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381萬輛，但消費者心中對于新能源汽車的認知往往與“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。
據相關媒體報道，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量有關，包括動力電池故障、充電故障以及續(xù)航能力不準等三個方面，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”（比亞迪和寧德時代）就電池安全性問題展開激烈爭論。
技術路線爭議再起 安全性能才是核心
比亞迪和寧德時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)布會現場，刀片電池更是向針刺實驗發(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，刀片電池表現相當搶眼，在被刺穿的時候，沒有任何的異常表現，甚至連冒煙都沒有，結構依舊穩(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，比亞迪集團董事長兼總裁王傳福信心滿滿，認為“刀片電池”將引領全球動力電池技術路線重回正道，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，比亞迪的強勢崛起，引起動力鋰電池一哥“寧德時代”的注意。在5月11日舉辦的寧德時代2019年業(yè)績網上說明會上，寧德時代董事長曾毓群表示，刀片電池是其2016年量產的CTP結構創(chuàng)新概念中的一種。關于針刺測試，寧德時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。”
當日，比亞迪汽車銷售公司副總經理李云飛發(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，微博網友小魚鋰電發(fā)布了一段針對寧德時代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標準的要求進行針刺測試。從試驗視頻可見，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。
一時間寧德時代被推向了輿論風口，為了進一步驗證自身產品的安全可靠性，寧德時代在5月22日晚，發(fā)布了一條微博：“是什么阻礙寧德時代做針刺測試？是技術？是體質？是巨頭的面子？不，是鋼針！”并發(fā)布了一段寧德時代三元電池包針刺測試的視頻。測試中，寧德時代的鋼針在接觸電池包之后，鋼針竟然折斷了。因此得出結論：寧德時代三元電池包鋼針根本刺不穿。
5月23日晚，寧德時代又發(fā)了一條微博：“寧德時代早在2017年就已掌握三元電芯通過針刺測試的技術，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代兩款三元電芯的針刺實驗視頻。視頻中寧德時代的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小時后，電池未出現劇烈的升溫和爆炸現象。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證的文件。當時的針刺測試條件，電池滿電，鋼針直徑3mm，刺入速度80mm/s，整個過程電池沒有質量損失，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理李云飛發(fā)布微博回應，稱針刺試驗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失敗了。
5月25日下午，一名自稱為寧德時代工程師的@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)生內短路，但針刺測試的核心目的不是一定要讓電池內短路，而是模擬金屬刺入的條件下發(fā)生熱失控的幾率”。
……
比亞迪和寧德時代此次“針鋒相對”同時把鋼針扎進自家電池包，已不能當一場鬧劇來看，技術互懟的背后是一場磷酸鐵鋰電池與三元電池技術路線之爭，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準之爭，更是一場產品安全性能之爭。
有業(yè)內專家表示，從化學材料的成分來看，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、穩(wěn)定性較差。兩種動力電池優(yōu)缺點都很明顯，作為國內動力電池行業(yè)的領頭羊，這兩種電池，無論是寧德時代，還是比亞迪，均有研發(fā)并生產。
近年來在政策引導及市場迎合的影響下，三元電池的裝機量遠遠超過磷酸鐵鋰電池。在能量密度與電池安全之間求得平衡，背后實質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，保障消費者生命財產安全，都應是最重要的事。
中俄新能源材料技術研究院院長王慶生認為，一場針刺試驗之爭，就定義磷酸鐵鋰及三元電池技術路線之爭勝負，這樣看問題是不夠全面和不了解電池體系技術，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用還是要取決于市場的應用領域和擁有電池技術的成熟度以及產品使用工況路況的要求，來匹配合適的工藝與材料。作為電池設計者制造商，不是只能做一個技術一種電池，一項安全性能測試也并不能代表材料應用領域的使用問題，再說這不是一個材料就能解決的，所以不同技術、不同材料都一樣有著自己的市場角色和應用領域。
專家詳解安全檢測秘密 新國標或引發(fā)行業(yè)變革
比亞迪與寧德時代的“技術互懟”雖暫告一段落，但兩者爭論的焦點“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，一場針對針刺實驗真實性和必要性的爭論仍持續(xù)發(fā)酵。
