片電池。發(fā)布會現(xiàn)場，刀片電池更是向針刺實(shí)驗(yàn)發(fā)起了挑戰(zhàn)，三元鋰電池、傳統(tǒng)塊狀磷酸鐵鋰電池與刀片電池在同等測試條件下，刀片電池表現(xiàn)相當(dāng)搶眼，在被刺穿的時(shí)候，沒有任何的異常表現(xiàn)，甚至連冒煙都沒有，結(jié)構(gòu)依舊穩(wěn)定。通過溫度傳感器顯示，電池表面的溫度只有30℃-60℃，低于夏季北京地面最高70℃的溫度。

發(fā)布會上，比亞迪集團(tuán)董事長兼總裁王傳福信心滿滿，認(rèn)為“刀片電池”將引領(lǐng)全球動力電池技術(shù)路線重回正道，把“自燃”從新能源汽車的字典里徹底抹掉。

純電新車比亞迪漢搭載全新“刀片電池”即將上市，比亞迪的強(qiáng)勢崛起，引起動力鋰電池一哥“寧德時(shí)代”的注意。在5月11日舉辦的寧德時(shí)代2019年業(yè)績網(wǎng)上說明會上，寧德時(shí)代董事長曾毓群表示，刀片電池是其2016年量產(chǎn)的CTP結(jié)構(gòu)創(chuàng)新概念中的一種。關(guān)于針刺測試，寧德時(shí)代副董事長潘健表示，公司三元鋰電池和鐵鋰電池都有可通過針刺測試的產(chǎn)品。曾毓群更是直言：“電池的安全和電池的濫用測試是兩回事，有些人把濫用測試的通過等同于電池的安全?！?/p>

當(dāng)日，比亞迪汽車銷售公司副總經(jīng)理李云飛發(fā)表微博隔空叫陣：“不服？！那也來扎一下吧！針刺是難度最大的，堪比登珠峰！珠峰都登得了，其他峰肯定都登遍了！”

5月21日，微博網(wǎng)友小魚鋰電發(fā)布了一段針對寧德時(shí)代811三元鋰電池單體的針刺測試。電池容量234a，電壓4.2v，穿刺鋼針直徑7mm，穿刺速度25mm/s，按GB/T31485標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行針刺測試。從試驗(yàn)視頻可見，鋼針刺入后電池單體瞬間起火燃燒，并發(fā)出巨大的爆炸聲。

一時(shí)間寧德時(shí)代被推向了輿論風(fēng)口，為了進(jìn)一步驗(yàn)證自身產(chǎn)品的安全可靠性，寧德時(shí)代在5月22日晚，發(fā)布了一條微博：“是什么阻礙寧德時(shí)代做針刺測試？是技術(shù)？是體質(zhì)？是巨頭的面子？不，是鋼針！”并發(fā)布了一段寧德時(shí)代三元電池包針刺測試的視頻。測試中，寧德時(shí)代的鋼針在接觸電池包之后，鋼針竟然折斷了。因此得出結(jié)論：寧德時(shí)代三元電池包鋼針根本刺不穿。

5月23日晚，寧德時(shí)代又發(fā)了一條微博：“寧德時(shí)代早在2017年就已掌握三元電芯通過針刺測試的技術(shù)，但是為什么沒有推廣？通過針刺測試=電池安全嗎？”并放出了一段寧德時(shí)代兩款三元電芯的針刺實(shí)驗(yàn)視頻。視頻中寧德時(shí)代的5系和8系三元鋰電池都成功通過了針刺測試，這兩款電池在針刺和靜止1小時(shí)后，電池未出現(xiàn)劇烈的升溫和爆炸現(xiàn)象。另外，視頻中還曬出了公司2017年通過德國萊茵鋰電池安全測試認(rèn)證的文件。當(dāng)時(shí)的針刺測試條件，電池滿電，鋼針直徑3mm，刺入速度80mm/s，整個(gè)過程電池沒有質(zhì)量損失，電解液無泄漏，安全閥未打開，電池未起火。

5月24日晚間，比亞迪銷售公司副總經(jīng)理李云飛發(fā)布微博回應(yīng)，稱針刺試驗(yàn)的核心目的就是要讓電池短路，以便觀察電池的熱失控；電池沒短路就表明針刺試驗(yàn)失敗了。

