刀片电池:利刃的另一面
4、安全性能提升
话说回来,刀片电池的刃还在安全。
(1)磷酸铁锂天性安全
中国动力电池创新联盟副秘书长王子冬曾公开表示,动力电池是一种含高能物质的部件,具有危险性的本质,而且,随着电池比能量和比功率的提高,发生事故的危险性将增大。
王子冬打了一个比方,动力电池就像是把“火药桶”“助燃剂”和“打火机”关在一个小屋子,然后用一层“保鲜膜”隔开。他解释说,“动力电池系统的易燃物是电解液,它与助燃剂氧气(三元正极材料遇到高温时会分解生产氧气)和火源(内短路、过充都会产生高温)被密封在同一个容器环境里,因此它的安全不确定性也就显得尤为突出。”
借用这一比喻,我们可以看到,刀片电池很好地遏制了自燃风险。
首先,磷酸铁锂电池的自燃温度要远远高于三元电池。
实验室数据显示,三元电池的自燃温度是200℃,即到达此温度时,三元电池的材料就会开始融化、自燃,直至引发爆炸。而磷酸铁锂电池的自燃温度则是500-800℃,也就是很难“点着”。相当于“打火机”被扔出了小屋子。
其次,磷酸铁锂电池不释放氧气,就没有助燃剂。铁离子氧化能力不强,磷酸铁锂电池在充放电时,不会放出氧气,自然也就难以与电解质发生氧化还原反应,这使得磷酸铁锂电池充放电过程处在一个相对安全的环境中。没有了助燃剂,磷酸铁锂电池基本在热失控时只会冒烟。
(2)针刺试验进一步证明
为了进一步验证刀片电池的安全性,比亚迪做了一项在国标中已经取消的测试——针刺测试。
所谓针刺试验,是将充满电的电池放在一个平面上,用直径3—8mm的钢针沿径向将电池刺穿,一小时内不发生起火和爆炸,视为合格。目的是模拟电池的内短路的过程,以检测电池的安全性。
刀片电池发布会上的视频可以看到,刀片电池的针刺试验结果要明显优于三元电池,以及传统磷酸铁锂块状电池。
三元锂电池在针刺之后,剧烈燃烧,表面温度超过500摄氏度,电池表面的鸡蛋被炸飞;磷酸铁锂块状电池针刺之后,无明火,有烟,表面温度200-400摄氏度,电池表面的鸡蛋被烤焦;而比亚迪刀片电池在针刺之后,不仅无明火,无烟,而且表面温度只有30-60摄氏度,电池表面的鸡蛋无变化。
资料来源:刀片电池发布会上的视频
为何刀片电池能够通过测试?
中国科学院院士欧阳明高解释说,刀片电池表现良好大约是两个方面原因:一方面,刀片电池是一个长条形的电池,所以它的散热面积比较大;另外一方面,当针刺的时候,刀片电池短路的回路比较长,所以产热的能力相对要下降。由于刀片电池的温升速率比较小,因此针刺试验表现很好。
虽然在中国电池针刺试验已经被取消,但在国际上,这项试验并不少见,例如SAE J2464、UL-2580及SAND2005-3123等标准还是有针刺测试要求的,此外,非标准法规FreedomCAR等也有针刺要求。
资料来源:SAE J2464
现实生活中,贯穿、刺破电池造成内短路的情况时有发生。被媒体报道出的事故就有多起,典型的例如2013年特斯拉底盘碰撞到了掉落在路面上的拖车挂钩,正好形成一个穿刺姿势。电池包底部被挂钩尖锐处刺入,车辆电池短路,并着火燃烧。
(3)结构安全再提升
电池包的安全还体现在结构强度上。传统电池包一般只有4-5根梁,而刀片电池是让每一个电芯都充当结构件,100个电池就是100个梁,其强度可想而知。
比亚迪集团副总裁兼弗迪电池董事长何龙介绍电芯强度原理
此外,刀片电池还借鉴了非常成熟的蜂窝铝板的结构原理,在100个电池组成的电池堆的上下两面上,粘贴两块高强度的强度板,形成了类似蜂窝铝板的这种结构,使强度再次升级。
蜂窝铝板
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