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我们在乎的是针,还是电池安全?

有人的地方就有江湖,这两天中国动力电池两大巨头比亚迪和宁德时代的公开互怼的事件,成了吃瓜群众吃到的最大的瓜了。

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有人的地方就有江湖,这两天中国动力电池两大巨头比亚迪和宁德时代的公开互怼的事件,成了吃瓜群众吃到的最大的瓜了。

要知道两家企业都是业界巨头,公开互怼可不常见,而由一根「针」引发的动力电池的安全问题,让比亚迪和宁德时代第一次在公众面前相互比拼。

很多人对事件可能会不太清晰,下面我们就以时间为轴线梳理一下事件发生的始末。

事件起因

其实这一切还要从比亚迪刀片电池的发布会说起。

3 月 29 日,比亚迪发布了一款官方号称足以改变行业的「刀片电池」,该电池基于磷酸铁锂电芯采用全新的制造工艺,最大优点就是提高了能量密度,基于磷酸铁锂电芯也更安全。

而这还不算完,为了验证刀片电池的安全性,比亚迪还在发布会上演示了一段对三元锂电池、磷酸铁锂、刀片电池,电芯的针刺实验。

实验结果是,三元锂电池,剧烈燃烧,表面温度超过 500 ℃,放在电池表面的鸡蛋基本变熟;比亚迪刀片电池,无明火、无烟,表面温度维持在了 30-60 ℃ 表面鸡蛋无明显变化。

按比亚迪给出的实验结果来看,自家的刀片电池,几乎是吊打三元锂电池。

这一实验结果被业内大部分人看作为比亚迪有意剑指宁德时代的三元锂电池产品,双方矛盾的种子就此埋下。

5 月 11 日,宁德时代在公司 2019 年度业绩网上说明会上,回答投资者提问时,宁德时代董事长直言:「电池安全和电池的滥用测试是两回事,但有些人把滥用测试的通过等用于电池的安全。」

而且宁德时代副董事长潘健还表示:宁德时代的三元电池和磷酸铁锂电池都有可通过针刺实验的产品,而且「刀片电池」结构是宁德时代已经量产的 CTP 创新概念的一种,宁德时代已经量产了 CTP 结构中的最优的几种,CTP-0、CTP-1、CTP-2。

虽然宁德时代没有指出「有些人」是谁,但还是被网友认为是官方在回应比亚迪此前的实验结果。

而宁德时代的言下之意就是 「通过针刺实验的产品早就量产,而且就连刀片工艺也已经掌握」。

5 月 11 日深夜,比亚迪汽车销售公司副总经理李云飞发布了一则微博隔空喊话宁德时代表示:不服来扎。

示意让宁德时代拿自家产品做针刺实验,但宁德时代并没有回应。

其实事件到此,本可以不用在发酵,友商之间的,你一言,我一语,再正常不过。但网友却在此时又添了一把火。

5 月 21 日,微博用户小鱼锂电,就发布了一段宁德时代 811 三元锂电池单体的针刺实验,从实验视频可以看到,钢针刺入电池后,瞬间起火燃烧、并有爆炸声。

看到这则视频宁德时代终于也坐不住了。

一部上下两集的反击视频在官方微博发布。

5 月 22 日晚,宁德时代发布了一段三元电池包针刺测试的视频。视频显示,测试人员使用直径 5 mm 的钢针,锥角 45°,以 25 mm/s 的速度准备穿过三元电池,但在接触电池包之后,钢针折断。

看完视频后网友炸锅,纷纷表示:「这是宁德时代在秀智商下限吗?扎外壳是什么操作」。

一时间视频变成了群嘲的重点,因为宁德时代进行针刺的是电池包而不是电芯。

但此时并没有结束,让人没想的是,这是宁德时代的欲擒故纵。

5 月 23 日,宁德时代又在官方微博发布了一段宁德时代两款三元电芯的针刺实验视频,表示早在 2017 年就已掌握了三元电芯通过针刺的技术。

视频中某款 5 系三元电芯,穿刺前电芯的电压是 4.213 V,温度为 23.9 ℃。穿刺发生后,没有冒烟起火。按照国标规定观察一小时之后,电压降为 3.724 V,温度上升到 93.7 ℃。

