“硬刚”三元锂电池！比亚迪“刀片电池”究竟倒逼了谁？
汽车日报 张屹鹏
[ 行业] “将倒逼整个新能源汽车行业作出改变！”
面对标题中的问题，不久前刚刚当选《财富》(中文版)年度中国商人的比亚迪集团董事长兼总裁王传福，给出了十分霸气的答案。
比亚迪集团董事长兼总裁王传福
3月29日，比亚迪宣布推出“刀片电池”。在过去一段时间里引发行业大肆关注后，这个比亚迪引以为傲的电池技术终于有了正式“名分”。
“垂直整合是被逼出来的”、“将倒逼整个新能源汽车行业做出改变”、“把‘自燃’这个词从新能源汽车的字典里彻底抹掉。”发布会上，让人眼花缭乱的特效抢到了镜头，却抢不过王传福口中一条条“金句”的风头。
“刀片电池”，这到底是什么？简单而言可以用一句话来描述：“刀片电池”的很多电芯，既是能量体又是结构件，电池包内的空间利用率显著提升，在采用磷酸铁锂正极材料后，更高的产品稳定性和更低的故障率随之而来。
若精简为三个关键词，即“梁”、“蜂窝铝板”、“磷酸铁锂”。
首先，“刀片电池”之所以可以诞生，功劳簿里得写上“空间利用率概念”。众所周知，传统电池包是先将多个电芯组成模组，然后将多个模组结合在一起，便成了电池包。
这样的做法像把双刃剑，为了加强内部强度，传统电池包内包含有大量结构件，模组的重量高达几百公斤，电芯在电池包内部实际的空间占用率只有40%左右，专家们只能通过各种方法压缩模组的体积和重量，以增加系统能量密度，从而提升车辆续航里程。
比亚迪的研发人员非常清楚，结构件的作用是起到必要的固定和支撑作用，但如果不“去掉”模组和梁，改善空间利用率将变得非常困难。
于是，“刀片电池”内的电芯被固定在了梁上，从而摇身一变增加了一重结构件的身份。经过重新设计的电芯由于形状类似刀片，扁而长，所以将其取名为“刀片电池”。
省去了大量结构件后，相较传统的有模组电池包，“刀片电池”的体积利用率提升了50%以上，体积能量密度得到增加，续航里程达到了高能量三元锂电池的同等水平。
对于电芯的新身份，比亚迪集团副总裁兼弗迪电池董事长何龙举了一个生动的例子，如果用两手握住一个刀片的两端，沿着较大的面进行弯折会很容易，但若换个角度立起来，弯折就变得非常困难。“一般传统的电池有4-5根梁，‘刀片电池’有100根电池/梁，由他们组成的电池堆强度会非常强。”
同时，“刀片电池”还借鉴了蜂窝铝板的原理，在电池堆的上下两面贴上了两片高强度板，结构强度得到了进一步提升。
但是要说明的是，相对于宁德时代的CTP无模组方案，比亚迪“刀片电池”的电芯经过了重新的设计，而宁德时代CTP则是在原有电芯规格不变的基础上进行创新。
除此之外还有一点很关键，即磷酸铁锂。
“刀片电池”的正极材料采用了磷酸铁锂，由于不含非常稀有的钴元素，磷酸铁锂电池的成本较三元锂电池更低，安全性也更高。但是一直以来，由于缺少活性更强的元素，磷酸铁锂电池的能量密度是一大短板，这也让其与三元锂电池的竞争中逐渐处于落后地位。
王传福对此没有进行掩饰，他坦言，“这两种路线之争，比亚迪一直坚持做的磷酸铁锂电池被三元锂电池抛在了身后，但我们从未放弃对磷酸铁锂电池的再研发，”作为比亚迪的掌门人，他多么希望能够完成对三元锂电池的逆袭。
由于空间利用率大幅提升，能量密度便有了保证，这让比亚迪可以安心的让磷酸铁锂正极材料完成回归。在何龙看来，磷酸铁锂电池具有放热启动温度高、放热慢（温升慢）、产热少、分解不释放氧气等特点。
凭何敢喊出“改变整个行业”？不久前，一条关于“刀片电池”通过针刺穿透测试的视频出现在网络上。随着纯电动车起火事件频出，针刺穿透测试变成了一项非常必要的测试方式，且被行业内公认为对电池电芯安全性最为严苛的检测手段。这项测试的原理是，用一根3到8毫米的钢针将动力电池电芯刺穿，造成电芯内部的大面积短路。
