实拍刀片电池针刺实验，看比亚迪如何“佩刀安天下”

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“安全是纯电动汽车最大的豪华！”4月7日，在重庆举行的“纯电全系 佩刀安天下——比亚迪新车上市发布会”上，比亚迪股份有限公司董事长兼总裁王传福的这句话，引发全场共鸣。他同时宣布，从即日起，比亚迪全系纯电动汽车开始全面搭载刀片电池，并全面启用针刺测试作为动力电池企业标准。

同日，《中国汽车报》记者来到位于重庆璧山的比亚迪弗迪电池工厂，深入一线生产车间和针刺测试实验室，全面了解比亚迪刀片电池的“神秘绝技”。

生产，全面自动化

走进弗迪电池工厂的电池生产车间，整洁、安静是给人的第一印象。记者看到，刀片电池的某些关键工序是在万级的无尘车间生产（每立方米空间内5微米的颗粒不超过29个），正是如此严苛的环境和条件，确保了刀片电池的生产质量。

据弗迪电池工厂工作人员介绍，这里的刀片电池生产是全自动化生产线，所有设备全部由比亚迪自主研制。只有很少的员工全天分为三班巡视电脑显示屏上的数据。

比亚迪刀片电池，因其外观造型呈长而薄，与刀片颇有几分相似而得名。每一块刀片电池的长度为96厘米，宽度为9厘米，高度为1.35厘米，涂布重量偏差小于1%、辊压速度可达每分钟120米，厚度控制2微米以内。刀片电池利用结构创新，采用无模组设计，使电池包空间利用率高达60%，从而使体积能量密度提升50%。

针刺，对比差别大

刀片电池属于磷酸铁锂电池，热失控温度更高、更安全是其特点。而针刺实验，是使用测试钢针刺穿动力电池，以模拟电池单元内部的大面积短路现象来测试动力电池的安全性能，已成为业界公认的最严格的电池安全性检测方法。

在现场实验中，记者观察到，双层实验台上层放置的是常规三元锂电池，下层是刀片电池。工作人员启动实验，钢针随即刺入两块不同材料的电池，上层的三元锂电池立即开始冒黑烟，随即迅速爆燃，火焰升腾，只有20余秒的时间，整块三元锂电池已经基本烧毁，只剩下为数不多的黑色碎屑散落着。

而放置在下层的刀片电池，实验钢针已经刺穿电池，但电池没有发生任何反应，做到了不冒烟、不起火、不爆炸。

查看了实验台显示屏上的相关数据后，记者从现场工作人员处了解到，三元锂电池被针刺时的表面温度超过了500℃，这已超过三元锂电池的热失控温度；传统的磷酸铁锂电池被刺穿时即使没有明火，也会冒烟，电池的表面温度会达到200℃-400℃，而这也已经接近磷酸铁锂电池的热失控温度；但刀片电池在针刺时的表面温度仅为30-60℃左右，依然保持着常温状态。

“佩刀安天下”

“充电8分钟，行驶118公里。”随着比亚迪2021款唐EV、秦PLUS EV、宋PLUS EV及2021款 e2四款纯电车型全面切换搭载刀片电池，不仅缓解了充电焦虑、里程焦虑，还极大破解了电池爆燃的安全痛点。

当前，纯电动汽车市场发展的最大痛点之一就是电池爆燃。从参观和现场实验来看，记者深刻感受到，刀片电池的应用不失为一个解决动力电池安全问题的好办法。

此外，记者还现场观看了刀片电池的重卡承压测试视频。所谓重卡承压测试，就是让46吨满载重卡碾压刀片电池包。碾压过后，刀片电池包完好，无漏液、无变形、无冒烟现象。随即，将被碾压过的刀片电池包安装到比亚迪电动汽车上，依旧可以正常使用。在极端严苛测试条件下的测试结果，足以证明刀片电池在安全和强度方面的卓越性能。

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「深度」针刺试验告一段落，宁德时代和比亚迪分出胜负了吗？