5月25日下午，一名自稱為寧德時(shí)代工程師的@David工科男在微博怒懟李云飛，稱“針刺測試是模擬電池被金屬物刺入的場景，電池針刺后一般會發(fā)生內(nèi)短路，但針刺測試的核心目的不是一定要讓電池內(nèi)短路，而是模擬金屬刺入的條件下發(fā)生熱失控的幾率”。

……

比亞迪和寧德時(shí)代此次“針鋒相對”同時(shí)把鋼針扎進(jìn)自家電池包，已不能當(dāng)一場鬧劇來看，技術(shù)互懟的背后是一場磷酸鐵鋰電池與三元電池技術(shù)路線之爭，是兩大動力電池巨頭市場份額之爭，是一場電池安全檢測標(biāo)準(zhǔn)之爭，更是一場產(chǎn)品安全性能之爭。

有業(yè)內(nèi)專家表示，從化學(xué)材料的成分來看，磷酸鐵鋰本身熱穩(wěn)定性更好、成本更低，但能量密度較低、續(xù)航里程偏低；三元電池能量密度更高、續(xù)航里程較長，但材料活性強(qiáng)、穩(wěn)定性較差。兩種動力電池優(yōu)缺點(diǎn)都很明顯，作為國內(nèi)動力電池行業(yè)的領(lǐng)頭羊，這兩種電池，無論是寧德時(shí)代，還是比亞迪，均有研發(fā)并生產(chǎn)。

近年來在政策引導(dǎo)及市場迎合的影響下，三元電池的裝機(jī)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過磷酸鐵鋰電池。在能量密度與電池安全之間求得平衡，背后實(shí)質(zhì)上反映的是市場的選擇。而新能源汽車無論是搭載磷酸鐵鋰電池還是三元電池，保障消費(fèi)者生命財(cái)產(chǎn)安全，都應(yīng)是最重要的事。

中俄新能源材料技術(shù)研究院院長王慶生認(rèn)為，一場針刺試驗(yàn)之爭，就定義磷酸鐵鋰及三元電池技術(shù)路線之爭勝負(fù)，這樣看問題是不夠全面和不了解電池體系技術(shù)，太片面。

王慶生重申，動力電池性能不是一種材料就能決定的，三元還是磷酸鐵鋰材料的應(yīng)用還是要取決于市場的應(yīng)用領(lǐng)域和擁有電池技術(shù)的成熟度以及產(chǎn)品使用工況路況的要求，來匹配合適的工藝與材料。作為電池設(shè)計(jì)者制造商，不是只能做一個(gè)技術(shù)一種電池，一項(xiàng)安全性能測試也并不能代表材料應(yīng)用領(lǐng)域的使用問題，再說這不是一個(gè)材料就能解決的，所以不同技術(shù)、不同材料都一樣有著自己的市場角色和應(yīng)用領(lǐng)域。

專家詳解安全檢測秘密 新國標(biāo)或引發(fā)行業(yè)變革

比亞迪與寧德時(shí)代的“技術(shù)互懟”雖暫告一段落，但兩者爭論的焦點(diǎn)“針刺測試這種極端的測試能否反映電池的安全性”仍未得到答案，一場針對針刺實(shí)驗(yàn)真實(shí)性和必要性的爭論仍持續(xù)發(fā)酵。

對此，電池網(wǎng)（微號：mybattery）采訪了一些電池檢測領(lǐng)域?qū)＜?，王慶生表示，電池針刺早在國際IEC標(biāo)準(zhǔn)和之前國家鋰電檢測標(biāo)準(zhǔn)中都是存在的，因后期國內(nèi)大多數(shù)鋰電池廠集中在三元液態(tài)體系技術(shù)上，導(dǎo)致針刺試驗(yàn)幾乎過不去，后來行業(yè)協(xié)會討論把針刺列為非必要強(qiáng)檢項(xiàng)。王慶生認(rèn)為，“從安全檢測角度出發(fā)針刺檢測是應(yīng)該存在的，我們降低標(biāo)準(zhǔn)是采取了普惠政策，照顧企業(yè)和材料應(yīng)用推廣，但這無利于技術(shù)的進(jìn)步。”

在王慶生看來，“在動力電池安全性能測試中，高壓耐過充才是最難的，當(dāng)然單項(xiàng)冠軍不算，因?yàn)椴簧倨髽I(yè)有很多為滿足這一項(xiàng)做的電池其他性能都沒有或很弱甚至不能使用，為了測檢而測檢做的電池就不能算正常電池了?！?/p>

