相比普通鋰電池 刀片電池在安全性上有什么優(yōu)勢？

在上一期《電車知識學(xué)堂》中，我們介紹了目前主流三元鋰電池對于電池安全的防護(hù)設(shè)計，而最近還有一款新型的電池頻頻被推上熱搜，引起了廣泛的討論，它就是我們今天的主角---刀片電池。

“刀片電池”中的“刀片”指的是其單體電芯的形狀，并非是什么前所未有的黑科技，它在化學(xué)層面上的本質(zhì)仍然是我們熟知的磷酸鐵鋰電池，但通過不斷優(yōu)化的物理結(jié)構(gòu)設(shè)計以及材料更新，它與三元鋰電池的差距已經(jīng)越來越小，今天我們就來看看比亞迪是如何做到的，新的刀片電池與三元鋰電池相比有什么優(yōu)勢。

●采用CTP思路提升空間利用率

目前常見傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的電池包內(nèi)部長這樣（不分三元鋰還是磷酸鐵鋰）：

傳統(tǒng)電池包內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖中上半部分為6塊模組，每一個模組都是由多個同樣的小電芯封裝組成，最后再將多個模組安裝在帶有固定橫梁與縱梁的框架中，本身從電芯到模組的空間利用率在80%左右，而從模組到電池包要被連接部件和內(nèi)部骨架擠占不少空間，空間利用率還要再損失一半，最終電芯只占電池包總體積的40%左右。

對于天生能量密度較高的三元鋰電池來說還好，但對于原本能量密度難以做高的磷酸鐵鋰電池來說則明顯限制了單體電芯的能量密度以及總?cè)萘康奶嵘?/p>

比亞迪刀片電

對此，比亞迪選擇先從電池的結(jié)構(gòu)入手，突破傳統(tǒng)電池框架的限制，打造了長條形的磷酸鐵鋰電芯，通過CTP（CelltoPack）設(shè)計思路，直接取消了電池包內(nèi)部的框架，通過橫向密集排列的多排電芯，將內(nèi)部空間的利用率提升到了60%左右。

最為直接的結(jié)果就是電池包整體的能量密度以及容量的提升。以搭載最新刀片電池的比亞迪漢EV為例，其電池包總能量為76.9kWh，能量密度140Wh/kg，工信部的續(xù)航里程能夠達(dá)到605km，已經(jīng)達(dá)到了新能源車?yán)m(xù)航水平的第一梯隊。

新的CTP設(shè)計思路不僅讓刀片電池在性能參數(shù)上達(dá)到了平均水平，由于減少了電池組裝模組的端板、側(cè)板以及用于固定模組的框架、螺栓等緊固件，還降低了部分制造成本，提升制造效率。

●刀片電池的安全性

比亞迪的刀片電池和“刀”并沒有什么關(guān)系，只是由于其電芯形狀十分特別，又長又薄，就像刀片一樣，故稱之為“刀片電池”。應(yīng)用在比亞迪漢EV車型上的電芯長度為1米，寬約10厘米，厚度僅為2厘米，單體電壓3.34V，容量可達(dá)100Ah，這是之前的電芯形式上從未出現(xiàn)過的形狀。

1、外力擠壓

在之前的文章中，我們分析過鋰電池會發(fā)生的最嚴(yán)重的安全性問題就是燃燒甚至爆炸，出現(xiàn)這些問題的根源在于電池內(nèi)部的熱失控，而避免熱失控首先的要求就是在發(fā)生碰撞時，避免電芯收到外力擠壓。

比亞迪的刀片電池在電池包的外側(cè)依然設(shè)計有類似汽車防撞梁的吸能盒結(jié)構(gòu)，能通過變形吸能來抵御對電池包本體的沖擊，而刀片電芯則直接豎向緊密排列，并固定在電池包的邊框上，讓每塊電芯本身也變成結(jié)構(gòu)件，成為支撐電池包的橫梁。一根薄薄的橫梁起不到什么作用，但橫梁數(shù)量一多，就會形成有點類似“一把筷子擰不斷”的效果，并且面積最大，最容易發(fā)生彎折的部分正好面向車頭與車尾，外部有更為充足的緩沖區(qū)域。

