三元锂通过整包针刺试验，弹匣电池能让电动车告别起火吗？

文：懂车快报 东镭

2020年，在国内汽车销量总体下滑的背景下，新能源汽车销量逆势增长10.9%。汽车电动化进程加速的背后，续航里程和安全性逐渐成为影响电动车用户的两大核心痛点。提升续航里程的关键之一，是动力电池的能量密度。但对锂电池而言，安全性和能量密度始终是相互矛盾。据不完全统计，近两年国内报道的电动汽车起火事件，绝大多数都和车辆搭载的三元锂电池热失控导致发生自燃有关。三元锂电池的安全性，成为新能源汽车发展道路上所有的一道“必答题”。

3月10日，广汽埃安在电池技术云发布会现场，展示了一条“特殊”的试验视频。这个由中国汽车技术研究中心首席专家、国家电池安全标准起草人之一刘仕强博士带领团队进行的试验，对采用广汽埃安弹匣电池系统安全技术（简称“弹匣电池”）的电池包进行了针刺试验。

三元锂（弹匣电池）电池包针刺试验实时监控画面

试验结果显示，三元锂（弹匣电池）整包在热失控开始后，只出现短暂冒烟，无起火和爆炸现象。静置48小时后，电压降至0伏，温度恢复至室温。除了被刺电芯单一模块热失控外，整包内部结构完好。三元锂电池成功通过针刺试验。

由中国汽车技术研究中心出具的试验检测报告

针刺试验后，三元锂（弹匣电池）电池包仅针刺位置外壳漆皮受热脱落

针刺试验后，三元锂（弹匣电池）电池包内部结构完好

针刺试验对于评价电池包安全性有何价值？三元锂（弹匣电池）电池包通过针刺试验，究竟意味着什么？弹匣电池系统安全技术真的能让电动车告别起火么？本期《庖丁解车》为你详细解读。

为什么说三元锂电池包针刺试验几乎“不可能完成”？

锂电池在长期使用反复充、放电的过程中，由于析晶现象刺穿电池正负极隔膜造成短路，从而造成电芯内部温度上升的情况。在电动车的实际使用中，不仅充放电可能出现析晶短路，发生剧烈碰撞下也可能由于外物侵入电池造成短路，引发热失控。如果单一电芯的热失控逐渐扩散到其他电芯，则会造成上文中电动车自燃等严重后果。

针刺试验是评价电池包在短路下热扩散情况的重要方法

针刺试验就是一种有效评价电动车的电池包在短路情况下实际表现的测试方法。它通过将充满电的电池包置于平面上，用钢针将电芯隔膜刺穿，来模拟电芯内部的短路现象，从而考察电池包在电芯短路情况下是否能够有效控制热失控，避免进一步扩散。

“弹匣电池”针刺试验采用了直径8毫米钢针，是国家标准中的最高要求

目前锂电池的两种主流技术路线中，磷酸铁锂电池安全性较强，但能量密度相对较低，因此广泛应用于中低续航车型中。相比之下，三元锂电池的能量密度更高，在中高续航车型中应用广泛。

对于磷酸铁锂电池而言，材料较高的热稳定性，使得短路后热失控现象相对容易控制。而三元锂电池的化学特性更加活跃，电芯短路后难以避免热失控，且出现热失控后短时间释放大量热能，极易造成整个电池包的热扩散。因此，一直以来，针刺试验都是三元锂电池“难以突破”的一道坎，也成为全球范围内相关产、学、研机构的重要课题。

“弹匣电池”究竟拥有什么“奇门秘技”？

基于上述背景，我们不难理解采用“弹匣电池”技术的三元锂电池包通过针刺试验的意义。那么，广汽埃安的三元锂（弹匣电池）是如何做到这一点的？

弹匣电池系统安全技术的关键技术解决方案

“弹匣电池”顾名思义，是指电池包采用了类似弹匣安全舱的设计，当侦测到电芯电压或温度等出现异常时，能够阻隔热失控电芯的蔓延，并自动启动电池速冷降温系统为电池降温。为了做到这一点，广汽埃安集合广汽研究院、广汽硅谷研发中心的研发力量，并聘请电芯领域的知名专家参与开发，建立了超过600人的国际化研发团队，用时3年半，投入超3.5亿元，经过了1200多次各类电池安全试验，最终实现了“弹匣电池”的落地。