记者 | 周小飏

编辑 | 张慧

国内动力电池大哥宁德时代（300750.SZ）和二哥比亚迪（002594.SZ），因为针刺试验隔空互呛。

双方争论的根本，实际上是三元电池和磷酸铁锂电池的安全性问题。其中，宁德时代被认为代表三元电池，比亚迪代表磷酸铁锂电池。

对于针刺试验引发的一系列疑问，宁德时代、比亚迪均对界面新闻作了回应。

三元电池能不能通过针刺测试？

“由于三元锂电池本身特性，安全性不如磷酸铁锂，这是行业公认的。”比亚迪内部人士对界面新闻称，“特别是针刺穿透测试，目前没有一款三元锂电池能够通过测试。”

该人士表示，针刺试验的标准是要求贯穿，目的是让电池短路，进而观察电池热失控情况，针刺试验如果没有贯穿，电池没有短路，起不到实验的作用。

这所指的，是宁德时代此前的针刺试验中，针刺未引发电池出现短路、热失控现象。

从今年3月，比亚迪在发布磷酸铁锂刀片电池现场所做的针刺试验，再到两大公司的员工在微博上隔空互怼，这场巨头间的对抗已经持续了两个月。

宁德时代针对电池包做了两次试验，一次钢针崩断，电池包未刺穿；后一次，NCM523和NCM811电池电芯均通过了针刺试验，不冒烟，未起火。

期间，网友“小鱼锂电”使用宁德时代NCM811和NCM523两款电池，进行了“野生”自测针刺，均显示起火，这又加剧了对宁德时代电池的质疑。

宁德时代内部人士对界面新闻表示，一般情况下，磷酸铁锂电池针刺短路，出现热失控后只是冒烟，三元电池的热失控表现激烈一些，会出现明火。

对网友们对其电池没有发生短路及没有明火的疑问，宁德时代表示，两次针刺测试均是严格按照测试要求进行的，且通过了测试。

“有人对结果存在疑惑，是因为普通的三元电池过针刺测试容易发生大电流内短路，从而触发热失控。这确实是一个很大的挑战。”宁德时代内部人士对界面新闻称，但公司经过多年研发，已有独创的“控短路”安全技术。

宁德时代内部人士称，该技术能够确保电池在遇到针刺等此类外部金属异物插入的情况下，不发生大电流内短路，从而不引发电池热失控。

“发布视频中的811三元产品（NCM811），就是采用了‘控短路’安全技术，所以通过了针刺测试。”宁德时代内部人士称。

宁德时代历来低调，在此次事件却频繁发声。有观点认为，这是因为针刺试验或比亚迪的刀片电池推广，已经侵犯到宁德时代的利益。

对此，宁德时代向界面新闻给出的解释是，作为行业龙头企业，有责任给消费者提供关于动力电池安全的科学全面认识，促进全行业健康有序发展。

真锂研究总裁墨柯则对界面新闻记者称：“针刺试验最好交给专业的第三方来做，厂家自己做缺乏可信度。”

对于网友的“野生”自测电池，墨柯称，虽然条件简陋，但只要符合标准，试验结果是具有可信度的，但电池是能量载体、测试有危险，并不鼓励这种自测。

对于针刺试验，国家安全标准怎么说？

中国动力电池安全标准，迄今为止有过三版。

第一版是国家发改委2006年颁布的一揽子汽车行业标准，涉及电动车用锂离子蓄电池的标准，编号为QC/T 743。此时，新能源电动车产业处于培育期，行业关注样品研发和示范，标准内容上主要参考消费电子锂电池测试要求，要求针刺试验时，应不爆炸、不起火。

近十年后，中国新能源电动车行业有了经验积累。

2015年，国家质检总局和标准化委员会发布了《电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》、《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统安全性要求与测试方法》（编号为GB/T 31485和GB/T 31467），在单体/模块测试基础上，增加了电池系统层级安全要求，对引导系统集成开发起到重要作用。

界面新闻发现，从第二版开始，车企和电池企业开始参与制定国标，宁德时代和比亚迪均为第二版动力电池国标的起草单位。

该版本中，电池单体和模块依然要求针刺试验。

今年5月12日，工信部组织制定的GB 18384-2020《电动汽车安全要求》、GB 38032-2020《电动客车安全要求》和GB 38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》三项强制性国家标准，由国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会批准发布，将于2021年1月1日起开始实施。

