探索工厂、六问六答，带你认识比亚迪刀片电池，揭秘制造工艺

刀片电池，比亚迪今年强推的产品，甚至在不久前还因为刺穿试验的问题跟宁德时代狠撕了一场。

在车用动力电池里面，刀片电池确实算是十足狠角色，相比三元锂电芯它更安全、成本更低，相比三元锂电池组它容量密度也没有明显降低。

月初，我们有幸参观了弗迪电池位于重庆的工厂，亲眼见证了刀片电池和三元锂电的对比针刺试验，也与许多电池技术人员进行了探讨。

那么这篇文章就通过几个大家最关注的的问题，来为大家揭秘比亚迪的刀片电池。

1.为什么要做针刺试验？

很多人以为，针刺试验模拟的是电池受到外力破坏时的情况，例如电池组被碰撞、挤压、穿刺。

但实际上，这并不全面，针刺试验主要模拟的还是锂电池内部隔膜破裂时的内部短路情况。

理想情况下，锂电池在充电时，锂离子从正极脱嵌并100%嵌入负极；但是在非理想情况下（如过充、低温、大电流等），从正极脱嵌的锂离子会在负极出现嵌入异常的情况，锂离子就只能析出在负极表面，这种现象被称为“析锂”。

“析锂”发生时，锂离子在负极表面可能会还原成不同形态的金属锂，其中树枝形状的金属锂被称为“锂枝晶”，它会随着析锂现象而不断“生长”，这一过程基本不可逆，最终有可能会穿破正负极间的隔膜，从而导致电芯的内部短路，并最终引发热失控。

正因如此，锂枝晶的生长是影响锂离子电池安全性和稳定性的根本问题之一。所以需要通过针刺试验来模拟电芯内部隔膜被穿破的情况，以验证电芯本身的安全性。

2.刀片电池为什么更安全？

首先，刀片电池所采用的材料本身就更安全。

一般来讲，NCM三元材料在温度不足200℃时就会开始分解并放出大量热；而磷酸铁锂材料要在温度接近500℃时才会开始分解，且在分解过程中不释放氧气，放热速率也远低于NCM三元材料，所以不易发生热失控，也更不容易起火燃烧。

同时，刀片电池的结构也让它更安全。

上图为刀片电池、下图为三元材料方壳电池。可见，相比方方正正的方壳电池，又长又薄的刀片电池拥有更大的表面积，在发生内部短路时，热量会被快速散发掉，让聚集的热量达不到磷酸铁锂材料的分解启动温度，从而保证了电芯不会轻易发生热失控。

3.刀片电池是如何造就的？

锂电池的生产主要分为极片制造、装配、注液等几个步骤。根据比亚迪的介绍，刀片电池的生产难点主要在于极片制造。

“长”是刀片电池各种核心优势的根本，而长达960mm的刀片电池，其内部的极片自然也要达到这个级别。

然而，市面上电池极片生产工艺一般都在700mm以下，市面上主流的电池产品极片大多处于500mm以下的级别。

好在，比亚迪旗下有专门负责设计制造工业设备的部门，针对刀片电池的需求，开发出了超宽幅的极片生产设备。

据介绍，弗迪电池工厂的涂布设备，可以实现1300mm宽度的极片双面涂布，单位面积的涂敷重量小于1%，宽度尺寸偏差小于0.5mm，速度为每分钟70米。

在辊压工序，弗迪工厂的辊压设备可以实现1200mm宽度的极片辊压，可以将极片厚度差控制在2微米以内，速度为每分钟120米。

可以说，比亚迪之所以可以生产长度960mm的刀片电池，其关键就在于其宽幅极片生产工艺。

当然，极片并不是生产刀片电池的唯一难点。刀片电池采用了叠片工艺，相较卷绕工艺实现了更高的能量密度，但如此长的极片，要保证分切地一致、堆叠时对齐，才能保证生产出的电池拥有良好的一致性。

通过完全独立自主开发的设备和裁切方案，弗迪电池工厂的叠片在960mm宽度的基础上，实现了每分钟200片的叠片速度和小于0.3mm的对齐公差控制。按照官方说法，这一速度达到了世界领先的水平。

4.刀片电池与CTP技术有什么区别？

刀片电池实际上也是一种CTP（Cell To Pack，无模组）方案，属于结构创新而非材料创新。

CTP技术大幅减少了电池组中的电池模组，将十数个小的模组变成了两个或四个大的模组，从而省去了大量的零部件、连接线和壳体，在相同体积的电池组中容纳了更多电芯，提高了电池组整体的能量密度。

