电池知识
锂离子、磷酸铁锂、锰酸锂、新能源
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锂离子、磷酸铁锂、锰酸锂、新能源
近日，汽车圈被一根针搅动，引发了一系列连锁反应。宁德时代与比亚迪“隔空互怼”，让车圈人士吃了一连串的瓜。不可否认，比亚迪完好无损的鸡蛋和宁德时代断掉的钢针，可能会在广大消费者心中留下一些疑问。而在这背后，是备受关注的动力锂电池安全问题，以及新能源汽车将来的发展前景。
这颗为吃瓜大戏埋下的种子，要先从三月份比亚迪的“刀片电池”公布会说起。为了证明刀片电池的安全性，比亚迪公布了三元锂电池、磷酸铁锂电池和刀片电池的针刺实验视频。
从针刺实验的结果来看，三元锂电池出现剧烈燃烧，声明温度超过500℃，电池表面的鸡蛋笔直被炸飞；传统磷酸铁锂电池无明火出现，表面温度达到了200~400℃，鸡蛋被烤焦；比亚迪刀片电池没有明火出现，温度仅在30-60℃之间，鸡蛋依旧完好如初。这场公布会成功让消费者记住了比亚迪刀片电池上完好无损的鸡蛋，更收获了刀片电池性能安全的好印象。
其实，“刀片电池”这个称呼，是在比亚迪公布会上的提出的。据知道，之前电动车动力锂电池紧要是以磷酸铁锂电池和三元锂电池为主，两者的差别在于正极材料的不同。磷酸铁锂电池，采用磷酸铁锂（LiFePO4）作为正极材料；三元锂电池，一般是指采用镍钴锰酸锂（NCM）或镍钴铝酸锂（NCA）三元正极材料的锂电池，外界常常说的“523”、“811”则代表镍钴锰三种元素的配比。
至于刀片电池，通俗点儿说，就是超级磷酸铁锂电池。新能源汽车上的电池，是把电芯（Cell）组装成为模组（Module），再将模组安装在电池组（Pack）里，形成了“电芯-模组-电池组”的模式。刀片电池的创新之处在于电池加工和工艺的迭代与进化，取消了模组，在同样的空间内可以装入更多像刀片相同的单体电芯，能量密度自然就得到了提升。它的横空出世，让外界意识到，动力锂电池在满足安全，低成本的前提下，还能将能量密度显著提高。这给磷酸铁锂电池带来了高光时刻。
依据比亚迪的官方消息，首个搭载“刀片电池”的比亚迪汉EV纯电动轿车，电池系统能量密度达到了140Wh/kg。比亚迪股份有限公司董事长兼总裁王传福曾透露，计划在将来两年内规划单体能量密度提升至180Wh/kg，系统能量密度提升至160Wh/kg，由此能够使得单位加工成本下降30%。
不甘示弱的宁德时代，发展到什么水平了？
在2019年度业绩说明会上，宁德时代对外界关心的刀片电池和针刺实验作出了说明。宁德时代董事长曾毓群表示：“刀片电池是我们2016年量产的CTP（CellToPack）结构创新概念中的一种，我们已经选择并量产CTP结构创新里最优的几种，比如CTP-0、CTP-1、CTP-2。”他还提到，电池的安全和电池的滥用探测是两回事，但有些人把滥用探测的通过等同于电池的安全。
这两句看似稀松平常的话被吃瓜群众看作是比较亚迪的“隔空互怼”。三元锂电池的安全问题，本身就比较敏感。在双方一来一回的“互怼”后，宁德时代为了自证三元锂电池安全——证明三元锂电池能够通过针刺实验，也公布视频作为回应。
在宁德时代公布的第一段三元电池组针刺实验视频中，钢针以25mm/s刺向电池组，接触后钢针竟然断了。随后，宁德时代又公布了三元电芯通过针刺探测的视频。并表示其实，宁德时代在2017年就公布了5系和8系电池通过针刺实验的视频。由于两次针刺实验都没有模拟出电池内部短路的情况，只是证明了能够戒备外部碰撞等不利因素，这让一部分消费者纷纷表示不买账。
