比亚迪动力电池论文参考文献

随着新能源汽车市场越来越成熟，以及以往鼓励高能量密度动力电池的补贴政策即将退出，如今，中国新能源汽车动力电池的市场格局正在悄然发生变化。

种种迹象表明，三元锂电池尽管仍是新能源乘用车动力电池的主要技术路线，但磷酸铁锂电池的回潮趋势正铺面而来。

主机厂中，大众汽车计划收购以磷酸铁锂电池为主要业务的国轩高科的股权、特斯拉将采用无钴电池（磷酸铁锂是选项之一）；电池供应商方面，宁德时代推出CTP电池技术，有些品牌的纯电动车即将搭载由磷酸铁锂电芯集成的CTP电池包。在产品方面，包括奇瑞新能源、长城欧拉、新宝骏等品牌将推出搭载磷酸铁锂电池的纯电动车。

显然，磷酸铁锂电池的回潮在所难免。3月29日，比亚迪发布了业界期待已久的“刀片电池”，并获得行业顶级专家的认可。“刀片电池”特殊的设计和结构能让磷酸铁锂电池进一步扬长避短，为比亚迪重塑动力电池市场格局增添砝码。作为全球最大的磷酸铁锂电池供应商，比亚迪借“刀片电池”正式拉开了反攻的序幕。

“刀片电池”捍卫安全底线

相比三元锂电池来说，以磷酸铁锂材料为正极的“刀片电池”最大的优势就是安全性能。比亚迪集团董事长兼总裁王传福在发布会现场放出豪言——“刀片电池”将把“自燃”这个词从新能源汽车的字典里彻底抹掉。

尽管搭载磷酸铁锂电池的电动汽车也出现过自燃，但比例远远低于三元锂电池。

新能源汽车国家大数据联盟2019年8月发布的《新能源汽车国家监管平台大数据安全监管成果报告》显示，2019年5-7月，新能源汽车国家监管平台共发现了79起新能源汽车安全事故，已查明原因的着火事故中，58%的车辆起火源于电池问题，而其中86%的事故车辆使用的是三元锂离子电池，7%的事故车辆使用的是磷酸铁锂电池。

从动力电池不同正极材料的电化学性能来看，磷酸铁锂材料的热稳定性优于三元锂材料，因此引发电池热失控的风险较小，热失控是导致动力电池燃烧、爆炸继而引发整车安全事故的主要因素。而“刀片电池”特殊的形状和结构设计进一步提升了磷酸铁锂电池的安全性能。

比亚迪现场展示的一段“针刺实验”的视频充分展示了这一点。

“针刺测试”是业界公认的最严苛的电池安全检测项目，模拟的是电池被贯穿导致内短路这种极度危险情况下的整车安全。视频显示，在同样测试条件下，三元锂电池在针刺瞬间出现剧烈温升，表面温度迅速超过500℃并发生剧烈爆燃；传统磷酸铁锂块状电池无明火、有烟，表面温度达到200℃-400℃；“刀片电池”在被钢针穿透后无明火、无烟，电池表面温度只有30℃-60℃左右。

中国科学院院士、新能源汽车领域顶级专家欧阳明高表示，“刀片电池”散热面积大（单个电芯最长达到2.5m，也更薄），短路的回路比较长，产热能力会相对下降。在产热下降同时散热面积大，所以在“针刺实验”中表现优异。

除了“针刺测试”以外，在挤压测试中，刀片电池发生形变后也相对稳定，即使断裂后仍没有起火。在炉温测试中，将“刀片电池”从常温加热到300度时仍没有起火。在过充测试中，“刀片电池”过充260%后也没有起火。

不过，对于“刀片电池”的安全问题，行业内也有疑问，比如电芯又长又薄，强度可能不够，从而增加单个电芯和整个电池包的形变风险。

对此，比亚迪集团副总裁兼弗迪电池董事长何龙表示，“刀片电池”包拥有超级强度。每一片“刀片电池”都既是能量体又是结构体，每片电池都是一个结构件。传统电池包内部有4-5根梁，而“刀片电池”包里面的100个电池就相当于100个梁，再加上电池堆上下两面粘贴了两块高强度的蜂窝铝板，进一步增加了电池包的强度。