刀片電池在100-800kN的測試標(biāo)準(zhǔn)中，電池包只發(fā)生了輕微變形，未冒煙和起火，而在三點壓強(qiáng)測試中，刀片電池最終可以承受445kN的壓力，其可承受的碰撞、擠壓強(qiáng)度確實比傳統(tǒng)的電池包結(jié)構(gòu)還要強(qiáng)。

2、電芯熱失控

已經(jīng)發(fā)生的新能源電動汽車事故大部分與動力電池的熱失控有關(guān)，或由于碰撞擠壓、或由于過充過放，最終導(dǎo)致電芯過熱起火。

普通的三元鋰電池在超過200℃時就有可能發(fā)生熱失控，且正極材料含鎳越高就越不穩(wěn)定（目前能量密度最高的NCM811電池表示正極的鎳、鈷、錳配比為8:1:1，理論上最不穩(wěn)定），若BMS無法及時斷電散熱，就非常容易發(fā)生燃燒。

而磷酸鐵鋰正極材料本身的熱穩(wěn)定性就比三元鋰要好不少，在500℃以內(nèi)都有著極高的穩(wěn)定性，超過800℃時才有發(fā)生熱失控的可能。此外即便發(fā)生熱失控，磷酸鐵鋰電池的放熱也非常緩慢，且分解時不會釋放氧氣，減少了起火的風(fēng)險。

對比同樣材料的傳統(tǒng)電池，刀片電池的長條結(jié)構(gòu)散熱面積大，伴隨而來的還有整個電路的回路長，產(chǎn)熱能力低。總結(jié)起來就是：發(fā)熱量低和散熱性能好，那么熱失控或自燃的概率也就小了很多。

在針對鋰電池最難的針刺試驗中，比亞迪按照GB/T31485-2015的針刺試驗方法，將電池充滿電，用直徑為5mm的耐高溫鋼針，以（25±5）mm/s的速度，從垂直于電池極板的方向貫穿整塊電池，人為的創(chuàng)造一個極限情況下的短路環(huán)境，來考驗電池受損最嚴(yán)重時的安全性。

在穿刺后，NCM622三元鋰離子電池瞬間劇烈燃燒，表面溫度超過500℃。傳統(tǒng)的磷酸鐵鋰塊狀電池在經(jīng)過短暫的反應(yīng)時間后，電池開始膨脹并打開了泄壓閥，將內(nèi)部高溫液體與氣體噴出，雖然沒有產(chǎn)生明火，但表面溫度也升高至200℃-400℃，雖然也有一定危險，但總體上還在控制范圍之內(nèi)。

最后刀片電池的電壓在穿刺后還只是以很緩慢的速度下降，并且沒有冒煙起火現(xiàn)象，表面的最高溫度也僅停留在30-60℃，十分安全。退一步講，就算在極端情況下出現(xiàn)熱失控，搭載刀片電池的車型也能提供更長的逃生及救援時間。

●寫在最后

在公共充電樁等設(shè)施尚未大規(guī)模普及的今天，新能源車對高能量密度、高續(xù)航的追求仍然是主流目標(biāo)。三元鋰電池的正極材料從原本的333、532、622，再到811，隨著能量密度的不斷提高，電池的熱穩(wěn)定性也會變差，近期多起電動車的自燃事件也讓人們對電動車的安全性越來越關(guān)注。

而比亞迪刀片電池的出現(xiàn)，打開了一道解決新能源汽車?yán)m(xù)航與安全矛盾的全新大門，既然刀片電池在結(jié)構(gòu)上有著空間利用率高、散熱面積大、電路回路長、產(chǎn)熱能力低的特點，那么我們是否可以將三元鋰電池也做成“刀片”的形狀呢，這或許是未來的另一個方向。

本文來源于汽車之家車家號作者，不代表汽車之家的觀點立場。

鋰電池不安全，為什么還要用鋰電池？

三元鋰電池使用不當(dāng)會有爆燃的可能，其它的就不會，三元鋰電池的充放電循環(huán)次數(shù)是800左右，磷酸鐵鋰電池的充放電循環(huán)次數(shù)是2000左右。磷酸鐵鋰電池儲存溫度-10~35℃，磷酸鐵鋰電池放電工作溫度-20~65℃。

