風驅(qū)急雨灑高城，云壓輕雷殷地聲。雨過不知龍去處，一池草色萬蛙鳴。仲夏本是多雨之季，帝都的五月，尤為多變。日前的“天狗食日”，似乎預示著這是一個多事之秋。
多年以前，我國鋰電界“三先鋒”（PL、TCL、ATL三巨頭，即寶龍鋰電、TCL金能電池、新能源科技——寧德時代老東家）中的ATL與PL，曾上演過一出“江湖紛爭”的戲碼，鬧得沸沸揚揚，滿城風雨。
一時江湖傳言四起，一說ATL的“馬仔”跑去PL地盤生事，一說PL的“小弟”跑到ATL地界搞事。你說我搶了你的人，我說你撬了我的兵。江湖不問來路，有料就行。究竟是誰挖了誰的人，江湖并無判定。
日前，我國動力電池界又掀起了一場“口水戰(zhàn)”。這一次，是我國動力電池領域，寧德時代與比亞迪兩大巨頭因電池技術問題，掀起的“針鋒相對”，而這場“戰(zhàn)爭”的導火索，則是由一根“鋼針”拉響的。
寧德時代與比亞迪，作為我國動力電池領域的老大和老二，對我國動力電池行業(yè)的發(fā)展，都有著不可磨滅的貢獻。關于兩家企業(yè)的“口水戰(zhàn)”，在此不做評論，只希望這樣的“戰(zhàn)爭”多多益善，行業(yè)的發(fā)展，需要這樣的“戰(zhàn)爭”。
那么，引發(fā)這場“口水戰(zhàn)”的針刺測試到底是什么？電池針刺實驗能用來干什么？
簡單來說，針刺測試是一種內(nèi)部短路測試法，是測試鋰離子電池內(nèi)部短路承受能力的安全性測試，是用鋼釘貫穿電池，模擬內(nèi)部短路，確認電池是否出現(xiàn)冒煙、起火、破裂的測試。
按照GB/T 31485-2015的針刺試驗方法，將電池充滿電，用直徑為5-8mm的耐高溫鋼針（此次試驗采用5mm直徑的鋼針），以（25±5）mm/s的速度，從垂直于電池極板的方向貫穿，貫穿位置宜靠近所刺面的幾何中心，鋼針停留在電池中，觀察1小時，不起火、不爆炸才算合格。
值得注意的是，針刺測試不僅僅是確認電池安全性的測試，也是了解電池基本性質(zhì)的測試。
正常狀態(tài)下，鋰離子電池的正負電極片之間由有機電解液中的隔膜進行絕緣。在此種狀態(tài)下，將鋼釘插入鋰離子電池內(nèi)部，是讓正負電極片之間產(chǎn)生短路，強制進行內(nèi)部短路的測試，從而調(diào)整插入電池內(nèi)部的鋼釘直徑、材質(zhì)、插入深度、插入位置和插入速度等測試條件。
鋰離子電池需要進行針刺測試，意味著鋰離子電池內(nèi)部極易發(fā)生短路，如果發(fā)生短路，將處于非常危險的狀態(tài)。一般來說，電池使用過程中發(fā)生內(nèi)部短路，是由于制造過程中混入了導電性異物，或受到了外部沖擊力或應力。而現(xiàn)實中，一旦電池被制造出來，包括電池充放電電路在內(nèi)的控制系統(tǒng)內(nèi)部短路，是很難采取措施的。
發(fā)生內(nèi)部短路時，電池內(nèi)部通過巨大的短路電流，隨之產(chǎn)生焦耳熱，從而引起可燃性有機電解液發(fā)生反應，產(chǎn)生高溫氣體，結(jié)果導致熱失控的可能性增加，發(fā)生熱失控時，就會出現(xiàn)冒煙、起火，嚴重時會發(fā)生破裂，危及使用者的人身安全。
從消費者角度來講，確保電池安全性，對于鋰離子電池的應用是非常重要的，針刺測試使用鋼釘插入電池內(nèi)部，可以比較簡單地制造出正負極之間的內(nèi)部短路。
