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严到无法强制执行：一文读懂电池针刺测试
2020年3月底，新能源汽车引领者比亚迪宣布正式推出刀片电池。发布现场播放的一段对比三种电池针刺实验的视频显示，刀片电池攻克了电池内部短路引发的热失控，成功征服了针刺穿透测试。一石激起千层浪，这一测试直接刺中了动力电池行业的最大痛点，引发行业内外广泛关注和热议。
动力电池热失控威胁生命安全
锂电池的发热和热失控，我们其实并不陌生，从笔记本电脑到智能手机，因为使用不当、设计缺陷等原因而导致过热或爆炸的示例时有发生。而电动汽车庞大的电池包覆盖成百上千个电池单体，只要一个单体发生短路引发热失控，整个电池包就有可能被殃及，造成安全事故。
导致电池单体热失控的原因有很多，比如外力破坏、高温炙烤、生产工艺缺陷等等。不同的电池单体由于材料不同、设计不同，在发生短路后，热失控的剧烈程度会不一样。一般来说，三元锂电池热量释放剧烈，表现为爆燃或者自燃；铁锂电池热量释放慢，表现为喷烟，或者喷烟后自燃。
热失控的剧烈程度，与电池自燃的概率正相关，这直接关系到乘坐者的生命安全。鉴于新能源车自燃事件频发，新国标也明确增加了电池热扩散实验，要求电池热失控后5分钟内不起火不爆炸，为乘员预留安全逃生时间。
针刺测试刺中新能源车行业痛点
内部短路是电池热失控的罪魁祸首。那么，如何在电池开发时验证内部短路引发热失控的状态？针刺测试看似有些极端，但其实是最直接的试验方法。
针刺测试，就是在实验室环境下，利用钢针刺穿电池单体（或者模组），强制破坏电池内部结构，造成内部短路，进而引发热失控。在GB/T 31485-2015《电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》中，能够在针刺贯穿后1小时内不爆燃、不起火的电池，才算通过针刺测试。
在众多电池安全测试中，针刺测试是业内公认最难通过的，被称为“电池安全测试领域的珠穆朗玛峰”。测试视频让人们亲眼目睹、直观感受到该项测试的震撼，也证明刀片电池无可比拟的安全优势。
通过针刺测试视频我们可以看到，在同样条件下，三元锂电池在针刺瞬间出现剧烈的温度变化，表面温度迅速超过500℃，并发生极端的热失控——剧烈燃烧现象，电池表面的鸡蛋被炸飞。传统块状磷酸铁锂电池在被穿刺后无明火，有烟，表面温度达到200℃~400℃，电池表面的鸡蛋被高温烤焦。刀片电池在针刺穿透后无明火、无烟，表面温度在30-60℃区间。
由于针刺测试对三元锂电池过于严苛，特别是近年来三元锂电池追求高镍化，使得热稳定性进一步下降，因此针刺测试每刺一针，都刺在了动力电池行业的痛点之上。也因此，自2017年开始，针刺测试不再作为动力电池安全测试的强制标准，而在新国标中，针刺测试干脆被直接拿下。
多场景，针刺测试和日常用车联系紧密
针刺测试不仅仅是一项滥用测试，它和我们日常用车联系其实非常紧密。首先，生产工艺缺陷、电池遭遇过充过放，都有可能导致锂离子电池内部生长出枝晶，枝晶刺穿电池内部的隔膜后，就会导致内短路引发热失控；相邻车辆起火等外部热源的炙烤下，电池内部也有可能发生内短路，导致热失控。
另外，乘用车动力电池包放在车辆底部，车辆托底、碰撞时电池包受到挤压发生变形，有可能伤及电芯，导致内短路，引发热失控。总之，锂离子电池的特性决定，动力电池不可能绝对安全，因此，负责任的电池生产厂商会将开发测试标准尽可能“就高不就低”。
作为消费者，应当在选择新能源车时擦亮眼睛，将动力电池的安全性作为重要参考指标，而不只是一味地追逐高续航。从行业层面看，刀片电池从技术上引领全球动力电池回到发展正轨，如果能在新能源车中大量普及使用，也势必将帮助整个行业更加健康安全地成长。
