挤压、针刺、切割、低温！四大场景极限测试 3种锂电池谁更扛打？|三元|固态电池|挤压|极限测试|磷酸铁|针刺|锂电池|锂离子电池

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大到储能系统、小到智能手机，电池已经应用在我们工作、生活的方方面面。而这其中，少不了锂电池的身影，锂电池因能量密度高、寿命长等优势，自1991年商业化应用以来，已经逐渐成为能源领域的核心代表。

不过，随着新能源汽车的普及以及对高性能电池需求的不断上升，也伴随着频繁的起火、爆炸等事故的发生，导致其安全性受到质疑。

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测试

目前新能源领域，锂离子电池主要包含有以下三种类型：三元锂电池、磷酸铁锂电池以及钛酸锂电池。据不完全统计，其中三元锂电池引起的事故较多，占据70%以上。这些事故往往由各方面因素引起，但是从原理出发，难道就没有一款相对来说，安全又稳定的锂电池吗？

为了搞清楚这个问题，接下来我们将对这三种锂电池的单体电芯开展一系列的关于安全的测试。以上危险行为大家千万别模仿，关于电池的这种暴力测试还需要由专业的人员和设备来进行。我们这次也联系了一家专门做新能源汽车动力电池及电驱动系统的实验室，他们有非常齐全的设备和防火防爆环境。

我们准备了非常多的电池，接下来就正式开启我们的锂电池暴力测试。本次测试主要针对于这三款锂电池，经过挤压、针刺、切割，还有超低温充放电等等一系列上刀山下冰海的极端测试，看看它们都会有着怎样的表现。接下来有请我们的大家伙，50吨挤压力试验台。

挤压测试

在挤压测试中，我们将三种容量相近形状相同的锂电池充满电，固定在挤压台上，并连接好灯泡进行通电，同时实时监测电压状态，以及电池的表面温度。

可以看到三元锂电池在刚开始受到挤压变形后，有电解液慢慢流出，之后被完全挤压到50%后，就瞬间起火，过程中伴随着爆炸浓烟，随后燃烧更加剧烈，而且是以喷射形态向外喷出，火势范围也顺势扩大，表面温度在达到399℃后，测温仪出现爆表，也就是说当下的温度已经超过了1000℃，可以说是非常的危险，我们也测试了第二块三元锂电池，效果也是非常的爆炸。

两块磷酸铁锂，都通过了挤压测试，除了在挤压过程中的电解液漏出之外，都没有发生起火，而且温度也几乎没有变化，看来磷酸铁锂在挤压测试中还是相对稳定的。

接下来是钛酸锂挤压过程。同样，钛酸锂也是非常的稳定，在挤压过程中也能看到电解液的漏出，而且温度也几乎没有任何变化，同样非常稳定。

针刺测试

接下来就来到了我们的重头戏，针刺测试。首先同样将三种规格相近的电池充满电，固定在穿刺台上，同时实时监测各项数据。

在钢针穿刺进电池后，三元锂电池瞬间开始鼓包，与此同时几乎在一瞬间开始起火喷发，伴随着大量的白烟，温度也瞬间升到了七百多度，在喷射十秒后开始燃烧，穿刺的钢针都被烧红，燃烧足足持续了两分钟。第二块电池也是同样的剧烈反应。

接下来是磷酸铁锂针刺过程。可以看到，磷酸铁锂相对稳定，在钢针穿刺后并没有直接失控，而是经过十秒钟后，电池才开始鼓包，同时释放大量的气体浓烟，电压变零，而且整个反应过程中一直在释放浓烟，好像一颗烟雾弹一样。不过到最后都没有产生明火，最高温度达到了188.6℃，所以相对三元锂来说还算比较稳定。第二块电池也是同样的反应。

相比前两个，钛酸锂电池的穿刺就平静多了，穿刺后既没有明火也没有白烟，而且表面温度也没有任何变化，最神奇的是，灯泡的灯还一直亮着，电压相比刚开始也没有波动，非常稳定。我们也测试了第二块，甚至破例测试了第三块电池，也都是同样的结果。

如果说三元锂电池是“火药桶”，磷酸铁锂是“闷葫芦”，那么钛酸锂电池就相当于是“钢铁侠”，在这两次测试中，钛酸锂电池安全性＞磷酸铁锂＞三元锂。

切割测试

到这里的测试，你可能还没看过瘾，不过我们接下来的测试更加暴力，这次我们将同样满电的三种电池固定在锯台上，开始我们的切割测试。

为了能够让实验顺利进行下去，这次我们决定先切割更安全的钛酸锂电池。两块钛酸锂电池在高速旋转的锯片下，依然保持稳定，没有任何反应出现，温度、电压同样稳定不变，灯泡也一直处于点亮状态，可见钛酸锂的稳定性真的很优秀。

虽然切割磷酸铁锂电池的过程中，一直伴有白烟出现，但是在切割完成后，磷酸铁锂电池也是没有很剧烈的反应，电池温度在达到一百多度后开始下降，看起来磷酸铁锂电池的安全性也是同样非常优秀。而就在我们切割第二块电池的时候，意外出现了。

