楠木軒

我們在乎的是針,還是電池安全?

由 司空梓瑤 發佈於 科技

有人的地方就有江湖,這兩天中國動力電池兩大巨頭比亞迪和寧德時代的公開互懟的事件,成了吃瓜羣眾吃到的最大的瓜了。

要知道兩家企業都是業界巨頭,公開互懟可不常見,而由一根「針」引發的動力電池的安全問題,讓比亞迪和寧德時代第一次在公眾面前相互比拼。

很多人對事件可能會不太清晰,下面我們就以時間為軸線梳理一下事件發生的始末。

01 事件起因

其實這一切還要從比亞迪刀片電池的發佈會説起。

3 月 29 日,比亞迪發佈了一款官方號稱足以改變行業的「刀片電池」,該電池基於磷酸鐵鋰電芯採用全新的製造工藝,最大優點就是提高了能量密度,基於磷酸鐵鋰電芯也更安全。

而這還不算完,為了驗證刀片電池的安全性,比亞迪還在發佈會上演示了一段對三元鋰電池、磷酸鐵鋰、刀片電池,電芯的針刺實驗。

實驗結果是,三元鋰電池,劇烈燃燒,表面温度超過 500 ℃,放在電池表面的雞蛋基本變熟;比亞迪刀片電池,無明火、無煙,表面温度維持在了 30-60 ℃ 表面雞蛋無明顯變化。

按比亞迪給出的實驗結果來看,自家的刀片電池,幾乎是吊打三元鋰電池。

這一實驗結果被業內大部分人看作為比亞迪有意劍指寧德時代的三元鋰電池產品,雙方矛盾的種子就此埋下。

5 月 11 日,寧德時代在公司 2019 年度業績網上説明會上,回答投資者提問時,寧德時代董事長直言:「電池安全和電池的濫用測試是兩回事,但有些人把濫用測試的通過等用於電池的安全。」

而且寧德時代副董事長潘健還表示:寧德時代的三元電池和磷酸鐵鋰電池都有可通過針刺實驗的產品,而且「刀片電池」結構是寧德時代已經量產的 CTP 創新概念的一種,寧德時代已經量產了 CTP 結構中的最優的幾種,CTP-0、CTP-1、CTP-2。

雖然寧德時代沒有指出「有些人」是誰,但還是被網友認為是官方在回應比亞迪此前的實驗結果。

而寧德時代的言下之意就是 「通過針刺實驗的產品早就量產,而且就連刀片工藝也已經掌握」。

5 月 11 日深夜,比亞迪汽車銷售公司副總經理李雲飛發佈了一則微博隔空喊話寧德時代表示:不服來扎。

示意讓寧德時代拿自家產品做針刺實驗,但寧德時代並沒有回應。

其實事件到此,本可以不用在發酵,友商之間的,你一言,我一語,再正常不過。但網友卻在此時又添了一把火。

5 月 21 日,微博用户小魚鋰電,就發佈了一段寧德時代 811 三元鋰電池單體的針刺實驗,從實驗視頻可以看到,鋼針刺入電池後,瞬間起火燃燒、並有爆炸聲。

看到這則視頻寧德時代終於也坐不住了。

一部上下兩集的反擊視頻在官方微博發佈。

5 月 22 日晚,寧德時代發佈了一段三元電池包針刺測試的視頻。視頻顯示,測試人員使用直徑 5 mm 的鋼針,錐角 45°,以 25 mm/s 的速度準備穿過三元電池,但在接觸電池包之後,鋼針折斷。

看完視頻後網友炸鍋,紛紛表示:「這是寧德時代在秀智商下限嗎?扎外殼是什麼操作」。

一時間視頻變成了羣嘲的重點,因為寧德時代進行針刺的是電池包而不是電芯。

但此時並沒有結束,讓人沒想的是,這是寧德時代的欲擒故縱。

5 月 23 日,寧德時代又在官方微博發佈了一段寧德時代兩款三元電芯的針刺實驗視頻,表示早在 2017 年就已掌握了三元電芯通過針刺的技術。

視頻中某款 5 系三元電芯,穿刺前電芯的電壓是 4.213 V,温度為 23.9 ℃。穿刺發生後,沒有冒煙起火。按照國標規定觀察一小時之後,電壓降為 3.724 V,温度上升到 93.7 ℃。

