探比亚迪重庆工厂聊刀片电池四大疑惑

[汽车之家技术] 六月一日，因为疫情原因颁布的不限号政策正式取消，北京重回限行时代，能够自由自在出行的电动车再次成为不少人购车的首选。说起电动车，就不得不提比亚迪，这段时间比亚迪一直动作不断，其最终目的为自家全新的旗舰车型比亚迪汉造势，话又说回来，高级辅助驾驶、刀片电池加身的汉确实让我很感兴趣。尤其是刀片电池的出现，让大家看到了磷酸铁锂电池的新潜力。就在上个周末，我有幸来到了位于重庆璧山的电池工厂，这是比亚迪首次向媒体开放刀片电池的生产线，而我也从这次参观中了解了刀片电池更多的故事。

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10秒钟了解全文
刀片电池的诞生和未来
刀片电池和三元锂电池有哪些不同？
细、薄的刀片电池能保证碰撞安全吗？
开篇：有因必有果，18年积累看清比亚迪刀片电池来龙去脉
比亚迪刀片电池的诞生并不是偶然，对于比亚迪的电池开发人员来说，奋斗与厚积薄发似乎是个更恰当地表述。

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比亚迪的一系列动作，受到了当时日本人的嘲笑，虽然日本科技企业在当时的金融危机中暂失一城，但在锂离子电池方面是绝对的权威，并且拥有技术壁垒，甚至国内很多同行都不看好比亚迪在锂离子电池方面的研究。
【探比亚迪重庆工厂聊刀片电池四大疑惑】

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时间来到2012年，比亚迪正式开启了三元锂电池（NCM）的设计，实际上比亚迪布局三元锂电池是在2003年，但三元锂电池因为成本、难以控制的热失控等问题一直没有很好的进展。

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正所谓有因必有果，如果不是在金融危机时期，比亚迪依靠成本拿下了大量电池市场，那就不会有锂电池的开发，没有锂电池的开发，就不会有后面的比亚迪磷酸铁锂电池量产。

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『刀片电池成电池包后的形态』
而正是因为这些年的坚持和历史机遇，让比亚迪在结构设计、锂电池研发等各个方面积累了大量经验，最终用了短短一年半的时间，便顺利的完成了对刀片电池的开发和量产。
中篇：刀片电池上车，它都有哪些优缺点？
关于刀片电池的技术解析，安全测试等问题，我的技术大佬同事常庆林写过详细的系列报道，这篇文章我就不再赘述，这里我主要聊聊之前文章没有提及的一些信息和大家对这种电池的一些疑问。
疑问一：刀片电池革新在哪里？
首先，刀片电池本质上还是磷酸铁锂电池，所谓刀片电池是属于物理结构上的改变，从前电动车电池都是下面这样的：

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无论特斯拉上面使用的三元锂电池还是比亚迪常用的磷酸铁锂电池，其电池设计大同小异。
在这种设计下，能量密度更小的磷酸铁锂电池相比三元锂电池不占优势，所以我们会经常听厂商宣传自家的电动车使用了三元锂电池，而且续航里程超长等等。为了解决这个问题，比亚迪决定从结构上面入手改变磷酸铁锂电池的布置及设计限制。

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这些提升带来的改变是显而易见的。首先，最直接的好处是在采用原有电芯类型和技术的前提下较大地提升纯电动车的续航里程。
其次，轻薄的长方体电池可以带来绝佳的散热效果。根据比亚迪的热扩散试验资料，强制引发位于中间的电池热失控，最高温度约为350℃ 。而此时邻近位置的电池温度仅有80℃，在此次热扩散试验中，刀片电池只出现了冒烟现象，既没有着火也没有爆炸。

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『同条件下针刺试验，上图为三元锂电池（着火）、下图为刀片电池（未出现冒烟着火等情况）』
可以说，刀片电池在磷酸铁锂的支持下，凭借优秀的热扩散性（更大的电池表面积）以及较长的短路回路，可以让刀片电池拥有更好的安全系数，这也是刀片电池最大的优势之一。
疑问二：刀片电池尺寸是固定的吗？三元锂电池可否做成刀片电池？
在电动车市场上，三元锂电池和磷酸铁锂电池的较量一直就没有停歇过，但是因为各自鲜明的特点，两者其实都比较压制，没有在台面上发生过谁指责谁的情况。

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而磷酸铁锂在安全性上更是略胜一筹，而且不受钴等贵金属制约，因此在成本上也占优势，这样看起来使用磷酸铁锂为电芯的刀片电池确实优势见显。
既然刀片电池结构有如此多的好处，热失效控制也很优秀，那么是否可以布置成三元锂电池吗？答案当然是肯定的。
三元锂电池也完全可以做成刀片电池，比亚迪坦言三元锂电池为电芯的刀片电池从理论上会有更强的续航能力，只不过做成刀片电池形态，在碰撞方面（尤其是挤压方面）还需要投入更多研究。