其中，GB 38031-2020和欧美日的电动汽车安全全球技术法规（UN GTR 20）同步制定。

在最新版国家标准中，单体针刺测试作为独立项目被正式取消，仅作为单体热失控的触发条件。

最新版动力电池国标的试验项目，涵盖了系统热扩散、外部火烧、机械冲击、模拟碰撞、湿热循环、振动泡水、外部短路、过温过充等，增加了电池系统热扩散试验，要求电池单体发生热失控后，电池系统在5分钟内不起火不爆炸，为乘员预留安全逃生时间。

宁德时代和比亚迪，也是最新版动力电池国标的起草单位。

工信部发布的最新版动力电池安全国家标准中提到，暂不执行针刺项目的原因是，国际电工委员会（IEC）等国际标准没有采用针刺试验，以及由于针刺试验与实际失效模式不相符。

比亚迪内部人士对界面新闻称，虽然国家标准将针刺测试作为一种非强制性标准，不作强制要求，但这不代表问题不存在，安全问题依然很严峻。

“过分追求高能量密度，而忽视安全性，对新能源汽车健康发展是不利的。”比亚迪内部人士说。

宁德时代认为，三个阶段，中国动力电池安全标准的发展特征非常明显，从点到面，从面到体，强调电池的整体、系统性安全。

三元和磷酸铁锂之争

宁德时代和比亚迪的针锋相对，也引发了业内关于“三元电池安全性被磷酸铁锂碾压”、“磷酸铁锂电池卷土重来”的猜想。

三元锂电池和磷酸铁锂电池，是目前电动汽车最常用的两种锂离子动力电池。前者能量密度高，续航能力强；后者安全性好，成本低。

2017年以前，锂电市场还是以磷酸铁锂为主。当年，由于市场的装机重心向纯电动乘用车转移，政府补贴与电池能量密度挂钩，三元电池路线开始快速占据统治地位。

此前以磷酸铁锂电池为主的比亚迪，也逐渐向镍钴锰三元电池（NCM）靠拢。但今年3月，比亚迪推出的刀片电池，大大改善了磷酸铁锂电池能量不足的问题，加大了与三元电池竞争的筹码。

截至2019年底，三元电池在国内装机量占逾六成，磷酸铁锂占比约三成。

真锂研究的数据显示，2019年，中国电动汽车市场锂电总装机量达62.82 GWh，同比增长10.82%。从技术路线看，NCM三元电池的装机量为40.13 GWh，占比63.88%；磷酸铁锂电池实现装机21.14 GWh，占比33.64%。

其中，宁德时代以32.07 GWh的装机量位居国内第一，占比51.05%；比亚迪以10.92 GWh的装机量位居低第二，市占率为17.38%。

去年，宁德时代磷酸铁锂电池装机量约11.47 GWh，占比为36%；NCM三元电池占比为64%。

宁德时代既是中国最大的磷酸铁锂厂商，也是中国最大的三元电池厂商。

比亚迪去年的磷酸铁锂装机量占其总装机量的27%，NCM三元电池占比也为压倒性的73%。

两家巨头均对两种电池技术路线并行发展，且目前都以三元电池为主。此轮针对三元电池和磷酸铁锂电池的开撕，实际上是左手打右手，令人疑惑。

根据《第一财经》报道，汽车行业分析师孙木子称，从理论上说，磷酸铁锂电池比三元锂电池更安全一些，但磷酸铁锂电池也发生过起火情况。

“是否安全，这与生产工艺、品控等也密切相关，并不存在哪一种电池绝对安全。目前，动力电池路线呈现多元化发展。”孙木子说。

一位三元正极材料企业高管对界面新闻记者称，三元电池本身能量密度占优势，且还有再提高的空间，磷酸铁锂的能量密度已经到了天花板，但它具有价格优势。

该高管称，从特斯拉、大众及丰田等车企的布局看，未来三元电池和磷酸铁锂将是竞争共存局面，“三元电池用于中高端电动车，磷酸铁锂用于中低端车型。”

宁德时代对界面新闻称，有技术路线之争的市场才是健康的市场，任何的技术路线都有各自的长处和短处，会有属于自己的细分市场。

它认为，技术路线是市场和用户的共同选择，汽车应用领域广、应用场景多，对动力电池需求也是多元的。

墨柯对界面新闻记者表示，电池和汽油一样，都是能量载体，不同的只是形态，前者是固体，后者是液体。

“如果给电池做针刺是有必要的，那是不是也要给汽油做燃烧测试，不会燃烧的汽油才是安全的？”墨柯反问，“使用电器也会遇到漏电伤人的情况，这时候是责怪电器呢，还是责怪电？”

