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探比亞迪重慶廠 聊刀片電池四大迷惑
發布時間： 2021-08-12
六月一日，因為疫情原由頒布的不限號政策正式取消，北京重回限行時代，能夠自由自在出行的電動汽車再次成為不少人購車的首選。說起電動汽車，就不得不提比亞迪，這段時間比亞迪一直動作不斷，其最終目的為自家全新的旗艦車型比亞迪漢造勢，話又說回來，高級輔助駕駛、刀片電池加身的漢實在讓我很感興致。尤其是刀片電池的出現，讓大家看到了磷酸鐵的新潛力。就在上個周末，我有幸來到了位于重慶璧山的電池廠，這是比亞迪首次向媒體開放刀片電池的加工線，而我也從這次參觀中了解了刀片電池更多的故事。
刀片電池的誕生和將來
刀片電池和有什么不同？
細、薄的刀片電池能保證碰撞安全嗎？
開篇：有因必有果，18年積累看清比亞迪刀片電池來龍去脈
比亞迪刀片電池的誕生并不是偶然，有關比亞迪的電池開發人員來說，奮斗與厚積薄發仿佛是個更恰當地表述。
比亞迪的一系列動作，受到了當時日本人的嘲笑，雖然日本科技公司在當時的金融危機中暫失一城，但在鋰離子電池方面是絕對的權威，并且擁有技術壁壘，甚至國內很多同行都不看好比亞迪在鋰離子電池方面的研究。
時間來到2012年，比亞迪正式開啟了三元鋰離子電池（NCM）的設計，實際上比亞迪布局三元鋰離子電池是在2003年，但三元鋰離子電池因為成本、難以控制的熱失控等問題一直沒有很好的進展。
正所謂有因必有果，倘若不是在金融危機時期，比亞迪依賴成本拿下了大量電池市場，那就不會有鋰離子電池的開發，沒有鋰離子電池的開發，就不會有后面的比亞迪磷酸鐵鋰離子電池量產。
『刀片電池成電池組后的形態』
而正是因為這些年的堅持和歷史機遇，讓比亞迪在結構設計、鋰離子電池研發等各個方面積累了大量相關相關相關經驗，最終用了短短一年半的時間，便順利的完成了對刀片電池的開發和量產。
中篇：刀片電池上車，它都有什么優缺點？
有關刀片電池的技術介紹，安全探測等問題，我的技術大佬同事常慶林寫過具體的系列報道，這篇文章我就不再贅述，這里我緊要聊聊之前文章沒有提及的一些信息和大家對這種電池的一些疑問。
疑問一：刀片電池革新在哪里？
首先，刀片電池本質上還是磷酸鐵鋰離子電池，所謂刀片電池是屬于物理結構上的改變，從前電動汽車電池都是下面這樣的：
無論特斯拉上面使用的三元鋰離子電池還是比亞迪常用的磷酸鐵鋰離子電池，其電池設計大同小異。
在這種設計下，能量密度更小的磷酸鐵鋰離子電池相比三元鋰離子電池不占優點，所以我們會常常聽廠商宣傳自家的電動汽車使用了三元鋰離子電池，而且續航里程超長等等。為了解決這個問題，比亞迪決定從結構上面入手改變磷酸鐵鋰離子電池的布置及設計限制。
這些提升帶來的改變是顯而易見的。首先，最筆直的好處是在采用原有電芯類型和技術的前提下較大地提升純電動汽車的續航里程。
其次，輕薄的長方體電池可以帶來絕佳的散熱效果。依據比亞迪的熱擴散實驗資料，強制引發位于中間的電池熱失控，最高溫度約為350℃。而此時鄰近位置的電池溫度僅有80℃，在此次熱擴散實驗中，刀片電池只出現了冒煙現象，既沒有著火也沒有爆炸。
『同條件下針刺實驗，上圖為三元鋰離子電池（著火）、下圖為刀片電池（未出現冒煙著火等情況）』
可以說，刀片電池在磷酸鐵鋰的支持下，憑借優秀的熱擴散性（更大的電池表面積）以及較長的短路回路，可以讓刀片電池擁有更好的安全系數，這也是刀片電池最大的優點之一。
疑問二：刀片電池尺寸是固定的嗎？三元鋰離子電池可否做成刀片電池？
在電動汽車市場上，三元鋰離子電池和磷酸鐵鋰離子電池的較量一直就沒有停歇過，但是因為各自鮮明的特點，兩者其實都比較壓制，沒有在臺面上發生過誰指責誰的情況。
而磷酸鐵鋰在安全性上更是略勝一籌，而且不受鈷等貴金屬制約，因此在成本上也占優點，這樣看起來使用磷酸鐵鋰為電芯的刀片電池實在優點見顯。
既然刀片電池結構有如此多的好處，熱失效控制也很優秀，那么是不是可以布置成三元鋰離子電池嗎？答案當然是肯定的。
三元鋰離子電池也完全可以做成刀片電池，比亞迪坦言三元鋰離子電池為電芯的刀片電池從理論上會有更強的續航能力，只不過做成刀片電池形態，在碰撞方面（尤其是擠壓方面）還要投入更多研究。
