有惊无险 聊比亚迪刀片电池针刺实验

比亚迪韩系轿车采用的刀片式磷酸铁锂电池（以下简称“刀片电池”）通过无模块电池组的方式，提高了电池组的整体能量密度，进一步延长了整车续航里程，赶上了采用3元锂离子的主流车型电池续航里程。此外，与三元锂离子电池相比，基于磷酸铁锂电池的流程电池在安全性、抗容量衰减等方面具有更多的优势，再次引起了乘用车消费者的关注。

近日，比亚迪电池实验室对刀片电池进行了严格的针灸试验。作为比较，普通磷酸铁锂和三元锂离子电池样品在同一领域进行了测试。现在让我们看看当这三个电池被钢针刺穿时会发生什么？

一个。样品介绍及针刺试验

●不受控制的热和针灸试验

尽管美国国家公路交通安全管理局认为电动汽车的火灾概率低于柴油机和汽油机车辆，但中国消防应急管理部门也表达了类似的观点，人们一直关注纯天然气的自燃电动汽车。

据国家新能源汽车大数据联盟数据显示，去年5月以来发生事故的车辆主要在2018年生产。其中，86%的事故车辆为三元锂离子电池，7%为磷酸铁锂电池，7%不确定。与电池有关的自燃事故大多与电池的热失控密切相关。

那么什么是失控的热量？电池的热失控是指电池内化学反应的产热率远高于散热率。电池中积聚的大量热量会导致电池温度迅速上升，最终导致电池起火或爆炸。

最新强制性国家标准与2015年版相比有明显变化。除修订2015年国家标准现有项目外，取消了模块级安全性试验、细胞针刺试验、细胞跌落试验、细胞低压试验、细胞海水浸泡试验、细胞袋跌落试验和细胞袋翻转试验，对电池袋进行了热扩散试验和过电流试验，并进行了附加保护试验。在执行层面，由于新国标尚未正式实施，企业可以有选择地进行新国标规定的过充和热扩散试验。2015版国标要求的针刺试验，现由企业有选择地作为可选项进行。

●测试样品是什么？

除了比亚迪最新的刀片电池外，我们还发现了普通的磷酸铁锂电池和ncm622三元锂离子电池（正极材料中镍、钴、锰的比例为6:2:2）用于针灸测试。我们想看看这三个电池在严格的针灸测试下的表现。

本次针刺试验的电池样品均为比亚迪生产的汽车动力电池用电池，电池容量大于100Ah。由上图可以看出，普通磷酸铁锂电池与ncm622三元锂离子电池在外形和结构设计上没有太大区别；刀片式电池与上述两种电池明显不同，其正负极分别设置在电池长度方向的两端。

什么是刀片电池黑色技术？

因为今天针灸测试的主要特点是刀片电池，首先，我们需要对它有一个大致的了解。比亚迪的刀片电池是什么？技术有多先进？现在我给你做一个概括性的介绍。

根据此前发布的信息，汉春电动车将搭载549kg电池组，容量为77kwh。根据叶片电池的参数，我们可以简单的计算出200多个叶片电池将集成到电池组中。

比亚迪通过CTP设计，电池组外壳内部空间利用率由传统设计的40-50%提高到60-80%新设计的直接好处是在采用原磷酸铁锂电池技术的前提下，提高了纯电动汽车的续航里程。刀片电池是一种简单的科普产品。有关更详细的技术分析，请参阅以下文章的介绍。

如何做针灸实验？

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。

当单个电池的热量失控时，电池外壳的温度越高，电池之间的热扩散越快，这意味着相邻的电池也会升温越快，连续接触的热量失控，导致电池组的安全系数降低。如果实验中的鸡蛋被快速油炸，说明电池的温度会急剧上升，因为当电池被刺穿时，会出现明显的热失控现象。

2。试验结果分析

●实验结果如何？

针灸试验在比亚迪电池实验室进行。由于实验室的保密性和安全性，我们无法拍摄到电池针灸的过程，所以我们通过实验室官方监控摄像头拍摄的视频进行了解释。

三元锂离子电池

首先，我们要对ncm622三元锂离子电池做针刺试验，相信这是观众最关心的部分，因为目前我国大部分纯电动汽车都使用三元锂离子电池。一个对三元锂离子电池有一定了解的朋友应该知道，汽车用三元锂离子电池要通过针灸试验是比较困难的。只要针刺触发内部短路，电池就会立即失去对热量的控制。让我们用这个测试看看锂离子电池在针灸测试中的反应如何？

从实验现象可以看出，当钢针刺穿电池造成三元锂离子电池内部短路时，极高的加热速率会使三元正极材料迅速达到200℃左右的分解温度，三元正极材料会高速分解产生大量游离氧的存在，会进一步增加各种化学反应的热量产生，提高电池的内部加热速率，也会使电池的内部压力力迅速上升. 电池内部压力迅速上升，推动泄压阀迅速打开，内部高压电解液喷出。此时，外部空气进入电池。新风温度很高，电池中残留的可燃电解液，爆炸和火灾迫在眉睫。

