比亚迪宁德时代针刺之争背后:安全策略与技术路线-电动汽车观察家

比亚迪宁德时代针刺之争背后:安全策略与技术路线

最近一根钢针搅动了动力电池江湖。

2020年3月份之前,动力电池针刺测试只停留在纸面,大部分人很难见到这一的场景。

但是5月以来,人们可以频繁看到比亚迪、宁德时代和网友针刺电池的测试。甚至引发了比亚迪、宁德时代的“口水战”。

人们关注针刺测试,因为其在一定程度上检测了电芯的安全性。而动力电池的安全,牵动了新能源汽车业内及消费者的神经。

到底针刺测试和电池安全是怎样的关系?要如何认识针刺测试?这次针刺测试之争背后,真正较劲的力量是什么?

为此,《电动汽车观察家》采访了直播针刺测试实验的引发舆论升级的网友“小鱼锂电”、业内专家,第三方测试机构,完整还原比亚迪、宁德时代之争的前因后果,并试图解读三方“口水战”背后的利益纠葛。

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从一次标榜安全的广告,

演变为比宁之争

故事还要从比亚迪刀片电池发布会说起。

(1)比亚迪出招针刺试验

今年3月29日比亚迪发布了磷酸铁锂刀片电池,为了强调铁电池的安全性,比亚迪第一次祭出电池的针刺测试。

发布会上,比亚迪董事长王传福强调了路线之争,并称要“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”。

从测试结果看,铁电池获胜:三元锂电池,剧烈燃烧,表面温度超过500℃,电池表面的鸡蛋被炸飞;比亚迪刀片电池无明火、无烟、表面温度30-60℃,鸡蛋无变化。

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资料来源:比亚迪刀片电池发布会

比亚迪祭出大招,业内都很期待宁德时代的反应。

(2)宁德时代回应:我们也有,但滥用测试≠安全

机会终于到了,5月11日下午,宁德时代举行了2019年业绩网上说明会。有投资者提问宁德是否通过针刺测试,宁德时代副董事长潘健回应有通过针刺测试的产品;而后宁德时代董事长提到电池安全和电池滥用测试是两回事,不能把滥用测试等同于电池安全。

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资料来自:宁德时代2019年业绩网上说明会

而所谓的“有些人”,自然会让人想到将滥用测试搬上荧幕的比亚迪。

5月11日晚,比亚迪汽车销售公司副总经理李云飞发表微博:“不服?!那也来扎一下吧!针刺是难度最大的,堪比登珠峰!珠峰都登得了,其他峰肯定都登遍了!”

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(3)网友针刺宁德时代三元8系电池:“炸了”

宁德时代并没有接招。但在民间,一场针对宁德时代三元电池的测试正在酝酿。

宁德时代回应穿刺后的一天,一个比亚迪汉准车主群发生了一次激烈的吵架:“迪粉”对宁德时代能够通过电池针刺测试表示疑问。一位媒体小编回怼称,比亚迪电池成包后,也不一定能够通过针刺试验。

为了平息这场争吵,群里的网友“小鱼锂电”提议,何不众筹个电池针刺下来证明一下宁德时代电池是否能通过测试呢?当即便发起了众筹针刺电池的活动。

“小鱼锂电”告诉《电动汽车观察家》,此次活动共众筹了3500余元。拿到款项后,便着手准备针刺试验。

首先是采买电池。“小鱼锂电”称,他从卖家那购买的是拆解电池,即从已售出的量产车型上拆下来的。电池仍然较新,查看参数并计算出能量密度在250wh/kg,确定是NCM811电池。

然后采购一些配件。例如找相关人员定制台架、温度传感器、电压测试等相关设备。

“小鱼锂电”称,为了符合目前仍在执行的GBT 31485-2015标准,其定制的台架都是有要求的,例如要求φ5-8mm的钢针,他就定制为φ7mm;专门买推杆电机,标准是25mm/s的推速;针刺角度设定在45°-60°的中间值上。

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资料来源:GBT 31485-2015

一切就绪后,便开始了其第一次的穿刺试验。结果,宁德时代的动力电池在穿刺中爆炸起火。

资料来源:“小鱼锂电”视频截图

(4) 宁德火速回应

一般对于外界纷扰岿然不动的宁德时代迅速做出回应。5月22日晚,宁德时代发了一条微博:“是什么阻碍宁德时代做针刺测试?是技术?是体质?是巨头的面子?不,是钢针!”