對此，電池網（微號：mybattery）采訪了一些電池檢測領域專家，王慶生表示，電池針刺早在國際IEC標準和之前國家鋰電檢測標準中都是存在的，因后期國內大多數鋰電池廠集中在三元液態(tài)體系技術上，導致針刺試驗幾乎過不去，后來行業(yè)協會討論把針刺列為非必要強檢項。王慶生認為，“從安全檢測角度出發(fā)針刺檢測是應該存在的，我們降低標準是采取了普惠政策，照顧企業(yè)和材料應用推廣，但這無利于技術的進步。”
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，當然單項冠軍不算，因為不少企業(yè)有很多為滿足這一項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。”
動力電池熱失控問題被認為是目前新能源汽車著火或爆炸事故的主要原因，電池網注意到，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》三項強制性國家標準由國家市場監(jiān)督管理總局、國家標準化管理委員會批準發(fā)布，將于2021年1月1日起開始實施。電動汽車顛覆性國標出臺，電池熱失控需保證5分鐘內不爆炸。
有業(yè)內人士分析稱，新能源汽車的電芯在受到過充、針刺、碰撞時會引發(fā)熱失控，產生大量的熱量，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，進而造成電池包起火甚至爆炸。但是，由于鋰電的特點，就目前的消防手段而言，整個行業(yè)基本上都是束手無策。
根據熱失控發(fā)生的機理，首先早預防早監(jiān)控、早發(fā)現早處理，即在電池熱失控最早期有效識別安全隱患，防止熱失控誘發(fā)和蔓延才是重點，只有做到極早期的熱失控監(jiān)測以及智能化預警，才是避免熱失控蔓延、火災發(fā)生的最直接、有效的手段；其次優(yōu)化電芯成組結構，抑制或減緩熱失控發(fā)生后的熱擴散速率，避免單體熱失控蔓延至周圍電芯，造成連鎖反應；最后，若已經出現單體熱失控蔓延，就只能采用物理或者化學干預，但是卻往往不能阻止電池熱失控的連鎖反應，不能從根源上對熱失控加以控制。
因此，從技術角度講，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。
王慶生則認為，電動汽車安全不是一個技術點問題，是一個系統(tǒng)問題，一個電池材料、一個管理技術、一個預警系統(tǒng)并不能根本解決電池使用的安全性，必須從電動車的設計制造與應用角度從初始階段就應涉及到電池的設計。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，要從基礎的材料選擇匹配、電池結構體系設計、電池單體制備及檢測、電池組集成熱管理設計、電池、電機管理控制系統(tǒng)的算法與預警、電池使用規(guī)范與跟蹤、電動車使用要求（電流回饋、電機限流啟動等）等多處著手系統(tǒng)設計、結合工況路況拓撲要求與電池設計制造集成熱場管理有著直接關聯度，故增加電池系統(tǒng)熱信號報警從實用角度進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……動力電池新產品不斷涌現。王慶生認為，“最近報道了很多‘新名詞’電池，仔細看了報道和技術體系的分析，多是名詞創(chuàng)新和形狀創(chuàng)新，并無實際體系技術創(chuàng)新，最多是電極結構或材料上的調整，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、結構和材料及添加劑做了調整并沒有實際的技術創(chuàng)新，可算作技術進步，但并沒有徹底改變電池技術的現狀，因此不必太糾結和顧及這些叫法，但作為協會還是要規(guī)范管理和引導。”
在王慶生看來，燃料電池（水電解技術）和固態(tài)鋰電池的發(fā)展才是行業(yè)技術的發(fā)展方向，但也必須面對亟待解決的技術難題：固固相界面阻抗、電極極化、催化酶技術、質子交換膜技術、電極中毒壽命問題等等。
北京理工大學副教授、新能源汽車國家大數據聯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。
而現實中，往往消費者接受了燃燒事故率高達到萬分之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。
有熱失控領域專家表示，不同類型電池在發(fā)生熱失控時會有不同的表征特性，需要大量的試驗進行驗證、總結，因此技術也必須要隨著產品的發(fā)展和實驗的驗證不斷的更新。而目前鋰電行業(yè)快速發(fā)展，技術也在不斷的更新，但大多數的新型電池技術沒有經過市場的驗證，無法直接判斷技術的好壞，最后的王者還是需要市場來驗證。
而如何確保電池生命周期安全？王慶生認為，這是系統(tǒng)保障問題，不能以一個材料的使用更換來回答。就體系技術和系統(tǒng)技術的概念而言，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)洌窟@就需要電池體系技術和系統(tǒng)技術相結合來完善，鋰離子電池現多為液態(tài)體系、固態(tài)體系還在路上、準固態(tài)體系已經成熟，但要滿足動力電池安全要求，還需要從材料技術、工藝技術、裝備技術、集成技術、應用技術、售服保障技術等系統(tǒng)的技術支撐作為保障。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材料更換的問題，是體系技術和系統(tǒng)技術的結合支撐方能進一步提升動力電池安全性。
另外，有業(yè)內人士表示，目前主機廠對整車安全的共識已經從單體安全轉為系統(tǒng)安全。電池安全防護貫穿于全生命周期，保證電池全周期安全從如下四個方面：1、保證電芯生產一致性，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、對電池包進行熱失控檢測，實現提前預警監(jiān)測提前干預處置。
結語：現階段，動力電池技術不斷升級，在提升能量密度的同時，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。無論哪條技術路線，消費者最有話語權，最后都需要經過長期的市場驗證。
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