长期以来困扰三元锂电池的安全难题正在逐渐被汽车企业和电池公司破解。3月10日，广汽埃安新能源汽车有限公司（以下简称“广汽埃安”）发布弹匣电池系统安全技术（以下简称“弹匣电池”），采用该技术的三元锂电池整包在业内首次成功通过了针刺实验，只冒烟不起火的安全表现将三元锂电池的安全性能提升到了一个新的高度。
随着安全性能这个最短的短板被补齐，三元锂电池的综合竞争力大幅提升，在与磷酸铁锂这个老对手的竞争中将获得更大优势，动力电池市场的竞争格局和中国新能源汽车的行业生态有望因此重塑。
弹匣电池安全性能远超国标
能否通过针刺试验是检验电池安全性能的重要手段，而针刺的对象是电芯还是整个电池包，则代表了不同的试验难度和安全水平。
中国汽车技术研究中心首席专家、国家电池安全标准起草人之一刘仕强博士带领团队，对采用了弹匣电池技术的三元锂电池整包进行了针刺试验。试验结果显示，广汽埃安的三元锂（弹匣电池）整包在针刺后，仅出现短暂冒烟（约1分钟），无起火和爆炸现象。电池整包静置48小时后，电压降至0V，温度恢复至室温。
实验结束后打开电池整包观察发现，内部结构完好，针刺后只有被刺电芯模块热失控，并没有蔓延到其他电芯。
目前的国标对动力电池热失控的标准是电池单体发生热失控后，电池系统在5分钟内不起火不爆炸，为乘员预留安全逃生时间。而弹匣电池热失控后一直都没有起火，远远超出国标要求的5分钟。
值得一提的是，此次试验的条件也非常严苛。与国标相比，针刺直径达到国标要求的上限8mm，钢针越粗，造成的内部短路就越严重，瞬间产生的热量越大；电芯电量达到SOC 100%，超过了国标要求的SOC 90%。电芯电量越满，能量就越高，热失控产生的破坏力也越大。
弹匣电池系统级安全设计详解
如果说单个电芯针刺实验考验的是电池单体的安全性能，那么整个电池包的针刺实验考验的则是电池系统的安全性能。而从目前动力电池行业的共识和未来发展趋势来看，系统安全比单体安全更重要。
弹匣电池之所以能通过针刺实验，并且其安全表现远超国家标准，就是因为它是一项系统级的电池安全技术，从电芯本征安全、到被动安全、再到主动安全防控全面提升了电池的安全性能。
电芯本征安全提升：弹匣电池的电芯正极材料通过纳米级包覆及掺杂技术提升了热稳定性，添加了新型添加剂的电解液实现了SEI膜的自修复，降低析锂导致的电芯短路风险。这些技术使电芯本身的耐热温度提升了30%。
被动安全强化：每一颗电芯都放置在超强隔热的安全舱中，也就是所谓的“弹匣”中。当一颗电芯出现热失控时，其产生的热量会被封锁在安全舱中并迅速被冷却系统带走，而不会蔓延至相邻电芯，从而保护整个电池包。
主动安全提升：弹匣电池搭载的广汽埃安第五代电池管理系统可实现每秒10次数据采集。另外，该系统由动力电池供电，而不是车上的小电瓶，即使车辆熄火后也能持续监测电池状态，实现7x24小时全时监测。一旦发现异常，立即启动电池速冷系统为电池降温。
据EV世纪了解，中国汽车技术研究中心不仅做了采用三元锂（弹匣电池）整包针刺，同时也做了磷酸铁锂（弹匣电池）整包和磷酸铁锂（普通）整包的对比针刺实验。
测试结果显示，磷酸铁锂（普通）整包在针刺后出现冒烟（16分钟），最高温度达到329.1℃，无起火和爆炸现象。磷酸铁锂（弹匣电池）整包针刺后没有冒烟，最高温度51.1℃，无起火和爆炸现象。
这一事实表明，作为一项系统级的安全技术，弹匣电池技术能提高不同类型电池的安全性能，既包括目前主流的三元锂和磷酸铁锂电池，也包括广汽埃安不久后将推出的石墨烯基超级快充电池、超长续航硅负极电池等其它类型电池。
安全、能量密度和成本的新平衡