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资料来源:宁德时代视频截图

该视频中,宁德时代用三元电池包做穿刺,结果测试中钢针折断。视频本意之一,是电池包足够坚固,钢针根本不会刺穿。

但视频一出,引发了网友群嘲:“年度最佳钢针,解决了世界性难题”“天才网友智商被按在水泥地上摩擦”……

不过,宁德时代还有后招。5月23日晚,宁德时代再次发布微博称,其早在2017年就已掌握三元电芯通过针刺测试的技术,但是为什么没有推广?通过针刺测试=电池安全吗?

随后,宁德时代微博附上对5系和8系电池进行了针刺测试视频,皆没有发生起火爆炸现象。

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资料来源:宁德时代视频截图

(4)网友再刺宁德时代三元5系电池:又炸了

对此,“小鱼锂电”并不买账。5月24日,“小鱼锂电”再次发布微博称:宁德时代5系三元电池穿刺测试不着火?到底是道德的沦丧还是人性的扭曲。下面带大家走近科学,一起验证真伪。关注我,我带大家刺出一个新天地。

“小鱼锂电”视频拍摄了对宁德时代5系电池的针刺测试,仍然以起火爆炸告终。

资料来源:“小鱼锂电”视频截图

(5)比亚迪和宁德时代互怼再升级

“小鱼锂电”测试完5系的当天晚上,李云飞再次发微博质疑宁德时代针刺试验没有让电池短路。

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随后,疑似宁德时代员工 @David工科男发表了评论,指出比亚迪李云飞两个技术漏洞,@David工科男认为,一是针刺测试不是为了让电芯短路,而是为了模拟发生热失控的概率;二是回应电压下降较小,疑似没有短路的质疑。

“小鱼锂电”旋即向双方索要电池,称再次测试。

@David工科男回复去欧洲找。

随后 @David工科男这条微博被删除。

李云飞给“小鱼锂电”的回应则是,建议等车辆量产可以去车上随机抽取,进行测试。

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资料来源:李云飞微博

三方互动,让此次事件影响再次扩大。

5月25日晚,宁德时代官方微博发表了一篇《关于动力电池标准的一些认识》,有息事宁人的意图。宁德时代提出了三个观点,一是三元和铁锂各有特点,分别满足不同市场;二是国际认知从单体安全转向系统安全;三是中国标准与国际法规全面接轨,重心转向系统安全。

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至此,影响较大的互怼事件暂告一段落,三方都没有再出招。

(6)网友“小鱼锂电”何许人

网友“小鱼锂电”是这次互怼事件的重要人物。“小鱼锂电”出现的时机颇为凑巧,让人不免怀疑,其是不是比亚迪的托儿。“小鱼锂电”表示,有这样的误会确实很正常,不过自己在做电池梯次利用,与比亚迪和宁德时代都没有什么关系。

对于穿刺的目的,“小鱼锂电”池表示,“我就是给大家看一下,我不会评论他这个电池怎么样,是什么样就是什么样,它炸了就炸了,大家能看到我也不需要我说什么。”

《电动汽车观察家》询问宁德时代和他穿刺结果为何不同时,“小鱼锂电”也有些不解,为了求证这一差异,他也与几位动力电池企业的工程师进行了沟通,“工程师告诉我说,电池过穿刺,其实行业内都能搞定,它是通过掺杂一些其他的东西,对电池进行改性,然后就可以通过了,但是改性过的电池能量密度、寿命等各种参数都不太好,也就是说实验室里边做穿刺的电池和外边卖的电池不一样。”

对于未来是否会继续针刺其他品牌电池,“小鱼锂电”给出了肯定的回答。

“之前众筹的钱还有一些,又买了比亚迪NCM523和622还在路上,手里还有特斯拉的电池,后续还会继续针刺测试。”“小鱼锂电”说。

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从国标中消失的针刺测试

针刺测试是一项已经被最新强制性国标明文删除的测试要求(新国标2021年1月1日实施)。

中国的动力电池针刺实验,是从标准QC/T743-2006开始的。

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资料来源:QC-T_743-2006_电动道路车辆用锂离子蓄电池_标准稿

电气化资深工程师朱玉龙在《针刺实验的目的是什么?》一文中认为,在相当一段时间里面,针刺实验有助于改进电池的安全性设计,但同时把中国的电池技术路线固化在磷酸铁锂路线上。