本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。
对比太明显！亲眼见证刀片电池VS三元锂电池针刺实验
6月1日，我受邀参观比亚迪旗下的重庆弗迪锂电池工厂，要知道这可是刀片电池唯一的生产基地！快来一起看看里面有什么秘密！
■ 先来扎一下！
在正式参观工厂之前，比亚迪决定先放个大招——不服扎一下！此次参与针刺实验的是一款比亚迪自产的三元锂电池和刀片电池。
从图片能看出，三元锂电池被刺穿后，电压几乎是一秒钟降到零（即发生短路），随后冒烟起火并发出巨大声响。
图为三元锂电池穿刺实验图像，红色线表示电压，绿色线为安全阀温度，黄色线为针刺点温度
而刀片电池在穿刺20分钟后，电压还只是以很缓慢的速度下降，并且没有冒烟起火，对比还是非常明显的。
此前我写过两篇比亚迪和宁德时代撕逼的文章，发现有很多网友质疑刀片电池穿刺后电压是否降为零，并且网上流传的刀片电池的针刺实验视频，有电压降到零和没降到零两种，那么此次我就带大家看一下真相到底如何。
单看本次实验，比亚迪的刀片电池在穿刺20分钟后都没有降到零，我询问现场工程师，他说他们曾经把穿刺后的电池放置一天，电压也没有降到零。
实验初始电压为3.42伏，开始时间为10:47左右，图片为10:57的数据，其中1-1-1为实时电压，1-1-2为安全阀温度，1-2-3为针刺点温度。
■ 刀片电池能抑制内部短路？
那么这是为什么呢？比亚迪的工程师称，经过穿刺后，电池内部有多种短路形式，他们通过结构设计，将电池内部比较剧烈的短路抑制住了。
随后我追问，既然是“结构设计”，并非材料本身的特点，那么是否能将该技术运用到三元锂电池中呢？
工程师表示目前他们正在进行这方面的研究。因此，或许我们可以期待一下比亚迪研发出更安全的三元锂电池？
看完了刺激的针刺实验，我们再来聊几个大家关心的问题。
■ 比亚迪并没有忽视系统安全！
此前宁德时代和比亚迪的撕逼事件中，宁德时代“影射”比亚迪把滥用测试的通过等同于电池安全，显得比亚迪好像只死磕电芯安全，不顾系统安全一样。其实比亚迪也非常关注整个系统的安全，他们从七重维度、四个层级和五大方面保证刀片电池的安全。除针刺外，在过充、碰撞等维度，比亚迪也配备了相应的安全措施。
比如大家都很关注的过充，比亚迪的数据显示，刀片电池单体在高于最髙电压2.6倍的充电条件下，仅出现冒烟，并没有起火或爆炸。
当某块电芯发生热失控后，其临近电池也不会发生起火、爆炸等情况，不会引起连锁反应导致整个电池包起火。
在这这种极端工况下能做到仅冒烟不失火，也就是说在工况较为缓和的日常使用中，基本不会出现什么安全问题；退一步讲，就算出现热失控，搭载刀片电池的车型也能提供足够的逃生及救援时间。
■ 低温性能差？不存在的！
我们都知道锂电池不抗冻，尤其是磷酸铁锂因为先天问题，低温性能经常被诟病。就连理想汽车CEO李想，也曾在微博质疑过刀片电池的低温性能问题。
对此比亚迪给出了实测数据，数据显示，刀片电池在零下20摄氏度下，放电能力还维持在90%；而在低温低SOC情况下，反倒比三元锂表现好。
关于刀片电池的低温充电能力，比亚迪也给出了数据，数据显示刀片电池的低温充电时间与三元锂电池没什么差距，仅在低温低电量的充电功率上有所落后。
这些数据倒也印证了比亚迪销售副总经理李云飞先生的话：“低温性能不好，我们也不敢卖啊”。
不过，在未拿到实车进行冬季测试之前，我们也不能仅根据比亚迪的数据就断定刀片电池真的无惧低温。我更愿意相信第三方及媒体的测评，也请大家期待电动邦后续的冬季实测。