兼顾高能量密度和长续航

除了高安全性能以外，“刀片电池”也弥补了传统磷酸铁锂电池能量密度不足的短板，尤其是体积比能量密度，已经接近811三元锂电池的水平。

传统的电池包构成是先将电芯组成模组，再将模组排布在托盘上，通过一些结构件固定和连接，最终组成电池包。模组内部也有结构件，电池空间利用率只有80%。从模组到电池包，空间利用率只有50%，总体来说整个电池包的空间利用率只有40%。

对于“刀片电池”包来说，每一片电池都既是能量体也是结构件，相当于电池包内部的梁，解决了固定问题和结构问题，电池包空间利用率达到60%，空间利用率提升了50%。

由于空间利用率提升，相同体积的“刀片电池”包内可以布置更多容量的电芯，从而增加电动汽车的载电量，提高车辆续航里程。以比亚迪汉EV为例，单次充电后NEDC综合工况续航里程达到605公里，已经与目前搭载三元锂电池的纯电动汽车的续航上限不相上下。

另外，“刀片电池”拥有超长循环寿命，循环充放电次数可以达到3000次以上，相当于超过120万公里的行驶里程。

“刀片电池”能夺回新能源乘用车市场吗？

欧阳明高认为，“刀片电池”在安全性、体积比能量密度和成本方面都有优势。那么，“刀片电池”能够逆转目前三元锂电池主导新能源乘用车市场的竞争格局吗？

中国汽车动力电池产业创新联盟的数据显示，2018年，中国动力电池总装车量为56.9 GWh，三元锂电池和磷酸铁锂电池分别占58.1%和39%。2019年，三元锂电池的市场份额提升至65.2%，磷酸铁锂电池降至32.5%。

2020年1-2月，三元锂电池装车量进一步提升至72.1%，磷酸铁锂电池装车量则降至27.4%。

虽然磷酸铁锂的市场份额不断下滑，但事情正在起变化。从产量来看，今年1-2月中国动力电池总产量为1.7GWh，其中，三元锂电池产量0.8GWh，占比47.9%；而磷酸铁锂电池产量0.9GWh，占比51.6%。后者产量已经超过前者。

EV世纪认为，过去两年磷酸铁锂电池的装车量之所以连续下滑主要是因为补贴政策以电池能量密度为主要标准，不断推高能量密度占优势的三元锂电池的市场份额。另外，磷酸铁锂电池主要搭载商用车，市场空间较小。在新能源乘用车市场，主要配套A级以下的小型或者微型车，而这两个级别车型的市场也处于萎缩状态。

而随着“刀片电池”的诞生，磷酸铁锂电池能量密度低、整车续航短的局面将得到根本扭转。不仅是小微型纯电动车，即使是更加主流的A级轿车或者紧凑型SUV等车型，甚至是比亚迪汉EV这样的C级车搭载“刀片电池”后续航里程也能满足用户需求。再加上高安全性能和成本优势，“刀片电池”完全可以从三元锂电池手中夺回属于自己的市场份额，重塑动力电池市场的竞争格局。

总结：

王传福认为，过去几年对动力电池能量密度不切实际的追求，带偏了新能源汽车的发展路线，新能源乘用车安全口碑付出了惨重代价。而“刀片电池”要将动力电池发展引回正道。这一点直击电动汽车安全这个用户最大的痛点。

从技术特点和优势来看，“刀片电池”毫无疑问对其他汽车厂家具有吸引力。根据目前的公开信息，比亚迪动力电池已经获得东风、丰田、奔驰等外部客户，不久前获得了初创电动汽车公司——理想汽车的订单。

而弗迪电池等5家新成立不久的弗迪公司将拥有更多自主权，从而加速推动比亚迪动力电池业务的独立。据了解，弗迪电池重庆工厂年产能将达到20GWh。

在3月29日的发布会上，比亚迪集团副总裁兼弗迪电池董事长何龙表示“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”。可见“刀片电池”的受欢迎程度。在中国新能源汽车市场愈发成熟，用户需求越来越多样并且对安全的追求一如既往的背景下，我们完全有理由相信“刀片电池”会有一席之地。

