趕在特斯拉電池技術(shù)日之前，比亞迪祭出了「刀片」電池。

刀片電池的發(fā)明專(zhuān)利，排名第一位的著作人是王傳福。從刀片電池體積能量密度達(dá)到了 330Wh/L，以及將首次搭載在漢 EV 上這一點(diǎn)，可以感受到其新電池技術(shù)的「殺氣」。

經(jīng)過(guò)近幾年的市場(chǎng)教育，如今人們對(duì)純電動(dòng)車(chē)的電池技術(shù)、續(xù)航里程和安全技術(shù)都有了初步認(rèn)識(shí)。

車(chē)企想要獲得更多的市場(chǎng)，必須拿出更多的實(shí)力。比亞迪此時(shí)推出刀片電池這項(xiàng)新技術(shù)，或許意味著王傳福要賭一把大的。

1、刀片電池為何物？

一直以來(lái)，動(dòng)力電池由電池單體（CELL）、電池模組（Battery Module）、電池包（Pack）三部分組成。

直到寧德時(shí)代推出 CTP 技術(shù)，去掉電池模組，直接將單體組裝為電池包，也即 CTP（cell to pack），由此大幅提升了電池的能量密度。

本質(zhì)上，刀片電池和寧德時(shí)代的 CTP 技術(shù)路徑相似，均是通過(guò)去掉電池模組，再通過(guò)特定的包封裝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電池能量密度提升。

比亞迪的刀片電池是將單體拉長(zhǎng)，做成「刀片」式的外形，再將多個(gè)長(zhǎng)單體直接組裝為電池包。

比亞迪選擇磷酸鐵鋰電池產(chǎn)品來(lái)應(yīng)用刀片電池的封裝技術(shù)。而寧德時(shí)代則是基于三元鋰單體完成封裝。

目前，比亞迪和寧德時(shí)代分別為刀片電池和 CTP 技術(shù)申請(qǐng)了專(zhuān)利。

比亞迪的刀片電池專(zhuān)利文件這樣描述，「單體電池的第一尺寸大于等于 600mm，小于等于 2500mm。電池包通過(guò)多個(gè)長(zhǎng)單體電池形成的電池陣列，提高了電池包的容量。同時(shí)采用特定范圍的的第一尺寸，可以通過(guò)單體電池本身提高電池包的整體剛度。」

研發(fā)刀片電池的目的是提升電池能量密度，最終增加電動(dòng)車(chē)?yán)m(xù)航里程。

能量密度有質(zhì)量能量密度、體積能量密度之分，分別指一定重量、空間里能搭載多少容量的電池。

以單體的質(zhì)量能量密度為例，現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)可實(shí)現(xiàn)的最大能量密度為 300 瓦時(shí)/公斤。

中國(guó)科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽(yáng)明高此前表示，「單體比能量提高到一定程度，鋰離子電池現(xiàn)有材料體系是有瓶頸的，要是把比能量做到足夠高的話(huà)，遇到安全瓶頸就要加附加裝置，并不是說(shuō)不安全，一加裝置成本就上去了?！?/p>

比能量指的是單位重量或單位體積的能量。按照歐陽(yáng)明高的說(shuō)法，質(zhì)量密度達(dá)到 300 瓦時(shí)/公斤后，如果再想突破，就要求材料技術(shù)和安全裝置同步跟進(jìn)。

在這樣的背景下，改變單體形狀和電池包封裝形式，以嘗試做出更大的體積能量密度，就成了電池研發(fā)的另一個(gè)主要方向。

比亞迪刀片電池也正是基于這一考慮。

那么，如何將這些刀片電池組裝成電池包，并滿(mǎn)足動(dòng)力電池的安全要求呢？

有數(shù)據(jù)顯示，與比亞迪的歷史產(chǎn)品相比，刀片電池的單體電池長(zhǎng)度增長(zhǎng)了 800mm，厚度減少了 20mm。

這意味著，刀片電池將在工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、安全保障等方面面臨挑戰(zhàn)。

2、打造刀片電池

在 2020 年中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)上，王傳福首次披露正在研發(fā)刀片電池，并稱(chēng)這款電池的體積能量密度比傳統(tǒng)鐵鋰電池提升了 50%。