■ 快速了解重庆弗迪工厂
该工厂为电池及配套材料生产项目总投资100亿，占地面积约1500亩，总建筑面积约95万平方米，新建生产车间，购置相关设备958台套，建设锂离子电池生产线8条，项目达产后形成锂离子电池20GWh生产能力，年产值200亿元。
工厂自2019年2月开工，到2020年3月刀片电池正式推出，仅用1年时间就拥有了精益化、自动化、信息化制造管理系统，以及比亚迪自主研发的刀片电池产线和生产设备，和多项高度保密的核心技术。
■ 刀片电池是怎么生产的？
最后讲讲刀片电池是怎么被生产出来的。其实刀片电池本质上也是一款动力电池，因此它的制作工艺与普通电池相似，都是经过配料、涂布、辊压、叠片等工序完成生产。
首先，将活性物质、纳米导电材料、溶剂、粘结剂按照预设的比例自动进行混合以形成均匀稳定的电极浆料。
接下来是涂布，就是把浆料涂到铜箔上，确保没有颗粒、杂物、粉尘等混入极片，所用的机器长得很像织布机。
而辊压则是使用轧辊将涂布好的电极片按照预设的厚度压实，以得到预设的极片厚度及体积密度。
接着是叠片，刀片电池的极片长度将近一米，而比亚迪独创的叠片工艺能将对齐公差控制在 ±0.3毫米以内，叠片速度达达业界最高水平 ——0.3秒/片。
随后，机器会自动输送结构件并实现精准定位，经绝缘、焊接、入壳、密封等工序组装成电芯。 在经过烘烤去水、加注电解液和检测后，刀片电池电芯就完成了。
最后，一个个的电芯会组成电池包，比亚迪的CTP技术（电芯直接到电池包，没有模组），能使电池包体积利用率得到提升，有助于提升能量密度。
下图很好地展示了CTP技术的优势：
比亚迪称，刀片电池能够减少三元锂电池因电池安全和强度不够而增加的结构件，从而减少车重，所以单体能量密度虽然没有三元锂高，但是也能够达到主流三元锂电池同等的续航能力。比如比亚迪汉EV，综合续航里程已经达到了605公里。
最近有个热词叫“工业4.0”，你可以简单把它理解为智能工厂、智能生产和智能物流。重庆弗迪工厂也是工业4.0的践行者，除了高精度、自动化外，数字化建设也没有落后。每一个刀片电池产品都有一个专属的‘身份证’，未来，产品在使用期间的各项数据也将为比亚迪持续改进工艺、完善产品提供重要的参考。
■ 邦点评
弗迪电池公司副总经理孙华军表示，“今天，几乎你能想到的所有汽车品牌，都在和我们探讨基于刀片电池技术的合作方案”。这足见比亚迪的野心和实力，我们知道世界上的汽车巨头，比如大众和特斯拉，都想将电池的生产和研发握在自己手中，比亚迪显然先一步做到了这点，并且已经开始对外销售电池，这让比亚迪在与国内外对手竞争时占据了不少优势。
最后，我非常期待能早一点试驾到搭载刀片电池的汉EV，看看这款电池配合比亚迪的旗舰车型，到底能给我们什么惊喜。也请大家期待电动邦的后续报道。
本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。
对811三元锂电池穿刺测试瞬间爆炸，安全性真是新能源车的殇？
消费者对于电动车安全性的担忧，实际上有一部分是来自于对动力电池安全性的未知，为了检验电池的安全性，国家也出台了相关测试标准。其中，电池穿刺实验就是一项标准较高的安全测试。
网友自行进行穿刺测试
为了验证三元锂电池能否通过针刺测试，有网友进行了一次硬核的三元锂电池穿刺实验。据博主@锂电大全小鱼介绍，其进行穿刺实验的电池为宁德时代811三元锂电池单体，电池容量234a电压4.14v（满电为4.2V），穿刺钢针直径7毫米，穿刺速度25mm/s，执行GB/T 31485标准进行穿刺测试。