墨柯称，在德国和日本等地，2010年至今的电动汽车产销量已累积有百万辆以上，很少出过起火等安全事故。

他认为，国内电动汽车出安全事故，主要还是产品品质不过关。

刚刚，比亚迪正式发布刀片电池！实拍针刺三元/磷酸铁锂电池煎蛋实验（附视频）

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比亚迪集团董事长兼总裁王传福在发布会称：“刀片电池采用磷酸铁锂正极材料，带来了超强的安全性及超长的循环寿命，同时刀片电池的结构设计克服了传统磷酸铁锂电池能量密度低的劣势，搭载刀片电池的新能源汽车将把‘自燃’这个词从新能源汽车的字典中彻底抹掉，同时兼具长寿命长续航里程的优势。刀片电池将改变行业对三元电池的依赖，将动力电池的技术路线回归正道，并重新定义新能源汽车的安全标准。”

弗迪电池董事长何龙称：“相较于传统电池包、搭载刀片电池的电池包将空间利用率提升了50%”，即体积比能量密度提升。而且在模拟短路的电池针刺测试中刀片电池“不仅没有冒烟、没有着火，表面温度低于60度，也就意味着电池在一些极端情况下不会起火。”

三元锂电池、普通磷酸铁锂、刀片电池

三者在针刺试验下、安全性能差异有多大？

先看实拍实验视频

视频来源：汽车日报

以下为针刺测试实验详解。

即将应用在比亚迪汉车型上的刀片型磷酸铁锂电池（下称“刀片电池”），通过无模组电池成组方式，提升了电池包的整体能量密度，进一步延长了车辆续航里程，在续航里程上追近了采用三元锂离子电池的主流车型。加上目前基于磷酸铁锂电池的刀片电池在安全性和抗容量衰减特性上相比三元锂离子电池更有优势，使其重新获得乘用车消费者的关注。最近比亚迪电池实验室对刀片电池进行了严酷的针刺试验，作为对比，现场也对普通磷酸铁锂和三元锂离子电池样品进行了同样的试验。下面就让我们来看看这三种电池被钢针刺穿后会发生什么？

● 热失控与针刺试验

虽然美国国家公路交通安全管理局研究认为，电动汽车起火概率要低于柴油和汽油发动机车辆，我国消防应急管理部门也表达了类似观点，但每每出现纯电动车自燃的新闻时却总是能博取到人们的关注。根据新能源汽车国家大数据联盟数据显示，去年5月以来出现事故的车辆，以2018年生产的车为主。其中，事故车辆86%为三元锂离子电池，7%为磷酸铁锂电池，7%不确定。而与电池相关的自燃事故大多与电芯热失控密切相关。

那么什么是热失控呢？电池的热失控是指电池内部化学反应的产热速率远高于散热速率，大量热量在电池内部积累导致电池温度急速上升，最终引起电池起火或爆炸。

最新的强制性国标相较于2015版本有明显的变化，除了对2015版国标的已有项目进行修订外，还取消了模组级别安全试验、电芯针刺试验、电芯跌落试验、电芯低气压试验、电芯海水浸泡试验、电池包跌落试验以及电池包翻转试验，增加了电池包的热扩散试验和过流保护试验。在执行层面，由于新国标尚未正式推行，目前企业可以选择性执行新国标规定的过充和热扩散试验，2015版国标强制要求的针刺试验现在也作为可选项目由企业选择性执行。

● 试验样品有哪些？

此次针刺试验除了有比亚迪最新的刀片电池外，作为对比，我们也找来普通磷酸铁锂电池、NCM622三元锂离子电池（正极材料中的镍钴锰三种成分的比例为6:2:2）进行试验。我们要看看这三种电池在严酷的针刺试验下，都有怎样的表现。

此次针刺试验的电池样品都是比亚迪生产的车用动力电池电芯，电芯单体容量都在100Ah以上。从上图可以看出，普通磷酸铁锂电池和NCM622三元锂离子电池在外形和结构设计上没有太大的区别；刀片电池则与上述两者区别明显，其正负极分别布置在电池长度方向的两端。