動力電池?zé)崾Э貑栴}被認(rèn)為是目前新能源汽車著火或爆炸事故的主要原因，電池網(wǎng)注意到，5月12日，工業(yè)和信息化部組織制定的GB18384-2020《電動汽車安全要求》、GB38032-2020《電動客車安全要求》和GB38031-2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》三項(xiàng)強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)由國家市場監(jiān)督管理總局、國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會批準(zhǔn)發(fā)布，將于2021年1月1日起開始實(shí)施。電動汽車顛覆性國標(biāo)出臺，電池?zé)崾Э匦璞ＷC5分鐘內(nèi)不爆炸。

有業(yè)內(nèi)人士分析稱，新能源汽車的電芯在受到過充、針刺、碰撞時(shí)會引發(fā)熱失控，產(chǎn)生大量的熱量，若僅僅是單體電池的熱失控不會造成事故的發(fā)生，而熱失控電芯會快速向周圍電芯傳遞熱量，引發(fā)大量電芯發(fā)生連鎖式的熱失控，進(jìn)而造成電池包起火甚至爆炸。但是，由于鋰電的特點(diǎn)，就目前的消防手段而言，整個(gè)行業(yè)基本上都是束手無策。

根據(jù)熱失控發(fā)生的機(jī)理，首先早預(yù)防早監(jiān)控、早發(fā)現(xiàn)早處理，即在電池?zé)崾Э刈钤缙谟行ёR別安全隱患，防止熱失控誘發(fā)和蔓延才是重點(diǎn)，只有做到極早期的熱失控監(jiān)測以及智能化預(yù)警，才是避免熱失控蔓延、火災(zāi)發(fā)生的最直接、有效的手段；其次優(yōu)化電芯成組結(jié)構(gòu)，抑制或減緩熱失控發(fā)生后的熱擴(kuò)散速率，避免單體熱失控蔓延至周圍電芯，造成連鎖反應(yīng)；最后，若已經(jīng)出現(xiàn)單體熱失控蔓延，就只能采用物理或者化學(xué)干預(yù)，但是卻往往不能阻止電池?zé)崾Э氐倪B鎖反應(yīng)，不能從根源上對熱失控加以控制。

因此，從技術(shù)角度講，只有做到早期智能監(jiān)測，在熱失控的極早期識別安全隱患，才能有效做到電動汽車起火爆炸等安全事故的可防可控。

王慶生則認(rèn)為，電動汽車安全不是一個(gè)技術(shù)點(diǎn)問題，是一個(gè)系統(tǒng)問題，一個(gè)電池材料、一個(gè)管理技術(shù)、一個(gè)預(yù)警系統(tǒng)并不能根本解決電池使用的安全性，必須從電動車的設(shè)計(jì)制造與應(yīng)用角度從初始階段就應(yīng)涉及到電池的設(shè)計(jì)。這就是要求造車的要懂電池，做電池的也要懂車，避免盲人摸象摸石頭過河，要從基礎(chǔ)的材料選擇匹配、電池結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)、電池單體制備及檢測、電池組集成熱管理設(shè)計(jì)、電池、電機(jī)管理控制系統(tǒng)的算法與預(yù)警、電池使用規(guī)范與跟蹤、電動車使用要求（電流回饋、電機(jī)限流啟動等）等多處著手系統(tǒng)設(shè)計(jì)、結(jié)合工況路況拓?fù)湟笈c電池設(shè)計(jì)制造集成熱場管理有著直接關(guān)聯(lián)度，故增加電池系統(tǒng)熱信號報(bào)警從實(shí)用角度進(jìn)一步完善提高電動汽車使用的安全性，但要徹底解決電池安全性必須要從上述整體技術(shù)體系和系統(tǒng)解決方案上著手。

動力電池新品頻出 如何確保電池生命周期安全

另外，近期，蜂窩電池、零衰減電池、刀片電池、石墨烯電池、固態(tài)電池、無鈷電池……動力電池新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。王慶生認(rèn)為，“最近報(bào)道了很多‘新名詞’電池，仔細(xì)看了報(bào)道和技術(shù)體系的分析，多是名詞創(chuàng)新和形狀創(chuàng)新，并無實(shí)際體系技術(shù)創(chuàng)新，最多是電極結(jié)構(gòu)或材料上的調(diào)整，從市場利益角度搶人眼球來看是沒什么要作過多評斷的，市場行為罷了。”

