为什么纠结于电池能否过针刺意义不大

前一阵子我发了个小评论，说明了天天纠结于（尤其是动力电池）锂电池能不能过针 刺，没啥意思，你要真想多研究热安全性能还不如多看看ARC测试（绝热量热仪）。然后这个评论受到了不少关注，正好那我就借此机会，来和大家更系统的聊一下：为什么天天执着于看着尤其是动力锂电池能否过针 刺，是没有意义的。

  1.针 刺很难对应到动力电池实际使用失效的情景  

摘自学位论文：Safety of Automotive Lithium-ion Battery Cells under Abusive Conditions

GB38031里对于电芯单体和电池包系统要通过的安全测试的要求

用一根金属或陶瓷针把电芯贯穿刺透，就是针 刺实验，在这个过程中，电芯中的每一层极片就会被短路连接，从而产生巨大的电流-热效应，最后可能导致热失控。然而在实际使用中，电动汽车电池有可能碰、磕、挤、跌，像这些滥用在电池安全国标GB38031里都有明确要过的要求，毕竟这些机械滥用是会一层层从整车最终传到电芯单体的，但是被一根外面的钢针，透过包裹电芯单体的电池系统的机械防护壳体，再扎破电芯单体，大家可以想象一下，发生这样的事故的概率能有多大？开着车去闯钢针阵吗？  

这两天倒是某家汽车撞护栏后着火的事有很多讨论，很多人认为，电池包有破损，护栏像针，所以这个包烧起来就对应了针 刺。

大谬。  

这个失事原因到现在也不清楚，如果对应的真的是极限的安全事故（你的安全标准不可能为任何失效/滥用无限兜底而是尽量来保证），电池包破裂了，你是不是还能全把问题归因在电芯身上？况且即使要往电芯上归因，这些护栏等带来的冲击是不是一定就是针 刺？（这直径比针 刺可大多了）有无可能对应挤压、钝刺可能更贴切？包括护栏的材质又是什么？不做详细的比对是不能下定论的。  

所以：一切归因到针 刺的这种说法无法证伪，没有意义。

2.纠结于过针 刺还不如去看ARC的热性能研究结果  

之前我也已经说过了，现在对于动力电池电芯单体的安全，还是做ARC的多。ARC是绝热量热计，也加加速量热仪(accelerating rate calorimeter，ARC)。 绝热量热仪是用于评价化工工艺过程及危险化学品稳定性和潜在危害的仪器，可以模拟样品在(失控等)最严重情形下的自加速反应。 说通俗点像是一个绝热高压锅，样品在里面，一点点加热，可以去捕捉详细的样品（比如电芯）自己逐渐开始产生放热反应，放热反应加速，以及达到最高温度/放出热量等各种细节信息。 在这个过程中一般会捕捉几个重要参数： T1, 自生热开始温度（常常是70~90度，这电芯开始自己加热自己了）； T2，热失控触发温度（温升大于一分钟一度，这电芯温升明显快开了，常常100~120度）； T3，整个过程达到的最高温度 （依化学体系不同，能量密度不同，300~1000度都有） 简单说，安全的电芯肯定尽量T1、T2要尽量高（晚开始失控），T3要尽量低。 那为啥我觉得研究电池安全，这个比针 刺更好？因为这个方法可以看出随着温度上升，电芯内阻各组分的互相反应的倾向，反应的放热的剧烈程度——而在这方面针 刺不行。   

摘自清华大学冯旭宁老师发表的文章：Mitigating Thermal Runaway of Lithium-Ion Batteries, Joule (2020)  

