真不会起火？现场针刺比亚迪刀片电池！难怪特斯拉也想用……
眼下本当是疫情渐去、经济复苏促进汽车消费的好日子。无奈频发的自燃事件，给欣欣向荣的汽车消费来了一记当头棒喝。
仅上个月，先是东莞某货车在充电时着火，后有深圳电动货车追尾校车后自燃，安全问题成为困扰每一位潜在车主的心结。
难道就没有办法把安全性做上去了吗？尤其是最近比亚迪与宁德时代之间发生的一起“口水仗”，就让安全性问题成为了人们茶余饭后的谈资猛料。
前情提要：一枚钢针引发的“血案”
关于前几日比亚与宁德之争，前不久我们在“比亚迪用钢针刺穿宁德时代”一文中已有详尽分析，在此只简要梳理要点，供不明就里的吃瓜群众迅速温习。
5月11日，面对投资者在财报峰会上关于『电池安全』的问题，宁德时代董事长曾毓群表示：“公司一直将安全作为公司最重要的战略，但是电池的安全和电池的滥用测试是两回事”，或是在暗讽滥用测试等同于电池安全。
言下之意就很有针对性了，毕竟在3月份比亚迪曾进行了三元锂电池、磷酸铁锂电池与比亚迪最新的刀片电池『针刺测试』对比实验，三元锂电池在钢针刺穿后迅速发生了起火爆燃，而刀片电池则安然无恙。
随后的瓜就很有意思了，微博网友的实测再次“激怒”了宁德时代，官方对此回应钢针根本无法刺穿电芯外壳，如此回应迅速引发吃瓜界的广泛讨论，在笔者看来，这次口水之争谁输谁赢倒在其次，重点是电池安全重回民众的视野，能够把关注点从能量密度转移到安全性上，倒不失为一件好事。
实地观摩，刀片电池不怕针刺是真的吗？
起初看完实验，电哥觉得不现场观摩，疑点仍然太多，万幸获得了去比亚迪重庆弗迪电池工厂全程观摩的机会，进行实测对比。
为什么“针刺”会引发如此强烈的关注度？这还要从电池包安全性中的失效链传递说起，如果电池出事儿，那一定是按照“系统安全、电池包安全、模组安全、电芯安全”这样的层级传递的，也就是说这个传递过程当中，威胁等级在逐级放大。
当我们在日常遭遇碰撞、过充甚至起火，其失效传递基本是遵循这个传递链条，当传递到最后，所有失效都会作用到电芯上，而电芯失效绝大多数都是由于电芯内部短路造成的，我们可以理解电芯的安全性，是电池安全性最后的一道防线，没有之一。
使用钢针刺穿电池包，目的就是触发最严重、最直接的电芯内部短路，直接测试了电芯的安全性。
4月27日深圳塘尾一辆陆地方舟Z35充电时发生自燃，波及甚广
其实这种极端测试，并不是凭空想出来的，而是实际存在的标准性试验。
从国际几个主流的测试方法来看，针刺试验是要在100%SOC状态下，通过不同直径的钢针以标准的速度，垂直穿透电芯后，对电芯安全性进行判定。其实无论是从钢针直径、穿透速度、还是判定条件来看，中国的国标测试标准都是最严格的。
这项实验对电芯来说，绝对算得上是最严苛的测试方法，因此这个试验并不是电芯安全性的强制测试指标。此次观摩的试验过程，就是在GB / T 31485 -2015标准下进行的:
1、单体蓄电池按照企业提供的充电方法进行充电（1C+0.2C）
2、用φ5 mm的耐高温钢针（针尖的圆锥度45°，以25mm/s的速度垂直方向贯穿）
在试验现场，三元锂电池与刀片电池分别提供了两个电芯可供选择，三元锂电池选择的是目前极其常见NCM镍钴锰 VDA 铝壳方形电芯。（以下素材为电哥在试验现场抓拍，质量欠佳请见谅）
送测的两块儿刀片电池其实就是在重庆工厂下线的，和传统电芯不同，这种磷酸铁锂刀片电池采用的是叠片工艺，这种电池将会率先搭载在比亚迪汉EV车型上，随后还会搭载在宋的新款车型上。
老实说圆锥度45°，5mm直径的钢针拿在手里压力很大，要比想象中的“凶残”一些。在具体的试验当中，贯穿位置位于平面几何中心，并且贯穿后钢针需要停留在蓄电池当中。
测试前先要对电芯电压进行测量，最终电哥选择实测电压为4.16v的电芯（左下方那块）进行针刺试验，相比4.13v来说，状态要略微好一点点。
实际测试过程在室温为25°的室内空间进行，并且对比测试当中室温、湿度等环境因子需完全一致。
其实实测过程令电哥着实有一些猝不及防，因为在钢针刺入电芯的瞬间就伴随着冒烟与喷射出火花，随后瞬间爆燃，火势极猛。
从监控中也可以看出，短路后的三元电池瞬间起火失控，电压从4.16v陡降到0v，温度剧烈攀升，安全阀温度大于531.8°，由于针刺点已经被炸飞，因此针刺点的温度并未采集。
静置数分钟后，VDA电芯内仍有浓烟冒出，并且电芯内部仍有明火燃烧。
超过约1小时观察时间后，用同样的测试方法对起始电压为3.4v的刀片电池进行实测，这次的测试过程就要“无趣”很多，从穿透壳体到贯穿整个电芯，电哥在现场仔细观察发现无烟、亦无明火。
针刺后，我们发现刀片电池的电压呈现出一个缓慢下降的过程，并且安全阀温度也仅仅是处于平缓上升当中，虽然电哥没有记录到安全阀温度数据，不过结合无烟无明火的现状来看，应当与此前测试当中30°~60°的测量温度一致。
