元大期货

2020年1月，在中国电动汽车百人会上，比亚迪宣布将在3月推出“刀片电池”，体积能量密度比传统磷酸铁锂电池提升50%，并将应用于全新轿车比亚迪“汉”车型上，其续航将跨越600公里（NEDC）。

之后比亚迪股价连日上涨，引发网络大量讨论，不外并未引起太大惊动，尤其是笔者，并未感应有什么特别之处。

2020年3月尾，比亚迪召开了“刀片电池”线上发布会，称传统的电池包的空间行使率只有40%，“刀片电池”的电池包的空间行使率可以到达有60%以上，可以大大提高续航。

且由于空间行使率提高，使得单电芯能量密度为180Wh/kg的“刀片电池”，装配成电池包后系统能量密度为140Wh/kg，从而知足了比亚迪“汉”车型能够搭载上549kg重的77kWh电池包，实现605公里续航（NEDC）。

不外这些，对比现在大量接纳的三元锂电池来说，算不上什么优势，由于现阶段三元锂电池单电芯密度可达200-300Wh/kg左右，组装成电池包系统后在160-200Wh/kg左右。

真正令网友沸腾和网络热议的在于接下来比亚迪播放的三个视频片断，分别是：某三元锂电池针刺实验、某磷酸铁锂电池针刺实验、“刀片电池”针刺实验。

播放完视频，效果一目了然：“刀片电池”通过了“动力电池最严苛的针刺测试”，相比之下，某三元锂电池猛烈燃烧、某磷酸铁锂电池泄露高压高温气体。

“刀片电池”的明与暗

比亚迪“刀片电池”的针刺测试视频一出，引起了人们对磷酸铁锂电池和三元锂电池的争相讨论，从一最先的手艺原理剖析一起演变为相互混战，由此引发了笔者的好奇之心，决议研究一番。

无论若何争议，都需要弄清晰几个既定的事实，否则就毫无意义。

首先，“刀片电池”是磷酸铁锂电池（LFP，LiFePo4），最早是由古迪纳夫（2019年诺贝尔化学奖获得者之一）发现的，于1996年德州大学代表古迪纳夫实验室向美国申请了专利（WO1997040541）。不外之前日本NTT公司曾派遣一位研究员冈田协助古迪纳夫研究，后在2015年抢先在日本当地于1995年注册了专利，后续专利之争另有许多故事，这里不多赘述。

注：锂电池，准确讲是锂离子电池，由于种种锂电池负极质料大多类似，以是皆由正极质料作为命名方式。即磷酸铁锂电池的正极为磷酸铁锂化合物。

其次，磷酸铁锂具有“天生”的优点。

磷酸铁锂的循环性能好，即循环寿命长。锂电池电量衰退的缘故原由有许多，但与正极质料相关的主要是充放电历程中正极质料结构“晶格塌陷”，造成结构损坏，从而使得一部门正极质料失活。而磷酸铁锂化合物从分子结构上相较于镍钴锰化合物稳固许多，NCM分子是类似“千层饼”形状，锂离子从两层之间流动，而LFP分子则是“橄榄石”形状，锂离子游走于三维结构裂缝中。即LFP分子结构中即便锂离子“脱离”，剩下类似FePo4的结构也相对稳固，而NCM则相对不稳固。（三元锂电池循环寿命在1500~2000次左右，磷酸铁锂则能到4000次左右）

另外平安性高，磷酸铁锂化合物自己的剖析温度在700~800度左右，远高于三元锂化合物的200~300度，以是理论平安性高许多；且三元锂电池在发生“热失控”时，会释放氧气，从而进一步加剧反映猛烈水平，而磷酸铁锂化合物中P-O键稳固，难以剖析从而杜绝氧气形成，制止连锁效应。

最要害的，虽然早期磷酸铁锂电池由于其结构缘故原由，充放电效率较低（形象的说法就是由于结构稳固导致锂离子流动自由度不高），但随着包碳手艺（法国世界级锂电科学家米歇尔·阿尔芒发现，并厥后与古迪纳夫一起申请了专利，MichelArmand），以及纳米化质料工艺的手艺，现在磷酸铁锂电池的充放电性能（即功率）不比三元锂电池差。

最后，磷酸铁锂电池同样具有着“先天性”瑕玷。

磷酸铁锂电池能量密度低，单电芯现在最顶端也就刚摸到三元锂电池的一样平常水平。缘故原由在于相比于三元锂来说容量低（若干若干Ah），且电压低（三元大多在4V以上，磷酸铁锂在3.4V左右），能量即是容量乘以电压（若干若干Wh）。

低温性能差，相比于三元锂在-20度拥有70%左右的容量，磷酸铁锂则仅有50%左右。主要缘故原由仍在于其正极质料的结构，虽然前面提到通过包碳以及纳米质料等手艺，提高了该结构下锂离子自由度。但在低温下，仍无法解决该问题。

