浅谈车载动力电池安全：从宁德811到广汽弹匣电池，“不自燃”还有多远    
                                
☆                
                                
一、关于广汽弹匣电池及其它“不起火”电池                
                                
前几天，广汽发布了弹匣电池技术，并宣称这是在行业内首次实现了三元锂电池整包针刺不起火。下面就谈谈弹匣电池、其它“不起火” 电池，及它们所象征的电池安全技术，能在多大程度上实现“保障驾乘人员生命安全”的目标。            
                                
（注：后文中提到的缩略语含义：                
LFP：磷酸铁锂；                
NCM：镍钴锰 三元锂；            
NCA：镍钴铝 三元锂；  
NMx：无钴 镍锰酸锂；）                
                                
1. 宁德时代在去年就已经两次声称通过了NCM电池包针刺试验，为什么广汽这次却说是在行业内首次实现？                
                                
Answer: （1）宁德时代的第一次针刺实验，结果是钢针断了。从实验规范的角度来说，做出这种结果的实验室是无法通过基本资质认证的，因为它连对标准条文的理解都无法做到。——在所有开展针刺实验的强检实验室中，进行整包电池针刺实验的第一步就是在电池包的外壳及防火罩上预先钻孔（孔径大于钢针直径3mm以上），以便钢针以恒定速度刺入电芯；这不但是基本的试验常识，而且是标准中的明文规定。宁德时代如果将这种磕断钢针的实验场景提交到EVS-GTR（电动汽车安全全球技术法规）会议上作为论据，其它的参会者不会对它有任何质疑，因为它们会直接将其认定为不合规实验室。            
                        
（2）宁德时代的第二次针刺实验，拿出的是2017年的TUV实验结论。TUV实验结论显示，它这次送检的实验样品是能量密度为54Wh/Kg的三元锂电芯——注意两点：①这是电芯，而非电池包；②这块NCM电芯的密度是54Wh/Kg，材料成分等同于244NCM，比LFP电芯的能量密度还低。                
——也就是说，这块送检的样品不是搭载于乘用车上的商用电池，而只是一份没有量产价值的电芯样品。                
                                
                                
2. 在2020年，刀片电池、宁德时代的“镍55”5系NCM电池、欣旺达的5系NCM电池、孚能的5系NCM电池都声称实现了电池包不起火，还有更早的AESC（日产leaf）电池也是实现了不起火，广汽这个“第一”与它们的区别在哪里？                
                                
Answer: （1）AESC（日产leaf）电池通过了针刺实验不起火，不过那是锰酸锂电池包；                
（2）比亚迪的刀片电池通过了针刺实验不起火，不过那是LFP电池包；                
（3）宁德时代的“镍55”5系NCM电池、欣旺达的5系NCM电池、孚能的5系NCM电池达到的水平是“通过加热方式触发的热扩散实验不起火”，而弹匣电池达到的水平是“通过针刺方式触发的热扩散实验不起火”，两种实验的难度不一样。                
                                
                                
3. 广汽这次的角色是不是有点类似于小米，把供应商的技术揽到了主机厂身上？或者说，弹匣电池针刺不起火的技术是不是归属于供应商，而非归属于广汽？                
                                
Answer：（1）不是。                
（2）不是。                
                    
这与车载动力电池市场的角色分类有关。                
在这个市场中，卖方提供电芯或者电池包，比如宁德时代、欣旺达、孚能、国轩、中航；                
而买方则有三种类型：                
第一种买方，是从卖方购买整个电池包，这种情况下，电池包的技术完全归属于供应商。（比如哪吒、五菱、理想、奇瑞、吉利等）                
第二种买方，主机厂拥有自建的电池pack工厂，只从供应商处购买电芯然后自行组包，这种情况下，pack层级的技术是归属于车企，电芯层级的技术是归属于供应商。（比如上汽、广汽、蔚来、东风、特斯拉、大众、宝马等）                
第三种车企，则同时兼具买方和卖方的角色，比如比亚迪-弗迪（电芯/电池包外供给红旗、长安、东风、现代等）、长城-蜂巢（电芯/电池包外供给吉利、PSA等）、分拆之前的日产-AESC。                
                                