然而，當釘子插入電池形成電池表面穿孔時，這個孔就會釋放出高溫氣體，導致電池內(nèi)部的散熱狀態(tài)發(fā)生變化，與實際內(nèi)部短路的情形可能存在差異。
強制內(nèi)部短路測試使用的是頂部為球形的釘，是一種不在電池表面造成穿孔就能制造內(nèi)部短路（微小短路）的測試方法，被稱為鈍釘測試。這種方法通過釘子的壓力，使電池的電極材料（正負電極片）之間產(chǎn)生短路，測試后的電池只有一點點變形。與通常的針刺測試相比，這種方法可以制造出更接近實際內(nèi)部短路的狀態(tài)。
以三元電池為例，當鋼針刺穿電池導致三元鋰離子電池內(nèi)部短路后，極高的升溫速率會使三元正極材料快速達到200攝氏度左右的分解溫度，三元正極材料高速分解產(chǎn)生大量的游離態(tài)氧，這些游離態(tài)氧會進一步增加各種化學反應的產(chǎn)熱量，提高電池內(nèi)部升溫速率，同時也使電池內(nèi)部壓力迅速上升。
此外，迅速攀升的電池內(nèi)部壓力很快會推開泄壓閥，內(nèi)部高壓電解液噴薄而出，外部空氣此時進入到電池內(nèi)部，空氣+極高的溫度+殘留在電池內(nèi)部的可燃電解液，爆炸起火就會一觸即發(fā)。
再看一下磷酸鐵鋰電池，鋼針從電池中央穿透其內(nèi)部極板，在鋼針穿透電池后，電池電壓就會開始下降，電池外殼有一定程度的鼓脹，顯示內(nèi)部短路導致電池內(nèi)部壓力迅速上升，隨后泄壓閥打開，電池內(nèi)部高壓電解液噴出，之后電壓迅速下降的同時，電池外殼溫度迅速攀升，最高達到239攝氏度。
如上圖，隨著電池內(nèi)容物通過泄壓閥悉數(shù)噴出，電池外殼溫度開始慢慢回落直至觀察期結(jié)束。當打在穿孔位置附近的雞蛋被高溫殼體煎熟時，表明試驗過程中電池外殼溫度較高。
不難發(fā)現(xiàn)，磷酸鐵鋰電池熱失控反應之所以沒有三元鋰離子電池劇烈，主要是因為其正極材料分解溫度在500攝氏度以上，熱失控溫度相比三元鋰離子電池更高，其熱失控風險相對較低。
此外，磷酸鐵鋰電池正極分解時產(chǎn)生的氧氣量較少，限制了電池內(nèi)部壓力增加及溫度升高，這一方面能夠避免電池內(nèi)部壓力過大發(fā)生爆炸，另一方面也一定程度地限制了易燃電解液發(fā)生燃燒的可能性。
磷酸鐵鋰在熱失控測試中，其升溫速率相比三元鋰離子電池要低得多，這也是其安全系數(shù)較高的重要特性之一。對于容量不同的電池，要使用不同直徑的鋼釘進行針刺測試。
就目前國內(nèi)的技術水平而言，安全指標一定程度限制了三元鋰離子電池包整體能量密度的進一步提升，而較低的單體能量密度則限制著磷酸鐵鋰電池包整體能量密度的提升。
從市場發(fā)展來看，磷酸鐵鋰電池在未來幾年通過電池技術優(yōu)化以及采用無模組電池包設計優(yōu)化，電池包整體能量密度的提升空間較大，或能追平受到安全指標制約的三元鋰離子電池包。
另外，磷酸鐵鋰電池雖然能量密度相對較低，但熱失控安全系數(shù)比三元鋰離子電池高，這有利于使用無模組設計來進一步提升電池包整體能量密度，增加電動車的續(xù)航里程，從而在安全性和續(xù)航上實現(xiàn)更好的平衡。
不過，三元鋰離子電池單體的熱失控安全系數(shù)雖然較低，但通過加強電池包殼體的強度，完善電池管理系統(tǒng)對熱失控的檢測和提前預警機制，利用隔熱絕緣材料降低熱擴散速率等，都能有效地增強電池包的整體安全系數(shù)，提升使用層面的安全性。
