● 實(shí)驗(yàn)結(jié)果到底咋樣？

　　此次針刺試驗(yàn)是在比亞迪的電池實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行的，由于實(shí)驗(yàn)室保密和安全原因，我們不能拍攝電池針刺的過(guò)程，所以通過(guò)官方采用實(shí)驗(yàn)室專用的監(jiān)控?cái)z像頭拍攝的視頻進(jìn)行講解。

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【三種電池樣品針刺試驗(yàn)視頻】

◆ 三元鋰離子電池

　　首先，我們要做的是NCM622三元鋰離子電池的針刺試驗(yàn)，這相信也是各位觀眾老爺們最為關(guān)心的環(huán)節(jié)，因?yàn)槟壳皣?guó)內(nèi)很大一部分純電動(dòng)車采用的就是三元鋰離子電池。對(duì)三元鋰離子電池有一定了解的朋友應(yīng)該會(huì)知道，車用的三元鋰離子電池是比較難通過(guò)針刺試驗(yàn)的，只要針刺觸發(fā)了內(nèi)部短路，電池便會(huì)馬上發(fā)生熱失控，下面我們用試驗(yàn)來(lái)看看三元鋰離子電池在針刺試驗(yàn)中究竟會(huì)有怎樣的反應(yīng)？

　　從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象我們可以了解到，當(dāng)鋼針刺穿電池導(dǎo)致三元鋰離子電池內(nèi)部短路后，極高的升溫速率會(huì)使三元正極材料快速達(dá)到200攝氏度左右的分解溫度，三元正極材料高速分解產(chǎn)生大量的游離態(tài)氧，這些游離態(tài)氧會(huì)進(jìn)一步增加各種化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)熱量，提高電池內(nèi)部升溫速率，同時(shí)也使電池內(nèi)部壓力迅速上升。迅速攀升的電池內(nèi)部壓力很快推開了泄壓閥，內(nèi)部高壓電解液噴薄而出，外部空氣此時(shí)進(jìn)入到電池內(nèi)部，新鮮的空氣+極高的溫度+殘留在電池內(nèi)部的可燃電解液，爆炸起火便一觸即發(fā)。

◆ 普通磷酸鐵鋰電池

　　接下來(lái)我們換普通磷酸鐵鋰電池上場(chǎng)。鋼針從電池中央穿透其內(nèi)部極板。在鋼針穿透電池后，電池電壓開始下降，電池外殼有一定程度的鼓脹，顯示內(nèi)部短路導(dǎo)致電池內(nèi)部壓力迅速上升，隨后泄壓閥打開，電池內(nèi)部高壓電解液噴出，之后電壓迅速下降的同時(shí)，電池外殼溫度迅速攀升，最高達(dá)到239攝氏度。隨著電池內(nèi)容物通過(guò)泄壓閥悉數(shù)噴出，電池外殼溫度開始慢慢回落直至觀察期結(jié)束。打在穿孔位置附近的雞蛋已被高溫殼體煎熟了，表明試驗(yàn)過(guò)程中電池外殼溫度較高。

　　磷酸鐵鋰電池?zé)崾Э胤磻?yīng)之所以沒(méi)有三元鋰離子電池劇烈，主要是因?yàn)槠湔龢O材料分解溫度在500攝氏度以上，熱失控溫度相比三元鋰離子電池更高，其熱失控風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低。此外，磷酸鐵鋰電池正極分解（觸發(fā)熱失控的一個(gè)主因）時(shí)產(chǎn)生的氧氣量較少，限制了電池內(nèi)部壓力增加（限制了電池外殼鼓漲）及溫度升高，這一方面能夠避免電池內(nèi)部壓力過(guò)大發(fā)生爆炸，另一方面也一定程度地限制了易燃電解液發(fā)生燃燒的可能性。磷酸鐵鋰在熱失控測(cè)試中，其升溫速率相比三元鋰離子電池要低得多，這也是其安全系數(shù)較高的重要特性之一。

　　從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象我們可以看出，利用針刺來(lái)觸發(fā)普通磷酸鐵鋰電池內(nèi)部短路會(huì)導(dǎo)致其發(fā)生熱失控。普通磷酸鐵鋰電池?zé)崾Э睾髸?huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部溫度和壓力迅速上升，導(dǎo)致電池外殼產(chǎn)生一定程度鼓脹并觸發(fā)泄壓閥打開（泄壓閥開啟時(shí)伴隨著一定的聲響，但這并非爆炸）。雖然視頻的效果看上去很驚險(xiǎn)，但在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，電池沒(méi)有發(fā)生起火和爆炸，安全性還是值得肯定的。值得一提的是，泄壓閥是一種熱失控保護(hù)措施，它在本次試驗(yàn)中熱失控發(fā)生時(shí)適時(shí)打開，證明這種措施是行之有效的。

