电池针刺试验难度有多大？为何宁德时代两次试验被网友疯狂吐槽
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两周前，宁德时代2019年度业绩网上说明会上，有投资者问宁德时代在电池安全检测上的工作和关键措施，宁德时代新能源科技有限公司董事长兼首席运营官曾毓群在回答中提到：“电池的安全和电池的滥用测试是两回事，有些人把滥用测试的通过等同于电池的安全。”
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这条充满火药味的答复无疑将矛头指向了最新热度极高的比亚迪刀片电池，“滥用测试”即为比亚迪前不久公开的三种动力电池对照针刺试验。比亚迪汽车销售公司副总经理李云飞随后在微博隔空喊话：“不服？！那也来扎一下吧。”
宁德时代的两次针刺试验
宁德时代真的“扎了”，还“扎了”两次，而且这两次试验全部顺利通过，但是这一结果并没有被广大网友认可，反而引发疯狂吐槽。
5月22日，宁德时代在微博发布第一条关于针刺试验的视频，配文称：“是什么阻碍宁德时代做针刺测试？是技术？是体质？是巨头的面子？不，是钢针！”。
这条微博发布后，立即被网友指出宁德时代是在偷换概念。这项试验中，宁德时代将原应作为试验样品的“电芯”换为了“电池包”，本用于穿刺电芯的直径5mm、锥角45°钢针在接触电池包壳体后被直接折断，完全违背了模拟短路检验电池系统热扩散的试验目的。
5月23日晚，宁德时代在微博发布了第二条针刺试验视频，同时表示：“宁德时代早在2017年就已掌握三元电芯通过针刺测试的技术，但是为什么没有推广？通过针刺测试=电池安全吗？”
在这次试验中，宁德时代分别对5系三元锂电池模组和8系三元锂电池模组进行了针刺试验，但是根据宁德时代在视频中公布的数据，两个样品的初始电压均为4.15V，针刺后仅分别下降了0.48V和0.08V，并没有引起明显的短路，同样违背了试验目的。这次试验也被网友戏称，宁德时代不是在研究如何避免发生热失控，而是在研究如何被刺不短路。
国标意见稿：电压下降值要超过25%
在最新发布的国家强制标准《电动汽车用锂离子动力蓄电池安全要求（征求意见稿）》中，虽然取消了模块级别的所有测试，但是附录D热扩散试验，仍推荐了“针刺”作为候选方法。同时，意见稿还明确了发生热失控的条件：
a）触发对方产生电压降，且下降值超过初始电压的25%；
b）监测点温度达到制造商规定的最高工作温度；
C）监测点的温升速率dT>dt≥1℃/s，且持续3s以上。
当a）和c）或b）和c）发生时，判定发生热失控。
宁德时代第二次试验中，两个电芯模组的初始值分别为4.15V/23.9℃和4.15V/24℃，针刺后电压分别下降0.075V和0.48V，温度分别上升69.8℃和13.7℃，显然未达到发生热失控的标准。
意见征集稿提到了这种情况，并给出了重复验证方案：“如果未发生热失控，为了确保热扩散不会导致车辆乘员危险，需要证明D.3.1推荐的加热和针刺方法，均不会发生热失控。”，但宁德时代并未执行。
与宁德时代结果相悖的“外界试验”
在宁德时代公布试验结果的同时，汽车博主“小鱼锂电”也对宁德时代NCM523和NCM811两个电池模组进行了针刺试验，初始电压分别为4.18V和4.14V，钢针直径7毫米，穿刺速度25mm/s，符合国标标准。
宁德时代NCM523电池模组针刺试验，来源：小鱼锂电
宁德时代NCM811电池模组针刺试验，来源：小鱼锂电
小鱼锂电进行的两次试验，电池模组均出现了明显的起火现象，这一结果与宁德时代公布的视频差距极大。
被取消的内短路试验
通过针刺触发热失控，是因为电芯被钢针刺穿后，会因短路产生大量的热。针刺试验被取消前，一直都被视为最难通过的安全性测试。
电芯内部是隔膜分隔开的一层层极板，将正负极活性物质分隔开，隔膜被钢针刺穿的位置会变成电芯内部的短路点，整个电芯的电量都将通过短路点进行释放，这时产生的瞬时大电流会导致温度急剧升高、隔膜收缩，从而引发活性物质和电解液的快速分解燃烧，极易出现热失控。
早期有海外团队研究称，锂电池发生内短路时，最多会有70%左右的能量在60s内通过短路点释放，短路点瞬间的温度可达到1000 ℃以上。
除了针刺试验之外，挤压也是模拟电池内短路的一个方法。隔膜被挤压拉伸到一定程度后，失效部位将变成短路点。与针刺试验一样，通过这个短路的瞬时大电流将导致温度急剧上升，容易引发热失控。
在现实用车环境中，外力导致的针刺、挤压引发的内短路，显然存在。但即便没有外力介入，电池仍有出现内短路的几率。比如，极片的毛刺存在穿破隔膜的可能；电芯在装配时，有可能混入极微小的金属微粒，刺穿隔膜；最常见的还是在电池过充后，极片将覆满针状锂金属结晶，刺穿隔膜发生短路等。
如何通过针刺测试？
电池能否通过针刺试验，目前主要还是从抑制产热、提升耐热性能、增加扩散通道的方面入手，暂未出现避免短路的可行性理论。
在上述几个方面，决定性最大的是材料化学特性，热稳定性从差到好的顺序为：钴酸锂<镍钴锰（三元锂电池）<锰酸锂<磷酸铁锂。
三元锂电池在250-300℃高温会分解产生大量游离态氧，并且因为三元材料的化学反应尤其强烈，一旦释放氧分子，电解液在高温作用下就会迅速燃烧，随即发生爆燃现象。
（比亚迪刀片电池针刺试验数据，电压归0）
在磷酸锂铁电池中，磷酸铁锂晶体的P-O键非常稳固，难以分解。即便在高温或过充状态下，也不会像三元材料一样结构崩塌发热，或是形成强氧化性物质，拥有良好的安全性。
其余几个方面，目前也出现了一些应用案例。比如，比亚迪刀片电池采用的陶瓷隔膜，将纳米级陶瓷颗粒涂覆在隔膜上，提高隔膜耐热收缩性，防止隔膜收缩造成大面积短路；在电解液中添加阻燃剂，提升阻燃效果；通过结构设计，让热量尽可能有足够的通道扩散。
结语：
在《电动汽车用锂离子动力蓄电池安全要求（征求意见稿）》的编制说明里，针刺试验被取消的原因有三，最耐人寻味的是针刺试验与实际失效模式不相符，剩余原因分别为新能源汽车准入管理规定（39号令）针刺为暂不执行、IEC62660-2和IEC62660-3未要求针刺试验。
针刺试验与现实不符的情况确实存在，但不符的不是失效原理，而是失效过程。在现行的安全性测试中，恐怕大多数试验方案都无法完全对应到现实当中，通过相应手段，模拟出同样的失效条件，似乎并无不合理之处。况且，电池包遭受外力或被外部尖锐物体冲击，刺穿电池模组出现内短路，也并非不可能。
另外还有一个问题，宁德时代既然早已掌握三元电芯通过针刺测试的技术，为何不借此与同类企业拉开差距，抢占市场，反而一再坚持取消针刺试验。这次取消针刺试验的《电动汽车用锂离子动力蓄电池安全要求（征求意见稿）》，主要起草单位就有宁德时代新能源科技股份有限公司。