广汽这次的弹匣电池，同时包括电芯层面、pack层面的技术措施，所以其中有一部分技术是归属于广汽的。                
                                
4. 同为第二类买方车企，广汽弹匣电池的含金量与之前的蔚来、上汽、东风岚图的不起火电池有区别吗？                
                                
Answer:有区别。                
                                
目前第二类买方车企搭载于量产车型的不起火电池包有：                
                    
①上汽的镍55电池包（搭载于R汽车，购买宁德的5系NCM电芯）；                
②蔚来的镍55电池包（搭载于BAAS车型100度电池，购买宁德的5系NCM电芯）；                
③广汽的5系NCM电池包（搭载于AION V车型，购买孚能的5系NCM电芯）；          
④东风岚图的BEV电池包（搭载于岚图Free纯电车型，购买三星SDI的NCA圆柱电芯）；          
⑤广汽的弹匣电池（搭载于AION Y车型，购买中航的5系NCM电芯）。                
                                
前四种电池包达到的安全水平是“通过加热方式触发的热扩散实验不起火”，而弹匣电池包达到的安全水平是“通过针刺方式触发的热扩散实验不起火”，从电化学原理来说，后者的难度更高，所以弹匣电池的技术水平高于其它四种“不起火NCM/NCA电池包”。                
                                
在GB38031-2020实施后，各家车企接受热扩散实验强检的车型中，NCM/NCA电池车型选择的热扩散触发方式基本都是加热，选择针刺触发方式的基本都是LFP车型；          
这也是广汽高调宣传它的NCM弹匣电池在行业内第一个通过针刺热扩散实验不起火的原因。                
                                
5. 弹匣电池与刀片电池都不起火，那它们的安全性有区别吗？                
                                
Answer: 有区别。                
                                
弹匣电池达到的安全水平是“通过针刺方式触发的热扩散实验中，电芯发生热失控，但电池包不起火”，                
刀片电池达到的安全水平是“通过针刺方式触发的热扩散实验中，电芯不发生热失控”，                
后者的安全水平比前者高一个数量级。                
                                
6. 为什么“针刺方式触发的热扩散实验”比“加热方式触发的热扩散实验”的难度更高？                
为什么“针刺后电芯不发生热失控”比“针刺方式触发的热扩散实验不起火”的难度高一个数量级？                
针刺实验、热扩散实验、针刺、加热、热失控、热扩散有什么区别？                
                                
Answer： 针刺实验≠热扩散实验。                
热失控≠热扩散。                
                                
简单地说，                
热失控是电芯层面的概念：电芯内部由于某些原因发生自产热的化学副反应，温度急剧升高，最后电芯发生燃烧或者爆炸；                
                                
热扩散是电池包层面的概念：单个电芯发生热失控后，由于高温或火焰，引发电池包内其它电芯相继发生热失控，最后整包电池发生燃烧或爆炸。                
                                
热扩散实验：人工引发电池包中的电芯发生热失控后，观察电池包中的其它电芯是否发生热扩散，是否引发电池包起火或爆炸。                
                                
热扩散实验的引发方式有两种：加热电芯，针刺电芯。                
                                
针刺实验（狭义）：实验对象为单个电芯，采用针刺方式触发电芯，观察电芯是否发生热失控。                
                                
针刺实验（广义）：实验对象为整个电池包，指的是采用针刺方式触发的热扩散实验。                
                                
针刺实验（狭义）象征的是电芯层面的本征安全性，                
针刺实验（广义）象征的是pack层面的被动安全性。                
                                
刀片电池通过的是针刺实验（狭义），弹匣电池通过的是针刺实验（广义）。                
                                
能通过针刺实验（狭义）的动力电池，在GB38031的热扩散实验中就相当于保送生，得分直接超过了卷面满分。                
                                
在热扩散实验中，针刺触发方式比加热触发方式的通过难度更高的原因，见第二节第4点中分析。                
                                
7. 既然在电池pack层面都是不起火，那对于最终用户而言，国标的5分钟不起火、广汽/蔚来/上汽/东风岚图的不起火、刀片电池的不起火，有什么区别吗？                
                                
Answer： 有区别。              
                      
区别在于两个方面：                
（1）不起火保障的持续性：不起火的维持时间越长，乘员的逃生时间就越长。对于发生交通事故碰撞被困的人员来说，这一点尤为重要。国标规定的5分钟时间，不足以将车内被困人员救援逃离。              
                      
