昨天发⽣了什么：「03.24」⾸家造车新势⼒卖⾝出局；三星固态电池技术取得重⼤突破；⼩鹏
收购的福迪是何许⼈；滴滴⾃动驾驶迎⾸轮3亿美元融资
即将应⽤在⽐亚迪汉车型上的⼑⽚型磷酸铁锂电池（下称“⼑⽚电池”），通过⽆模组电池成组⽅
式，提升了电池包的整体能量密度，进⼀步延长了车辆续航⾥程，在续航⾥程上追近了采⽤三
元锂离⼦电池的主流车型。加上⽬前基于磷酸铁锂电池的⼑⽚电池在安全性和抗容量衰减特性
上相⽐三元锂离⼦电池更有优势，使其重新获得乘⽤车消费者的关注。最近⽐亚迪电池实验室
电阻加热炉对⼑⽚电池进⾏了严酷的针刺试验，作为对⽐，现场也对普通磷酸铁锂和三元锂离⼦电池样品藤蔓根茎
进⾏了同样的试验。下⾯就让我们来看看这三种电池被钢针刺穿后会发⽣什么？
虽然美国国家公路交通安全管理局研究认为，电动汽车起⽕概率要低于柴油和汽油发动机车
辆，我国消防应急管理部门也表达了类似观点，但每每出现纯电动车⾃燃的新闻时却总是能博
取到⼈们的关注。根据新能源汽车国家⼤数据联盟数据显⽰，去年5⽉以来出现事故的车辆，以
2018年⽣产的车为主。其中，事故车辆86%为三元锂离⼦电池，7%为磷酸铁锂电池，7%不确
光固化打印机定。⽽与电池相关的⾃燃事故⼤多与电芯热失控密切相关。
那么什么是热失控呢？电池的热失控是指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。
最新的强制性国标相较于2015版本有明显的变化，除了对2015版国标的已有项⽬进⾏修订外，
还取消了模组级别安全试验、电芯针刺试验、电芯跌落试验、电芯低⽓压试验、电芯海⽔浸泡
试验、电池包跌落试验以及电池包翻转试验，增加了电池包的热扩散试验和过流保护试验。在
混凝土隧道湿喷机执⾏层⾯，由于新国标尚未正式推⾏，⽬前企业可以选择性执⾏新国标规定的过充和热扩散试
验，2015版国标强制要求的针刺试验现在也作为可选项⽬由企业选择性执⾏。
●试验样品有哪些？
此次针刺试验除了有⽐亚迪最新的⼑⽚电池外，作为对⽐，我们也来普通磷酸铁锂电池、
NCM622三元锂离⼦电池（正极材料中的镍钴锰三种成分的⽐例为6:2:2）进⾏试验。我们要看
看这三种电池在严酷的针刺试验下，都有怎样的表现。
此次针刺试验的电池样品都是⽐亚迪⽣产的车⽤动⼒电池电芯，电芯单体容量都在100Ah以 上。从上图可以看出，普通磷酸铁锂电池和NCM622三元锂离⼦电池在外形和结构设计上没有
太⼤的区别；⼑⽚电池则与上述两者区别明显，其正负极分别布置在电池长度⽅向的两端。
●⼑⽚电池是什么⿊科技？
既然今天针刺试验的主⾓是⼑⽚电池，⾸先我们就要对它有个⼤致的了解，到底⽐亚迪的⼑⽚
电池是⼀样怎么样的东西？它在技术上有怎样的先进性呢？下⾯我就来给⼤家科普⼀下。
根据此前公布的消息，汉纯电动版车型将会搭载重量为549kg、容量为77kWh的电池包。按照⼑
⽚电池单体参数来简单推算⼀下，该电池包内将集成超过200个⼑⽚电池单体。
⽐亚迪通过CTP设计把电池包壳体内部的空间利⽤率由传统设计⽅式的40-50%提升⾄60-
80%。设计的更新换代带来的直接好处就是在采⽤原有磷酸铁锂电池技术的前提下较⼤地提升
纯电动车的续航⾥程。上⾯对⼑⽚电池进⾏了简单的科普，更详细的技术解析可参看下⾯这篇
⽂章的相关介绍。
●针刺实验是怎么做的？