很多三元锂电池在该测试下，会出现剧烈的温度变化，表面温度甚至会迅速超过500摄氏度，并发生极端的热失控。根据比亚迪的测试，即使是传统块状磷酸铁锂电池在被穿刺后，虽然无明火，但也会冒烟，表面温度会达到200~400摄氏度。
但是，比亚迪“刀片电池”在穿透后却无明火，无烟，电池表面的温度仅有30-60摄氏度左右，电池表面的鸡蛋无变化，仍处于可流动的液体状态。对此中国科学院院士欧阳明高分析称，“刀片电池的设计使得它在短路时产热少、散热快。”
另外，“刀片电池”还进行了挤压测试，从挤压到到断裂，“刀片电池”出现了冒烟但并未起火爆炸。而在炉温测试中，“刀片电池”被加热到390摄氏度未起火。在过充测试中三级保护全部失效的情况下，过充260%未出现起火爆炸。
所以，比亚迪的自信来源显而易见：安全。
有数据统计，如今新能源汽车起火案例中，约有58%的起火原因是因为电池起火。这样的大背景下，“刀片电池”给了比亚迪倒逼整个行业的机会。据王传福先生透露，“刀片电池”将率先在比亚迪汉上搭载应用，其他车型暂无规划。据悉，比亚迪汉将于今年三季度上市。
拔出的剑是“刀片电池”，拔剑的方式是开放。
3月16日，比亚迪宣布成立弗迪公司，分别是弗迪电池有限公司、弗迪视觉有限公司、弗迪科技有限公司、弗迪动力有限公司、弗迪模具有限公司。比亚迪希望，借此进一步加快新能源汽车核心零部件的对外销售。
“刀片电池”是弗迪电池成立后的第一款重量级产品，独立后其将拥有更多的自主权，无疑也会更有助于加快全球电动化的普及。“几乎你能想到的所有汽车品牌，都在和我们探讨基于‘刀片电池’技术的合作方案，相信大家很快就能看到、听到刀片电池更多精彩的消息。”何龙说道。
写在最后：如果放在几年前，“刀片电池”的出现也许不会引发业内如此大的反响。时至今日，很多新能源车企在不约而同的“攀比”续航里程，这也导致了安全性被悄然移到了次要位置，行业的技术发展方向出现了偏离，“‘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。”王传福此言能否得到验证，接下来的开放程度、效果将是关键，但不可否认的是，无模组电池已成为动力电池新的重要发展趋势，磷酸铁锂正极材料也会随之逐步回归市场。
长城用三元锂造出了小号刀片电池，它和比亚迪谁更安全？
作为一个现在还手持三星手机的人，遇到最多的问题就是，“你不知道三星Note 7吗”？为此，我只能多次解释，三星后来的旗舰手机都采用的凝胶电池，基本不存在“放烟花”的风险了。当然，反馈给我的一版都是一众疑惑脸。不过这并不是我今天要聊的重点，但它对于接下来要聊的，来自蜂巢能源的短刀电池却很有帮助。
近日，蜂巢能源官方展示了其短刀电池在针刺、振动、海水浸泡等安全测试的结果，并且对于很多消费者比较关注的针刺试验方面，其电池电芯可以不起火、不冒烟。那么今天也是就安全这一问题，一起聊一下这款短刀电池。
短款的刀片电池，效果如何？首先从命名上来看，短刀电池就非常接近当下比较火爆的比亚迪刀片电池。同时，刀片电池的出圈也是靠着出色的安全表现。那么短刀电池与刀片电池，除了名字接近，还有其它相同点吗？
其实相同点就是在“刀”上，即两款电池都很扁平，比如刀片电池的厚度仅有13.5mm。当然不能忽视短刀电池还有一个“短”字，所以长度上两者差异还是很大。短刀电池长度最长的L600电芯，实际长度大约为574mm。这相比刀片电池动辄超过1米以上的长度而言，确实属于“短刀”范畴。但是与一般电池单体电芯的长度来比较，其实还是算很长的了。比如根据国轩高科披露的数据，大众新能源汽车的标准电芯长度有可能为256mm。
这其中或许有专利、市场等方面的考虑，在刀片电池吃下尺寸更长的市场之后，短刀电池可能需要在技术方向上与之拉开差距，避免未来出现的技术专利争执。但同时，短刀电池的发展方向也必须符合市场需求。所以短刀电池在双排布局的情况下，很容易实现刀片电池的布局效果，即574mm×2即可。同时，574mm的长度也符合市面上比较常见的590模组，这方面蜂巢能源早期就已有布局。不过由于横排两个电芯始终还是有缝隙，所以短刀电池目前应该还是会比较依赖模组形式来保障电池包的支撑性。未来是否可以在短刀电池的基础上实现无模组设计，就得看蜂巢能源的发展方向了。
