“刀片電池”，什么東西？長得像“刀片”嗎？

假如你對此還不是很了解，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生產(chǎn)過程和全球最嚴苛的電池針刺試驗。

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(tǒng)方方正正的電池比較來看，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(chuàng)新，本質(zhì)上還是磷酸鐵鋰離子電池。

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要了解的背景知識。

行業(yè)內(nèi)對電池的命名規(guī)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(jù)正極材料應用的不同，現(xiàn)在主流電動汽車的電池重要有兩種：磷酸鐵鋰離子電池（LFp）和三元鋰離子電池（NCM和NCA）。

從主銷電動汽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(jīng)也預測未來三元鋰會大幅超過磷酸鐵鋰成為主流。

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

假如你聽過別人說什么“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(xiàn)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(chǎn)較少，應用也不多。

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

搭載磷酸鐵鋰離子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(xiàn)了磷酸鐵鋰離子電池的特性——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，三元鋰離子電池和磷酸鐵鋰離子電池，咱不能絕對地去說誰好誰壞，都有各自優(yōu)劣勢、都有不同的適合自己需求的應用場景。

3、刀片電池為何關注度高？

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(chǎn)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方法”

之所以有這樣的底氣說這樣的話，和刀片電池通過創(chuàng)新工藝，在保留磷酸鐵鋰高穩(wěn)定性、高安全性的優(yōu)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(nèi)部結(jié)構(gòu)、觸發(fā)內(nèi)部短路、進而引發(fā)熱失控之后的電池反應。在全球范圍內(nèi)，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/T31485-2015《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(nèi)，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?nèi)粘Ｉ钣密嚭芫o密。

比如因生產(chǎn)工藝缺陷、電池過充過放，有可能導致內(nèi)短路、引發(fā)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(nèi)短路、引發(fā)熱失控；

比如萬一托底、碰撞，電池包受擠壓發(fā)生變形，有可能傷及電芯，進而導致內(nèi)短路，引發(fā)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(xiàn)場擺著兩種電池，一種是三元鋰離子電池，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?，F(xiàn)場的三元鋰離子電池電壓是4.16V，刀片電池3.42V。

做好實驗準備之后，先是三元鋰離子電池“上戰(zhàn)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，三元鋰離子電池表面溫度迅速超過500℃，并立刻發(fā)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(xiàn)？重要還是得益于它獨特的結(jié)構(gòu)。電極極板層數(shù)少，鋼針穿透的極板數(shù)量少，觸發(fā)內(nèi)部短路的發(fā)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、刀片電池有什么顯著優(yōu)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(xiàn)，這些都是因為刀片電池有一些顯著優(yōu)勢，可以簡單概況為3點：

>刀片結(jié)構(gòu)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。這意味著可以根據(jù)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（Celltopack，翻譯過來是“電芯”到“包”），直接取消了模組這一步，實現(xiàn)電芯→電池包。

每一片刀片電池既相當于電芯，也相當于結(jié)構(gòu)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(tǒng)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(nèi)部本身電芯就是用“疊片工藝”把一片片極片疊壓而成，已經(jīng)充分提高了空間利用率。

而外部造型很規(guī)則的電池，又一片一片陣列排布，加上省掉模組結(jié)構(gòu)，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(shù)據(jù)顯示，相比于傳統(tǒng)電池包，刀片電池組成的電池包零件數(shù)量減少40%，體積利用率提高50%。傳統(tǒng)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(xù)航里程。

>續(xù)航/性能和三元鋰差不多，但更穩(wěn)定安全、壽命更長

刀片電池因為獨特的造型和結(jié)構(gòu)布局，大幅提高了空間利用率和能量密度，續(xù)航和整體性能其實都不遜于三元鋰離子電池。

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(yōu)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(jīng)可見一斑）。另外，磷酸鐵鋰材料可以實現(xiàn)更多次數(shù)的充放電循環(huán)，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(fā)生分解且分解速度快，而且分解時還會出現(xiàn)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(tǒng)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(tǒng)，內(nèi)置保溫材料、保溫棉，以實現(xiàn)低溫和高溫時都達到最佳狀態(tài)。不過具體搭載刀片電池的實際表現(xiàn)如何，還望后續(xù)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(yōu)勢，但通過創(chuàng)新結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)、布局方式上的創(chuàng)新，而非電池材料的創(chuàng)新。但是假如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。

當然假如有一天要更長的續(xù)航，比如做到1000km的續(xù)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(xù)航里程達到605km，已經(jīng)達到高能量三元鋰離子電池的同等續(xù)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，感興趣的朋友可以