● 刀片电池是什么黑科技？

既然今天针刺试验的主角是刀片电池，首先我们就要对它有个大致的了解，到底比亚迪的刀片电池是一样怎么样的东西？它在技术上有怎样的先进性呢？下面我就来给大家科普一下。

根据此前公布的消息，汉纯电动版车型将会搭载重量为549kg、容量为77kWh的电池包。按照刀片电池单体参数来简单推算一下，该电池包内将集成超过200个刀片电池单体。

比亚迪通过CTP设计把电池包壳体内部的空间利用率由传统设计方式的40-50%提升至60-80%。设计的更新换代带来的直接好处就是在采用原有磷酸铁锂电池技术的前提下较大地提升纯电动车的续航里程。上面对刀片电池进行了简单的科普，更详细的技术解析可参看下面这篇文章的相关介绍。

● 针刺实验是怎么做的？

按照GB/T 31485-2015的针刺试验方法，将电池充满电，用直径为5-8mm的耐高温钢针（此次试验采用5mm直径的钢针），以（25±5）mm/s的速度，从垂直于电池极板的方向贯穿，贯穿位置宜靠近所刺面的几何中心，钢针停留在电池中，观察1小时，不起火、不爆炸才算合格。

单个电池热失控时，其外壳温度越高，电池间的热扩散会越迅速，这意味着临近的电池也会更快地升温而相继触发热失控，导致电池包的安全系数下降。实验中的鸡蛋如果很快地被煎熟，说明电池在受到针刺时出现明显的热失控导致电池温度急剧上升。

● 实验结果到底咋样？

此次针刺试验是在比亚迪的电池实验室内进行的，由于实验室保密和安全原因，我们不能拍摄电池针刺的过程，所以通过官方采用实验室专用的监控摄像头拍摄的视频进行讲解。

◆ 三元锂离子电池

首先，我们要做的是NCM622三元锂离子电池的针刺试验，这相信也是各位观众老爷们最为关心的环节，因为目前国内很大一部分纯电动车采用的就是三元锂离子电池。对三元锂离子电池有一定了解的朋友应该会知道，车用的三元锂离子电池是比较难通过针刺试验的，只要针刺触发了内部短路，电池便会马上发生热失控，下面我们用试验来看看三元锂离子电池在针刺试验中究竟会有怎样的反应？

从实验现象我们可以了解到，当钢针刺穿电池导致三元锂离子电池内部短路后，极高的升温速率会使三元正极材料快速达到200摄氏度左右的分解温度，三元正极材料高速分解产生大量的游离态氧，这些游离态氧会进一步增加各种化学反应的产热量，提高电池内部升温速率，同时也使电池内部压力迅速上升。迅速攀升的电池内部压力很快推开了泄压阀，内部高压电解液喷薄而出，外部空气此时进入到电池内部，新鲜的空气+极高的温度+残留在电池内部的可燃电解液，爆炸起火便一触即发。

◆ 普通磷酸铁锂电池

接下来我们换普通磷酸铁锂电池上场。钢针从电池中央穿透其内部极板。在钢针穿透电池后，电池电压开始下降，电池外壳有一定程度的鼓胀，显示内部短路导致电池内部压力迅速上升，随后泄压阀打开，电池内部高压电解液喷出，之后电压迅速下降的同时，电池外壳温度迅速攀升，最高达到239摄氏度。随着电池内容物通过泄压阀悉数喷出，电池外壳温度开始慢慢回落直至观察期结束。打在穿孔位置附近的鸡蛋已被高温壳体煎熟了，表明试验过程中电池外壳温度较高。

磷酸铁锂电池热失控反应之所以没有三元锂离子电池剧烈，主要是因为其正极材料分解温度在500摄氏度以上，热失控温度相比三元锂离子电池更高，其热失控风险相对较低。此外，磷酸铁锂电池正极分解（触发热失控的一个主因）时产生的氧气量较少，限制了电池内部压力增加（限制了电池外壳鼓涨）及温度升高，这一方面能够避免电池内部压力过大发生爆炸，另一方面也一定程度地限制了易燃电解液发生燃烧的可能性。磷酸铁锂在热失控测试中，其升温速率相比三元锂离子电池要低得多，这也是其安全系数较高的重要特性之一。