而说实话，很多化学体系只要能量密度往上走，管你会不会加固态电解质，安全性真的就从ARC测试结果上能看出不少问题和挑战。如果大家对这块有兴趣，可以后面讲一下。

3.电芯热失控的触发机理中，针 刺短路只是其中一种，过针 刺不代表安全  

摘自欧阳明高院士的报告：动力电池热失控抑制研究进展  

动力电池单体电芯热失控，有热、电、机械等多种不同的触发机理，而针 刺本质上只是其中的一种触发（通过导致电短路瞬间产热从而热失控）。以及在这里强调一下：电芯是不一定需要短路才触发热失控的（你设计一个耐温500度的隔膜装入电芯，这个电芯加热到100-200度时，照样那些化学成分可以互相反应，包括某些你们认为的一些特别稳定的化学体系）——所以天天只看着针 刺，想的太简单了。 在这方面，清华大学汽车系欧阳明高老师做的工作，发的论文很多，可以重点看看。包括电芯生产一致性、热管理问题带来电芯之间的充电状态不同导致电压离散分布，有的正好有的过充并最后导致火灾事故的案例也很常见，即使是磷酸铁锂也有不少火案，不是只是三元才会烧，懂的都懂。  

 摘自论文：Thermal Runaway of Lithium-Ion Batteries without Internal Short Circuit 没有内短路，一样可能会热失控  

所以，天天执着于过了针 刺就觉得电池安全了，真的没意义，秀的色彩更大一些。  

4.国标最重要的安全法规38031里，光电芯过针 刺完全不能代表能过5分钟热失控实验  

大家有兴趣可以仔细看一下动力电池安全强制标准38031，里面的热失控5分钟测试的触发要求：  

可以用针 刺触发，如果触发不了还得再用加热，得加热到加热电芯另一面达到300度还没有触发热失控，才能说明这个电芯算本征安全了，整个系统热事件也不会蔓延开来，算过；否则，只要加热后电芯热失控了，还是得老实走后面的流程，看看是不是能满足5分钟的要求。  

说白了，光能过针 刺，对于电池系统过国标38031都没有多大用。所以这些什么先进（某电解质技术）、安全（某正极材料技术）的电池，过了针 刺又如何呢？国标电池安全测试，你针 刺不能触发完全不能万事大吉，而你们加热到300度后安全性能如何？话说的再难听点再直接些，能过了针 刺，真的上了路就不烧车了吗？真把大家的事故情况都抖出来比着看，谁又真的能绝对的好看呢？

5.那为什么很多企业还在执着于做针 刺实验呢？  

1）你以为每一家企业都很懂吗？或者这家企业每一个人都很懂吗？可能管这块的那个负责工程师都没咋看过新文献，就把以前用的安全测试规范抄过来继续用了，其它领导也不懂或懒的管。  

2）有的企业真的懂，但是利益相关。  

3）欢迎大家评论补充。

6.要是真的强制动力电池单体电芯都要过针 刺，后果会如何？  

不出意外的，三元电池没法搞了——都去做过针 刺的体系，导致铁锂高内阻化，然后剩下的三元只能做最保守的体系加上高内阻化，系统能效基本都没法看，国家要求电动汽车也要努力往轻量化和低能耗方向发展的期望也会基本落空。  

毕竟铁锂能量密度上限在那，SOC较准、在低温性能、以及高温存储老化方面也还有自己的性能问题。三元也仍然有自己的很多优势，以及人家的技术也在不断进步。  

以及在这里我还就说一句可能会引战的话了：如果这样做，不利于行业的高端化发展/细分高端领域的发展。不管你们怎么在这嗨，个人认为技术路线单一化同质化的世界绝对是糟糕透了。

小结  

三元和铁锂都是不错的材料，各有各的适用范围。对于能量密度&轻量化更有要求的场景里，仍然是三元更适合；而承载着未来发展方向希望的硅负极、固态等方向也离不开三元材料。三元体系安全有自己的挑战，但是因此就天天喊着要做针 刺无疑是搅浑水、不利于行业健康发展的错误思维。希望不同材料体系可以携手并进，一起中国的动力电池事业带到新的高度。  

以及最后还是安利一下自己的书《锂光-动力电池硬核入门》，可以帮助大家搭建完整的行业知识体系，适合各种教育背景/工作背景的人士，也反映了行业到2024年的一个最新的技术和市场的发展情况

声明  

本文本人业余时间所做，不代表任何组织机构观点，本人和三元电池也无任何利益相关。