（2）不起火保障的有效性：电芯层面、pack层面的安全措施发生失效的可能性不同。在发生交通事故碰撞后，由于整车失电、结构件变形、多电芯热失控等情况，pack层面的一些安全防护措施会发生失效；这个时候，电芯层面的本征安全性就是确保不起火的最后一道保障。                
                                
                                
8. 电芯层面、pack层面的不起火保障都是如何做到的？                
                                
Answer：这要从热失控→热扩散过程的电化学原理说起，见第二节。                
                                
                                
二、关于电池不起火的技术保障措施                
                                
1. 车载动力电池起火（热失控→热扩散）的过程                
                                
A. 两方面触发原因：                
A1 - 在没有外力撞击的情况下，电芯内部随着时间推移而发生的微短路（锂枝晶、金属杂质沉积、隔膜老化、析气反应导致内压升高、过电压、高温/低温循环→电芯高于50℃，低于-10℃的无保护工况）                
A2 - 外部撞击造成电芯挤压或穿刺，导致电芯内部发生大面积短路；外部进水/外部线束、连接件缺陷导致电芯网络发生短路；          
                                
B. 电芯热失控：                
B1-自产热副反应                
                    （SEI膜分解反应，负极与电解液反应，隔膜基质熔化反应，隔膜陶瓷涂层崩溃反应）（产热、析气）            
B2-正极分解反应（产热、析气）                
B3-电解质分解反应（产热）                
B4-负极与粘结剂反应（产热）                
B5-大规模内短路                
B6-安全阀破裂冒烟/喷发出高温可燃气体            
B7-可燃气体燃烧              
B8-电解液燃烧            
                                
B1～B4总称为链式反应；                
电芯原材料的化学活性越高，电芯的能量密度越高，发生链式反应的速度就越快，产热、析气的速度也越快，链式反应的最终温度就越高（811NCM最终温度＞1200℃）。                
                                
C.电池包热扩散：                
C1-相邻电芯被加热                
C2-电池包泄压阀爆开，喷出高温可燃气体（200℃～1000℃）及有毒烟雾              
C3-相邻电芯发生热失控          
C5-相邻电芯发生燃烧          
C6-相邻模组发生热失控          
C7-相邻模组发生燃烧              
C8-电池包壳体燃烧或爆炸                
                                
2. 电芯层面的安全措施                
                                
(1)材料方面：                
①分子结构稳定性：LFP＞5系NCM>6系NCM＞8系NCM;                
②晶体改性工艺：单晶体工艺、包覆工艺、掺杂工艺；（提高晶格能，抑制反应速率，增强稳定性）                
③电解液添加、固化、阻燃工艺；            
④隔膜涂覆、阻燃工艺。          
                      
(2)电芯加工工艺方面：                
热稳定性：叠片工艺＞卷绕工艺；                
长极片工艺＞短极片工艺。        
                    
(3)电芯安全装置：          
①泄压阀；          
②CID装置。          
                                
电芯层面的安全措施，其目的是提高对链式反应的阻断能力，延缓链式反应的速度（或者彻底阻断链式反应），从而实现电芯的本征安全性。                
                                
举例：日产leaf的AESC电池、比亚迪的刀片电池，其中的电芯可以将链式反应阻断在B2步骤之前；在针刺实验（狭义）过程中，电芯不会发生热失控，既不会冒烟也不会起火，电芯温度＜60℃。                
                                
没有采取安全技术措施的LFP电芯，可以将B过程阻断在B6步骤；在针刺实验（狭义）过程中，电芯会发生热失控，会冒烟，不会起火，电芯温度＜300℃。                
                                
在GB38031实施之前的宁德811电池，其中的电芯没有对链式反应的阻断能力：在针刺实验（狭义）过程中，电芯在3s之内就会发生热失控并进展至B8步骤，迅速冒烟、起火、喷发出高温气体，电芯温度可以达到1200℃左右。                
                                