按照GB/T 31485-2015的针刺试验⽅法，将电池充满电，⽤直径为5-8mm的耐⾼温钢针（此次
试验采⽤5mm直径的钢针），以（25±5）mm/s的速度，从垂直于电池极板的⽅向贯穿，贯穿位
置宜靠近所刺⾯的⼏何中⼼，钢针停留在电池中，观察1⼩时，不起⽕、不爆炸才算合格。
单个电池热失控时，其外壳温度越⾼，电池间的热扩散会越迅速，这意味着临近的电池也会更
快地升温⽽相继触发热失控，导致电池包的安全系数下降。实验中的鸡蛋如果很快地被煎熟，
说明电池在受到针刺时出现明显的热失控导致电池温度急剧上升。
2、试验结果解析文具盒生产过程
集装箱内衬袋
●实验结果到底咋样？
此次针刺试验是在⽐亚迪的电池实验室内进⾏的，由于实验室保密和安全原因，我们不能拍摄
电池针刺的过程，所以通过官⽅采⽤实验室专⽤的监控摄像头拍摄的视频进⾏讲解。
◆三元锂离⼦电池
⾸先，我们要做的是NCM622三元锂离⼦电池的针刺试验，这相信也是各位观众⽼爷们最为关
⼼的环节，因为⽬前国内很⼤⼀部分纯电动车采⽤的就是三元锂离⼦电池。对三元锂离⼦电池
有⼀定了解的朋友应该会知道，车⽤的三元锂离⼦电池是⽐较难通过针刺试验的，只要针刺触
发了内部短路，电池便会马上发⽣热失控，下⾯我们⽤试验来看看三元锂离⼦电池在针刺试验
中究竟会有怎样的反应？
从实验现象我们可以了解到，当钢针刺穿电池导致三元锂离⼦电池内部短路后，极⾼的升温速率会使三元正极材料快速达到200摄⽒度左右的分解温度，三元正极材料⾼速分解产⽣⼤量的游离态氧，这些游离态氧会进⼀步增加各种化学反应的产热量，提⾼电池内部升温速率，同时也使电池内部压⼒迅速上升。迅速攀升的电池内部压⼒很快推开了泄压阀，内部⾼压电解液喷薄⽽出，外部空⽓此时进⼊到电池内部，新鲜的空⽓+极⾼的温度+残留在电池内部的可燃电解液，爆炸起⽕便⼀触即发。
◆普通磷酸铁锂电池
接下来我们换普通磷酸铁锂电池上场。钢针从电池中央穿透其内部极板。在钢针穿透电池后，电池电压开始下降，电池外壳有⼀定程度的⿎胀，显⽰内部短路导致电池内部压⼒迅速上升，随后泄压阀打开，电池内部⾼压电解液喷出，之后电压迅速下降的同时，电池外壳温度迅速攀升，最⾼达到239摄⽒度。随着电池内容物通过泄压阀悉数喷出，电池外壳温度开始慢慢回落直⾄观察期结束。打在穿孔位置附近的鸡蛋已被⾼温壳体煎熟了，表明试验过程中电池外壳温度较⾼。
磷酸铁锂电池热失控反应之所以没有三元锂离⼦电池剧烈，主要是因为其正极材料分解温度在500摄⽒度以上，热失控温度相⽐三元锂离⼦电池更⾼，其热失控风险相对较低。此外，磷酸铁锂电池正极分解（触发热失控的⼀个主因）时产⽣的氧⽓量较少，限制了电池内部压⼒增加（限制了电池外壳⿎
涨）及温度升⾼，这⼀⽅⾯能够避免电池内部压⼒过⼤发⽣爆炸，另⼀⽅⾯也⼀定程度地限制了易燃电解液发⽣燃烧的可能性。磷酸铁锂在热失控测试中，其升温速率相⽐三元锂离⼦电池要低得多，这也是其安全系数较⾼的重要特性之⼀。
从实验现象我们可以看出，利⽤针刺来触发普通磷酸铁锂电池内部短路会导致其发⽣热失控。普通磷酸铁锂电池热失控后会导致电池内部温度和压⼒迅速上升，导致电池外壳产⽣⼀定程度⿎胀并触发泄压阀打开（泄压阀开启时伴随着⼀定的声响，但这并⾮爆炸）。虽然视频的效果看上去很惊险，但在整个试验过程中，电池没有发⽣起⽕和爆炸，安全性还是值得肯定的。值得⼀提的是，泄压阀是⼀种热失控保护措施，它在本次试验中热失控发⽣时适时打开，证明这种措施是⾏之有效的。