電動車的鋰電池是不是真的非常不安全？

鋰離子電池的工作原理：鋰離子電池以碳素材料為負(fù)極，以含鋰的化合物為正極（根據(jù)正極化合物不同，常見的鋰離子電池有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元鋰等）。中間有一層膈膜，避免正負(fù)極短路。在充放電過程中，Li+在正負(fù)極間往返：充電時，鋰離子從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極；放電時則相反。在鋰離子的嵌入與脫嵌過程中，同時伴隨著等當(dāng)量的電子的嵌入和脫嵌，也就產(chǎn)生了電流。 相較于傳統(tǒng)燃油車復(fù)雜的結(jié)構(gòu)來說，電動車起火的原因比較單一，基本都是由于鋰電池?zé)崾Э卦斐傻摹崾Э匾l(fā)的煙霧、火災(zāi)甚至爆炸，是鋰離子電池的事故過程中最常見的特征。而熱失控又主要由于過度充電、外力、內(nèi)部短路等因素造成。 由于現(xiàn)在電動車用的動力電

對811三元鋰電池穿刺測試瞬間爆炸，安全性真是新能源車的殤？

消費者對于電動車安全性的擔(dān)憂，實際上有一部分是來自于對動力電池安全性的未知，為了檢驗電池的安全性，國家也出臺了相關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)。其中，電池穿刺實驗就是一項標(biāo)準(zhǔn)較高的安全測試。 網(wǎng)友自行進(jìn)行穿刺測試 為了驗證三元鋰電池能否通過針刺測試，有網(wǎng)友進(jìn)行了一次硬核的三元鋰電池穿刺實驗。據(jù)博主@鋰電大全小魚介紹，其進(jìn)行穿刺實驗的電池為寧德時代811三元鋰電池單體，電池容量234a電壓4.14v（滿電為4.2V），穿刺鋼針直徑7毫米，穿刺速度25mm/s，執(zhí)行GB/T 31485標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行穿刺測試。 隨后開始進(jìn)行穿刺實驗，從實驗畫面中可以看出，從鋼針剛穿刺電池后，電池內(nèi)部就發(fā)生了劇烈膨脹現(xiàn)象。而后，電池單體瞬間爆

比亞迪曝光穿刺測試，原來三元鋰電池爆炸威力這么大？

3月29日，比亞迪正式宣布推出“刀片電池”，我們可以將其理解為全新一代“磷酸鐵鋰”電池，并不是此前我們常常聽到的三元鋰電池。那么，刀片電池的優(yōu)勢在哪呢？

2015年，中國電動汽車產(chǎn)業(yè)突然加速，彼時大多數(shù)電動汽車搭載的電池都屬磷酸鐵鋰電池。由于國家規(guī)定的電池能量密度越來越高，同時在有限的體積下，廠家也更愿意最大限度的提升續(xù)航，進(jìn)而才能滿足消費者對續(xù)航的需求。故而，在2016年后，大多數(shù)車企逐漸改用能量密度更高、相同體積下可承載更多電能的三元鋰電池。

或為蔚來es8電池組

那三元鋰電池有何優(yōu)勢？相同體積下，三元鋰電池由于其能量密度高的天然優(yōu)勢，可儲存的電能比磷酸鐵鋰電池組多。也就是說，同一款車，分別搭載三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池，那么搭載三元鋰電池的續(xù)航里程肯定比磷酸鐵鋰電池高。

不僅如此，三元鋰電池可支持輸出、輸入的功率也更強(qiáng)。因為，從化學(xué)原理上看，三元鋰電池相比磷酸鐵鋰電池更加活躍。如何理解呢？簡而言之，我們分別準(zhǔn)備兩個口袋，其中一個口袋的袋口更大（三元鋰），而另一個口袋的袋口偏?。姿徼F鋰），那么相對而言，袋口大的口袋能裝的米就多，與此同時可以往出倒米的量或速度也更大更快。

放到電動汽車上，我們就可以理解為，三元鋰電池的充電效率更高。除此之外，車輛性能中的最大功率這一項數(shù)據(jù)，也可以更高。看到這里，我們不禁要問了，那三元鋰電池就沒有缺點嗎？

確實，一般情況下，任何事情都有兩面性。我國新能源汽車補(bǔ)貼逐年退坡，對可獲得補(bǔ)貼的車輛搭載的電池有著越來越嚴(yán)格的規(guī)定。而這越來越嚴(yán)格的規(guī)定中，最重要的考量指標(biāo)就是電池的“能量密度”，即單位體積內(nèi)包含的能量。所以，我國各大車企也更愿意去使用三元鋰電池。只是，能量密度越來越高的同時，三元鋰電池的弊端則越來越暴露。