从实验现象我们可以看出，利用针刺来触发普通磷酸铁锂电池内部短路会导致其发生热失控。普通磷酸铁锂电池热失控后会导致电池内部温度和压力迅速上升，导致电池外壳产生一定程度鼓胀并触发泄压阀打开（泄压阀开启时伴随着一定的声响，但这并非爆炸）。虽然视频的效果看上去很惊险，但在整个试验过程中，电池没有发生起火和爆炸，安全性还是值得肯定的。值得一提的是，泄压阀是一种热失控保护措施，它在本次试验中热失控发生时适时打开，证明这种措施是行之有效的。

◆ 刀片电池

我们最后测试的是刀片电池。钢针从刀片电池中央穿透其极板后，电池电压下降和表面温度上升都非常轻微，穿刺位置没有火花、烟雾或电解液喷出，电池壳体也没有出现鼓胀。穿刺后的一小时内，被穿刺刀片电池的电压和表面温度都非常稳定，打在穿孔位置附近的鸡蛋没有任何要被煎熟的趋势。

看到这里，可能有些买了搭载三元锂离子电池纯电动车的朋友开始坐不住了，是不是要换一台搭载磷酸铁锂电池的车型更安全呢？且慢，上述试验是电池单体的零部件安全试验，虽然三元锂离子电池单体安全系数较低，但通过电池包结构设计优化以及电池管理系统的严格监控，是能够提升该类型电池在电池包级别的安全系数的，请各位继续往下看。

● 如何保证搭载三元锂离子电池车辆的使用安全

从车辆使用安全的角度出发，新国标新增了热扩散试验，要求电池包或电池单体发生热失控引起热扩散，进而导致乘员舱发生危险之前5分钟，为乘员提供一个预先警告信号，提醒乘员疏散。热扩散试验的目的就是为了提升电动车在使用层面的安全性，保证使用者的人身安全。

有朋友会问，都热失控了才报警，这还来得及吗？要回答这个问题，我们就要先来了解一下电池包的结构。电动车电池包内部是有数十到数千个不等的电池单体组成的，其中一个电池单体发生热失控一般是不会立即触发临近电池单体的热失控。所以电池包要真的燃烧起来，达到损害人身安全的程度，其实是有一个过程的。三元锂离子电池虽然热失控安全系数相对较低，但是通过电池单体泄压阀设计，在电池单体间增加隔热绝缘材料是能够有效阻止热扩散，可减慢或者避免其他电池单体发生热失控，延长乘员逃生时间的。

由于针刺并非常规的电池失效模式，电动车在日常使用中，其电池包或电池单体极难遇到被针刺的情况。而在严重碰撞事故中导致电池单体变形从而引发热失控则是较为常见的失效模式，通过加强电池包及周边保护结构的强度，能够较好地避免电池单体因受压变形而触发热失控。

总而言之，搭载在目前量产车型上的三元锂离子电池虽然其单体安全系数较低，但通过电池包和电池管理系统的优化设计是能够提升这种电池技术在使用层面上的安全性的，目前国标的基础要求还是比较严格的，所以消费者无需谈三元锂离子电池色变。

就目前国内的技术水平来看，安全指标一定程度限制了三元锂离子电池包整体能量密度的进一步提升，而较低的单体能量密度则限制着磷酸铁锂电池或刀片电池包整体能量密度的提升。相比起来，磷酸铁锂电池或刀片电池包在未来几年通过电池技术优化以及采用无模组电池包设计优化，电池包整体能量密度的提升空间较大，或能追平受到安全指标制约的三元锂离子电池包。

● 总结

三元锂离子电池单体的热失控安全系数较低，但通过加强电池包壳体的强度，完善电池管理系统对热失控的检测和提前预警机制，利用隔热绝缘材料降低热扩散速率等都能有效地增强电池包的整体安全系数，以满足国标对车用动力电池的安全性要求，提升其使用层面的安全性。磷酸铁锂电池/刀片电池能量密度相对较低，但其热失控安全系数比三元锂离子电池高不少，这有利于使用无模组设计来进一步提升电池包整体能量密度，增加电动车的续航里程，从而在安全性和续航上实现更好的平衡。

（部分图/文/摄来自：汽车日报 常庆林）

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