在现有的电池技术中，动力电池的安全性能、比能量密度和成本是很难做到同时提升的，三者存在此消彼长的关系。车企和电池公司会根据产品需求，在三者之间形成不同的平衡。
比如， 无模组的CTP（Cell to Pack）技术和刀片电池技术的主要着眼点是通过简化电池包结构提高电池系统比能量密度（尤其是体积比能量密度）、同时降低成本，其本质并非提升电池安全性能。
但弹匣电池技术打破了上述的旧有平衡。广汽埃安历经三年多时间、600多人技术团队的持续研发，在以系统级安全技术提高电池整包安全性能的同时，电池包体积能量密度提升9.4%，重量能量密度提升5.7%，成本也实现了10%的下降，达到行业领先水平。在当下电动汽车普遍面临降成本的压力下，10%的成本下降对于加速新能源汽车普及的推动作用不可小觑。可以说，广汽埃安凭借弹匣电池，在更高的水平上实现了新的平衡。
据EV世纪了解，通过此次针刺测试的弹匣电池采用的是5系三元锂电芯，电池系统能量密度185Wh/kg，接近目前市场上8系三元锂最高190Wh/kg的系统能量密度。如果采用8系三元锂电芯，弹匣电池的系统能量密度还能得到进一步提升。据了解，广汽埃安正在加紧推进研发和测试。
弹匣电池将重构新能源汽车产业生态
弹匣电池不仅能提高电池安全性能，它对于重构中国新能源汽车产业生态也具有非常重要的意义。首先，这项技术有助于扭转搭载三元锂电池的纯电动汽车安全事故频发的被动局面，让用户在选择电动汽车时对其安全性能更有信心，从而加速纯电动汽车对燃油车的迭代，加速中国汽车产业的电动化进程。
其次，弹匣电池技术如果大规模推广应用，也将重塑主机厂与电池供应商的合作关系。它是电池系统级别的安全解决方案，适用不同材料的电池，也兼容不同电池供应商提供的电芯，有助于提高主机厂的话语权，在与供应商的谈判中处于更加有利的地位。
最后，弹匣电池技术将显著提升三元锂电池的竞争力。过去十年间，由于市场需求变化、新能源汽车补贴政策调整、安全形势变化等因素影响，磷酸铁锂电池和三元锂电池先后成为市场主流，各领风骚三五年。但从2019年开始，三元锂电池市场份额达到65%之后开始回落，磷酸铁锂电池则开始回潮。
据中国汽车动力电池产业创新联盟的数据，从2017年到2020年，三元锂电池装机量占比依次是45%、58%、65%和61%，磷酸铁锂电池装机量占比依次为50%、39%、32%和38%。由于CTP技术以及刀片电池的应用，磷酸铁锂电池去年装机量占比开始回升，去年12月，装机量还一度超过三元锂电池。2021年2月，磷酸铁锂电池装机量同比大涨28倍，而三元锂电池只增长了5倍。
磷酸铁锂电池此轮回潮主要的推手是“低成本”，更能适应新能源汽车补贴不断退坡背景下车企降本要求，再加上三元锂电池安全难题一直无解，安全事故频发，导致其市场份额下降，但仍然占据2/3的市场份额。
磷酸铁锂电池回潮会进一步收复失地吗？EV世纪认为，随着越来越多车企推出续航里程在400-500公里的磷酸铁锂版本纯电动车，磷酸铁锂电池的市场份额仍会小幅增长，但由于其自身存在的能量密度低（难以满足600-700公里甚至1000公里超长续航的要求）、低温性能差（北方用户难以忍受其充电慢、冬季续航衰减高）等劣势，仍然难以取代三元锂电池的市场地位。从成本角度观察，高镍低钴甚至无钴的三元锂电池的逐渐成熟将在一定程度上弥补三元锂电池的成本劣势。
从长远来看，续航、充电、安全仍是电动汽车用户的主要痛点，因此，能量密度更高、充放电性能更好的三元锂电池仍将是主流。而弹匣电池技术在解决了三元锂电池的安全难题后，有助于逆转三元锂电池市场份额下降的趋势，将重塑动力电池市场竞争格局。