至于说为什么方形电芯都有做成“片状”的趋势呢？仅从安全性来考虑，片状电池的表面散热面积更大，可以降低过热导致的热失控风险。同时，在布局方面也更容易设置防爆阀等结构，迅速排出高温、高压。实际上刀片电池目前就是这么做的。同时，刀片电池因为特别长，所以短路回路也长，产生的热量较少。短刀电池虽然在长度上比不过刀片电池，但前面也介绍过，它目前需要依靠电池模组实现最后的电池包总装。而模组本身就可以提供抑制热传导，以及提供散热的功能。
那么，介绍到这里为止，短刀电池就是短一点的刀片电池吗？显然不是的。因为在目前的状态下，大家总是把刀片电池与磷酸铁锂电池划等号，然而短刀电池是有三元锂电池方案的。三元锂电池的好处自不必说，它对于提升电池电芯的能量密度，有着立竿见影的效果。据介绍，采用三元锂电池方案的短刀电池，其能量密度可以达到230Wh/kg，基本可以摸到主流三元锂电池的水平。但这就有了下一个问题，用上三元锂还能像磷酸铁锂那么安全吗？短刀电池对此的解决方案是“果冻电池”。
“固体”电解液，三星直呼内行？在电池高速发展的今天，各种电池技术的命名增出不穷，大家也许都要被绕晕了。但其中有电池布局、电池模组、电池正极材料等各方面的技术差异。而“果冻电池”指的是电解质材料。这一技术是蜂巢能源在2020年底正式发布的。据当时的宣传，该技术拥有与传统电解液类似的导电效率，但在安全性方面具备“自愈功能”，满足满电情况下的针刺试验中“不起火、不冒烟”。
而作为三星手机用户，在第一眼看到形容电解质的“果冻电池”的时候，就敏感的联系到了“凝胶电池”。果不其然，蜂巢能源的“果冻电池”也是基于凝胶型电解质材料打造的。
自Note 7“烟花”事件之后，三星在之后的旗舰手机中可谓一朝被蛇咬十年怕井绳，直接启用了市场上非常小众的凝胶电池，而它最大的优势就是安全。由于电解液基本呈现“固态”，所以即使在电池破损的情况下，凝胶电池都能无化学液体流出。从而实现对燃烧甚至爆炸的抑制，以及减少腐蚀和污染。同时，由于自放电小，凝胶电池在长期存放的情况下，更容易恢复活力。以及还拥有温度环境适应性更好，以及使用寿命更长等优势。
那为什么凝胶电池一直都是小众选项呢？贵当然是其中之一，毕竟用得少，边际效用也小。但另一方面，在性能上，凝胶电池的固态电解液导致离子通过时阻力变大，高倍率性能一般。所以这些年除了苹果躺平之外，凝胶电池是三星在快充方面也远远跟不上国产手机品牌的主要原因。同时，在单位体积下，凝胶电池的容量也无法与普通电池相比。考虑到手机的便携性，以及功能的复杂性，这两大缺点已经足够劝退很多厂商了，何况它比聚合物电池还贵。
不过，首先在安全性方面，新能源汽车厂商们面对的，或许也正是当年三星所面临的信任危机。在这个基础上，高额的投资未必不是不能接受的。其次，三星事件已经是多年前的老黄历。凝胶电池在商业上的开发与运用已经又经过了多年迭代。最明显的就是三星手机目前的快充能力也逐渐拉回主流水平，在强大的硬件自营基础上，三星在旗舰机型上的续航水平和重量控制，都始终保持在较高的水准。这说明凝胶电池的技术进步，以及在综合产业链的考量下的成本与产品的可控性。
说回汽车领域，对于采用凝胶型电解质的“果冻电池”而言，其面临的复杂性当然要比手机更强。但是从坚持提供三元锂电池的解决方案来看，即使采用凝胶电解质，其单体能量密度仍然是很可观的。其次，蜂巢能源也还有800V的高压系统规划。既然快充有可能不敏感，那就加压？最后就是蜂巢能源一直都在强调自己的出货量规划（预计在2025年将产能扩大到600GWh，实现全球动力电池市占率25%）。这样一来，即使没有其它玩家入局，蜂巢能源自己一家就能完成凝胶型电池的成本边际效应。
