針關于電芯級別測試，取消了爭議比較大針刺試驗，根據《電動汽車用動力蓄電池安全要求》給出的理由是IEC等國際標準沒有發(fā)現針刺試驗，以及由于針刺試驗與實際失效模式不相符等理由，工信部公布的新能源汽車準入管理規(guī)定（39號令）中針刺為暫不執(zhí)行項目。

但筆者認為，取消針刺試驗實際上是各方利益集團游說的結果。取消針刺試驗是否合理姑且不論，本文著重討論一下針刺實驗與動力鋰電池實際失效模式是否相符，以及針刺試驗研究的最新研究進展。因為安全性是人們使用鋰離子電池最為關心的問題之一，特別是在新能源車等關系到生命財產安全的領域，安全尤為重要。但是關于鋰離子電池安全測試試驗而言，針刺實驗是最為復雜的，這是因為整個鋰離子電池的能量都會通過內短路點在短時間內快速釋放（最多會有70%的能量在一分鐘內釋放），導致溫度在短時間內急劇上升，繼而引發(fā)連鎖反應，從而導致熱失控。

談談動力鋰電池的安全測試針刺實驗

針刺測試，將充滿電的電池放在一個平面上，用直徑3mm的鋼針沿徑向將電池刺穿。測試電池不起火、不爆炸。因為動力鋰電池在實際應用場合，存在異物刺入電池包內部導致電池發(fā)生短路的可能，而針刺測試能夠很好的反應電池短路的發(fā)生情況，當鋼針刺入時，鋼針供應了電池內部短路的通路，電池的電能轉化為熱能，并存儲在電池內部，短路造成短時間內能量的集中爆發(fā)和釋放，有可能出現冒煙、漏夜，甚至起火爆炸。通過電池材料、結構設計的改進，高能量的鋰離子電池是能夠通過針刺測試的。當針刺入電池時，電池內部形成很對短路通路，它實際上同時模擬了內短路和外短路兩種過程

英國AhmedAbaza博士在讀書期間就和捷豹路虎的電池研發(fā)工程師RonnyGenieser一起開展動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博士期間研究重點關注針刺實驗，這里簡要介紹下AhmedAbaza博士在針刺實驗上取得的一些成果和結論。

重要研究方面包括針刺實驗重復性真的差嗎？怎么控制短路形式？怎么代表內短路場景，如單層短路vs全刺穿短路等。

當針刺觸發(fā)內短路時，電流從電池內部經針從正極流向負極進行放電過程（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。

通過以上公式不難看出，針刺實驗結果不僅同針的材質（ρ）、粗細（A）有關，還同接觸電阻和電芯的厚度（L）有關。針刺過程最復雜的地方在于針同電池內部正負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部化學反應的進行，接觸電阻是動態(tài)變化的，從而導致針刺實驗的重復性相對較差。

AhmedAbaza博士的針刺實驗所用裝置、電池及相關參數如圖2、表1和2所示。所用電池為15AhLMO-NMC疊片軟包電池，電池內阻6m，針刺實驗前電池處于滿充態(tài)。針刺實驗所用的針選用了三種材質，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。實驗溫度在16℃左右，低于常規(guī)的25℃。測試時軟包電池放置在熱箱內，目的是保溫，防止實驗過程時電池同外界有過多熱交換。

談談動力鋰電池的安全測試針刺實驗

從實驗結果不難看出:(1)三種不同材質的針得到的結果截然不同；(2)同樣材質針重復十次實驗，結果可能存在很大偏差。從電壓曲線判斷，銅針針刺更容易導致電池發(fā)生嚴重內短路，一個樣品不到2h即完全放電；鋼針次之，16h仍未完全放電；而塑料針針刺內短路極微弱，甚至有的似乎觀察不到內短路現象。以上結果證明：（1）針刺實驗結果確實同針的電導率有關；（2）針刺實驗中針是重要電流通路。針刺實驗的低重復性表明影響針刺實驗結果的不僅有針自身的電阻，接觸電阻也是極為重要的因素。而針刺過程接觸電阻難以測量，針的表面粗糙度、錐角、針刺過程電解液反應產物都有可能對接觸電阻存在影響。