丈量电量（SoC，State of Charge）较难，由于磷酸铁锂电池的电压在放电时较为稳固，以是若是BMS（电池治理系统）做的欠好，很可能显示另有10%电量，瞬间就变为0%了。由此导致的问题不仅仅是使用端的不方便，更多的是若是无法很好检测电芯数据，则加倍无法优越的治理充放电计谋，从而使得电池寿命削减甚至发生锂枝晶征象导致短路。

不外，无论是磷酸铁锂照样三元锂，其“天生”的优瑕玷是行业共识，也是所有研究职员心里都清晰的部门。很显然，在电动汽车开拓小我私家市场阶段，最大的门槛一直都是“续航焦虑”，若是这一关都无法通过，那么其他所有的“优点”都市消逝不见。以是，相对平安但容量低的磷酸铁锂电池，一直以来都是被公共交通和都会特殊车辆所接纳（固然另有许多便携工具电器），而乘用车则距离磷酸铁锂越来越远。

然则市场中有两大因素“期许”着磷酸铁锂的归来：一是三元锂电池的焦点质料成本越来越高，导致电池成本想进一步下降难上加难；二是人们对于平安性的要求愈来愈高，例如中保研对买车的影响。

解决这个问题的要害点，就在于若何填补磷酸铁锂的“瑕玷”，突破“续航焦虑”这个门槛。

比亚迪的答卷

磷酸铁锂第一个要面临的问题就是能量密度，然则单电芯的能量密度受到质料自己限制，想要进一步突破并非不可能，而是短暂时间想要实现异常难；以是显而易见只能提升电池包系统能量密度，即从电池包结构入手。

电动汽车所需的电压高达几百伏，以是锂电池基本都是由诸多电芯串联和并联组合起来，先形成模组，然后装进电池包。不外加上线路部署、温度控制系统、电池包珍爱质料、电池包框架结构，甚至另有将BMS系统席卷其中；导致虽然电芯能量密度很高，然则组装成车辆能用的电池包，其系统能量密度大幅下降。（电芯-模组-电池包）

比亚迪接纳的计谋为：

1.通过“压扁、拉长”电芯提高单体能量总数，以削减单元体积内放多块电池引起的空间虚耗。

2.“扁长”型电池由于接触面积大，温控系统可以稍简朴些也能知足，进一步削减空间使用。

3.通过将电池的电极结构在两头，削减布线贫苦和Z轴空间虚耗，再进一步提高空间行使。

这一套计谋下来，便使得单电芯能量密度并不算高的“刀片电池”，通过CTP（电芯-电池包，Cell-To-Pack）方式，从而提升了系统能量密度，才敢于三元锂电池包“叫板” 。

虽然本质上说，“刀片电池”并没有在电池质料自己有跨越性突破，但就现在整个行业的生长方向来看，这套结构升级不仅是整体趋势，且是现在提高系统密度的最优解。例如宁德时代的CTP结构，特斯拉从Model S的11个模组电池包，到Model 3的4个模组电池包。

然而到这个阶段，“刀片电池”只解决了“先天”能量密度问题，并没有注释清晰磷酸铁锂另外两个“先天”问题的解决办法。

不为带货，张朝阳直播图什么？

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以是就有了笔者观光比亚迪电池工厂一事。

意料之外，情理之内

比亚迪“刀片电池”在重庆壁山弗迪电池公司生产（2020年3月从“比亚迪电池”更名而来），该公司于1998年建立。

观光工厂第一件事就是到现场体验一番前文提到的三种电池针刺测试；固然，效果依旧一样，不外稍有差别的是，笔者得以亲眼所见整个历程，以及根据国标要求，针刺事后保留一小时后的电池状态。

随后的亮点集中在“刀片电池”生产中接纳“堆叠”工艺所战胜的难题：长尺寸的双面涂布工艺和快速叠片手艺（后者可能牵涉秘密并未展示）。

这里弥补一点知识，圆柱形电池接纳的是卷绕工艺，方型电池则会接纳卷绕和叠片工艺；其中叠片工艺的难点在于裁切、快速叠片以及后期封装，以是从生产角度较难题且成本不低，尤其是云云长尺寸的电芯。

这一点，给予比亚迪手艺上的一定，尤其是相关生产装备都是自研自产的。

接下来只管比亚迪在关于“刀片电池”平安性上，破费了大量时间和篇章去解说，但磷酸铁锂电池自己具的“先天”优点，足以支持其完成三元锂电池都能通过的测试（挤压、高温、过充、电池包热扩散）。

笔者所有的关注点都在低温性能和SoC丈量方式，不外获得的谜底有点“意料之外”。

首先是低温性能，比亚迪并没有明确说明通过何种方式实现的磷酸铁锂低温性能，只是说“质料的性能有所提升、热治理的加热”；乍一听似乎并没有想象中的“黑科技”，但比亚迪给出的官方测试数据，却对照惊人。

“刀片电池包”在0度和-10度环境温度时，充电速率比NCM811三元锂电池稍慢一些；-10度时低电量下“刀片电池包”充电速率也低于NCM811，不外在低温高电量时，充电速率高于NCM811.