? 普通磷酸铁锂电池

接下来，我们将转向普通磷酸铁锂电池。钢针从电池中心穿过内板。钢针穿透电池后，电池电压开始下降，电池外壳膨胀到一定程度，说明内部短路导致电池内部压力迅速上升。然后，减压阀打开，蓄电池中的高压电解液喷出。当电压迅速下降时，电池外壳温度迅速上升，达到239℃。随着蓄电池内的物质通过减压阀完全排出，蓄电池外壳温度开始下降，直到观察期结束。炮眼附近的鸡蛋已经被高温炮弹煮熟，这表明在测试过程中电池壳的温度很高。

磷酸铁锂电池失控反应不如锂离子电池剧烈的原因是其正极材料的分解温度在500℃以上，失控温度高于锂离子电池，因此失控风险相对较低。

此外，磷酸铁锂电池正极分解产生的氧气量（接触加热不受控制的主要原因）较少。一方面，它限制了电池内部压力的增加（限制了电池外壳的膨胀）和温度的上升。它一方面可以避免电池内部压力的爆炸，另一方面也在一定程度上限制了可燃电解液燃烧的可能性。在磷酸铁锂热失控试验中，加热速率远低于三元锂离子电池，这是高安全系数的重要特性之一。

从实验现象可以看出，用针刺触发普通磷酸铁锂电池内部短路会导致热失控。当普通磷酸铁锂电池失控时，电池内部温度和压力会迅速上升，导致电池外壳膨胀到一定程度，触发泄压阀的开启（泄压阀的开启伴随一定的声音，但这不是爆炸）。虽然视频的效果看起来很惊险，但在整个测试过程中，电池没有点火爆炸，而且安全性还是值得肯定的。值得一提的是，减压阀是一种热失控保护措施。试验中出现热失控时及时开启，证明了该措施的有效性。

◆刀片电池

我们最后测试的是刀片电池。钢针从刀片电池的中心穿透板后，电池电压下降，表面温度略有上升。穿孔处无火花、烟雾、电解液喷出，电池外壳无鼓包现象。刺穿后1小时内，刺刀的电池电压和表面温度非常稳定，刺穿位置附近没有煎鸡蛋的倾向。

看这里，也许有些买了三元锂离子电池纯电动汽车的朋友坐不住了。用磷酸铁锂电池换型号安全吗？等一下。以上测试是电池组组件的安全测试。虽然三元锂离子电池的安全系数相对较低，但通过优化电池结构设计和严格监控电池管理系统，可以提高电池级的安全系数，请继续往下看。

如何保证三元锂离子电池车的使用安全

从车辆使用安全的角度出发，新国标增加了一项新的热扩散试验，要求在危险发生前5分钟检测电池组或电池组热失控引起的热扩散，为旅客提供预警信号，提醒旅客撤离。热扩散试验的目的是为了提高电动汽车的安全性，保证用户的人身安全。

朋友们会问是不是太热了不能报警。太迟了吗？要回答这个问题，我们首先需要了解电池组的结构。电动汽车的电池组里有成千上万的电池。一个电池的热失控不会立即触发相邻电池的热失控。

因此，这是一个过程，使电池组燃烧和损害人身安全。虽然三元锂离子电池的热失控安全系数相对较低，但通过电池泄压阀的设计，在电池之间添加隔热材料可以有效防止热扩散，减缓或避免其他电池的热失控，延长旅客逃生时间。

由于针灸不是电池的正常故障模式，在电动汽车的日常使用中，电池组或电池组很难被刺穿。然而，在严重的碰撞事故中，电池变形引起的失控发热是常见的故障模式。通过加强电池组和周围保护结构的强度，可以避免由于压缩变形导致电池失控发热。

总之，虽然目前量产车上三元锂离子电池的安全系数相对较低，但电池组和电池管理系统的优化设计可以在使用层面上提高电池技术的安全性，目前，国家标准的基本要求比较严格，消费者无需谈论三元锂离子电池的变色问题。

从目前国内技术水平来看，安全性指标在一定程度上限制了三元锂离子电池组整体能量密度的进一步提高，而单体能量密度较低则限制了磷酸铁锂电池组或叶片电池组整体能量密度的提高。相比之下，未来几年，通过电池技术的优化和模块化自由电池组的设计，电池组的整体能量密度有较大的提升空间，或者可以赶上受安全指标限制的三元锂离子电池组。

●编辑总结：

三元锂离子电池的热失控安全系数相对较低，但通过加强电池外壳强度和完善电池热失控管理系统的检测预警机制，可以有效提高电池组的安全系数，并可采用隔热材料降低热扩散速率，以满足汽车动力电池国家标准的安全要求，提高其使用层的表面安全性。

磷酸铁锂电池/刀片电池的能量密度相对较低，但其热失控安全系数远高于三元锂离子电池，有利于采用非模块化设计，进一步提高电池组的整体能量密度，增加电动汽车的行驶里程，在安全性和耐久性之间达到更好的平衡。