材料檢測、給電池做CT、針刺試驗……蜂巢能源公開電池研發全過程
在不到兩平米的觀察室裡，眾人的眼睛都集中在螢幕上，盯著實驗室那端的長針緩緩下落，然後穿過整個短刀電池。那一刻，整間屋子都被寂靜包圍。
沒有冒煙、沒有起火，電池針刺之後毫無反應，針刺點溫度低於 35℃。
眾人紛紛訝異，詢問是否已經完成穿刺試驗，實驗室人員給出了肯定回答，彷彿針刺從未發生過，而這正是試驗的最佳結果。
一般來說，汽車電池能夠經歷針刺試驗而沒有發生熱失控現象已經足以證明其安全性，但在蜂巢能源無錫全球鋰電創新中心，電池從研發到量產上車要歷經的錘鍊絕不止於此。
第一重：反覆分析測試的材料關
一般來說，電池構造可分為正極材料、負極材料、電池隔膜、電解液等幾部分，任何一個部分都能夠再往下細分至更小的材料單位，而任何一種材料的選擇和應用、壓實密度、體系匹配性等在研發階段都要經過反覆的測試和驗證。
據實驗室負責人介紹，目前實驗室已經具備正負極材料勻漿塗布；電解液配置、理化效能測試、氧化電位等電化學測試；樣品封裝測試等各項試驗能力。
以短刀 L600 電解液為例，研發人員在經過反覆分析測試後才採用低粘度溶劑，以此提高電解液在零下低溫環境中的流動性和電導率，從而改善了長電芯的低溫充電能力，有效解決冬天續航里程驟降的問題。
同時，電解液還特意增加了功能新增劑，在電池首次充電的時候，能夠在負極發生聚合反應，形成一層堅固的保護膜。該保護膜在高溫下維持穩定不分解，使負極和電解液不發生有害反應，能夠明顯改善高溫環境下使用安全，大大提升迴圈壽命。
針刺試驗實時溫度資料
值得一提的是，前文提到短刀電池在針刺試驗中不起火不冒煙，其實是得益於其耐高溫和絕緣性優異的陶瓷隔膜。
第二重：電池效能安全的體檢關
在材料層面研發上，理化分析測試是極為關鍵的環節之一，關乎著電池效能和安全表現，透過對電池原材料的化學成分、物理效能、微觀結構和表面形貌進行分析，以此確定材料能否滿足電池生產要求。
據蜂巢能源技術中心無錫試驗部高階總監李輝介紹，理化分析實驗室現有 40 餘臺大型高精尖裝置，具備 131 項的系統化測試能力，能夠覆蓋材料開發、電池體系開發、電池機理及安全分析等測試需求。
釋氧溫度的高低和釋氧量決定了材料高溫熱穩定性和安全效能，為了測試材料的釋氧溫度，蜂巢能源採用“同步熱分析儀-氣相色譜-質譜聯用儀”來對材料釋氧進行精確分析。
另外，為了能深入瞭解電池的內部機理，電池廠商需要用高精裝置對電池進行“體檢”，類似於人體 CT。
蜂巢能源微結構分析室陳列著 3 臺大型儀器——2 臺工業 CT 和 1 臺原位 X 射線衍射儀，工業 CT 主要是電池做體檢，以此測試電池內部的結構，如對齊度、褶皺等，用於工藝控制和失效分析，而原位 X 射線衍射儀則是用於電池材料的晶體結構測試、分析。
透過材料驗證環節後，材料才可製作成電池樣品，研發的下一步便是驗證電池的電效能。電效能實驗室就主要承擔此項工作，如電池的容量、能量、不同荷電量下的開路電壓和脈衝充放電能力，長期迴圈壽命、儲存壽命、自放電等電效能，判斷設計的電池是否達到設計要求。
電效能環境控制裝置
據李輝介紹，無錫研發中心整個電芯測試區域有 1。26 萬個測試通道；其中 200A 及以上通道有 4000 個，高精度測試通道有 1500 個。
為了保證測試的準確性，蜂巢能源的電芯效能測試模擬實際使用條件，用金屬夾板模擬電芯在模組或電池包內的受力情況，並且監測充放電過程中壓力變化，集成了溫度、電壓、壓力資料採集。此外還有三電極測試，用輔助電壓通道監測正、負極對金屬鋰的電壓，尋找電池極限使用條件，避免析出金屬鋰，保證電池使用安全。
此外，蜂巢能源還聯手華為、清華大學推出了電池應用監測系統——蜂雲平臺。該平臺可對應用蜂巢能源電池系統的車輛實時執行狀態進行監測，電芯資料可用來開展後續的電池效能分析，透過內短路預警、析鋰預警、絕緣預警等演算法模型，能精準識別風險電池，輕微內短路可提前兩個月預警，嚴重內短路可在熱失控前數小時預警，以此保障電動車應用安全。
第三重：十大“酷刑”安全檢驗關
在完成了理化效能測試和電效能測試之後，短刀電池要真正走向量產，還要經歷堪稱“十大酷刑”的電池安全測試，包括機械震動、溫變測試、鹽霧測試、海水浸泡、IPX9K 高溫高壓噴淋測試等。
據李輝介紹，安全性測試的目的在於驗證動力電池系統在濫用情況下的安全性，尤其是驗證動力電池系統保護自身的能力以及在發生危險情況下對乘員的保護能力。
據瞭解，蜂巢能源的電池安全實驗室佔地 5000㎡，現有裝置 30 餘套，可以進行電池單體、模組、BMS 和電池包/系統的機械、環境和電氣的可靠性與濫用測試。
其中，步入式鹽霧間有 2 臺複合鹽霧試驗倉，最大測試空間 12m³，可進行交變鹽霧、穩態溼熱、恆定溼熱等環境類測試；快溫變試驗間 2 臺 12m³ 步入式環境箱，溫度範圍溫度在 -50℃到 150℃ 之間，溫變速率達10℃/min，同時有溼度控制功能，可進行快溫變、溼熱交變、穩態溼熱等環境可靠性測試。
在所有安全測試中，針刺試驗尤具挑戰性，透過針刺模擬電池短路狀況，以此來檢驗電池是否會發生熱失控情況。從結果也不難看出，短刀電池已經具備行業高標準的安全性。
從材料到電芯，在整個電池研發環節中，任何一個最小單位的變化都會對電池的效能表現和安全性產生影響，為了確保電池在保證安全的前提下發揮最大效能，這就需要電池廠商在前端研發設計以及後端的電池安全監測上全鏈條全方位地反覆測試，儘可能在量產前排除所有錯誤選項。
另外，研發的另一層意義在於對新技術、新路線的探索。在蜂巢能源無錫全球鋰電創新中心，蜂巢設立了多個前沿技術實驗室。
據介紹，蜂巢能源全固態電池實驗室已經完成 20Ah 級硫系全固態原型電芯的研發，該系列電芯能量密度≥350Wh/kg，順利透過針刺、200℃ 熱箱等嚴苛實驗，具備固態電解質材料的公斤級自主合成，固態電解質膜連續化製備，全固態軟包電芯組裝以及新裝置開發等自主研發能力，已申請 109 項專利，其中發明專利 93 項。
目前，半固態、全固態電池開發方向越來越成為電池廠商以及整車企業在電池佈局和發力的重要方向，不過基於其技術的前沿性，行業內暫且停留在半固態電池階段，尚未能實現全固態電池的量產。對於動力電池行業來說，誰能率先引領下一次技術浪潮，將在市場競爭中獲得領先地位。
且讓子彈再飛一會兒。