现代汽车、通用汽车正在召回的LG电池，采用的是6系NCM电芯。                
                                
                                
3. pack层面的安全措施                
                                
(1)防火材料覆盖：                
几款“不起火”的NCM电池包都采用了耐高温1400℃的顶盖（这是考虑到NCM电芯热失控时会达到1200℃的高温）；        
                
(2)防火材料环绕隔离：        
在电芯/模组之间使用防火隔离材料（纳米板/耐高温粘结剂）。        
                        
(3)泄压/排气通道、平衡阀、泄压阀；                
                
(4)冷却/降温/散热/灭火措施：                
按照冷却效果的优劣，相变材料冷却（宝马、比亚迪）＞液体冷却（蔚来、上汽、广汽）＞风冷（丰田、本田）＞自然冷却（日产leaf）。                
                
(5)传感器监控、BMS软件预警：                
在电芯/模组/排气通道各个位置设置压力、温度、气体、电压、加速度、重力等传感器，BMS通过传感器监测到电芯中发生B1过程时，发出信号预警/脱开电芯电连接/启动冷却措施。            
                
(6)电池包壳体高密封级别：          
至少需达到IP67密封级别（小车企的产线质控水平做不到这一点），大众ID4、上汽R汽车等已经达到IP68+IP69K的最高密封级别。          
                                
pack层面的安全措施，是为了将电池包热扩散过程阻断在C3步骤之前，将热失控后（起火）的电芯扑灭在硬隔离的防火墙之中。                
                                
举例：广汽的弹匣电池，其中的5系NCM电芯在针刺后发生热失控，温度达到700℃左右（由于电芯被封在模组里面，因此电芯的起火无法被观察到），最后电芯起火被扑灭在防火墙中，电池包只通过泄压阀冒烟，整体没有发生起火。                
                                
                
4. 为什么“针刺方式触发的热扩散实验”比“加热方式触发的热扩散实验”的难度更高？（第一节第6个问题）                
                              
因为加热方式触发，是从B1步骤“电芯微短路”开始引发热失控的过程，热量聚集的速度以秒为时间单位；          
                    
而针刺方式触发，则是从B5步骤“电芯大规模内短路”开始引发热失控的过程，在极短时间内让链式反应产生很高的热量，电芯中热量聚集→起火燃烧的速度以毫秒为时间单位，从而使热扩散更难被扑灭。        
                
所以在pack层面的安全技术措施复杂程度方面，针刺触发实验比加热触发实验的要求高得多。                
                                
                                
5. 两个层面安全措施的共同点与区别                
                                
（1）共同点：                
这两个层面的各种技术措施，都不是在GB38031-2020发布后才突然出现的，而是早在SAEJ2464-2009发布后就已经被业界研发出来可以应用的技术。                
                              
（2）本质区别：                
在A1、A2这两种情况下，电芯层面的安全措施都保持有效状态；                
pack层面的安全措施，则只在A1情况下完全保持有效状态；在A2情况下，pack层面的某些安全措施会失效。                
                      
                            
三、关于GB38031-2020颁布之前的那些车载动力电池          
                                
1. 在2020年下半年GB38031的5分钟逃生时间强制规定出台之前，国内车载电池包是否具备电芯层面、pack层面的防起火安全保障能力？                
                                
除了极少数电池包，其它都不具备。                
                                
这极少数电池包，包括两部分：                
                                
①一类是坚持认为国标是最低标准，而参照SAEJ2464、UL2580、USABC、FreedomCAR自行建立更高要求的产品标准的卖方企业，这类企业在产品开发过程中使用针刺电池热扩散实验作为验证标准，如AESC、比亚迪；                
                              
②另一类是坚持认为国标是最低标准，而全程使用UL2580认证标准的买方企业，这类企业在产品开发过程中使用针刺电池热扩散实验作为验收标准，如上汽自主乘用车全系（荣威、名爵、R汽车）、长安的CS75 PHEV、哪吒U、早期的比亚迪；为什么长安和哪吒只有一款车型使用UL2580认证？原因很简单，贵。                
                                