這是如何做到的？

總體來(lái)看，刀片電池的研發(fā)思路是，不改變單體正負(fù)極材料，僅改變單體形狀，再通過(guò)排布方式的重組，增加單體搭載量，從而實(shí)現(xiàn)整體能量密度的提升。

而傳統(tǒng)電池的制作工藝是，先將單體組裝到模組中，再將模組組裝成電池包。

在第一個(gè)環(huán)節(jié)，模組的空間利用率一般可以做到 80%，剩下的空間由模組的結(jié)構(gòu)件等填充。

在第二個(gè)環(huán)節(jié)，由于要布置 4-5 根用于支撐電池包結(jié)構(gòu)的梁，來(lái)支撐電池包，再加上電池包的結(jié)構(gòu)件，導(dǎo)致電池模組在電池包的空間利用率為 50%。

經(jīng)過(guò)這兩個(gè)環(huán)節(jié)，電池包的空間利用率只能做到 40%。

刀片電池是這樣解決空間利用率的問(wèn)題的：

它直接去除了模組和梁，采取了用單體組成電池包的方式，模組和梁所起到的固定和支撐功能，則由「刀片」式的單體電池去承擔(dān)，單體電池既是能量體，又是結(jié)構(gòu)件。

再具體一些，就是將單體拉長(zhǎng)，并固定在電池包的邊框上，這樣最終將電池包的空間利用率做到 60% 以上。

從 40% 到 60%，這就是此前王傳福所說(shuō)的空間利用率提升了 50%。

這意味著，原來(lái) 400 公里續(xù)航的車(chē)，在搭載刀片電池之后，將能夠直接增加 200 公里續(xù)航。

比亞迪股份有限公司副總裁、弗迪電池有限公司董事長(zhǎng)何龍透露，從 2005 年開(kāi)始從事動(dòng)力電池研發(fā)，2008 年開(kāi)始實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池量產(chǎn)，比亞迪擁有 100% 自主研發(fā)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)能力，動(dòng)力電池已經(jīng)在全球累計(jì)交付了超 75 萬(wàn)輛新能源車(chē)，以及超過(guò) 1GWh 的儲(chǔ)能電池。

至于刀片電池，目前多家車(chē)企均在和比亞迪探討合作方案。

唯一的問(wèn)題是，如何做到從單體到電池包的高效集成，以及將復(fù)雜的工藝進(jìn)行高效量產(chǎn)，并確保其安全性。換句話(huà)說(shuō)，刀片電池的可行性和安全性是否足夠好。

3、如何確保安全？

實(shí)際上，未來(lái)如果比亞迪的刀片電池占據(jù)主要市場(chǎng)份額，或許不是因?yàn)楦哂趥鹘y(tǒng)電池的體積能量密度，而是安全性。

刀片電池如何保障安全性呢?

通過(guò)雙重防護(hù)措施確保電池的強(qiáng)度，第一重是電池單體的排布方式。

何龍用一根直尺來(lái)演示刀片電池的強(qiáng)度原理。一根直尺平放，很容易折斷，但如果立起來(lái)，則非常難折斷。

比亞迪的刀片電池便是利用這種原理，將單體電池拉長(zhǎng)做薄，同時(shí)采用豎立排放的方式，將 100 塊單體組成一個(gè)電池包，從而為電池包帶來(lái)高強(qiáng)度。

第二重是防護(hù)，是借鑒蜂窩鋁板的原理，在 100 個(gè)單體組成的電池堆的上下兩面，粘貼了兩塊高強(qiáng)度的強(qiáng)度板，形成蜂窩鋁板結(jié)構(gòu)。如此一來(lái)，既起到了固定單體的作用，又能從上下兩個(gè)方向保護(hù)單體。

值得一提的是，有了這些技術(shù)支撐，比亞迪將刀片電池的技術(shù)與磷酸鐵鋰電池進(jìn)行了結(jié)合，磷酸鐵鋰材料具有很好的熱穩(wěn)定性，其具有放熱啟動(dòng)溫度高、放熱慢、產(chǎn)熱少和不釋氧等特點(diǎn)。