某款 8 系三元電芯,穿刺前電芯的電壓是 4.15 V,温度為 24 ℃。針刺 1 小時之後電壓下降到 4.075 V,温度上升到 37.7 ℃。

而且寧德時代還曬出了 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 3 mm,刺入速度 80 mm/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。

由兩段視頻可以看出,寧德時代想表達的是,電池安全並不等於通過針刺實驗,電池安全涉及場景較多,針刺實驗並非常見場景,而且寧德時代也已經掌握了通過針刺的技術。

所以寧德時代公關的套路還是深,煙霧彈與炸彈一個一個放,一個比一個響,如果不連續追劇都跟不上。

自此兩家巨頭的「宮鬥劇」,算是落定,但動力電池的安全之爭卻剛開始。

02 動力電池安全之「針」

瞭解了事件的始末,我們其實可以清晰地看到,比亞迪和寧德時代之間的矛盾點就是:針刺實驗是否代表電池安全性。

那麼我們要先知道什麼是針刺實驗?

首先要了解一個概念:

針刺實驗是模擬電池被金屬物刺入的場景,電池針刺後一般會發生內短路。

針刺測試的核心目的,不是一定要讓電池內短路,而是模擬金屬刺入後等場景下發生熱失控的幾率。

所以重要的不是刺穿,而是刺穿短路後怎麼去管理熱失控。

我國鋰電池針刺實驗,是從 QC/T743 開始的,本標準由國家發改委 2006 年 第 18 號公告發布,編號為 QC/T 743-2006,自 2006 年 8 月 1 日起實施。本標準是一項新的汽車行業標準,規定了電動汽車用鋰離子蓄電池的要求、試驗方法、檢驗規則、標誌、包裝、運輸和貯存。

中國當時標準的制定其實是非常嚴格的,針刺實驗過程中瞬間釋放的熱量主要來自於電池內部短路,而且在此過程中短路是持續的,直到整個電池內部能量被完全釋放。

在當時,針刺實驗的確有助於改進電池安全性能,但與此同時中國電池路線也相對被固化在磷酸鐵鋰產品上。

但要注意這裏有一個時間差,這個標準是 2006 年發佈的,那個時候就連智能手機還沒有普及,新能源汽車也只有少量商用車,而且那時中國鋰電事業也並沒有現在的繁華與豐富經驗。

所以制定動力電池安全標準時,更多的是參考消費電子產品的電池測試標準而來,但滿足車規級要求和消費級還是有本質區別的。

隨着新能源汽車成為國家戰略產業,頂層策略在改變,推廣電動汽車就需要提高產品競爭力,能量密度是關鍵,而單位體積下三元鋰電池能量密度高於磷酸鐵鋰是行業共識。

所以從 2017 年開始對動力電池進行補貼後,電池的產品路線就有了轉變,同時安全標準也在改進。

隨着新能源汽車產業的深入,累積了豐富的經驗後,電池廠商與主機廠以及國家層面的管理機構發現,針刺實驗在單一條件下是一種等效驗證,而並不能完整復現電池內短路的差異。

所以在 2017 年 1 月發佈的《新能源汽車生產企業及產品准入管理規定》中,GB/T 31485-2015 中把「電池單體」針刺列為暫不執行項目。

因為當時國際上採用的 IEC 62660-2 和 IEC 62660-3 等均未採用針刺實驗來作為電池安全性標準。這也是動力電池和國際接軌的第一步,所以特斯拉採用的 NCA 電芯也才有了長期的高增長。

所以對電池的安全性判定,開始在方向上發生了根本性改變,從單體電芯轉變成對電池系統層面熱失控傳播特性的關注。

那這裏是不是説針刺就沒有意義了呢?

顯然不是,UN GTR 20(電動汽車安全全球技術法規)並沒有把針刺列入單體電芯針刺測試,而是把針刺做為單體電芯熱失控的觸發條件,並且要求熱失控後電池系統 5 分鐘內不起火、不爆炸,為乘員留足夠的逃生時間。

能通過針刺實驗,可以簡單説明單體電芯很難觸發熱失控,優化單體,可以後續判定電池系統是否可以控制熱失控的蔓延。

這個其實很好理解,電池的安全貫穿在電池的整個使用過程,包括了電芯單體的設計、系統設計、Pack 防護、整車層面優化,確保動力電池全生命週期,在每個階段的安全,才能真正提高電池安全性能。

