10個問題帶你看懂比亞迪的“刀片電池”

“刀片電池”，什么東西？長得像“刀片”嗎？

倘若你對此還不是很知道，不要急。

上周我剛從比亞迪刀片電池重慶廠參觀回來，目睹了刀片電池的整個加工過程和全球最嚴苛的電池針刺實驗。

下面我嘗試用最直白的10個小問題，和大家說明白刀片電池究竟是怎么回事。

1、刀片電池長什么樣？

所謂“刀片電池”，如你所想，實在和名字相同，因和其他電池的造型截然不同、長得又長又薄、像刀片而得名。

我握在手里就像拿著一片大刀片相同，長度96cm，寬度9cm，厚度1.35cm，重量在2kg左右。和傳統方方正正的電池比較來看，差異非常分明。

不過在電池材料方面，刀片電池并沒有革命性創新，本質上還是磷酸鐵鋰電池。

2、主流電動車的電池都有哪些材料？

說到磷酸鐵鋰，特意先說下材料問題作為大家要知道的背景知識。

行業內對電池的命名規矩，通常是用正極材料來給電池命名，而負極一般都是石墨。

依據正極材料使用的不同，今朝主流電動車的電池緊要有兩種：磷酸鐵鋰電池（LFp）和三元鋰電池（NCM和NCA）。

從主銷電動車的電池使用比例來看，三元鋰目前的使用非常廣泛。

而且彭博新能源財經也預測將來三元鋰會大幅超過磷酸鐵鋰成為主流。

三元鋰電池相信大家耳熟能詳，從名字來看，就是有三種元素的鋰電池。而主流的三元鋰又有兩種形式——鎳鈷錳（NCM）和鎳鈷鋁（NCA）。

倘若你聽過別人說什么“811”電池，說的就是鎳鈷錳（NCM）電池三種元素的比例，即鎳：鈷：錳的比例8：1：1。

鎳鈷鋁（NCA）利于實現更高的能量密度，但是制作工藝要求高、成本高，還有一定技術壁壘，在我國量產較少，使用也不多。

磷酸鐵鋰電池（LFp）相比于這兩種三元鋰電池，具有安全性好、壽命長等優點。當然也有劣勢，低溫性能差、能量密度低。

搭載磷酸鐵鋰電池遠銷世界的比亞迪純電動大巴，至今保持0電池事故，就很好地體現了磷酸鐵鋰電池的特性——能量密度低，所以用在不差空間的商用車上，0電池事故也說明了安全性好。

也就是說，從電池材料來看，三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池，咱不能絕對地去說誰好誰壞，都有各自優劣勢、都有不同的適合自己需求的使用場景。

3、刀片電池為甚么關注度高？

從2020年年初電動車百人會上，比亞迪董事長王傳福透露刀片電池將量產的消息，到三月二十九日的刀片電池線上公布會，刀片電池一直是輿論討論的焦點。

三月二十九日的這場公布會上，比亞迪高層傳遞出的兩個聲音更是令人印象深刻：

“把‘自燃’從新能源汽車的字典里抹去”

“幾乎你能想到的所有汽車品牌，都在和我們探討基于刀片電池技術的合作辦法”

之所以有這樣的底氣說這樣的話，和刀片電池通過創新工藝，在保留磷酸鐵鋰高穩定性、高安全性的優點同時，能量密度進一步提升等等方面都有密切關系。

而把三元鋰扎出花、刀片電池幾乎安然無事的針刺穿透試驗，更是把這波輿論推到了風口浪尖。

4、針刺實驗是怎么回事？

針刺試驗，簡單來說就是用一根鋼針刺穿電池板，來探測強制破壞電池內部結構、觸發內部短路、進而引發熱失控之后的電池反應。在全球范圍內，都是電池安全性探測方面最難通過、最嚴苛的一種試驗。