最让人惊讶的是，“刀片电池包”在-10度和-20度时，电池包容量能保持在90%，且低温低电量时，放电功率高于NCM811。

固然充电功率前文提过，在现在包碳、纳米质料等手艺支持下，磷酸铁锂充放电速率已经不是劣势。

不外当我提问关于“SoC盘算丈量方式”时，比亚迪职员称“我们已经攻克了磷酸铁锂BMS中SoC的盘算方式，已经不再是问题”。

之以是称谜底为“意料之外”，是由于磷酸铁锂难以战胜的瑕玷比亚迪都攻克了，但获得的详细手艺注释有些“情理之中”。

笔者预测可能是比亚迪不愿意向一个编辑注释过多的手艺细节，又或者是不愿意在这样的情况下直接对外宣布“秘密”，不外其真实的缘故原由就不得而知了。

磷酸铁锂电池想要提升低温性能，逃不出纳米化质料的应用、正极质料添加导电物质、接纳颗粒球化手艺、调整电解液成分等方式。至于说实际效果是否相符比亚迪的测试效果，到时候等到比亚迪“汉”量产交付，一试便知。

续航照样平安

实在无论比亚迪的“刀片电池”在舆论中掀起了多大海浪，都无法逃走一个对消费者最直接的拷问：“要续航照样要平安。”

注重，此处指的平安是相对平安，并非绝对平安，即便磷酸铁锂电池相比三元锂电池都平安，但装载到电动汽车上，最终体现出的平安性要由电池包、BMS系统、车辆被动平安等诸多因素决议。若是谁说“磷酸铁锂电池的电动汽车就绝对平安”，那就是非坏即蠢。

前一阵宁德时代和比亚迪的隔空对战，看上去是宁德时代“赔了夫人又折兵”，不仅没有让消费者明了，反而使得宁德时代背上了“笨蛋公关”的罪名；但实际上此次交锋，倒是让消费者对于电动汽车所接纳的锂电池有了更深入周全的熟悉。

磷酸铁锂电池比三元锂电池平安、三元锂电池比磷酸铁锂电池的能量密度更高，这两者都没有什么可争论的余地。

磷酸铁锂电池可以行使CTP方式装成电池包，三元锂电池一样可以；三元锂电池可以接纳一些列电池包珍爱措施，磷酸铁锂电池也一样都可以。以是无论是争论哪个层面都显得过于狭隘和局限，这个问题在现在手艺角度去看就两个方面：“续航”和“平安”。

三元锂电池不是不能做成“防针刺”，而是若是要苛求单电芯通过“针刺”实验，就要在电解液、隔膜、电芯包装等多方面加入防护质料，从而导致能量密度下降，成本增高。军用车有使用这类电池（GJB4477），但对于电动乘用车而言，丢失续航里程数基本就即是失去了竞争力，况且还要增添成本。

一样产物，一定是不断扩大其优势，填补其劣势，才逐渐会被市场接受。

对于三元锂电池而言，想要填补平安性的劣势，功夫最好破费在电池包系统平安方面，从BMS自动平安控制、到电池包内部结构和质料、再到整个电池包壳体的被动平安。原理很简朴，打个譬喻，与其费劲把人弄成绿巨人，不如在汽车整体主被动碰撞平安下手。

反过来，磷酸铁锂电池想要填补能量密度，以现在的电池质料生长水平，最好通过空间行使优化的路子，从而提升整体系统能量密度。

两者都是在扬长避短，只不外人们权衡电动车的尺度泛起了转变。之前阻碍人们选择电动车最大的敌人就是“续航”，而现在动辄500km、600km的续航使得人们逐渐打消了这层忧虑，转而关注于其他方面。

这也就是为什么当“刀片电池”以平安性能作为焦点卖点时，有云云多消费者“买账”的根本缘故原由。

然则总结来说，接纳磷酸铁锂的“刀片电池”势必将会对现有的电动汽车市场发生不小的打击，但不足以取缔三元锂电池的职位；由于人们对于“续航”的需求各不相同，而现在所讲的“平安”与否都是在对比层面，而非产物及格层面。以是，在未来很长一段时间里，两者将会是并存的状态。

不得不说，比亚迪这招针刺“刀片电池”有点“伤敌一千，自损八百”的味道，而宁德时代的回应也显得着实不怎么灵巧。

不外说到底，当行业里泛起种种形式的竞争和正面碰撞，才说明这个市场在快速生长，而只有这样，最终的受益者才会是消费者。

至于说与“刀片电池”强毗邻的比亚迪“汉”，未来能否在市场中表现出色，销量会告诉我们一切。