2. 那其它绝大部分车型的电池呢？                
                                
①答案只有一个：它们缺乏有效的防起火阻断措施，而是靠电芯的内禀属性硬抗。                
                                
因为电芯层面的每一种安全措施，都意味着电芯成本的增加和能量密度的降低；                
因为pack层面的每一种安全措施，都意味着pack成本的大幅增加。                
                                
由于一部分企业组成的利益集团的大力游说，中国直到2020年5月才在国标GB38031-2020中将电池包热扩散实验的逃生时间列为强制项目，并且仍然没有将针刺实验（狭义）——电芯针刺热失控实验列为强制项目。        
                
所以在2020年5月之前，这些企业非常珍惜自己通过游说所获得的胜利果实；而另一些没有参加游说的企业为了少付出成本、多获取利润，也跟着一起“沾光”。        
在没有国标强制规定的时候，绝大部分企业都没有采用充分的防止热失控、热扩散的安全技术措施。——毕竟，这种只对用户长期利益有好处，对企业短期利益没好处的事情，很少有企业会去主动承担。            
                                
②也就是说，2020年下半年之前装车的电池，                
大部分LFP电池，都依靠它们最底层的材料稳定性来维系着电芯不起火；                
5系以上的NCM电池，在电芯层面都没有阻断热失控的能力，在pack层面防止热扩散的能力很微弱；一旦由于A1或者A2原因，触发某节或者某几节电芯热失控后，电池包就容易发生起火燃烧，且逃生时间很短。                
                                
3、这些电池可能会有什么隐患，有实际例子吗？          
                    
①例如2019年蔚来召回的那批ES8车型，表面原因是电池包中的线束被磨破后短路，引发电芯热失控起火，最终发生热扩散导致电池包起火。        
                
但是这次ES8电池包自燃的本质原因，其实是在GB38031颁布之前，蔚来没有为车上搭载的电池包采取有效的防止热失控以及热扩散的措施。刚好这一批ES8中的线束磨破，电池包无法防止热扩散的缺陷就被暴露了出来。          
                    
②如果是具备“不起火”技术的电池包，遇到蔚来ES8这种线束磨破短路的情况又会怎么样？          
                    
线束磨破短路的异常会被传感器及监控系统发现，BMS会立即切除短路源、启动冷却/灭火措施，并向后台与用户发出预警信号，随后故障线束会得到维修，电芯不会起火/电池包不会起火。          
                    
③在这次蔚来ES8自燃召回事件中，媒体最关注的是什么地方？          
                    
是蔚来与宁德之间为了线束制造的责任方而互相扯皮的那点事：蔚来声明称被磨破的线束是宁德的供货范围，宁德声明称被磨破的线束是蔚来的供货范围。          
                    
不管是蔚来、宁德还是媒体，都没有任何一方关注在ES8自燃背后的本质原因是什么。这也表明了，此时的蔚来、宁德以及媒体，都只想着“电池燃烧是谁的责任”，却没有想着“如何让电池无法燃烧”。          
                    
4. 对于这些毫无防护能力的电池，车企会有什么补救措施吗？                
                                
（1）对于那些一直坚持以国标作为企业标准的车企，只要国标没有强制要求采取补救措施，那么在没有批量发生电池热失控事故时，它们的做法很简单：不会作为。                
                                
（2）当多次发生电池热失控事故后，这些车企可能会采取以下做法：                
①通过物理或软件方法降低可用电量；                
②通过软件方法降低可用功率；                
③通过软件方法降低充电倍率；                
④召回更换。              
为了减少成本，大部分车企都只会暗中采用前3种方式，采用第④种方式的可能性很小。（比如蔚来、广汽采用了第④种方式，广汽是非公开状态）              
                                
用LG的6系NCM电池包召回事件来对比一下，现代、通用的15万辆车中使用了LG的这套6系NCM电池包，共计发生19起自燃事件，这个概率比起宁德811电池的自燃概率，可能还要更低。                
                                
