针刺测试,是电池安全测试的“珠峰”吗?

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。

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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。


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