比亚迪刀片电池：首创无模组电池包，能量密度、安全性再突破

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3月29日，比亚迪宣布正式推出“刀片电池”。顾名思义，刀片电池是指内部电池单体形似刀片的新型电池包，正极材料依旧是比亚迪最擅长的磷酸锂铁，兼具长寿命和长续航的特征。同时，刀片电池特别的结构优势，还使其彻底摆脱了传统动力电池在针刺穿透测试时可能会发生的“热失控”噩梦，重新定义了新能源汽车的安全标准, 引领全球动力电池安全新高度。

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比亚迪集团董事长兼总裁王传福表示：“‘刀片电池’体现了比亚迪彻底终结新能源汽车安全痛点的决心，更有能力将引领全球动力电池技术路线重回正道，把‘自燃’这个词从新能源汽车的字典里彻底抹掉。”

什么是“刀片电池”？

刀片电池是一种针对电池包的设计专利，它的内部将很多形似刀片的电池单体集合成电池阵列，所以被称作刀片电池。与传统的电池包相比，刀片电池最大的变化就是改变了电池单体的形状，不需要模组，可以直接布置在电池包内，简化了制作工艺、组装复杂度、生产成本、重量，并提升电池包的能量密度。

传统的电池包封装主要有三大部分：电池单体→电池模组→电池包。

传统的单体动力电池普遍都采用圆柱形结构，因其体积很小，不易布置，需要先将许多单体电池装到一个立方体模组内，再安装进电池包。比如，目前主流的21700三元锂电池，是指直径为21毫米，高度为70毫米的圆柱形电池。特斯拉老款85千瓦时电池包，内部足有约7104节18650三元锂电池。

（传统有模组的电池包）

这种有模组的电池包有两大缺点：

其一，材料和空间耗费较高，而且装配步骤复杂。传统动力电池包因为需要电池模组，不但需要耗费时间将单体电池装配进模组内，模组壳体、电池包横梁和纵梁、BMS电池管理系统为了监控到每个电池单体所需的线束和传感器，都是一笔不小的费用。另外，传统动力电池包内圆柱形电池单体之间、电池模组之间都存在间隙，需要为结构梁预留位置，这些被浪费掉的空间成为了降低电池包能量密度的元凶。

其二，故障率、管理和维修成本高。传统动力电池包内电池单体数量庞大，潜藏的故障率给BMS电池管理系统带来了巨大的工作压力，如何及时监控并管理好每个单体电池，一直都是困扰车企的难题。而且，传统动力电池包复杂的内部结构，也成为了后期维护保养、更换电池单体时的负担。

比亚迪的刀片电池是基于无模组理念开发而来，它对电池单体进行了改进，利用形似刀片的硬壳长电池单体，省去拼装模组的步骤，直接将电池单体安装在电池包内。

刀片电池（无模组电池包）封装可分为两大部分：电池单体→电池包。

专利显示，刀片电池单体的长度可在600毫米到2500毫米之间。因为这种电池单体尺寸很长，无需组成模组就能够直接安装在电池包内，而且其还采用了硬壳结构，可以通过电池单体本身提高电池组刚度，使电池组在外力作用下不易发生形变，进而减少甚至完全省去电池包内的横梁和纵梁。

无模组电池包的一大不可忽视的好处就是可以提升电池包内的空间利用率。比亚迪官方表示，传统的有模组电池包内空间利用率仅有40%，刀片电池的空间利用率可达60%-80%，提升了50%以上。

在大幅提升系统质量能量密度以及体积能量密度的同时，去掉模组这一层中间结构，也使电池包复杂度大幅下降，由此也带来了更高的产品稳定性和更低的故障率。比亚迪股份有限公司副总裁、弗迪电池有限公司董事长何龙在发布会上介绍，比亚迪刀片电池内仅有100个电池单体。

为何选择“磷酸锂铁”？

当前新能源汽车里采用的主流动力电池有两种：三元锂电池和磷酸锂铁电池。

三元锂电池因为电池比能量高，可以带来更大的续航能力，且更易满足国家补贴标准，应用较多。但其劣势也很明显，三元锂电池热稳定性较差，在250-300℃高温就会分解产生大量游离态氧，并且因为三元锂材料的化学反应尤其强烈，一旦释放氧分子，电解液在高温作用下就会迅速燃烧，随即发生爆燃现象。

相比之下，磷酸锂铁电池虽然电池比能量相对偏低，但其磷酸铁锂晶体中的P-O键稳固，难以分解。即便在高温或过充状态下，也不会像钴酸锂一样结构崩塌发热或是形成强氧化性物质，拥有良好的安全性。

三种动力电池针刺对照测试结果：

三元锂电池：剧烈燃烧，表面温度超过500℃；

磷酸锂铁块状电池：无明火、有烟，表面温度200℃-400℃；

比亚迪刀片电池：无火、无烟，表面温度30℃-60℃。

比亚迪前不久还进行了一次三元锂电池、磷酸锂铁块状电池、刀片电池的对比针刺穿透测试。这项针对电池热失控的测试，因为会使电池内部发生短路现象，导致电池内部温度和压力迅速上升，甚至引发起火爆炸，一向都被车企视作噩梦。甚至有传言称，最新的强制性国标《电动汽车用锂离子动力蓄电池安全要求》征求意见稿，取消电芯针刺试验，就是因为三元锂电池因为热稳定性较差，无法通过这项测试。

比亚迪这次的测试结果差异明显，也证明了两种正极材料的热稳定性区别。热稳定性较差的三元锂电池在针刺穿透过后马上爆炸起火，电池表面的鸡蛋也被炸飞；磷酸锂铁块状电池无明火、有烟，表面温度200℃-400℃；比亚迪刀片电池针刺穿透后，无火、无烟，表面温度30℃-60℃，显著优于三元锂电池和磷酸锂铁电池。

磷酸锂铁电池优于三元锂电池，是因为热稳定性更好。同样采用磷酸锂铁作为正极材料的比亚迪刀片电池优于磷酸锂铁块状电池，则是因为其刀片形态的结构，使内部电极卷数明显小于块状电池，所以被刺穿时内部因短路产生的热量也就更少，而且更大面积的外壳也有助于散热。

另外，磷酸锂铁电池的寿命也要更长，循环寿命普遍可达2000次以上，而三元锂电池的循环寿命则普遍在1200次以上。也就是说，磷酸锂铁电池即使是每天完全充放电一次，也可以使用5.48年。

写在最后：

严格意义上讲，比亚迪刀片电池更像是电池包形态的创新，而不是一种电池单体技术的创新。因为，刀片电池的最大改变不在技术，而是变为刀片形状的电池单体，可以省去部分工序和制造成本，拥有更高的能量密度和稳定性。

据王传福现场透露，刀片电池目前仅计划在比亚迪汉EV车型上搭载应用，其他车型暂无规划。汉EV是比亚迪计划在今年年中推出的一款纯电动中大型轿车，综合续航里程可达605公里，百公里加速时间3.9秒。