圖源自網(wǎng)絡(luò)

三元鋰電池由于其更高的活躍性，其穩(wěn)定、安全性能則相對較差。隨著續(xù)航里程的不斷增大，現(xiàn)階段主流電動汽車的NEDC續(xù)航普遍超過400公里，甚至已經(jīng)達(dá)到500公里、600公里。可，消費者都知道，廠家宣傳的所謂NEDC續(xù)航，我們?nèi)粘ｑ{駛，很難達(dá)到。盡管電池組容量大，但三元鋰電池相對更活躍，不穩(wěn)定性強(qiáng)，這就導(dǎo)致其電量的輸出速度也更快。

電池活躍帶來的另一個缺點或者說弊端，就是“不安全”。此前，編輯曾對時任北汽新能源的技術(shù)工程師進(jìn)行過采訪。經(jīng)他介紹，電動汽車的電池一般情況下是不會發(fā)生爆炸的，所以盡管我們常常會因為動力電池爆炸而關(guān)注電動汽車的電池安全，但我們仔細(xì)想想就會發(fā)現(xiàn)，電動汽車的自然總量相對汽油車來說，數(shù)量上更少。

前面提到，這位工程師當(dāng)時講道，一般情況下不會自燃，還有但是。一旦電動汽車發(fā)生自燃，那很有可能會引起爆炸。所以，該工程師介紹，如果發(fā)現(xiàn)電動汽車冒煙，有自燃傾向，那我們盡可能不要選擇滅火器救火，還是以保證自身的人身安全為主，盡快遠(yuǎn)離車輛。

2019年，一輛特斯拉汽車地庫突然爆炸的視頻火爆了網(wǎng)絡(luò)，似乎也再次印證了彼時那位工程師所言非虛。所以，我們消費者關(guān)心動力電池的安全是無可厚非的，因為化學(xué)產(chǎn)生的變化，是會爆炸的，而不是簡單的燃燒。

那么，磷酸鐵鋰電池就沒有這些問題嗎？實話實說，仍舊有！只是相對比較安全。網(wǎng)絡(luò)上也有較多磷酸鐵鋰電池與三元鋰電池的對比。我簡單列舉一下，雙方的優(yōu)缺點，如下表：

所以，我們可以看到，市面上行駛的大型電動汽車，如公交、貨運車輛等，仍舊搭載相對更穩(wěn)定的磷酸鐵鋰電池。

那么，有沒有第三種可能？至此，本文的重點來了。比亞迪電池起家，其獨特的電池技術(shù)使其多次躋身于全球動力電池產(chǎn)量前五，技術(shù)上更是獨步武林。而比亞迪電池的核心，就在磷酸鐵鋰電池。

近幾年，隨著國家對乘用車搭載能量電池的能量密度越來越高，比亞迪迫不得已，也更換了三元鋰電池。原來，短暫使用三元鋰電池的比亞迪在“憋大招”。從去年，王傳福在中國電動汽車百人論壇上明確表示將推出刀片電池，到近日比亞迪官方發(fā)布的三種動力電池“穿刺”實驗視頻，我們終于了解到，“技術(shù)狂人”王傳福所言非虛，以研發(fā)、技術(shù)馳名的比亞迪也沒有讓消費者失望。

所謂刀片電池，其實內(nèi)部的原材料還是和磷酸鐵鋰電池一樣，但無論是動力電池的形狀、內(nèi)部構(gòu)造還是組裝方法，比亞迪都做了全面的更新。當(dāng)然，目前比亞迪還未將其刀片電池的專利開放，我們也僅能從一些專家的分析和比亞迪公布的視頻、數(shù)據(jù)中了解。

目前，我們掌握到的情況就是，刀片電池的能量密度突破了原有磷酸鐵鋰的瓶頸，在比亞迪原有磷酸鐵鋰電池的基礎(chǔ)上，能量密度增加50%。另外，由于內(nèi)部構(gòu)造、隔膜材料等多方面多維度的技術(shù)更新，刀片電池相比磷酸鐵鋰電池更穩(wěn)定、更安全。

用素有技術(shù)狂人之稱的比亞迪董事長王傳福的話說：比亞迪要用刀片電池把“自燃”這個詞從新能源汽車的字典里徹底抹掉！有了技術(shù)自信，又有眼見為實，我們有理由相信，比亞迪刀片電池的出現(xiàn)或許能夠讓消費者在購買電動汽車時更放心安全。我們再來聊一聊比亞迪此次的穿刺測試。