某款 8 系三元电芯,穿刺前电芯的电压是 4.15 V,温度为 24 ℃。针刺 1 小时之后电压下降到 4.075 V,温度上升到 37.7 ℃。

而且宁德时代还晒出了 2017 年通过德国莱茵锂电池安全测试认证的文件。

当时的针刺测试条件,电池满电,钢针直径 3 mm,刺入速度 80 mm/s,整个过程电池没有质量损失,电解液无泄漏,安全阀未打开,电池未起火。

由两段视频可以看出,宁德时代想表达的是,电池安全并不等于通过针刺实验,电池安全涉及场景较多,针刺实验并非常见场景,而且宁德时代也已经掌握了通过针刺的技术。

所以宁德时代公关的套路还是深,烟雾弹与炸弹一个一个放,一个比一个响,如果不连续追剧都跟不上。

自此两家巨头的「宫斗剧」,算是落定,但动力电池的安全之争却刚开始。

动力电池安全之「针」

了解了事件的始末,我们其实可以清晰地看到,比亚迪和宁德时代之间的矛盾点就是:针刺实验是否代表电池安全性。

那么我们要先知道什么是针刺实验?

首先要了解一个概念:

针刺实验是模拟电池被金属物刺入的场景,电池针刺后一般会发生内短路。

针刺测试的核心目的,不是一定要让电池内短路,而是模拟金属刺入后等场景下发生热失控的几率。

所以重要的不是刺穿,而是刺穿短路后怎么去管理热失控。

我国锂电池针刺实验,是从 QC/T743 开始的,本标准由国家发改委 2006 年 第 18 号公告发布,编号为 QC/T 743-2006,自 2006 年 8 月 1 日起实施。本标准是一项新的汽车行业标准,规定了电动汽车用锂离子蓄电池的要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存。

中国当时标准的制定其实是非常严格的,针刺实验过程中瞬间释放的热量主要来自于电池内部短路,而且在此过程中短路是持续的,直到整个电池内部能量被完全释放。

在当时,针刺实验的确有助于改进电池安全性能,但与此同时中国电池路线也相对被固化在磷酸铁锂产品上。

但要注意这里有一个时间差,这个标准是 2006 年发布的,那个时候就连智能手机还没有普及,新能源汽车也只有少量商用车,而且那时中国锂电事业也并没有现在的繁华与丰富经验。

所以制定动力电池安全标准时,更多的是参考消费电子产品的电池测试标准而来,但满足车规级要求和消费级还是有本质区别的。

随着新能源汽车成为国家战略产业,顶层策略在改变,推广电动汽车就需要提高产品竞争力,能量密度是关键,而单位体积下三元锂电池能量密度高于磷酸铁锂是行业共识。

所以从 2017 年开始对动力电池进行补贴后,电池的产品路线就有了转变,同时安全标准也在改进。

随着新能源汽车产业的深入,累积了丰富的经验后,电池厂商与主机厂以及国家层面的管理机构发现,针刺实验在单一条件下是一种等效验证,而并不能完整复现电池内短路的差异。

所以在 2017 年 1 月发布的《新能源汽车生产企业及产品准入管理规定》中,GB/T 31485-2015 中把「电池单体」针刺列为暂不执行项目。

因为当时国际上采用的 IEC 62660-2 和 IEC 62660-3 等均未采用针刺实验来作为电池安全性标准。这也是动力电池和国际接轨的第一步,所以特斯拉采用的 NCA 电芯也才有了长期的高增长。

所以对电池的安全性判定,开始在方向上发生了根本性改变,从单体电芯转变成对电池系统层面热失控传播特性的关注。

那这里是不是说针刺就没有意义了呢?