静置数分钟后，被贯穿的刀片电池仍然处于无烟、无明火的状态，从针刺试验的结果来看，刀片电池确实在这种极端内端境况下，拥有更好的安全性。
为什么锂电池的安全性总是会引起广泛关注？
在聊刀片电池为什么更安全之前，有必要先说明，为什么锂电池安全性总会被拿出来挑刺。
因为锂电池活泼、易燃烧是其天性，锂离子电池含有易燃溶剂，这是先天化学性质决定的。
结构上，锂离子电池主要由正极、铝箔、负极、铜箔、隔膜和电解液等六部分组成，电解液含有大量有机物，你比如说有碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯，这些酯类名字复杂记不住不要紧，但是他们都自备燃爆属性。在充放电时，内阻会迅速发热、甚至短路，一般充放电时热量大部分产生于内阻较大的正极，不管你是镍钴铝还是镍钴锰、锰酸锂还是磷酸铁锂，都不能百分百避免。当这些热量聚积到一定程度之时就会产生火花。
有道是正极电位越高氧化性越强，过充则更强，引起化学反应、热失控温度攀升，如果这时候BMS（电池管理系统）照顾的不够周全，就极有可能发生各类意外；不仅如此，偏偏高温时三元材料继续分解还会自动分离出气体（含氧），起到火上浇油的效果。
为什么刀片电池安全性会更好？性能会损失多少？
搞明白了锂电池热失控的本质，刀片电池提升安全性也就不难理解，因为比亚迪刀片电池从电芯材料以及叠片工艺两个源头上，都提升了安全性。
就材料本身，LFP磷酸铁锂材料先天就比NCM镍钴锰三元锂要更稳定，释放的热量更少、放热速率更慢。尤其是加入电解液材料之后，差距将进一步拉大，NCM材料分解时会释放气体（含氧），将加剧极端情况下的危险性。其次叠片工艺本身，也能够加强隔膜的防护性，进一步减少热量的聚集，对于减少热失控也有助攻。
如果我们强行让刀片电池发生热失控会怎样呢？其最高温度约为350℃，电池背面温度最高为80℃，有烟、无名火、当然也不会爆炸。
正是由于电芯材料先天安全性上的差异，因此我们习惯上认为磷酸铁锂电池能量密度远低于三元锂电池，因此在空间有限的乘用车领域，三元锂电池一直都占据着统治地位。
而刀片电池的结构能够极大幅度的提升电池包的实际体积利用率，将此前45%的利用率大幅提升至60%，结果就是目前的刀片电池包能量密度提升到了140Wh/kg，在1~2年内的时间有望提升到170Wh/kg，缩短甚至消除了与三元锂电池在能量密度上的差异，极大提升安全性。
至于充电性能，同样的低温环境下，高SOC时磷酸铁锂电池与NCM-811电池的充电功率相当；但是在50% SOC下充电功率大约为NCM-811电池的一半，假如NCM-811电池充电功率达到140kW时，LFP电池大约为70kW。极限充电功率满足使用需求，但是相比NCM-811电池有一定差距。
放电性能则完全是相反的情况，低温环境低SOC值情况下，磷酸铁锂电池放电功率将远远优于NCM-811电池，可以理解为低温低电量下性能表现更优。
循环寿命则属于磷酸铁锂电池的常规优势，循环寿命明显优于NCM-811电池，可以理解为电池性能更加持久，性能衰减明显更慢。
既然刀片电池具有优势，为何此前不见推广普及？
说白了，还是门槛和成本问题。
刀片电池本身所采用的叠片工艺好处众多，既能够提升电池包能量密度也能够提升循环寿命，本身就是电池制造未来的主流发展方向，无论是磷酸铁锂电池还是三元锂电池，莫不如此。根据电哥掌握的信息，松下、三星SDI、CATL等行业巨头都有在2022年前后导入叠片工艺的计划。
抛开刀片电池本身的技术专利不谈，想要推广刀片电池就必须要有无尘、恒温、干燥的全新车间，这其中最大的麻烦就受制于设备、工艺，所产生的制造、效率瓶颈。
一般来说刀片电池需要配料、涂布、辊压、叠片、装配、烘烤、注液、检测8大工艺，单单说这叠片工艺，就在实际的产业化应用中就面临着诸多难题，其中最凸显的就是叠片工艺的生产效率，目前国产动力电池叠片机效率普遍在1-1.2s/片/单工位，单工位效率低，制造成本高，相比来看卷绕明显成熟、便宜的多。
叠片工艺领域目前进展较快的有国内的蜂巢能源，但也处于平均单工位0.6sec的水平。而比亚迪的碟片效率目前业界最高，达到0.3s/pcs的水平，已经基本达到了与卷绕工艺效率平衡的临界点。
更重要的是，这一重要工艺所使用的叠片机，完全由比亚迪自研自造，再加上自家生产的磷酸铁锂电池在电芯成本上也具有优势，因此比亚迪就手握刀片电池、或者说叠片工艺电池整个生产链条闭环，在成本、性能、安全性三个维度求得了平衡。
并非它人不知刀片电池、叠片工艺的妙处，只是比亚迪能将它率先落地，而其他人暂时不能，仅此而已。
—The End—
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