这是比亚迪的一次电池安全性测试,根据国标测试要求,此次试验要用直径5mm,针尖圆锥角度45-60度的耐高温钨针,以25±5mm/s的速度贯穿电池的几何中心,没有发生爆燃起火才算通过测试。
这个就是业界公认的所有电池安全测试中最严酷、最难通过的针刺试验,如你所见,并不是所有电池都能通过测试。针刺试验模拟了最极端状态下的电池内短路情况,如果这项试验都能顺利通过,那在日常用车中,即便因过度充放电、碰撞甚至托底等情况出现了电池内短路,整个电动车的安全性也能有足够的保证。
当钨针穿过电池时,为何会发热甚至爆燃,想要深究其中的原因,我们要先弄清楚锂电池的结构。汽车上使用的锂电池都是由正极、负极、隔膜、电解液几大部分组成,电池的正极、负极、隔膜紧紧的贴合在一起,通过卷绕或者叠片的方式放入电池外壳之中,最后再注入电解液。在针刺试验中,当钨针刺入电池后,每一层的正负极和隔膜会被逐一刺穿,这时电池内部会发生短路,在第一阶段,钨针刺破处温度会缓慢上升,此时受热的隔膜会关闭膜上的微孔,还会收缩变形将钨针包裹,使得正负极之间不再接触,内短路反应逐渐终止。但如果温度上升过快,则会导致隔膜直接被熔解,整个反应会进入第二阶段,反应迅速加快,温度攀升,电解液受高温沸腾、压力升高,电池失控爆燃。根据正极材料的不同,三元锂正极相比磷酸铁锂正极,受热后稳定性更差,在初期内短路放热后,三元锂正极会受热分解,释放氧气,加速反应进行,跳过针刺第一阶段进入第二阶段,内部急速升温,最终发生爆燃。刀片电池使用的磷酸铁锂正极,稳定性好,受热也不会释放氧气。同时,整个电池长而薄,电池内部呈叠片式,正负极和隔膜交替叠放在一起,隔膜呈Z字形,回路长、空间大,留出了更多的散热空间,这就使得刀片电池被穿刺后内部化学反应速率低,在内短路第一阶段反应就已终止,因此温度只有极小幅度的升高。
目前,很多电池都无法通过针刺试验,在这种最危险的内短路情况下不能保证安全,电动车在极端条件下的安全问题就无法解决,消费者用车始终就会有疑虑。现阶段,大家都在追求电池能量密度,但是过高的能量密度一定会影响安全性和稳定性,未来的趋势,一定是在保证安全性的基础下,合理提升能量密度。而通过创新性的解决方案,兼顾能量密度和安全性的比亚迪刀片电池,能否掀起一次新能源行业的变革呢?