配合刀片電池的封裝技術(shù)，便可以將安全性發(fā)揮到極致，同時(shí)彌補(bǔ)磷酸鐵鋰電池能量密度低的天然缺陷。

為了證明刀片電池的安全性，比亞迪直接用行業(yè)最嚴(yán)苛的針刺實(shí)驗(yàn)進(jìn)行證明。

眾所周知，做好一款動(dòng)力電池產(chǎn)品，還需要經(jīng)過(guò)振動(dòng)試驗(yàn)、模擬碰撞、擠壓和海水浸泡等一系列實(shí)驗(yàn)。

其中，最難通過(guò)的是針刺實(shí)驗(yàn)，因?yàn)橛捎谂鲎?、擠壓等造成的熱失控仍屬于概率事件，而針刺實(shí)驗(yàn)是直接模擬電池內(nèi)部短路，用鋼針刺穿電池極板造成電池短路，從而引發(fā)電池?zé)崾Э?，進(jìn)而測(cè)試電池的安全性能。

針刺實(shí)驗(yàn)的大致方法是，將動(dòng)力電池充滿(mǎn)電，用直徑為 5-8mm 的耐高溫鋼針，以（25±5）mm/s 的速度，從垂直于電池極板的方向貫穿，貫穿位置宜靠近所刺面的幾何中心，鋼針停留在電池中，觀(guān)察 1 小時(shí)，不起火、不爆炸才算合格。

三元鋰電池針刺測(cè)試

磷酸鐵鋰塊狀電池針刺測(cè)試

比亞迪刀片電池針刺測(cè)試

比亞迪電池實(shí)驗(yàn)室將刀片電池和普通磷酸鐵鋰電池放到一起進(jìn)行針刺實(shí)驗(yàn)，最終刀片電池的結(jié)果勝出。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示刀片電池經(jīng)過(guò)針刺可以保持在 30 - 60℃之間，屬于動(dòng)力電池的安全運(yùn)行范圍。

有了這些安全保障，比亞迪打出旗號(hào)，宣稱(chēng)刀片電池將終結(jié)自燃，將「自燃」這個(gè)詞從新能源汽車(chē)的字典里徹底抹掉。

比亞迪的刀片電池將首次搭載在漢 EV 上，電池系統(tǒng)能量密度為 140Wh/kg，有兩個(gè)續(xù)航版本，單電機(jī)版 NEDC 續(xù)航為 605km，雙電機(jī)版 NEDC 續(xù)航 550km。

這樣的續(xù)航水平，即使與三元鋰電池相比，也是頗具競(jìng)爭(zhēng)力。

4、比亞迪動(dòng)力電池研發(fā)之路

目前我們已經(jīng)知道，刀片電池是弗迪動(dòng)力電池公司的第一款產(chǎn)品，弗迪動(dòng)力電池公司的前身是比亞迪鋰電池有限公司，成立于 1998 年。

2005 年，比亞迪開(kāi)始涉足動(dòng)力電池行業(yè)，最初研發(fā)的是磷酸鐵鋰電池。

自 2005 年推出旗下第一款磷酸鐵鋰動(dòng)力電池，此后十多年間，比亞迪不斷優(yōu)化磷酸鐵鋰技術(shù)，比如通過(guò)在磷酸鐵鋰電池中加入錳元素，來(lái)提升磷酸鐵鋰電池的能量密度等。

不過(guò)，雖然磷酸鐵鋰具備成本低、熱穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，但隨著市場(chǎng)對(duì)高續(xù)航里程電動(dòng)車(chē)的需求，市場(chǎng)上開(kāi)始研發(fā)能量密度可以做到更高的三元電池，后者并很快成為市場(chǎng)上乘用車(chē)搭載的主流動(dòng)力電池。

2015 年 8 月，隨著工信部新一批節(jié)能與新能源汽車(chē)目錄公布，搭載鎳鈷鋁酸鋰電池的比亞迪宋浮出水面。由于鎳鈷鋁酸鋰電池屬于三元電池的一種，外界開(kāi)始關(guān)注到比亞迪向三元電池的轉(zhuǎn)型。