                    
四、什么样的“不起火”技术才是保障电池安全的应有方向？          
                    
1.电池包防热扩散措施在什么时候会失效？          
                    
pack层面的安全技术措施对应的是“阻止/延迟电池包热扩散”的能力；          
电芯层面的安全技术措施对应的是“阻止/延迟电芯热失控”的能力。          
                    
具备“阻止/延迟热扩散”能力的电池包，在热扩散实验中，当单个电芯被引发热失控后，          
它能够将电池包的起火延迟到规定时间之后，          
或者扑灭单个电芯的热失控起火。          
                    
但是在实际的交通事故或者底盘碰撞事件中，由于猛烈的撞击/挤压/穿刺，会从两个方面导致这种“阻止/延迟电池包热扩散”的能力失效：          
                    
①撞击导致整车失电、结构变形，冷却/防火隔离措施失效；          
②挤压/穿刺导致“多个”电芯发生热失控，而“多个”电芯发生热失控后集聚的高温高压让这种“阻止/延迟电池包热扩散”的能力失效——因为它们在热扩散实验中只能应对“单个电芯”热失控的情况。          
                    
在以上两种情况下，所谓的“延迟热扩散的逃生时间”就已经没有参考价值，电池包起火的时间就会短于预想的时间。          
                    
2.电池包防热扩散措施失效后怎么办？          
                    
在这个时候，只有“阻止/延迟电芯热失控”的能力，才能有效地推迟或者避免电池发生燃烧/爆炸。          
当pack层面的安全技术措施失效后，此时电池是否会起火完全依赖于电芯层面的安全技术措施是否充足。          
                    
3. 在什么交通事故情况下会发生上述失效？          
                    
这可以从电池包底部球击实验以及电池包加速冲击实验的结果来做翻译，对于不具备“阻止电芯热失控”能力的电池包来说，在以下两种事故情况下，“阻止/延迟电池包热扩散”的能力（pack层面的安全技术措施）就可能会发生失效：          
                    
①超过30公里时速下，电池包底部与坚硬物体（如铁块、钢筋、钢梁、石墩等）发生碰撞；          
②超过60公里的瞬间相对时速下，车辆发生追尾、被追尾、侧面撞击、斜向撞击。          
                    
4. 电池安全技术如何发展才能实现真正的“不起火”？          
                    
由以上3点可知，除了采取电池包防热扩散措施之外，尽量强化“阻止/延迟电芯热失控”的能力，才能更好地保障乘员的生命安全。          
                    
5. 所以，实现这样的“不起火”技术需要走几步？          
                    
需要走四步：        
                  
D1. 第一步：延迟电池包热扩散 → 逃生时间＝N分钟；   （D1-1第一阶段：5～30分钟；D1-2第二阶段：30～90分钟；D1-3第三阶段：90分钟～48小时;）      
    
D2. 第二步：加热触发情况下，阻止电池包热扩散 → >48小时“不起火”；          
    
D3. 第三步：针刺触发情况下，阻止电池包热扩散 → >48小时“不起火”；    
          
D4. 第四步：加热/针刺触发情况下，阻止电芯发生热失控起火 → “杜绝起火的可能性”。          
                    
前三步的目标，都是在电芯起火后，将火势扑灭在电池包防火墙内（在外力碰撞的情况下，电池包灭火机制可能会失效）；          
第四步的目标，则是让电芯无法起火，电池包也就没有起火的可能性。          
        
电池安全是一个系统安全的概念，在系统层面的架构就需要运用木桶理论进行全面分析。从上述电化学理论基础可以得知，在电池系统安全这个“木桶”中，最短的那块木板就是“电芯层面的本征安全”，最可靠的那块木板也是“电芯层面的本征安全”。    
        
所以，第一、第二、第三步都是在强化电池系统安全这个“木桶”的其它木板；但是这个“木桶”的整体可靠性，最终还是要依赖于“电芯层面的本征安全性”这一块最短也是最牢固的木板。    
        
——当这块最短又最可靠的木板被补齐时，电池系统安全就达成了第四步的目标。    
        
在这条路上，东风岚图走到了1.5步，蔚来、上汽、宁德走到了第二步，广汽弹匣电池走到了第三步，长城蜂巢无钴LCTP电池走到了3.5步，刀片电池走到了第四步的初级阶段。        
          
