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2030出行研究室宁德时代比亚迪互怼大戏上演 以针刺论安全靠谱吗？


本文首发于****客户端 ， 未经授权 ， 请勿转载 。 作者：张抗抗 ， 清华大学动力工程与工程物理博士 ， 锂电池内容创作者 。
近日 ， 宁德时代和比亚迪又走上了舆论风口 。
汽车博主“小鱼锂电”用购买来的宁德时代8系三元锂电池进行了首次针刺测试 ， 钢针刺入电池内后 ， 电池立刻出现鼓胀并伴随剧烈燃烧 。 对此 ， 宁德时代回应并连续发布了两则旗下三元锂电池的针刺测试视频 ， 一个视频是演示钢针刺不穿宁德时代三元电池 ， 钢针断裂 。 另一个视频则展示了宁德时代早已经掌握了三元电池针刺技术 。 而比亚迪汽车销售有限公司副总经理李云飞在其微博发文称电池没短路 ， 针刺实验就已然失败 。 引起了消费者们的一阵哗然 。 对此 ， 今天我们从专业和技术的角度来解读 ， 以针刺论安全是否全面 。
关于针刺试验 ， 大家吃瓜宁德时代三元锂与比亚迪磷酸铁锂的时候 ， 忽略了咱们每个人手机中都有一块钴酸锂电池 。
钴酸锂电池电压更高、能量密度更高、更不容易通过针刺试验 ， 那为什么除了三星Boom之外 ， 大家很少担心手机锂电池的安全性呢？除了用量少、使用环境较好等原因之外 ， 还有一个重要原因：手机只使用一块电芯 ， 而电动汽车则是由数百个电芯(Cell)先组成模组(Module) ， 然后再组成电池包(Pack)—— 复杂了 ， 就容易出问题 。
2030出行研究室宁德时代比亚迪互怼大戏上演 以针刺论安全靠谱吗？
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因此 ， 在讨论电动汽车电池安全性的时候 ， 要分为电芯、模组、电池包、功能安全4个层面 。 其中 ， 电芯本体安全只是其中一个层面 ， 而针刺安全性则只是这个层面的一个方面 。
电芯通过了针刺试验 ， 并不代表电动汽车电池是安全的；电芯通不过针刺试验 ， 也不能说明不安全 。 近些年随着主机厂、电芯厂的技术进步 ， 从系统整体层面保证安全的技术水平越来越高 ， 对电芯本体安全的要求也就不像之前那么高 —— 当然 ， 也不能低得无下限 。
从整个锂电池体系来看 ， 宁德时代的NCM三元锂与比亚迪的磷酸铁锂都要比早期的锂金属电池、手机常用的钴酸锂、特斯拉用的NCA三元锂要更安全 ， 都达到了应用到电动汽车上的基本安全水平（这些更危险的锂电池还没说啥 ， 这二位就撕起来了 ， 这是什么个意思？）
比亚迪的磷酸铁锂是否更安全？
写完第一段 ， 仿佛我是一个和事佬？ 还真不是 ， 咱们还是要比一比三元锂与磷酸铁锂的安全性的 。 去年诺贝尔奖就颁发给了锂电池发明者 ， 引人注目的是一位近百岁的老人古迪纳夫(Goodenough)：年过半百才投入锂电池研究 ， 以一己之力发现了大部分关键正极材料 ， 包括：层状结构的钴酸锂(LiCoO2 lattice structure)、尖晶石结构的锰酸锂(LiMn2O4 spinel structure)、橄榄石结构的磷酸铁锂(LiFePO4 olivine structure) 。 后人改进的三元锂正极材料 ， 也是层状结构 。
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（a. 层状结构的钴酸锂b.橄榄石结构的磷酸铁锂)
三元锂与磷酸铁锂在结构上的差异导致了它们的禀赋不同 ， 在此提出一种通俗的理解方式如上图 ， 锂离子在层状结构中穿梭起来更自由 ， 因而更容易做高能量与功率密度；而在橄榄石结构的磷酸铁锂中 ， 锂离子每次穿梭都要经历关卡 ， 就像层状石墨与金刚石一样 ， 这种结构换来的好处是结构更加稳固、更不容易崩塌 ， 安全性更佳 。
这种禀赋给磷酸铁锂带来了业届无可争议的安全性 ， 表现在以下3个方面：第一点 ， 磷酸铁锂正极材料的副反应临界温度比三元锂、锰酸锂、钴酸锂都要高（发生放热副反应的条件更苛刻）；第二 ， 副反应的放热量更低 。 第三 ， 正极材料发生副反应时 ， 磷酸铁锂材料的由于高能量的P=O键使得氧气不会轻易释放出来 ， 这就降低了电解液遇到氧气起火的可能性 。


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