显然不是,UN GTR 20(电动汽车安全全球技术法规)并没有把针刺列入单体电芯针刺测试,而是把针刺做为单体电芯热失控的触发条件,并且要求热失控后电池系统 5 分钟内不起火、不爆炸,为乘员留足够的逃生时间。

能通过针刺实验,可以简单说明单体电芯很难触发热失控,优化单体,可以后续判定电池系统是否可以控制热失控的蔓延。

这个其实很好理解,电池的安全贯穿在电池的整个使用过程,包括了电芯单体的设计、系统设计、Pack 防护、整车层面优化,确保动力电池全生命周期,在每个阶段的安全,才能真正提高电池安全性能。

这一点比亚迪的实验表现比较片面,首先在材料端三元的确不如磷酸铁锂更稳定,但能量密度却要好于磷酸铁锂,而从宁德时代的视频回应中,它也能做到让三元电池电芯层面,针刺后不起火、不爆炸。

举个例子,便于理解,传统汽车时代汽油为主要能源,而汽油本身却是具有低燃点、易挥发的特性,见火就着应该是都知道的常识,但经过特殊储存它可以实现全球运输,所以汽油可以点着,但经过整车优化以及油箱的保护,可以源源不断提供动力来源。

这也就解释了,为什么宁德时代会放出第一个视频,这说明宁德时代针对 Pack 层面的优化已经有了实质性进展。而第二段视频则是在表明宁德时代早在 2017 年已经掌握了可通过针刺实验的产品,很明显这套组合拳是专为比亚迪而出。

总体来说,针刺目前只是为了引起局部短路来触发热失控的一种手段,用来评估整包安全有些片面。

通过针刺实验也只能说明单体电芯不易引起热失控,但电池本身等部件对 Pack 的影响也很大,UV GTR 20 没有加入针刺实验也是引导主机厂要关注系统的控制。

车企与供应商选择最优解

针刺实验的背后是电池安全之争,但背后的深层次还是路线之争,要知道两家巨头主攻的方向,比亚迪以磷酸铁锂为主,宁德时代以三元锂电池为主。

因为市场对续航的需求,所以能量密度更高的三元电池成了主流。

主机厂作为整车制造商,产品必须要无限接近安全才行,不然就是灭顶之灾,那么它们对于供应商的选择只能更加谨慎。想要电池性能又必须坚守安全底线,那么车企和供应商之间需要相互配合。

想要获得更大的市场占有率,整车产品必须要有竞争力,这一点毋庸置疑,对于电动车来说续航就是核心指标,那么三元锂电池将是目前技术体系下绕不开的产品。

宁德时代董事长曾毓群回答投资者问题时说,宁德时代在电池安全的本质上,仍然聚焦于安全第一,致力于全场景、全方位、全周期的系统级安全。

这一点符合大多车企的实际需要,这也是宁德时代能够快速拿下欧洲和国内市场的原因之一。

据中国汽车动力电池产业创新联盟的数据显示,2019 年我国动力电池装车量为 62.2 GWh,宁德时代的装车量达到了 31.46 GWh,其中三元电池占 80% 以上,宁德时代市场占有率超过五成。在与特斯拉合作之前,宁德时代已经与诸多车企达成合作。

包括上汽、东风、长安、北汽、吉利、广汽等中国车企,以及宝马、戴姆勒、现代、捷豹路虎、标致雪铁龙、大众和沃尔沃等国际车企品牌。

据不完全统计,全球主流的车企几乎都是宁德时代的客户,电池安全需要供应商与主机厂相互配合,达到系统级最优解,而宁德时代在技术上的优势,是主机厂选择的要素之一。

这里要说明一点,针对宁德时代视频中,网友质疑实验电池非量产版,这一点我们也联系到了宁德时代相关人员询问,得到的答案是,测试视频中的单体电芯绝对是量产装车版产品,但因为和相关主机厂有保密协议,所以不便透漏车企名字。

也就是说,宁德时代已经掌握了可通过针刺测试的技术,并已经量产装车。

写在最后

其实在吃瓜群众里也不乏看的清本质的网友,两家巨头对电池安全的重视是好的,说明市场在重视,在完善。

宁德时间表达的三点我们比较认同:

  1. 三元和铁锂各有特点,分别满足不同的市场需求;
  2. 国际认知从单体安全转向系统安全;
  3. 中国标准与国际法规全面接轨,重心转向系统安全。

动力电池不能只看针刺实验,目前从材料端解决内短路不可能实现,就像磷酸铁锂不能很好解决低温性能是一样,对于三元来说,从系统层面做优化更符合实际需求。

磷酸铁锂与三元锂满足不同的市场需求,相互之间其实并不冲突,但过于强调某一项测试则会以偏概全。

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