而在消费者购买同款电池做的试验中，宁德时代的电池在被刺穿的瞬间着起大火。有业内人士推测，或许宁德时代并未将该技术使用到市售版本中，安全技术最紧要的落脚点在于能否使用于量产。
随后，宁德时代在官方微博公布了《有关动力锂电池标准的一些认识》，内容包括三元和铁锂电池分别满足不同市场的需求；目前国际认知从电池单体安全转向电池系统安全；我国标准的重心在转向电池系统安全等三点内容。
或许，宁德时代的不甘示弱来自于在与同一技术路线的方形电芯比较中，其已实现NCM811电芯的量产，能量密度与其他三元电池厂商相比具有优点。除此之外，宁德时代已具备量产条件但尚未配套车型的电芯的能量密度达到304Wh/kg，正逐步收窄与松下NCA的能量密度的差距。宁德时代现有的三元NCM523电芯搭载CTP技术后，电池组的能量密度也可从140Wh/kg提升10%-15%，至154-161Wh/kg。
“比宁”大战，争的有哪些？
为甚么两大龙头公司对针刺实验如此敏感？说究竟，还是触到了新能源汽车产业发展的神经——电池安全问题。针刺实验是目前模拟锂电池内短路最常用的一种手段，通过将5mm的钢针插入到锂电池内部，引起正负极之间的短路，在局部出现大量的热量，从而实现对锂电池内短路的模拟。若电池被刺穿后5分钟内未发生燃烧或爆炸，则可以判定通过探测。
在我国科学院院士欧阳明高看来，新能源汽车安全事故的本质是电池热失控问题。其中，内短路又是电池热失控的共性环节，机械变形、挤压、撕裂，隔膜破碎、过充过放、极端过热等各种各样的原由都可能出现不同类型的内短路。至于针刺实验，则是曾毓群提到的电池“滥用探测”中的一个小环节。挤压、短路、过充等都属于“滥用探测”的范围。因此，电芯通过了针刺实验，并不代表电动车电池的绝对安全的；电芯通不过针刺试验，也不能说明不安全。
在清华大学动力工程与工程物理博士张抗抗看来，讨论电动车电池安全性的时候，要分为电芯、模组、电池组、功能安全4个层面。其中，电芯本体安全只是其中一个层面，而针刺安全性更只是其中的一个方面。
目前，宁德时代的核心技术聚集在三元锂电，而比亚迪在磷酸铁锂方面积淀更多，两种动力锂电池的性能各有侧重。磷酸铁锂电池材料本身热稳定性好，但能量密度低于三元锂电池；三元锂电池（镍钴铝电池或镍钴锰电池）能量密度比较高，低温性能出色，但化学性质不够稳定。因此，两种电池的性能是由材料本身的特性所决定的。
宁德时代与比亚迪的“较量”已经由来已久，在外界看来，这场“比宁”大战可以理解为是动力锂电池路线之争。其实，自从去年国产动力锂电池行业结束了5年的“白名单”准入制度之后，包括LG化学、松下、三星SDI等海外对手已经深度参与到我国动力锂电池市场的竞争中了。依据我国汽车动力锂电池产业创新联盟公布的2020年四月份动力锂电池月度数据，前四个月，宁德时代和比亚迪分别排名第一和第二，装机量分别为4.56GWh、1.52GWh，松下和LG化学紧随其后，装机量为0.76GWh和0.72GWh。很分明，目前我国动力锂电池行业竞争局面已经从“比宁”之争，转变为中日韩电池之争。
从新能源汽车产业发展来看，做大做强整个产业，才能使包括比亚迪和宁德时代在内的公司得到更长远的发展。三元锂电池与磷酸铁锂电池这两条技术路线，在产业发展过程中，除了竞争关系，也是互补。针对不同的场景使用不同的技术路线，双管齐下或许是更好的选择。趁着这次机会，消费者对动力锂电池技术发展情况也有了更多知道。最后，除了吃瓜，有关电池的知识你get到了吗？
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