直到 2019 年，比亞迪動(dòng)力電池裝機(jī)量累計(jì)為 10.757GWh，其中，三元電池裝機(jī)量為 7.97GWh，磷酸鐵鋰電池的裝機(jī)量為 2.77GWh，分別占比為 74.16% 和 25.83%，磷酸鐵鋰電池占比約為四分之一。

這里插一個(gè)有趣的細(xì)節(jié)，雖然將磷酸鐵鋰電池轉(zhuǎn)為三元電池，比亞迪的銷(xiāo)量增勢(shì)并未受到影響。

2015 年，比亞迪新能源車(chē)銷(xiāo)量達(dá)到 6.17 萬(wàn)輛，位居全球新能源車(chē)銷(xiāo)量第一。此后連續(xù)兩年，比亞迪的銷(xiāo)量穩(wěn)居銷(xiāo)量榜首，年銷(xiāo)量分別為 10.01 萬(wàn)輛、11.36 萬(wàn)輛。

直到 2018 年，特斯拉 Model 3 銷(xiāo)量爆發(fā)，比亞迪才以 24.78 萬(wàn)輛的成績(jī)位列第二。

這些車(chē)上搭載的動(dòng)力電池，均由比亞迪自己供應(yīng)。在新能源車(chē)銷(xiāo)量急速增長(zhǎng)的同時(shí)，比亞迪的動(dòng)力電池裝機(jī)量也在逐年攀升。

2017 年至 2019 年，比亞迪的年度動(dòng)力電池裝機(jī)量依次為 5.66GWh、13.37GWh、10.757GWh。

雖然實(shí)現(xiàn)了電池路線(xiàn)的順利轉(zhuǎn)型，王傳?；貞涋D(zhuǎn)型時(shí)卻并不甘心。

「幾年前三元電池和磷酸鐵鋰電池的路線(xiàn)之爭(zhēng)，曾以磷酸鐵鋰電池暫時(shí)偃旗息鼓而告一段落。比亞迪一直堅(jiān)持磷酸鐵鋰電池是天生安全性高但能量密度相對(duì)較低，從而被能量密度高但天生熱穩(wěn)定差的三元電池拋在身后?！雇鮽鞲Ｕf(shuō)。

比亞迪將部分產(chǎn)能轉(zhuǎn)向三元電池后，一直毫不動(dòng)搖地將安全放在首位，通過(guò)各種技術(shù)創(chuàng)新，不斷化解三元電池帶來(lái)的安全挑戰(zhàn)。

同時(shí)，鮮為人知的是，比亞迪從未放棄對(duì)磷酸鐵鋰電池的再研發(fā)。

轉(zhuǎn)折點(diǎn)發(fā)生在 2017 年。

當(dāng)年 5 月，比亞迪宣布將單獨(dú)拆分動(dòng)力電池部門(mén)。目前，這一拆分動(dòng)作目前已經(jīng)完成，也就是最近剛剛成立的弗迪系，旗下包括「弗迪電池」、「弗迪動(dòng)力」、「弗迪科技」、「弗迪視覺(jué)」和「弗迪模具」5 家公司。

將動(dòng)力電池部門(mén)拆分出來(lái)，意味著比亞迪開(kāi)始走向開(kāi)放的道路。

很快，比亞迪的動(dòng)力電池開(kāi)始向外部車(chē)企供應(yīng)。第一個(gè)客戶(hù)是東風(fēng)汽車(chē)，當(dāng)時(shí)東風(fēng)的兩款車(chē)型搭載了比亞迪磷酸鐵鋰電池。

2018 年 5 月，比亞迪和長(zhǎng)安汽車(chē)達(dá)成戰(zhàn)略合作暨電池合資合作協(xié)議，并在此后進(jìn)一步披露，兩家車(chē)企的電池合資公司將在重慶兩江新區(qū)落地。

在技術(shù)研發(fā)上，弗迪系也很快交出刀片電池這一硬核答案，并將其應(yīng)用在磷酸鐵鋰電池上?？梢院侠硗茰y(cè)，接下來(lái)將不止?jié)h EV 會(huì)搭載刀片電池，比亞迪的更多車(chē)上也將轉(zhuǎn)向采用磷酸鐵鋰電池。