◆ 刀片電池

　　我們最后測(cè)試的是刀片電池。鋼針從刀片電池中央穿透其極板后，電池電壓下降和表面溫度上升都非常輕微，穿刺位置沒(méi)有火花、煙霧或電解液噴出，電池殼體也沒(méi)有出現(xiàn)鼓脹。穿刺后的一小時(shí)內(nèi)，被穿刺刀片電池的電壓和表面溫度都非常穩(wěn)定，打在穿孔位置附近的雞蛋沒(méi)有任何要被煎熟的趨勢(shì)。

　　看到這里，可能有些買了搭載三元鋰離子電池純電動(dòng)車的朋友開始坐不住了，是不是要換一臺(tái)搭載磷酸鐵鋰電池的車型更安全呢？且慢，上述試驗(yàn)是電池單體的零部件安全試驗(yàn)，雖然三元鋰離子電池單體安全系數(shù)較低，但通過(guò)電池包結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化以及電池管理系統(tǒng)的嚴(yán)格監(jiān)控，是能夠提升該類型電池在電池包級(jí)別的安全系數(shù)的，請(qǐng)各位繼續(xù)往下看。

● 如何保證搭載三元鋰離子電池車輛的使用安全

　　從車輛使用安全的角度出發(fā)，新國(guó)標(biāo)新增了熱擴(kuò)散試驗(yàn)，要求電池包或電池單體發(fā)生熱失控引起熱擴(kuò)散，進(jìn)而導(dǎo)致乘員艙發(fā)生危險(xiǎn)之前5分鐘，為乘員提供一個(gè)預(yù)先警告信號(hào)，提醒乘員疏散。熱擴(kuò)散試驗(yàn)的目的就是為了提升電動(dòng)車在使用層面的安全性，保證使用者的人身安全。

　　有朋友會(huì)問(wèn)，都熱失控了才報(bào)警，這還來(lái)得及嗎？要回答這個(gè)問(wèn)題，我們就要先來(lái)了解一下電池包的結(jié)構(gòu)。電動(dòng)車電池包內(nèi)部是有數(shù)十到數(shù)千個(gè)不等的電池單體組成的，其中一個(gè)電池單體發(fā)生熱失控一般是不會(huì)立即觸發(fā)臨近電池單體的熱失控。所以電池包要真的燃燒起來(lái)，達(dá)到損害人身安全的程度，其實(shí)是有一個(gè)過(guò)程的。三元鋰離子電池雖然熱失控安全系數(shù)相對(duì)較低，但是通過(guò)電池單體泄壓閥設(shè)計(jì)，在電池單體間增加隔熱絕緣材料是能夠有效阻止熱擴(kuò)散，可減慢或者避免其他電池單體發(fā)生熱失控，延長(zhǎng)乘員逃生時(shí)間的。

　　由于針刺并非常規(guī)的電池失效模式，電動(dòng)車在日常使用中，其電池包或電池單體極難遇到被針刺的情況。而在嚴(yán)重碰撞事故中導(dǎo)致電池單體變形從而引發(fā)熱失控則是較為常見的失效模式，通過(guò)加強(qiáng)電池包及周邊保護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，能夠較好地避免電池單體因受壓變形而觸發(fā)熱失控。

　　總而言之，搭載在目前量產(chǎn)車型上的三元鋰離子電池雖然其單體安全系數(shù)較低，但通過(guò)電池包和電池管理系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是能夠提升這種電池技術(shù)在使用層面上的安全性的，目前國(guó)標(biāo)的基礎(chǔ)要求還是比較嚴(yán)格的，所以消費(fèi)者無(wú)需談三元鋰離子電池色變。

　　就目前國(guó)內(nèi)的技術(shù)水平來(lái)看，安全指標(biāo)一定程度限制了三元鋰離子電池包整體能量密度的進(jìn)一步提升，而較低的單體能量密度則限制著磷酸鐵鋰電池或刀片電池包整體能量密度的提升。相比起來(lái)，磷酸鐵鋰電池或刀片電池包在未來(lái)幾年通過(guò)電池技術(shù)優(yōu)化以及采用無(wú)模組電池包設(shè)計(jì)優(yōu)化，電池包整體能量密度的提升空間較大，或能追平受到安全指標(biāo)制約的三元鋰離子電池包。

● 編輯總結(jié)：

　　三元鋰離子電池單體的熱失控安全系數(shù)較低，但通過(guò)加強(qiáng)電池包殼體的強(qiáng)度，完善電池管理系統(tǒng)對(duì)熱失控的檢測(cè)和提前預(yù)警機(jī)制，利用隔熱絕緣材料降低熱擴(kuò)散速率等都能有效地增強(qiáng)電池包的整體安全系數(shù)，以滿足國(guó)標(biāo)對(duì)車用動(dòng)力電池的安全性要求，提升其使用層面的安全性。磷酸鐵鋰電池/刀片電池能量密度相對(duì)較低，但其熱失控安全系數(shù)比三元鋰離子電池高不少，這有利于使用無(wú)模組設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)一步提升電池包整體能量密度，增加電動(dòng)車的續(xù)航里程，從而在安全性和續(xù)航上實(shí)現(xiàn)更好的平衡。（圖/文/攝/汽車之家 常慶林）

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