随后开始进行穿刺实验，从实验画面中可以看出，从钢针刚穿刺电池后，电池内部就发生了剧烈膨胀现象。而后，电池单体瞬间爆炸，同时伴随有起火现象，电池开始剧烈燃烧，电池内部物质向外喷射而出。很显然，该款三元锂电池单体没能通过穿刺测试。
不过穿刺测试确实是相对比较严苛的测试方法，在日常驾驶中，哪怕发生比较严重的交通事故，也很难触发这个场景。
811电池是什么？
我们俗称的811电池是NCM811三元锂电池，即正极材料中为镍钴锰，同时含量比例为80%：10%：10%的三元锂电池，是目前最高能量密度与最高技术含量的锂电池。由于NCA电池技术壁垒高，且日企垄断了NCA材料市场，中国电池制造商在多重因素下，大多选择NCM路线。
而使用NCM811电池的主要目的就是提升能量密度。现在多以523和622型为主，单体能量密度在200Wh/kg，而NCM811电池一举突破300Wh/kg，相当于能量密度提升了50%，这相当于同样体积的电池仓，可以携带更多的锂电池，或者大幅降低锂电池质量。
此外，811电池的成本也相比其他电池要更低，因为钴的成本一直在上涨，减少钴的含量就可以降低生产成本。在使用811电池后，普遍成本可以降低8%的成本。以特斯拉Model 3为例，它使用的2170电芯将正极材料中所需钴的含量降低到 10%以下，甚至低于其他电池产商生产的下一代NCM811电池中钴含量。
当然，凡事有利就有弊。811电池存在的安全隐患也要比其他电池更大。随着镍含量的提高，正极材料的稳定性随之下降，在遇到高温、外力冲击等情况时，高镍电池会存在安全隐患，且高镍电池充电时产气会导致电池鼓胀也是一个待解的问题。作为应用到汽车产品中的关键部件，高镍产品在安全方面仍然需要有更大程度的改进，可以说这是未来三年要努力克服的问题。
不过值得一提的是，不光811电池不能顺利通过穿刺测试，由于三元锂电池的特性，至今没有任何一款锂电池可以顺利通过该测试。
根据工业和信息化部公布的GB 30381-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》中，特别提出了电池系统热扩散试验，要求电池单体发生热失控后，电池系统在5分钟内不起火不爆炸，为乘员预留安全逃生时间。
哪些车搭载了811电池？
前几天，广州市的一台广汽新能源Aion S汽车在无充电的情况下突然着火，且火势凶猛并伴有浓烟，着火点或位于后尾箱，并可听见小程度的爆炸声。
尽管目前尚不清楚是否起火原因，但这台车就搭载的是811电池，这让Aion s的电池能量密度达到了180Wh/kg，在电池组容量为58.8kWh的情况下，便可以轻松突破500km续航大关。
此外宝马X1插电混动版本、蔚来ES6、吉利几何A，以及刚刚上市的小鹏P7等车型，均搭载了NCM811电池，换句话说，如果想要实现更长的续航表现，搭载811电池似乎是最快、成本最低的方案。
当然，811电池的安全性就像当年被诟病无数的双离合变速器一样，尽管天生就存在缺陷，但凭借着其他方面出色的表现依然无法令人拒绝，未来如何在续航、成本、安全等方面做出综合考虑，对汽车厂商来说，也是一个值得思考的问题。
此外，未来三元高镍材料的安全性可以通过材料改性优化、表面包覆、调整电解液和负极材料等方式来逐步解决。而另一方面，动力电池包内的其他设备也在进步，比如电池管理系统，比如各种传感器等等，它们也能弥补一部分电池在安全性能方面的不足。不过，想要让811电池安全性有质的飞跃，肯定还有很长的一段路要走。
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