何為穿刺測試？穿側(cè)測試的目的和必要性是什么？

所謂穿刺試驗，實際上就是字面意義，用3~5mm的耐熱鋼針，垂直刺入一塊動力電池。具體測試的過程，我們?nèi)耘f可以通過比亞迪方面上傳的視頻，可以一目了然的看到。實際上，早起我國電動汽車動力電池是需要進(jìn)行穿刺測試的，但由于多方利益，我國在近年來的規(guī)定中又取消了穿刺測試。只是，我們也不要過分看重穿刺試驗的結(jié)果。因為在常規(guī)狀態(tài)下，動力電池的外部還有保護(hù)殼、極難發(fā)生類似穿刺測試的真實環(huán)境。穿刺試驗也僅僅針對最為極端的情況下，動力電池的安全性。

不過沒關(guān)系，這并不妨礙車企方面單獨做測試。同時，穿刺試驗也是幾乎每個廠家或者電池廠商的“標(biāo)配”。從展示的視頻結(jié)果來看，市面上銷售的三元鋰電池在經(jīng)過穿刺試驗后的幾秒鐘內(nèi)，冒煙、起火接而發(fā)生了爆炸，反應(yīng)了如今市面上常見的三元鋰電池，在經(jīng)過穿刺試驗時的不安全、不穩(wěn)定性。

磷酸鐵鋰電池在進(jìn)行穿刺測試的時候，反應(yīng)則明顯沒有三元鋰電池大，但仍舊會受到穿刺影響，電池發(fā)生了內(nèi)短路現(xiàn)象，同時電池溫度也逐漸升高。

刀片電池在經(jīng)過穿刺試驗后的長時間內(nèi)，電池溫度仍舊正常、電池仍可持續(xù)輸出電壓，突出反映了其安全性。說到這里，有的朋友會問了，刀片電池為什么可以如此安全？實話實說，不知道。因為這項技術(shù)如今掌握在比亞迪手中，他們不揭秘，恐怕我們很難完全理解。不過，我們?nèi)钥蛇M(jìn)行假設(shè)。

由于其電池構(gòu)造，如視頻中顯示，刀片電池的體積相對扁平，在針刺實驗室，鋼針扎入電池后，其內(nèi)部構(gòu)造相對“隔離”，即被刺穿的電芯無法與其它電芯形成有效的滑雪反應(yīng)，繼而避免了內(nèi)短路。當(dāng)然，此種可能性是有存在可能的，但最終的結(jié)果和答案，仍需要比亞迪告知。

具比亞迪發(fā)布消息，刀片電池將會搭載于比亞迪旗下全新轎車，比亞迪漢，后期則會搭載更多比亞迪旗下車型。相對來說，新技術(shù)的研發(fā)是需要謹(jǐn)慎的，所以目前恐怕比亞迪方面也無法大面積量產(chǎn)刀片電池。除了研發(fā)問題，還有成本問題。眾所周知，比亞迪在新能源領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢是通過真金白銀砸出來的，高昂的研發(fā)費用一直是比亞迪的優(yōu)勢，但新技術(shù)研發(fā)成功后，如何收回成本并提高利潤，是每一個企業(yè)都面對的問題。

編輯分析，刀片電池最早將會在2021年底大面積投入量產(chǎn)，2022年或會和其它汽車廠商合作，很難于今年開始大面積量產(chǎn)。王傳福曾透露，刀片電池的誕生其實是為了我國動力電池發(fā)展的路線“糾偏”。通過他的觀點，我們也可以相信，王傳福是想用刀片電池，打破目前三元鋰電池獨霸市場的局面。與此同時，刀片電池的出現(xiàn)也會逐漸影響消費者對于動力電池安全的思考。

安全問題從來都不可忽視，作為相對新興的電動汽車領(lǐng)域則更顯重要。無論是自動駕駛致人死亡，亦或是動力電池致人死亡，生命面前，一切的狡辯都面目可憎。對關(guān)乎安全的問題，有關(guān)部門和廠家都應(yīng)該防患于未然，才能確保萬無一失。盡最大努力保護(hù)消費者生命和財產(chǎn)安全，是最正常也最為重要的事。

本文來源于汽車之家車家號作者，不代表汽車之家的觀點立場。