實際上已經有我國品牌廠商和比亞迪進行了接觸，并且搭載刀片電池的非比亞迪車型即將和我們見面。
疑問三：刀片電池低溫情況下使用情況要怎么樣？
目前刀片電池使用的是磷酸鐵鋰作為電芯，因此其低溫情況下的性能其實比能量密度更受到我們關注。當然，目前我們還沒有對漢進行實際的高寒探測，但可以簡單地了解一下官方的相關信息。
比亞迪為了提高刀片電池在冬季的使用性能，首先在熱管理方面做了很多改進。比如說刀片電池的結構設計上：
工程師在電芯外面加入了保溫材料，之后便是緊貼電芯的整套熱管理體系，在熱管理系統外側再布置一層保溫棉，整個結構構成了刀片電池的一個完整的熱管理系統。
所以從比亞迪的說法來看，刀片電池針對寒冷天氣做了大量改進和技術提升，尤其在熱管理方面，那么這個說法是不是真的如此呢？我們還要等到冬天進行實際的探測。
疑問四：省去了橫梁、縱梁的電池組，碰撞中單靠刀片電池能保證碰撞安全嗎？
電動汽車碰撞起火是網友們最關心的問題，而有關刀片電池來說，使用這種電池的電池組是取消了橫梁和縱梁的，最終刀片電池充當了電池組的橫梁、縱梁，因此電池組的強度是建立在刀片電池的強度之上的。
那么問題來時，倘若發生碰撞，刀片電池就會筆直受力，而且這個受力既有可能是擠壓，也有可能是彎折甚至是穿刺，刀片電池能付承受這些損傷呢？比亞迪認為是沒有問題的，工程師們用彎折單根筷子和多根筷子的原理解釋受力方面的情況。當很多根筷子在一起時，你是無法掰斷的，刀片電池包成的電池組也是同樣的道理。
除此之外，比亞迪為刀片電池做了碰撞和擠壓的探測。其中碰撞探測是模擬車輛碰撞的情景，探測時速為45km/h，電池在碰撞后沒有發生起火、爆炸；擠壓探測采用了100-800kN的探測標準，電池組發生了輕微變形，未冒煙和起火；在三點壓強探測中（兩個支撐點，用一個力往下壓），刀片電池最終可以承受445kN，大概是一臺45噸重的卡車。
所以從比亞迪給出的探測數據看，刀片電池雖然取消了橫、縱梁結構，但卻可以保持一個更強的電池強度，可以滿足碰撞安全性要求。
尾篇：刀片電池的誕生及將來的刀片電池走向何方？
最后，我們簡單的來看看刀片電池的是要怎么樣加工的，以及將來會有什么再進化。目前刀片電池的緊要產地來自重慶璧山的廠，這家廠投資100億元，于2019年二月份開始開工，我在上周參觀的時候，電池加工線已經開始加工，不過整體園區的建設還在有條不紊的進行中，當然，目前也還沒達到年產動力鋰離子電池20GWh，不過當整個園區都完善后，很快便能完成這個目標。
第二個令人印象深刻的是加工機器的自制化極高。王傳福向來喜歡自己給自己當零部件供應商，比如比亞迪自己的各種汽車配件公司令人印象深刻，其確實電池加工上更是過而不及，動力鋰離子電池核心的疊片機、輥壓工藝等使用的機器都是來自比亞迪自研，這種方式節約成本之余，還能戒備被競爭對手卡脖子，更緊要可以對電池進行更自由的定制。這些所有的一切，其實都是比亞迪這些年來積累的成果。
刀片電池的將來
雖然刀片電池在今年剛剛公布，但比亞迪的工程師們已經對刀片電池的將來進行了少許的透露，其中一個研發方向就是預埋鋰技術。
在鋰離子電池首次充電過程中，會永久的消耗來自正極的鋰，這將會降低鋰離子電池的容量和能量密度。為了解決這個問題，科學家們研究了預鋰化技術。通過預鋰化對電極材料進行補鋰，抵消上面提到的不可逆鋰損耗，以提高電池的總容量和能量密度。
比亞迪認為這項技術十分適合磷酸鐵鋰離子電池，并且坦言在預埋鋰技術上有了十分“美好”的進展，十分令人期望。
總結：雖然刀片電池的出現并不是化學層面的改進，但這種電池殼體的設計變化實在引起了行業內的探討，而且有意思的是，蜂巢、三星等電池廠商其實都已經針對這種設計對自己的電池進行了調整，行業內有些人士相信，這種電芯的設計方式將是將來的一個緊要發展方向。磷酸鐵鋰離子電池將憑借這種設計極大地和三元鋰離子電池拉近距離。而有關比亞迪來說，他們已經掌握了從制造機器到制造產品的全套技術，已經沒有外界因素制約其電池方面的發展，這也是比亞迪應對將來市場的緊要保障。（圖/文汽車之家冷曉陽）