在我國的國家標準GB/T31485-2015《電動車用動力蓄電池安全要求及實驗辦法》中，在針刺貫穿后1小時內，不爆燃、不起火的電池，才算通過探測。

也因為針刺探測過于嚴苛、難以通過，自2017年開始，針刺探測不再作為電池安全探測的強制標準。而在新國標中，針刺試驗甚至筆直被拿下。

某種程度上，針刺試驗可以說有點極端，但其實跟我們日常生活用車很緊密。

比如因加工工藝缺陷、電池過充過放，有可能導致內短路、引發熱失控；

比如相鄰車輛起火等外部熱源的炙烤下，也有可能電池內短路、引發熱失控；

比如萬一托底、碰撞，電池組受擠壓發生變形，有可能傷及電芯，進而導致內短路，引發熱失控……

所以探測標準高，絕不是壞事兒。

5、三元鋰爆炸，而刀片電池安然無事？

目睹整個試驗過程，還是非常震撼的。

試驗現場擺著兩種電池，一種是三元鋰電池，一種是比亞迪的刀片電池。

在探測開始前，先測量了兩種電池的電壓。現場的三元鋰電池電壓是4.16V，刀片電池3.42V。

做好試驗準備之后，先是三元鋰電池“上戰場”。

直徑為5mm的鋼針，以25±5mm/s的速度，從垂直于電池的方向，貫穿電池的幾何中心。

在針刺瞬間，三元鋰電池表面溫度迅速超過500℃，并立刻發生劇烈燃燒，冒起熊熊火焰……

而刀片電池上場時，除了能看見鋼針穿透電池，肉眼幾乎看不到任何其他變化。無明火、無煙，電壓和溫度變化也很小，完全沒有三元鋰“一刺穿，就爆燃”那么夸張。

↑紅色為電壓變化曲線，黃色為針穿點溫度曲線，綠色為電池安全閥溫度曲線

↑電壓變化最小到3.34V，變化幅度不足0.1V，針刺點溫度變化1.1℃，電池安全閥最高也才32.9℃

刀片電池為啥會有這樣的表現？緊要還是得益于它神奇的結構。電極極板層數少，鋼針穿透的極板數量少，觸發內部短路的發熱也少。再加上長而薄的設計，散熱性能更好，也就不會有那么劇烈的反應了。

6、刀片電池有哪些顯著優點？

這一部分是重點，不管是很高的關注度、還是令人震撼的針刺試驗表現，這些都是因為刀片電池有一些顯著優點，可以簡單概況為3點：

>刀片結構靈活，適合不同車型

每一片刀片電池的單體，都有很強的靈活性。我們本文看到的這塊長度是1m左右，其實它的長度是可以自由定制的。

按比亞迪申報的專利（CN110165116B）來看，刀片電池單體的長度可由0.6m拓展到2.5m。這意味著可以依據不同尺寸的車型，專門定制不同尺寸的刀片電池，適用性會非常廣。

>排布方式神奇，大幅提高電池組空間利用率

一般的電池排布都是電芯→模組→電池組，而比亞迪通過CTp技術（Celltopack，翻譯過來是“電芯”到“包”），筆直取消了模組這一步，實現電芯→電池組。

每一片刀片電池既相當于電芯，也相當于結構件，多片電池層疊使用來保證電池組的足夠強度。“一根筷子輕輕被折斷，十雙筷子牢牢抱成團”，就是這個道理。

↑傳統布局方式，體積利用率低

但強度只是一方面，更緊要的是，電池內部本身電芯就是用“疊片工藝”把一片片極片疊壓而成，已經充足提高了空間利用率。

而外部造型很規矩的電池，又一片一片陣列排布，加上省掉模組結構，整體帶來了電池組空間利用率的大幅提升。舉個例子，大家可以想象一下，同樣的一個箱子，裝滿可樂瓶和裝滿書，誰更浪費空間？誰的空間利用率更高？

官方公布數據顯示，相比于傳統電池組，刀片電池包成的電池組零件數量減少40%，體積利用率提高50%。傳統電池組空間利用率也就約40%，而搭載刀片電池的電池組空間利用率約60%。這又意味著什么？很分明，電池組能量密度提升，利于帶來更長的續航里程。

>續航/性能和三元鋰差不多，但更穩定安全、壽命更長

刀片電池因為神奇的造型和結構布局，大幅提高了空間利用率和能量密度，續航和整體性能其實都不遜于三元鋰電池。

而在安全性方面，磷酸鐵鋰的材料相比于三元鋰本身就占有先天優點，再加上神奇的造型也能帶來更好的散熱/預熱性能，都進一步保證了安全（針刺試驗已經可見一斑）。另外，磷酸鐵鋰材料可以實現更多次數的充放電循環，壽命也更長。

↑鎳鈷錳（NCM）啟動溫度遠遠低于磷酸鐵鋰（LFp），更容易發生分析且分析速度快，而且分析時還會出現氧。

7、刀片電池要怎么樣處理磷酸鐵鋰低溫差、能量密度低的劣勢？

傳統意義來說，磷酸鐵鋰給人留下了低溫性能不太好的印象。

從官方解析來看，刀片電池采用全新的熱管理系統，內置保溫材料、保溫棉，以實現低溫柔高溫時都達到最佳狀態。不過詳盡搭載刀片電池的實際表現要怎么樣，還望后續為大家實際探測。

能量密度方面，如前面所說，雖然磷酸鐵鋰材料上不具有能量密度優點，但通過創新結構來提高空間利用率，進而新增整體的能量密度，也算一種討巧的方式。

8、三元鋰可以做成刀片電池嗎？

可以的，這個問題我還特意請教了刀片電池廠的專家。

所謂刀片電池更多是來自結構、布局方式上的創新，而非電池材料的創新。但是倘若用三元材料來做刀片電池，出于特殊的安全性防護和空間占用的考慮，可能要更多的成本。

當然倘若有一天要更長的續航，比如做到1000km的續航，造刀片三元鋰也不是不可能。

9、什么車上會使用刀片電池？

全球首款搭載刀片電池的車型是比亞迪漢EV。

它是比亞迪品牌旗下旗艦車型，定位中大型轎車。續航里程達到605km，已經達到高能量三元鋰電池的同等續航水平，33分鐘可將電量從10%充到80%，百公里加速3.9秒。全國綜合補貼后預售價23-28萬元，即將于六月上市，感興致的朋友可以

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