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实际上已经有中国品牌厂商和比亚迪进行了接触，并且搭载刀片电池的非比亚迪车型即将和我们见面。
疑问三：刀片电池低温情况下使用情况如何？
目前刀片电池使用的是磷酸铁锂作为电芯，因此其低温情况下的性能其实比能量密度更受到我们关注。当然，目前我们还没有对汉进行实际的高寒测试，但可以简单地了解一下官方的相关信息。
比亚迪为了提高刀片电池在冬季的使用性能，首先在热管理方面做了很多改进。比如说刀片电池的结构设计上：

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工程师在电芯外面加入了保温材料，之后便是紧贴电芯的整套热管理体系，在热管理系统外侧再布置一层保温棉，整个结构构成了刀片电池的一个完整的热管理系统。

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所以从比亚迪的说法来看，刀片电池针对寒冷天气做了大量改进和技术提升，尤其在热管理方面，那么这个说法是否真的如此呢？我们还需要等到冬天进行实际的测试。
疑问四：省去了横梁、纵梁的电池包，碰撞中单靠刀片电池能保证碰撞安全吗？
电动车碰撞起火是网友们最关心的问题，而对于刀片电池来说，使用这种电池的电池包是取消了横梁和纵梁的，最终刀片电池充当了电池包的横梁、纵梁，因此电池包的强度是建立在刀片电池的强度之上的。
那么问题来时，如果发生碰撞，刀片电池就会直接受力，而且这个受力既有可能是挤压，也有可能是弯折甚至是穿刺，刀片电池能付承受这些损伤呢？比亚迪认为是没有问题的，工程师们用弯折单根筷子和多根筷子的原理解释受力方面的情况。当很多根筷子在一起时，你是无法掰断的，刀片电池组成的电池包也是同样的道理。

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除此之外，比亚迪为刀片电池做了碰撞和挤压的测试。其中碰撞测试是模拟车辆碰撞的情景，测试时速为45km/h，电池在碰撞后没有发生起火、爆炸；挤压测试采用了100-800kN的测试标准，电池包发生了轻微变形，未冒烟和起火；在三点压强测试中（两个支撑点，用一个力往下压），刀片电池最终可以承受445kN，大概是一台45吨重的卡车。
所以从比亚迪给出的测试数据看，刀片电池虽然取消了横、纵梁结构，但却可以保持一个更强的电池强度，可以满足碰撞安全性要求。
尾篇：刀片电池的诞生及未来的刀片电池走向何方？
最后，我们简单的来看看刀片电池的是如何生产的，以及未来会有哪些再进化。目前刀片电池的主要产地来自重庆璧山的工厂，这家工厂投资100亿元，于2019年2月份开始开工，我在上周参观的时候，电池生产线已经开始生产，不过整体园区的建设还在有条不紊的进行中，当然，目前也还没达到年产动力电池20GWh，不过当整个园区都完善后，很快便能完成这个目标。

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第二个令人印象深刻的是生产机器的自制化极高。王传福向来喜欢自己给自己当零部件供应商，比如比亚迪自己的各种汽车配件公司令人印象深刻，其实在电池生产上更是过而不及，动力电池核心的叠片机、辊压工艺等使用的机器都是来自比亚迪自研，这种方式节约成本之余，还能防止被竞争对手卡脖子，更重要可以对电池进行更自由的定制。这些所有的一切，其实都是比亚迪这些年来积累的成果。
刀片电池的未来
虽然刀片电池在今年刚刚发布，但比亚迪的工程师们已经对刀片电池的未来进行了少许的透露，其中一个研发方向就是预埋锂技术。
在锂离子电池首次充电过程中，会永久的消耗来自正极的锂，这将会降低锂离子电池的容量和能量密度。为了解决这个问题，科学家们研究了预锂化技术。通过预锂化对电极材料进行补锂，抵消上面提到的不可逆锂损耗，以提高电池的总容量和能量密度。
比亚迪认为这项技术十分适合磷酸铁锂电池，并且坦言在预埋锂技术上有了十分“美妙”的进展，十分令人期待。
总结：虽然刀片电池的出现并不是化学层面的改进，但这种电池壳体的设计变化确实引起了行业内的探讨，而且有意思的是，蜂巢、三星等电池厂商其实都已经针对这种设计对自己的电池进行了调整，行业内有些人士相信，这种电芯的设计方式将是未来的一个重要发展方向。磷酸铁锂电池将凭借这种设计极大地和三元锂电池拉近距离。而对于比亚迪来说，他们已经掌握了从制造机器到制造产品的全套技术，已经没有外界因素制约其电池方面的发展，这也是比亚迪应对未来市场的重要保障。（图/文汽车之家冷晓阳）