而随着顶层策略的改变,提高纯电动汽车的竞争力、提高能量密度成为发展的重要方向。

为了促进更高能量密度的三元电池发展,国标放弃了针刺试验。

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资料来源:《电动汽车用动力蓄电池安全要求》报批稿编制说明

比亚迪股份副总裁、弗迪电池董事长何龙在刀片电池发布会上直言,针刺测试取消的原因:“三元电池过不了这个测试,那么我们国家就把从强制标准把它拿掉了。”

在最新版的强制性标准中,针刺测试也确实被删除了。

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资料来源:GB 38031-2020电动汽车用动力蓄电池安全要求

不过,倒是在对热扩散试验给出的触发热失控的推荐方法中加以保留。

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资料来源:GB 38031-2020电动汽车用动力蓄电池安全要求

当然,国际上保留针刺测试标准还有不少。

可以看到,SAEJ2464、USABC、FreedomCAR和AIS-048等标准仍然保留了针刺测试。

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资料来源:《A review of international abuse testing standards and regulations for lithium ion batteries in electric and hybrid electric vehicles》2017年,最后一个中国的针刺要求,就是前面提及一已经失效的QC-T_743-2006

不过,在国际上,上述要求针刺的标准大多停留在行业标准层面,不是强制标准。而企业往往根据自身需求设定测试标准。

在电动汽车安全全球技术法规(UN GTR 20)中也没有列入单体针刺测试。

可见,电芯针刺测试,已经不是行业普遍要求的测试项目。如果某个电芯在普遍要求的测试中通过,还另外通过了针刺测试,等于加考了一道超纲考题。仅从测试而言,确实属于表现高出一截。

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通过针刺测试=安全?

针刺测试的目的是什么?

无论是QC/T743-2006,还是GB/T 31485-2015,都将针刺试验作为单体电池安全性的一个测试,要求测试中不爆炸、不起火。本意就是模拟单体在受到外来物体伤害时,单体电池能保持较高的安全性。

GB《电动汽车用动力蓄电池安全要求》报批稿编制说明中提及,中国汽车技术研究中心牵头成立的热扩散专项工作小组开展了大量试验或验证工作,其中就有针刺试验。虽然该试验是为了探究针刺能否触发热失控,但是也可以看到不同电池穿刺后的表现。

热失控特征分析-针刺

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资料来源:GB《电动汽车用动力蓄电池安全要求》报批稿编制说明

从针刺结果看,能量密度较高的三元电池,都在针刺后起火。而磷酸铁锂,以及能量密度和磷酸铁锂相当的三元电池,针刺后只是冒烟或者无现象。

从此看出,比亚迪的刀片电池可以轻松通过针刺,并不意外。磷酸铁锂多数都能通过针刺测试,因为在天生的材料特性上,安全性就是更高一些。

不过,并不是通过针刺测试,电芯的安全性就没问题了。因为,除了来自外部的伤害,电池内部也可能有安全隐患。

比如,电池由于锂枝晶生长,隔膜可能会被刺穿,导致电池短路,引发起火乃至爆炸。对于这种内短路问题,目前全行业还没有很好的测试办法。

不仅有测试不到的隐患,即使通过安全测试标准,产品在使用过程中还是会出现各种各样的事故。

因为通过安全测试的,只是几个样本,顶多可以代表某一个批次产品的水平。而动力电池最终的安全性,取决于动力电池生产商在大批量生产当中的产品品质和一致性。这是从实验室到量产供应的区别,对于很多动力电池厂来说,是无法跨越的鸿沟。

可见,即使通过包括针刺在内的全部测试,也不代表使用的电池就真的安全。

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从电芯安全到系统安全

对于电动汽车而言,安全是一个系统工程。

TÜV莱茵全球电力电子产品服务副总裁兼大中华区太阳能与商业产品服务总经理李卫春告诉《电动汽车观察家》,要降低电动车电池安全隐患,除了要尽量保证电芯的安全之外,还需要通过系统性方式来保障安全,比如,双重保护、冗余设计、热失效控制、全生命周期技术参数监控,甚至通过安装防护及消防手段来降低安全风险。

在电芯层级、模组层级、电池包层级、系统层级都需要有相应的防控措施来降低风险。

李卫春表示,对于如何提升锂离子电池应用安全,业内现在有两个思考方向:一是继续探索提高电芯的安全性,研发出更安全高效的电芯,将安全隐患尽可能降到最低;另一个就是在系统层面控制热失控及失效的风险。