這一點比亞迪的實驗表現比較片面,首先在材料端三元的確不如磷酸鐵鋰更穩定,但能量密度卻要好於磷酸鐵鋰,而從寧德時代的視頻回應中,它也能做到讓三元電池電芯層面,針刺後不起火、不爆炸。

舉個例子,便於理解,傳統汽車時代汽油為主要能源,而汽油本身卻是具有低燃點、易揮發的特性,見火就着應該是都知道的常識,但經過特殊儲存它可以實現全球運輸,所以汽油可以點着,但經過整車優化以及油箱的保護,可以源源不斷提供動力來源。

這也就解釋了,為什麼寧德時代會放出第一個視頻,這説明寧德時代針對 Pack 層面的優化已經有了實質性進展。而第二段視頻則是在表明寧德時代早在 2017 年已經掌握了可通過針刺實驗的產品,很明顯這套組合拳是專為比亞迪而出。

總體來説,針刺目前只是為了引起局部短路來觸發熱失控的一種手段,用來評估整包安全有些片面。

通過針刺實驗也只能説明單體電芯不易引起熱失控,但電池本身等部件對 Pack 的影響也很大,UV GTR 20 沒有加入針刺實驗也是引導主機廠要關注系統的控制。

03 車企與供應商選擇最優解

針刺實驗的背後是電池安全之爭,但背後的深層次還是路線之爭,要知道兩家巨頭主攻的方向,比亞迪以磷酸鐵鋰為主,寧德時代以三元鋰電池為主。

因為市場對續航的需求,所以能量密度更高的三元電池成了主流。

主機廠作為整車製造商,產品必須要無限接近安全才行,不然就是滅頂之災,那麼它們對於供應商的選擇只能更加謹慎。想要電池性能又必須堅守安全底線,那麼車企和供應商之間需要相互配合。

想要獲得更大的市場佔有率,整車產品必須要有競爭力,這一點毋庸置疑,對於電動車來説續航就是核心指標,那麼三元鋰電池將是目前技術體系下繞不開的產品。

寧德時代董事長曾毓羣回答投資者問題時説,寧德時代在電池安全的本質上,仍然聚焦於安全第一,致力於全場景、全方位、全週期的系統級安全。

這一點符合大多車企的實際需要,這也是寧德時代能夠快速拿下歐洲和國內市場的原因之一。

據中國汽車動力電池產業創新聯盟的數據顯示,2019 年我國動力電池裝車量為 62.2 GWh,寧德時代的裝車量達到了 31.46 GWh,其中三元電池佔 80% 以上,寧德時代市場佔有率超過五成。在與特斯拉合作之前,寧德時代已經與諸多車企達成合作。

包括上汽、東風、長安、北汽、吉利、廣汽等中國車企,以及寶馬、戴姆勒、現代、捷豹路虎、標緻雪鐵龍、大眾和沃爾沃等國際車企品牌。

據不完全統計,全球主流的車企幾乎都是寧德時代的客户,電池安全需要供應商與主機廠相互配合,達到系統級最優解,而寧德時代在技術上的優勢,是主機廠選擇的要素之一。

這裏要説明一點,針對寧德時代視頻中,網友質疑實驗電池非量產版,這一點我們也聯繫到了寧德時代相關人員詢問,得到的答案是,測試視頻中的單體電芯絕對是量產裝車版產品,但因為和相關主機廠有保密協議,所以不便透漏車企名字。

也就是説,寧德時代已經掌握了可通過針刺測試的技術,並已經量產裝車。

寫在最後

其實在吃瓜羣眾裏也不乏看的清本質的網友,兩家巨頭對電池安全的重視是好的,説明市場在重視,在完善。

寧德時間表達的三點我們比較認同:

1、三元和鐵鋰各有特點,分別滿足不同的市場需求;

2、國際認知從單體安全轉向系統安全;

3、中國標準與國際法規全面接軌,重心轉向系統安全。

動力電池不能只看針刺實驗,目前從材料端解決內短路不可能實現,就像磷酸鐵鋰不能很好解決低温性能是一樣,對於三元來説,從系統層面做優化更符合實際需求。

磷酸鐵鋰與三元鋰滿足不同的市場需求,相互之間其實並不衝突,但過於強調某一項測試則會以偏概全。

本文來源於汽車之家車家號作者,不代表汽車之家的觀點立場。