“刀片電池”，什么東西?長得像“刀片”嗎?

如果你對此還不是很了解，不要急。

 

 

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到底是怎么回事。

1、刀片電池長什么樣?

所謂“刀片電池”，如你所想，確實和名字一樣，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一樣，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對比來看，差異非常明顯。

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、主流電動汽車的電池都是什么材料?

說到磷酸鐵鋰，特意先說下材料問題作為大家需要了解的背景知識。

行業內對電池的命名規則，通常是用正極材料來給電池命名，而負極一般都是石墨。

根據正極材料應用的不同，現在主流電動汽車的電池主要有兩種：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應用比例來看，三元鋰目前的應用非常廣泛。

而且彭博新能源財經也預測未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)。

如果你聽過別人說什么“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，應用也不多。

磷酸鐵鋰電池(LFP)相比于這兩種三元鋰電池，具有安全性好、壽命長等優勢。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應用場景。

3、刀片電池為什么關注度高?

從2020年年初電動汽車百人會上，比亞迪董事長王傳福透露刀片電池將量產的消息，到3月29日的刀片電池線上發布會，刀片電池一直是輿論討論的焦點。

3月29日的這場發布會上，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方案”

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、高安全性的優勢同時，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實驗，更是把這波輿論推到了風口浪尖。

4、針刺試驗是怎么回事?

針刺實驗，簡單來說就是用一根鋼針刺穿電池板，來測試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，都是電池安全性測試方面最難通過、最嚴苛的一種實驗。

在我國的國家標準GB/T 31485-2015《電動汽車用動力蓄電池安全要求及試驗方法》中，在針刺貫穿后1小時內，不爆燃、不起火的電池，才算通過測試。

也因為針刺測試過于嚴苛、難以通過，自2017年開始，針刺測試不再作為電池安全測試的強制標準。而在新國標中，針刺實驗甚至直接被拿下。

某種程度上，針刺實驗可以說有點極端，但其實跟我們日常生活用車很緊密。

比如因生產工藝缺陷、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，電池包受擠壓發生變形，有可能傷及電芯，進而導致內短路，引發熱失控……

所以測試標準高，絕不是壞事兒。

5、三元鋰爆炸，而刀片電池安然無事?

目睹整個實驗過程，還是非常震撼的。

實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。

在測試開始前，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。

做好實驗準備之后，先是三元鋰電池“上戰場”。

直徑為5mm的鋼針，以25±5 mm/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?主要還是得益于它獨特的結構。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勢?

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實驗表現，這些都是因為刀片電池有一些顯著優勢，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(CN 110165116 B)來看，刀片電池單體的長度可由0.6m拓展到2.5m。這意味著可以根據不同尺寸的車型，專門定制不同尺寸的刀片電池，適用性會非常廣。

> 排布方式獨特，大幅提高電池包空間利用率

一般的電池排布都是電芯→模組→電池包，而比亞迪通過CTP技術(Cell to Pack，翻譯過來是“電芯”到“包”)，直接取消了模組這一步，實現電芯→電池包。

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包的足夠強度。“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，更重要的是，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，已經充分提高了空間利用率。

而外部造型很規則的電池，又一片一片陣列排布，加上省掉模組結構，整體帶來了電池包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，相比于傳統電池包，刀片電池組成的電池包零件數量減少40%，體積利用率提高50%。傳統電池包空間利用率也就約40%，而搭載刀片電池的電池包空間利用率約60%。這又意味著什么?很明顯，電池包能量密度提升，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

刀片電池因為獨特的造型和結構布局，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勢，再加上獨特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(針刺實驗已經可見一斑)。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)，更容易發生分解且分解速度快，而且分解時還會產生氧。

7、刀片電池如何解決磷酸鐵鋰低溫差、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。

從官方介紹來看，刀片電池采用全新的熱管理系統，內置保溫材料、保溫棉，以實現低溫和高溫時都達到最佳狀態。不過具體搭載刀片電池的實際表現如何，還望后續為大家實際測試。

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勢，但通過創新結構來提高空間利用率，進而增加整體的能量密度，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工廠的專家。

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。但是如果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，可能需要更多的成本。

當然如果有一天需要更長的續航，比如做到1000km的續航，造刀片三元鋰也不是不可能。

9、什么車上會應用刀片電池?

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6月上市，感興趣的朋友可以關注一下。

據內部人士透露，新改款的比亞迪唐也將搭載刀片電池。另外刀片電池也將不僅僅供給比亞迪，明年將會有另一自主品牌車型量產刀片電池版本的車型。還有此前比亞迪銷售公司副總李云飛微博公布的“已正式落戶某一國際品牌”，或許未來會有更多車型搭載上刀片電池。

10、刀片電池前景如何?

正如前面所說，刀片電池方方面面還是很有優勢的。不管是從最突出的安全性，還是壽命、穩定性，還是比肩高能量三元鋰電池帶來的續航里程……這些因素加一起，也難怪刀片電池關注度如此之高。而刀片電池發布前后，比亞迪股票的強勢上漲更足以說明資本市場的青睞……

所以要說前景如何，個人覺得還是非常值得期待的。至于具體落實到產品上表現怎么樣，等我們拿到首款搭載刀片電池的比亞迪漢EV試駕車，再為大家帶來更詳細的體驗分享。