本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

这两天比亚迪汉EV的动力电池成为热点，除了其回归磷酸铁锂路线以外，由于它的新电芯造型又薄又长，因此得名“刀片电池”，听起来就很厉害的样子！

不过根据工信部申报目录的信息，全新的第一代刀片电池的系统质量（注意这个词，很重要）能量密度只有140Wh/kg，相比很多160、甚至180Wh/kg的产品，不仅不够出彩，甚至还有些落后...那么它的亮点究竟在哪里呢？

首先我们来看看刀片电池和目前其他主流电池的区别。

这是方形铝壳电芯，目前比亚迪旗下95%以上的产品，以及其他很多主流品牌都在使用。

这是软包电芯，与方形电芯的区别是外壳采用了铝塑膜包装，体积更小，更薄。

接下来这个我们看起来非常眼熟的，就是特斯拉在使用的圆柱电芯，有如图中的18650规格，和更大一些的2170规格。由于单体电芯体积和容量较小，所以每一台特斯拉上都有数千个这样的电芯存在。

最后就是比亚迪的刀片电池了，由于目前还没有实物图，先凑合用专利图看个大概...

通过尺寸数据可以看到，刀片电池的高度和厚度是固定的，高度为118mm，厚度13.5mm。主要是长度部分，刀片电池从435mm到2500mm有多种规格。

最长可以达到2.5米的长度，这是之前的电芯形式上从未出现过的。

由于长度足够，所以电芯内部也可以做些文章。比亚迪在不同规格的刀片电池电芯内，可以通过串联或并联连接多个极芯，极芯组之间设置有隔板，将电芯的空间分隔成若干个容纳腔，这些容纳腔形成类似的蜂巢结构，并且具备密封和注液通道。

刀片电池可以简化目前主流电池的层层集成结构，不再需要“电芯Cell-模组Module-电池包Pack三级”固定成组方式，可以直接通过电芯组成电池包，即Cell To Pack（CTP）。

上图为比亚迪秦Pro EV的动力电池包结构，一个个成组后的方形电芯模组，被一条条线束和液冷管路连接起来，其中还要加入很多结构件和支撑件，电芯到模组的体积集成效率大约为78%。

相比起来，刀片电池的成组就要简单的多，减少了模组级的结构件，并极大的简化电池包上的装配支撑结构，使得整个电池包结构明显简化，电芯到模组的体积集成效率可以达到90%，从而提高了体积能量密度。

因为乘用车的底盘空间有限，不能容纳一个体积很大的电池包，越是底盘偏低的轿车/跑车这个要求越突出。因此如果我们要讨论集成效率提升的话，体积利用效率是最直接最有效的研究判断指标，而不是只执着于常见的质量能量密度Wh/kg。

传统的模组为了保证其作为一个独立的单元具有良好的力学性能，需要侧板端板等防护结构，因为多级集成也需要低压线束、高压连接等电气元件。

在使用刀片电芯技术后，这些结构可以得到极大的简化，更大尺寸的电芯/近似模组的设计使得在电池包等级上的装配生产复杂度和成本明显降低，质量和体积上更紧凑，利用率更高。更加一体化的设计理念也可以很好的提高水冷、加热等元件的集成度。

虽然磷酸铁锂材料的刀片电池在质量能量密度上还达不到三元电池的高水平，但是它可以在一定的容积下，装入更多的容量的电池，表现在产品的实际续航方面丝毫不比三元电池的主流产品差多少。我们上面提到的比亚迪汉EV，NEDC综合续航里程最高就有605km，这几乎是当前国内自主品牌的最高水准了。

有人说多塞电池，那车的整备质量不就上去了吗？别忘了比亚迪独有的e平台技术，通过高压系统的集成和低压系统的整合，比亚迪在轻量化方面是有着很大优势的，反应在比亚迪汉EV上，这台将近5米的纯电动轿车，整备质量也才2020kg，并没有多么夸张。

另外别忘了磷酸铁锂电池在成本上的优势，降低的成本可以直接在车辆终端价格上给予消费者最大的实惠。

至于比亚迪为什么不干脆直接使用三元材料的刀片电池，我想除了部分技术原因外，老王对磷酸铁锂的情怀可能更多一些吧。

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