從電池體系、電池用途、電池主材料的變化以及工作方式和市場使用上產(chǎn)生的電池命名：如一次電池、二次電池；鉛酸電池、鎘鎳電池、鎳氫電池、鋰離子電池、聚合物鋰離子電池、固態(tài)鋰電池、鈉鹽電池、鋰硫電池；激活式電池、燃料電池；儲能電池、功率電池等等是符合規(guī)范的。王慶生稱，“近期出現(xiàn)的‘蜂窩電池、零衰減電池、刀片電池、石墨烯電池、無鈷電池……’這些充其量都是鋰離子電池體系里面的對電極技術(shù)、結(jié)構(gòu)和材料及添加劑做了調(diào)整并沒有實(shí)際的技術(shù)創(chuàng)新，可算作技術(shù)進(jìn)步，但并沒有徹底改變電池技術(shù)的現(xiàn)狀，因此不必太糾結(jié)和顧及這些叫法，但作為協(xié)會還是要規(guī)范管理和引導(dǎo)?！?/p>

在王慶生看來，燃料電池（水電解技術(shù)）和固態(tài)鋰電池的發(fā)展才是行業(yè)技術(shù)的發(fā)展方向，但也必須面對亟待解決的技術(shù)難題：固固相界面阻抗、電極極化、催化酶技術(shù)、質(zhì)子交換膜技術(shù)、電極中毒壽命問題等等。

北京理工大學(xué)副教授、新能源汽車國家大數(shù)據(jù)聯(lián)盟副秘書長劉鵬曾談到，目前我國汽車每年的燃燒事故率達(dá)到萬分之3.16，而新能源車的燃燒事故率為萬分之0.98。

而現(xiàn)實(shí)中，往往消費(fèi)者接受了燃燒事故率高達(dá)到萬分之3.16的燃油車，卻始終接受不了燃燒事故率為萬分之0.98的新能源汽車。

有熱失控領(lǐng)域?qū)＜冶硎荆煌愋碗姵卦诎l(fā)生熱失控時(shí)會有不同的表征特性，需要大量的試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證、總結(jié)，因此技術(shù)也必須要隨著產(chǎn)品的發(fā)展和實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證不斷的更新。而目前鋰電行業(yè)快速發(fā)展，技術(shù)也在不斷的更新，但大多數(shù)的新型電池技術(shù)沒有經(jīng)過市場的驗(yàn)證，無法直接判斷技術(shù)的好壞，最后的王者還是需要市場來驗(yàn)證。

而如何確保電池生命周期安全？王慶生認(rèn)為，這是系統(tǒng)保障問題，不能以一個(gè)材料的使用更換來回答。就體系技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù)的概念而言，首先要了解什么是動力電池，動力電池要具備什么樣的要求？比如，高安全、高低溫、大倍率、長壽命、低成本，如何做到全能兼?zhèn)?？這就需要電池體系技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合來完善，鋰離子電池現(xiàn)多為液態(tài)體系、固態(tài)體系還在路上、準(zhǔn)固態(tài)體系已經(jīng)成熟，但要滿足動力電池安全要求，還需要從材料技術(shù)、工藝技術(shù)、裝備技術(shù)、集成技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)、售服保障技術(shù)等系統(tǒng)的技術(shù)支撐作為保障。總的來說，要保障電池全生命周期安全性沒有捷徑也不是一個(gè)材料更換的問題，是體系技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù)的結(jié)合支撐方能進(jìn)一步提升動力電池安全性。

另外，有業(yè)內(nèi)人士表示，目前主機(jī)廠對整車安全的共識已經(jīng)從單體安全轉(zhuǎn)為系統(tǒng)安全。電池安全防護(hù)貫穿于全生命周期，保證電池全周期安全從如下四個(gè)方面：1、保證電芯生產(chǎn)一致性，確保電芯性能；2、保證電池包的抗碰撞能力；3、保證電池包的熱管理；4、對電池包進(jìn)行熱失控檢測，實(shí)現(xiàn)提前預(yù)警監(jiān)測提前干預(yù)處置。

結(jié)語：現(xiàn)階段，動力電池技術(shù)不斷升級，在提升能量密度的同時(shí)，企業(yè)還是主打“安全牌”。誠如王傳福所言，真正對電動車的發(fā)展能帶來顛覆性影響就是安全性，如果電動車不把安全做好的話，電動車的健康發(fā)展就是一句空話。無論哪條技術(shù)路線，消費(fèi)者最有話語權(quán)，最后都需要經(jīng)過長期的市場驗(yàn)證。