而比亚迪的刀片电池组由于其电芯本身足够长，通过特殊的设计和组装工艺，可以实现更彻底的无模组化。

此外，其他厂商的CTP技术，很多依然是基于现有的电芯，对布局重新设计而实现的，这就导致电池组的尺寸控制依然会被电芯的规格所限制。而比亚迪的刀片电池由于形状规整、排列简单，电池组的尺寸可以直接实现电芯级的调整。

官方表示，刀片电池的电芯长度可以是600-2000mm，可以根据不同的需求投产不同尺寸的电芯。

5.刀片电池低温性能表现？

由于刀片电池也是一种磷酸铁锂电池，很多人对其低温性能抱有疑虑。

但根据官方的介绍，比亚迪针对刀片电池组进行了多项专门设计，以保证其低温性能。

首先，刀片电池组中全部采用了液冷式热管理系统，同时在电芯的上下部分采用了大面积的保温材料，以保证热管理系统可以良好运作。

同时，在极片材料上，比亚迪采用了纳米化的磷酸铁锂，通过减小材料粒径缩短锂离子的迁移路径，改善了电池组的低温功率性能。

基于这些设计，刀片电池组在零下20度的环境下，依然可以保持常温90%的放电能力。而在充电时间和充电功率方面，在零下10度时，刀片电池的充电速度要比NCM811电池慢15分钟左右，差距有，但并没有很大。

6.刀片电池有什么不足？

除了低温充电效率略低于三元电池外，刀片电池最大的不足在于其后期可维护性。

前文说过，刀片电池组实际上也是一种CTP方案，它的电池组内部直接就是一个个的电芯。而这些电芯并非直接放置在电池组中的，而是被各种连接件安装、并通过特殊胶水固定的。

上图可以看到电池表面明显的胶印。这种用来固定电芯的胶水可以牢牢地将电芯固定在电池组中，同时起到一定的导热、阻燃和缓冲效果，但相应地，电芯被黏在一起之后就很难再拆开。

这就导致一个问题：电池组中的单个电芯出现故障，就要直接更换整个电池组。而传统的模组化电池组，就可以通过更换单个模组来维修，这无疑大大增加了采用刀片电池车型的电池故障维修成本。

当然，这并不只是比亚迪一家面临的问题，而是所有CTP技术都需要解决的问题。例如蜂巢能源CTP和宁德时代CTP技术，都是直接用胶将电芯黏在底板上，整个电池组的含胶量都是很高的。

目前来看，可以通过超低温来破坏胶的强度，从而实现低损从CTP电池组内将单个电芯取出。但这项技术目前实现难度大、环境要求高、成本高，暂时还难以大规模的应用，所以厂商只能通过提高电芯一致性、降低单个电芯的故障概率来减少电池组的维修需求。

可见，刀片电池并没有大家想象中的那么神秘，它本质上依旧是磷酸铁锂电池。但它在结构上进行了大量的创新，从而实现了优秀的安全性。

而比亚迪敢于推出刀片电池，关键就在于比亚迪的先进工艺，包括宽幅极片的制造、高速高精度的叠片工艺等等，这些是比亚迪的核心技术，所以在这次工厂参观中许多工序也没有向我们展示。

但基于现有的刀片电池，其实还有更多可能性。如比亚迪动力电池开发中心总监孙华军所说，目前的刀片电池，实际上只是1.0的水平，未来还将推出能量密度更高、性能更强的升级产品。

同时，当消费者有需求时，磷酸铁锂材料不能满足人们的续航需求时，刀片电池生产工艺或许也会被用来生产三元锂电也说不定。

比亚迪取得电池包及车辆专利，通过安装架可将电池包固定在车身上，不需要焊接托盘，安装工艺简单，生产成本较低

金融界2024年1月29日消息，据国家知识产权局公告，比亚迪股份有限公司取得一项名为“电池包及车辆“的专利，授权公告号CN220400676U，申请日期为2023年7月。

专利摘要显示，本实用新型涉及一种电池包及车辆，电池包包括电池包壳体、电芯组、第一安装座、第二安装座及安装架，所述电芯组设置在所述电池包壳体内；所述电池包壳体具有相对的第一侧板及第二侧板，所述第一安装座固定在所述第一侧板的外表面上；所述第二安装座固定在所述第二侧板的外表面上；所述安装架包括与所述第一安装座固定连接的第一连接部、与所述第二安装座固定连接的第二连接部及用于连接在车身上的第三连接部，所述第一连接部的底端与第二连接部的底端相连，所述第三连接部连接在所述第一连接部及第二连接部的顶端。这样，通过安装架可将电池包固定在车身上，不需要焊接托盘，安装工艺简单，生产成本较低。

本文源自金融界