◆⼑⽚电池
我们最后测试的是⼑⽚电池。钢针从⼑⽚电池中央穿透其极板后，电池电压下降和表⾯温度上升都⾮常轻微，穿刺位置没有⽕花、烟雾或电解液喷出，电池壳体也没有出现⿎胀。穿刺后的⼀⼩时内，被穿刺⼑⽚电池的电压和表⾯温度都⾮常稳定，打在穿孔位置附近的鸡蛋没有任何要被煎熟的趋势。
看到这⾥，可能有些买了搭载三元锂离⼦电池纯电动车的朋友开始坐不住了，是不是要换⼀台搭载磷酸铁锂电池的车型更安全呢？且慢，上述试验是电池单体的零部件安全试验，虽然三元锂离⼦电池单体安全系数较低，但通过电池包结构设计优化以及电池管理系统的严格监控，是能够提升该类型电池
在电池包级别的安全系数的，请各位继续往下看。
●如何保证搭载三元锂离⼦电池车辆的使⽤安全
从车辆使⽤安全的⾓度出发，新国标新增了热扩散试验，要求电池包或电池单体发⽣热失控引起热扩散，进⽽导致乘员舱发⽣危险之前5分钟，为乘员提供⼀个预先警告信号，提醒乘员疏散。热扩散试验的⽬的就是为了提升电动车在使⽤层⾯的安全性，保证使⽤者的⼈⾝安全。
有朋友会问，都热失控了才报警，这还来得及吗？要回答这个问题，我们就要先来了解⼀下电池包的结构。电动车电池包内部是有数⼗到数千个不等的电池单体组成的，其中⼀个电池单体发⽣热失控⼀般是不会⽴即触发临近电池单体的热失控。所以电池包要真的燃烧起来，达到损害⼈⾝安全的程度，其实是有⼀个过程的。三元锂离⼦电池虽然热失控安全系数相对较低，但是通过电池单体泄压阀设计，在电池单体间增加隔热绝缘材料是能够有效阻⽌热扩散，可减慢或者避免其他电池单体发⽣热失控，延长乘员逃⽣时间的。
由于针刺并⾮常规的电池失效模式，电动车在⽇常使⽤中，其电池包或电池单体极难遇到被针刺的情况。⽽在严重碰撞事故中导致电池单体变形从⽽引发热失控则是较为常见的失效模式，通过加强电池包及周边保护结构的强度，能够较好地避免电池单体因受压变形⽽触发热失控。总⽽⾔之，搭载在⽬前量产车型上的三元锂离⼦电池虽然其单体安全系数较低，但通过电池包和电池管理系统的优化设计
是能够提升这种电池技术在使⽤层⾯上的安全性的，⽬前国标的基础要求还是⽐较严格的，所以消费者⽆需谈三元锂离⼦电池⾊变。
就⽬前国内的技术⽔平来看，安全指标⼀定程度限制了三元锂离⼦电池包整体能量密度的进⼀步提升，⽽较低的单体能量密度则限制着磷酸铁锂电池或⼑⽚电池包整体能量密度的提升。相⽐起来，磷酸铁锂电池或⼑⽚电池包在未来⼏年通过电池技术优化以及采⽤⽆模组电池包设计优化，电池包整体能量密度的提升空间较⼤，或能追平受到安全指标制约的三元锂离⼦电池包。
●编辑总结：
三元锂离⼦电池单体的热失控安全系数较低，但通过加强电池包壳体的强度，完善电池管理系统对热失控的检测和提前预警机制，利⽤隔热绝缘材料降低热扩散速率等都能有效地增强电池包的整体安全系数，以满⾜国标对车⽤动⼒电池的安全性要求，提升其使⽤层⾯的安全性。磷酸铁锂电池/⼑⽚电池能量密度相对较低，但其热失控安全系数⽐三元锂离⼦电池⾼不少，这有
利于使⽤⽆模组设计来进⼀步提升电池包整体能量密度，增加电动车的续航⾥程，从⽽在安全性和续航上实现更好的平衡。
来源：汽车之家
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