                    
五、为什么这些车企没有一步到位直接做到电池安全层级的第四步呢？  
              
1. 电池包“不起火”的安全技术方案是一整套系统设计的组合，只有在补齐了“电芯层面的本征安全性”这一块最短的木板后，才能实现第四步的安全层级。  
    
不同车企在核心技术方面的能力差距，直接决定了它们是否能补齐“电芯层面的本征安全性”这一块短板。      
                
2. 举例：  
    
从技术框架来说，在本质上，长城蜂巢“无钴LCTP电池”是对“刀片电池”的第一次复制模仿，广汽“弹匣电池”是对“刀片电池”的第二次复制模仿。          
                    
但是，为什么弹匣电池、无钴LCTP电池、刀片电池这三套系统最终所达到的安全层级不一样呢？  
    
(1)弹匣电池、无钴LCTP电池、刀片电池这三套系统采用了同一套技术框架，并且都可以同时兼容LFP电芯、NCM电芯、NMx电芯，          
只是在目前量产阶段，          
刀片电池选择了LFP电芯，弹匣电池选择了NCM电芯，果冻电池选择了NMx电芯。          
                
(2)弹匣电池、无钴LCTP电池、刀片电池所采用的这一套技术框架的安全核心，就是“单晶体高电压平台+长极片+叠片工艺+铝壳封装+大模组/无模组”。          
                    
要让这套安全核心充分发挥作用，其中最关键的技术点就是超长极片+叠片工艺。    
        
(3)在这个关键技术上，有两项壁垒：    
①从实验室转移到高良品率量产的技术壁垒；    
②从高价试制到实现平价自动化量产的成本壁垒。    
        
这两项壁垒，也就导致在同样类似的技术框架下，各家车企最终量产的产品却有着明显差距。 ——有的只能达到第二步，有的能达到第三步，有的能达到3.5步，有的能达到第四步。    
        
(4)这种核心技术能力的差异与壁垒，能在多个维度具化到数据上。    
        
（超长极片+叠片工艺）这一项核心技术，是归属于电芯层面的技术，但是它既能大幅提升电芯层面的本征安全性，也能大幅提升pack层面的安全性。    
        
广汽、上汽、蔚来没有电芯的研发制造能力，这一项技术能否实现依托于它们的电芯供应商（中航、孚能、宁德）；比亚迪的电芯供应商是比亚迪弗迪；长城的电芯供应商是长城蜂巢。    
        
在（超长极片+叠片工艺）这一项技术上，    
比亚迪的自动化叠片产线能够量产1000mm长度的极片，长城蜂巢的自动化叠片产线能够量产600mm的极片，三星SDI、LG具备500mm极片的生产能力但是尚未量产，孚能、中航的自动化叠片产线能够量产300mm以下的极片，宁德具备300mm以下极片的生产能力但是尚未量产。    
比亚迪的自动化加工速度是每片0.3秒（宽度最大），长城蜂巢的自动化加工速度是每片0.6秒（宽度第二），孚能、中航的自动化加工速度是每片1.2秒～1.5秒（宽度最小），宁德还没有量产的生产线，三星SDI、LG还没有量产的生产线。    
        
这种客观存在的技术鸿沟，就让各家车企最终量产的电池系统达到了不同的安全层级。    
          
例如：    
弹匣电池的抗挤压能力＜200kN（国标规定为100kN），而刀片电池的抗挤压能力是800kN。    
在同样使用LFP电芯的情况下，刀片电池的能量密度能够达到160Wh/Kg，体积密度能够达到330Wh/L，高于弹匣电池20%以上。          
                
3. 所以，这些车企没有一步到位直接做到电池安全层级的第四步，就是以下两种原因：  
    
①一部分车企无法在可接受的（研发+制造）成本增幅范围内补齐“电芯层面的本征安全性”这块最短的木板；  
②一部分车企没有足够的技术能力（包括研发与制造能力）去补齐“电芯层面的本征安全性”这块最短的木板。  
    