值得注意的是，在采用磷酸鐵鋰電池這條路上，比亞迪并不孤單。

去年，媒體報(bào)道特斯拉將采用寧德時(shí)代的方形磷酸鐵鋰電池。多年前，寧德時(shí)代因?yàn)檠邪l(fā)三元電池趕超了比亞迪。這一次，磷酸鐵鋰刀片電池會(huì)給雙方的競(jìng)爭(zhēng)格局帶來(lái)什么樣的影響，也將成為一大看點(diǎn)。

5、重塑電池格局

刀片電池的發(fā)明人除了有王傳福，其他發(fā)明人還有何龍（比亞迪公司副總裁）、孫華軍（比亞迪公司動(dòng)力電池工廠(chǎng)廠(chǎng)長(zhǎng)）、魯鵬和朱燕。

雖然魯鵬和朱燕沒(méi)有公開(kāi)可見(jiàn)的頭銜，但魯鵬名字多次出現(xiàn)在比亞迪的電池專(zhuān)利申請(qǐng)人名單中：

• 專(zhuān)利公開(kāi)號(hào) CN207038668U，記錄的是魯鵬和其他四人發(fā)明的「一種電池殼體」；

• 專(zhuān)利公開(kāi)號(hào) CN206650127U，記錄的是魯鵬和其他四人發(fā)明了「一種單體電池、雙電池組及電池模組」；

• 專(zhuān)利公開(kāi)號(hào) CN208028142U，記錄的是魯鵬和其他三人發(fā)明了極柱、電池蓋板組件、單體電池、電池模組、動(dòng)力電池及電動(dòng)汽車(chē)。

除了魯鵬這個(gè)名字，專(zhuān)利申請(qǐng)公司多為比亞迪或其子公司。

上述專(zhuān)利可以說(shuō)明三件事：

一是刀片電池是比亞迪動(dòng)力電池團(tuán)隊(duì)的又一創(chuàng)新；

二是專(zhuān)利范圍涉及動(dòng)力電池的殼體、單體電池和模組，有的專(zhuān)利申請(qǐng)時(shí)間甚至可以追溯到 2012 年，可見(jiàn)比亞迪在動(dòng)力電池研發(fā)上的投入之大；

最后，刀片電池之前，電池專(zhuān)利從沒(méi)有帶上王傳福的名字，這次將集團(tuán)董事長(zhǎng)作為第一發(fā)明人，可見(jiàn)刀片電池對(duì)于比亞迪的重要意義。

刀片電池本質(zhì)上是一種電池包封裝技術(shù)。

現(xiàn)在，比亞迪將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用在了磷酸鐵鋰電池上面，而磷酸鐵鋰電池最近幾年一直被比亞迪置于相對(duì)靠后的位置，車(chē)輛更多搭載的是三元鋰電池。

所以，刀片電池的出現(xiàn)，一定程度上意味著比亞迪將重啟磷酸鐵鋰電池。

那么，刀片電池的競(jìng)爭(zhēng)力究竟如何？

據(jù)歐陽(yáng)明高介紹，2019 年，我國(guó)動(dòng)力電池成本大約 0.6 元—1 元/Wh，磷酸鐵鋰的成本約為 0.69 元/Wh 以下。

從這一點(diǎn)看，刀片電池的成本幾乎處于行業(yè)最低水平。通過(guò)高體積能量密度利用率實(shí)現(xiàn)較大的電池容量，再加上刀片電池的安全性，整體來(lái)看，與傳統(tǒng)動(dòng)力電池相比，刀片電池?zé)o疑將具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

相信隨著刀片電池的入場(chǎng)，動(dòng)力電池的格局或?qū)⑹艿胶艽鬀_擊。

值得注意的是，搭載「刀片」電池的車(chē)型仍屬于新能源補(bǔ)貼的對(duì)象。

在此前的一批新能源汽車(chē)推廣目錄中，比亞迪漢 EV（純電動(dòng)）/DM（插電混動(dòng)）版本赫然在列。

今年 3 月，比亞迪刀片電池已經(jīng)在重慶工廠(chǎng)進(jìn)行量產(chǎn)，搭載刀片電池的第一款車(chē)型比亞迪漢將在今年 6 月上市。

當(dāng)王傳福親自?huà)鞄洺稣?，刀片電池能否殺出一片天地備受關(guān)注。

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