《电动汽车观察家》查阅即将实施的GB 38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》看到,控制系统风险的思路就很明确。比如,该标准要求,在单个电池热失控引发扩散,导致乘员舱危险之前5分钟,要提供报警信号。

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资料来源:GB 38031-2020电动汽车用动力蓄电池安全要求

这是在系统层面给予的最后的安全防线,目的是为乘员预留安全逃生时间。而不是说,单个电池不能热失控,不能热扩散,只是要求要控制热失控和热扩散的速度。

这与前面提到的UN GTR 20技术法规要求相一致。

总之,在电动汽车动力电池安全上,行业的主流思路是,从关注电芯,到更为关注系统防护。当然,同样应该强调的是,非常安全的电芯,会为整个系统的安全性提供很好的基础。

另外,动力电池除了考虑安全性,也必须考虑其他因素,比如充电倍率、低温性能、耗电效率、成本等等。企业只能是在相对安全的基础上,在不同性能之间求平衡,而不可能追求绝对安全。

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针刺背后的博弈

抛开技术,针刺之争的背后,是企业之争,动力电池技术路线之争。

在中国新能源汽车发展的早期,磷酸铁锂是主流动力电池技术路线。代表企业就是比亚迪。比亚迪为磷酸铁锂电池起了一个昵称“铁电池”,并一直主张,铁电池是适合电动汽车的电池。理由之一,就是磷酸铁锂的安全性突出。彼时,比亚迪也是中国最大动力电池供应商。

但是,自2015年底开始,拗不过三元电池广泛应用于乘用车的大势,比亚迪也开始在乘用车上装载自己的三元电池。到今天,比亚迪几乎所有乘用车产品,采用的都是三元电池。在三元抢占乘用车主流市场期间,宁德时代崛起,逐渐成为第一大动力电池企业。

比亚迪并没有放弃磷酸铁锂。2020年3月29日,比亚迪高调推出刀片电池,宣告重回磷酸铁锂路线,还要“扭转对三元电池的依赖,将动力电池的技术路线回归正道”。

此前,比亚迪将电池事业部单独成立公司。目的明显是想扩大对外供货。而刀片电池,是该公司抢占三元电池市场份额的重磅武器。

此次出招,是比亚迪长期筹划,底气也很足。刀片电池在成组效率和能量密度方面,都有大幅提升。刀片电池的形态配合无模组电池包结构,可以大幅提升体积利用率,电池包的空间利用率提升了50%,可以达到60%以上。质量能量密度方面,刀片电池已经出现成组后能够达140Wh/kg的电池包。

新的刀片工艺,加上磷酸铁锂电池材料传统的优势——长寿命,高安全,比亚迪誓要用刀片电池重新夺回动力电池市场份额。

三元电池方面,近几年也在进化。单体主要向高镍方向发展,从333到523,再到622,以及如今的811,能量密度不断提升,但同时高镍带来的不稳定性问题也越来越明显。

电池包层面,三元也有向无模组方向发展趋势,促使电池包能量密度不断提升,续航里程优势更加突出。在长续航乘用车上,三元电池依然是首选。

不过,刀片电池出现,使得磷酸铁锂电池也可以和三元电池在500-600公里长续航里程车辆上一争高低。

对于在乘用车三元电池市场占统治地位的宁德时代,刀片电池的横空出世,无疑是大威胁。

但友商之间的竞争只是商场上“暗流涌动”,唇齿之间的“含沙射影”。直到“小鱼锂电”的搅动,让两大巨头直接升级为正面“口水战”。背后,本质上是宁德时代引领的三元锂电,和比亚迪的磷酸铁锂刀片电池的争斗。

两大巨头暗战之际,中国又迎来电动汽车起火季。5月26日,一辆南京依维柯电动货车,在深圳福田区追尾一辆校车。电动货车起火,驾驶员未能逃生,当场死亡。

公众依旧很担忧电动汽车安全,电动汽车安全性也确实有待提升。宁德时代和比亚迪——中国前两大动力电池巨头,都有沉沉重担在肩。针刺之争,虽然纷纷扰扰,但是仍属有益,毕竟安全性诉求要放首位。特别是两家都希望走出国门,成为国际车企供应商,更须坦率、直接面对安全性的追问。中国新能源汽车如果曾经有过一块共用的遮羞布,如今是再也用不上了。(完)

 

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