以广汽为例，它现在只能在实现真正电池安全的路上走到第三步。为了能尽快走向第四步，广汽可能会尝试向电芯的研发制造领域去扩展。          
                    
                    
六、 从宁德811到广汽弹匣电池：电池安全的归位                
                    
1. 在车载动力电池安全方面，以后国内车企会往更好的方向发展吗？                
                                
只要不以能量密度作为唯一政策目标，那么电池安全就是可以持续改善的。                
                                
2. 回顾一下发展历史：                
                                
①USABC-1999发布实施，其中有关于电芯针刺实验的要求；                
②FreedomCAR-2005发布实施，其中有关于电芯针刺实验的要求；                
③QC/T743-2006发布实施，其中有关于电芯针刺实验的要求，没有关于热扩散实验的要求；                
④SAEJ2464-2009发布实施，其中有关于电芯针刺实验及热扩散实验的要求；                
⑤UL2580-2013发布实施，其中有关于电芯针刺实验及热扩散实验的要求；                
                                
⑥GB/T 31485-2015发布实施，其中将电芯针刺实验列为“暂不实施”项目，没有热扩散实验的要求；（某些利益集团多方游说的结果）                
◇一部分企业按照GB/T 31485-2015制定企业产品标准；                
◇另一部分企业参照SAEJ2464、UL2580、USABC、FreedomCAR自行建立了比GB/T 31485-2015要求更高的企业产品标准；                
                                
⑦2019年，宁德811电池开始量产装车，整包能量密度从140Wh/Kg～160Wh/Kg；            
⑧2019年，蔚来搭载NCM电池的车型多次发生自燃，随后进行了公开召回；              
⑨2020年，广汽搭载8系NCM电池的车型多次发生自燃，随后进行了非公开召回，将8系NCM电池更换为5系NCM电池；          
(10)2020年，威马搭载NCM电池的车型多次发生自燃，随后进行了公开召回；                
(11)2020年，比亚迪刀片电池量产装车，整包能量密度140Wh/Kg，体积密度320Wh/L；（针刺方式触发不发生热失控，第四步）                
                    
(12)GB 38031-2020发布实施，其中将电芯针刺实验（狭义）删除；增加了热扩散实验，将加热和针刺（广义）列为热扩散实验的两种触发方式；规定电池起火之前的逃生时间要大于5分钟；                
                                
(13)2020年底，蔚来、上汽、广汽的5系NCM“不起火”电池装车，整包能量密度170Wh/Kg～180Wh/Kg，体积密度300Wh/L；（加热方式触发热扩散实验不起火，第二步）                
(14)2021年，广汽的5系NCM弹匣电池装车，整包能量密度184Wh/Kg，体积密度302Wh/L；（针刺方式触发热扩散实验不起火，第三步）                
(15)2021年，按照GB 38031-2020接受热扩散实验强检的车型电池包，已经有10款以上实现了“不起火”（第二步+第三步+第四步）；                
(16)2021年，GB政策倾向于将电池包热扩散实验规定的逃生时间提高到30分钟；                
(17)2021年，国家“新能源汽车”重点研发专项中将电池包热扩散实验的逃生时间设定为90分钟。                
                                
                                
3. 从上述历程可以看出，    
      
在GB38031-2020颁布之前，大部分国内车企的态度是：只要国标没规定，就绝不付出额外的成本去提高动力电池的安全保障等级。  
      
在GB38031-2020颁布之后，大部分国内车企的态度是：对标其它高安全性的电池系统模板，依据电芯供应商及自身的技术能力，选择性地复制出一套刚刚能满足国标或者稍微高于国标要求的动力电池。  
        
当国标对于电池安全方面的要求极度弱化时，则大部分企业都不会采用能够避免电池起火隐患的技术措施；  
只有当国标开始强化对于电池安全的要求时，电池的能量密度与安全保障才有可能同步发展。                
      
        
4. 所以，在新能源汽车市场上，消费者唯一能够指望的，就是国标的技术要求能制定得高一点，再高一点。  
      
      
国标作为限制企业底线的最后一道门槛，不应被某些企业的短期利益所绑架，而应该以电池安全的正向发展与消费者的长期利益作为基本原则。  
                      
      
只有当更多新能源车型的动力电池都达到“不起火”的第三步、第四步标准时，这样的技术发展、这样的政策规划才体现了对于生命安全的最大尊重。                
                                
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