針關(guān)于電芯級(jí)別測(cè)試，取消了爭(zhēng)議比較大針刺試驗(yàn)，根據(jù)《電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求》給出的理由是IEC等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)針刺試驗(yàn)，以及由于針刺試驗(yàn)與實(shí)際失效模式不相符等理由，工信部公布的新能源汽車準(zhǔn)入管理規(guī)定（39號(hào)令）中針刺為暫不執(zhí)行項(xiàng)目。

但筆者認(rèn)為，取消針刺試驗(yàn)實(shí)際上是各方利益集團(tuán)游說(shuō)的結(jié)果。取消針刺試驗(yàn)是否合理姑且不論，本文著重討論一下針刺實(shí)驗(yàn)與動(dòng)力鋰電池實(shí)際失效模式是否相符，以及針刺試驗(yàn)研究的最新研究進(jìn)展。因?yàn)榘踩允侨藗兪褂?a href="http://m.clant.cn" style="color:#a98326">鋰離子電池最為關(guān)心的問(wèn)題之一，特別是在新能源車等關(guān)系到生命財(cái)產(chǎn)安全的領(lǐng)域，安全尤為重要。但是關(guān)于鋰離子電池安全測(cè)試試驗(yàn)而言，針刺實(shí)驗(yàn)是最為復(fù)雜的，這是因?yàn)檎麄€(gè)鋰離子電池的能量都會(huì)通過(guò)內(nèi)短路點(diǎn)在短時(shí)間內(nèi)快速釋放（最多會(huì)有70%的能量在一分鐘內(nèi)釋放），導(dǎo)致溫度在短時(shí)間內(nèi)急劇上升，繼而引發(fā)連鎖反應(yīng)，從而導(dǎo)致熱失控。

談?wù)剟?dòng)力鋰電池的安全測(cè)試針刺實(shí)驗(yàn)

針刺測(cè)試，將充滿電的電池放在一個(gè)平面上，用直徑3mm的鋼針沿徑向?qū)㈦姵卮檀y(cè)試電池不起火、不爆炸。因?yàn)閯?dòng)力鋰電池在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合，存在異物刺入電池包內(nèi)部導(dǎo)致電池發(fā)生短路的可能，而針刺測(cè)試能夠很好的反應(yīng)電池短路的發(fā)生情況，當(dāng)鋼針刺入時(shí)，鋼針供應(yīng)了電池內(nèi)部短路的通路，電池的電能轉(zhuǎn)化為熱能，并存儲(chǔ)在電池內(nèi)部，短路造成短時(shí)間內(nèi)能量的集中爆發(fā)和釋放，有可能出現(xiàn)冒煙、漏夜，甚至起火爆炸。通過(guò)電池材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改進(jìn)，高能量的鋰離子電池是能夠通過(guò)針刺測(cè)試的。當(dāng)針刺入電池時(shí)，電池內(nèi)部形成很對(duì)短路通路，它實(shí)際上同時(shí)模擬了內(nèi)短路和外短路兩種過(guò)程

英國(guó)AhmedAbaza博士在讀書(shū)期間就和捷豹路虎的電池研發(fā)工程師RonnyGenieser一起開(kāi)展動(dòng)力鋰電池濫用安全研究，17年博士畢業(yè)后以高壓電池工程師加入捷豹路虎工作。Abaza博士期間研究重點(diǎn)關(guān)注針刺實(shí)驗(yàn)，這里簡(jiǎn)要介紹下AhmedAbaza博士在針刺實(shí)驗(yàn)上取得的一些成果和結(jié)論。

重要研究方面包括針刺實(shí)驗(yàn)重復(fù)性真的差嗎？怎么控制短路形式？怎么代表內(nèi)短路場(chǎng)景，如單層短路vs全刺穿短路等。

當(dāng)針刺觸發(fā)內(nèi)短路時(shí)，電流從電池內(nèi)部經(jīng)針從正極流向負(fù)極進(jìn)行放電過(guò)程（圖1），短路電阻如公式（1）所示：

Rs=Rnail+Rcnt（1）

式中Rs為短路電阻，Rnail為針自身電阻，Rcnt為接觸電阻。

Rnail=ρL/A（2）

式中ρ為針的電阻率，L為針的長(zhǎng)度，A為真的橫截面積。

針刺后的歐姆熱功率為

P=I2*Rs（3）

式中P為歐姆熱功率，I為短路電流。

通過(guò)以上公式不難看出，針刺實(shí)驗(yàn)結(jié)果不僅同針的材質(zhì)（ρ）、粗細(xì)（A）有關(guān)，還同接觸電阻和電芯的厚度（L）有關(guān)。針刺過(guò)程最復(fù)雜的地方在于針同電池內(nèi)部正負(fù)極極片接觸位置存在接觸電阻，且隨著針刺深度的變化和內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，接觸電阻是動(dòng)態(tài)變化的，從而導(dǎo)致針刺實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性相對(duì)較差。

AhmedAbaza博士的針刺實(shí)驗(yàn)所用裝置、電池及相關(guān)參數(shù)如圖2、表1和2所示。所用電池為15AhLMO-NMC疊片軟包電池，電池內(nèi)阻6m，針刺實(shí)驗(yàn)前電池處于滿充態(tài)。針刺實(shí)驗(yàn)所用的針選用了三種材質(zhì)，分別為銅針、鋼針和塑料針。針直徑為3mm和10mm兩款，針刺速度為100mm/s，針尖錐角60。實(shí)驗(yàn)溫度在16℃左右，低于常規(guī)的25℃。測(cè)試時(shí)軟包電池放置在熱箱內(nèi)，目的是保溫，防止實(shí)驗(yàn)過(guò)程時(shí)電池同外界有過(guò)多熱交換。

談?wù)剟?dòng)力鋰電池的安全測(cè)試針刺實(shí)驗(yàn)

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果不難看出:(1)三種不同材質(zhì)的針得到的結(jié)果截然不同；(2)同樣材質(zhì)針重復(fù)十次實(shí)驗(yàn)，結(jié)果可能存在很大偏差。從電壓曲線判斷，銅針針刺更容易導(dǎo)致電池發(fā)生嚴(yán)重內(nèi)短路，一個(gè)樣品不到2h即完全放電；鋼針次之，16h仍未完全放電；而塑料針針刺內(nèi)短路極微弱，甚至有的似乎觀察不到內(nèi)短路現(xiàn)象。以上結(jié)果證明：（1）針刺實(shí)驗(yàn)結(jié)果確實(shí)同針的電導(dǎo)率有關(guān)；（2）針刺實(shí)驗(yàn)中針是重要電流通路。針刺實(shí)驗(yàn)的低重復(fù)性表明影響針刺實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不僅有針自身的電阻，接觸電阻也是極為重要的因素。而針刺過(guò)程接觸電阻難以測(cè)量，針的表面粗糙度、錐角、針刺過(guò)程電解液反應(yīng)產(chǎn)物都有可能對(duì)接觸電阻存在影響。