这项技术能取得巨大成果，主要还是因为其在四个方面做出的科技突破。

电芯是电池安全的基础。“弹匣电池”通过正极材料的纳米级包覆及掺杂技术的应用，提升电芯热稳定性；电解液新型添加剂的应用，实现了SEI膜的自修复；全极耳叠片方式，降低内阻并加快散热。数据显示，三大关键技术使得电芯的耐热温度提升30%。换句话说，在同样温度条件下，采用“弹匣电池”技术的三元锂电池更难出现热失控的情况。

通过技术改进，“弹匣电池”的电芯拥有更好的热稳定性

“弹匣电池”模组

要避免电芯热失控扩散，既要尽可能减缓电池的升温过程，又要让电池内积聚的热量快速排出，二者缺一不可。因此，有效隔热和快速降温就变得至关重要。“弹匣电池”的网状纳米孔隔热材料和耐高温上壳体，能够耐温1400摄氏度，从而实现充分隔热；而通过全贴合液冷系统、高速散热通道，以及高精准导热路径设计，“弹匣电池”实现了散热面积提升40%，散热效率提升30%。

“弹匣电池”壳体局部

“弹匣电池”采用的全贴合液冷集成系统

要保证电池安全，一套能够“防患于未然”的电池管理系统至关重要。“弹匣电池”的电池安全管理系统采用新一代车规级电池监测芯片，可实现每秒10次全天候数据采集，24小时全覆盖的全时巡逻模式，像是电池安全的“哨兵”。当发现异常时，立即启动异常自救，启动电池速冷系统为电池降温。全时巡逻和异常自救的应用，在电池主动安全方面树立了新标准。

“弹匣电池”的第五代电池管理系统

“弹匣电池”还将带来哪些出人意料的“惊喜”？

背靠广汽埃安强大研发实力和技术积累，“弹匣电池”在安全和续航、性能和成本上找到了更好的平衡点，实现了高安全、长续航、低成本。未来，广汽埃安旗下车型将全面搭载“弹匣电池”，进一步提升用户的用车体验。

“弹匣电池”整包及内部模组排列

但“弹匣电池”技术的价值并不止于此。此前，面对三元锂电池的安全难点，很多企业选择“回归”能量密度更低的磷酸铁锂，在保证安全性的前提下尝试提高磷酸铁锂电池的能量密度。

“刀片电池” 通过结构优化提高了磷酸铁锂电池包能量密度

从本质上说，“刀片电池”的思路是充分针对磷酸铁锂电池特性进行电池包结构优化，从而提升整包能量密度的一种结构改进方案，而“弹匣电池”则更多抛开具体的电池材料，而从系统安全的角度提供的安全解决方案。

实际上，除了前面提到的采用“弹匣电池”技术的三元锂电池试验外，中国汽车技术研究中心也对应用“弹匣电池”技术的磷酸铁锂电池包进行了针刺试验。结果显示，普通磷酸铁锂电池包针刺试验后最高温度达到329.1摄氏度，而采用“弹匣电池”技术的磷酸铁锂电池包最高温度则为51.1摄氏度，电池安全性得到明显提升。

由此来看，作为一种系统级的电池安全技术，“弹匣电池” 不仅实现了三元锂电池在针刺试验上的突破，也更能为磷酸铁锂，甚至广汽埃安后续推出的石墨烯、硅负极等电池带来更好的安全性能，从而有力推动动力电池安全性能提升及新能源车产业发展。

总结

从技术角度看，尽管我们还不能说“弹匣电池”能够让电动车永远告别起火，但至少这项技术的诞生，为增加动力电池安全性提供了一种新的解决方案。而更重要的是，面对汽车“电气化”的全新赛道竞争，当一项技术发展遇到瓶颈时，企业是该选择退而求其次，还是迎难而上，这或许是“弹匣电池”对汽车行业更深层次的意义所在。