在第二块电池即将切完的瞬间，磷酸铁锂电池突然开始起火，而且火势非常凶猛，为了安全考虑，我们在电池燃烧5分钟后将明火熄灭，避免失控。

三元锂电池也是不出意外的发生剧烈反应，在锯片切完后就瞬间起火，而且火势异常猛烈，为了安全我们还是及时控制住了火势。

看到这里测试结果已经非常明确了，在外力的破坏下，钛酸锂电池最稳定最安全，全程不起火不爆炸，电池产热温度也非常低，并且也能保持电压的稳定输出。而磷酸铁锂虽然在挤压、穿刺中没有出现明火，但是在切割测试中，还是出现了失控的情况，同时磷酸铁锂在受到外力破损后，一般都会释放大量有毒气体而且温度也较高，最后的三元锂电池在外力破坏下是最危险的，三种测试中都有明火甚至爆燃的情况出现。

低温测试

接下来是低温测试，我相信大部分人都有过这样的经历，在大冬天里手机用着用着就自动关机“没电了”，这就是因为大部分锂电池在低温环境下，锂离子的脱嵌速率、正负极材料间的电化学反应速率都开始降低，从而导致电池在充放电时提供的电量变少，电池表现出虚电现象。

在测试前，我们把被测的三款容量接近的电池，采用相同的标准都放完电处理后，放进低温箱中，将测试温度设置为-40℃，静置12个小时后，将三种电池同样以0.5C的充电倍率进行充电测试，看看三种电池的充电效果。

而结果也是出乎意料，三元锂电池和磷酸铁锂电池直接充不进去电，仪器上电压没有任何变化，容量也没有任何变化。

而钛酸锂电池依然能以0.5C的倍率进行充电，经过2小时后，这块钛酸锂电池就已经充满电了。

经过挤压，针刺，切割，低温这四种极限测试下来，相信结果已经是非常明了。在安全方面，钛酸锂电池以绝对的优势领先，同样在低温充电方面，钛酸锂电池性能表现也是最佳。

技术解释

为什么同样都为锂电池，钛酸锂的安全性能这么优秀呢？这就得从它们的名字，从材料本质的区别说起了。

三元锂电池和磷酸铁锂电池均是以正极材料命名，它们的正极分别是三元锂和磷酸铁锂材料，其负极都是石墨类碳材料。而钛酸锂电池则不同，其负极采用钛酸锂材料代替石墨材料，是一种以负极材料命名的锂离子电池，正极一般就是三元锂、锰酸锂、磷酸锰铁锂等材料。

我们都知道，锂离子电池内部由正极材料、负极材料、隔膜及电解液构成。以针刺测试为例，当三元锂电池经过钢针穿刺后，正负极短路瞬间引起的高温，放热反应彼此叠加，并且伴随隔膜熔化导致内部短路加剧、负极与电解液反应，如锂金属析出与电解液反应等连锁效应，进入不可控的“热失控”阶段。而钛酸锂电池的正极虽然也采用三元材料，但关键点就在于它的负极材料-钛酸锂。

从负极材料上看，石墨材料本身的热稳定性更差，更容易发生分解反应，而且产热量更高。而钛酸锂负极的热稳定性更好，没有SEI膜的分解反应，产热量更低，而且随着放电深度的加深，产热过程会在不同温度范围内分散产热，减少了热流量的聚集，从而提高了钛酸锂电池的热安全性。

同样在低温充放电测试中，由于石墨负极形成的SEI膜阻抗增大和锂离子扩散速率下降，容易导致石墨负极储锂容量的快速衰减，从而导致不可逆锂沉积引发安全问题。而钛酸锂负极具有稳定的尖晶石结构，有利于锂离子快速嵌入脱出，并且在充放电过程中的体积变化几乎可以忽略不计，具有“零应变”特性，这些特性使得钛酸锂电池在低温下也能保持非常好的充放电性能，同时保证了优异的倍率性能和长循环稳定性。

另外，钛酸锂材料的嵌锂电位为1.55V，远高于石墨在0.1V的嵌锂电位，高于石墨在0V附近易形成锂枝晶的锂沉积电位，因此，钛酸锂负极在低温充电时不会像石墨负极容易析出锂枝晶，避免了因锂枝晶生长导致的电池内短路和负极劣化的问题，进一步提高了钛酸锂电池在低温下的安全性和电性能稳定性。

总结

通过这次极限测试，我们看到了钛酸锂电池的实力，以“不起火、不爆炸”的硬核表现，重新定义了锂电池的安全标准。尽管钛酸锂电池的能量密度和成本仍是挑战，但其在特殊场景下，已经显露出不可替代的作用，比如在公共交通、轨道交通、储能电站等领域，这些领域正好需要高安全以及免维护的电池产品。

在钛酸锂电池领域，格力钛作为龙头企业就对钛酸锂核心材料有着非常深入的研究，格力钛新能源的钛酸锂电池凭借高安全、超长寿命、极端环境适应性和环保特性，不仅展现了技术实力，也为新能源产业的多元化发展注入了新的动力。