2020年1月，在中國電動汽車百人會上，比亞迪宣布將在3月推出“刀片電池”，體積能量密度比傳統(tǒng)磷酸鐵鋰電池提升50%，并將應(yīng)用于全新轎車比亞迪“漢”車型上，其續(xù)航將超過600公里（NEDC）。

之后比亞迪股價連日上漲，引發(fā)網(wǎng)絡(luò)大量討論，不過并未引起太大轟動，尤其是筆者，并未感到有什么特別之處。

2020年3月底，比亞迪召開了“刀片電池”線上發(fā)布會，稱傳統(tǒng)的電池包的空間利用率只有40%，“刀片電池”的電池包的空間利用率可以達到有60%以上，可以大大提高續(xù)航。

且由于空間利用率提高，使得單電芯能量密度為180Wh/kg的“刀片電池”，裝配成電池包后系統(tǒng)能量密度為140Wh/kg，從而滿足了比亞迪“漢”車型能夠搭載上549kg重的77kWh電池包，實現(xiàn)605公里續(xù)航（NEDC）。

不過這些，對比現(xiàn)在大量采用的三元鋰電池來說，算不上什么優(yōu)勢，因為現(xiàn)階段三元鋰電池單電芯密度可達200-300Wh/kg左右，組裝成電池包系統(tǒng)后在160-200Wh/kg左右。

真正令網(wǎng)友沸騰和網(wǎng)絡(luò)熱議的在于接下來比亞迪播放的三個視頻片段，分別是：某三元鋰電池針刺實驗、某磷酸鐵鋰電池針刺實驗、“刀片電池”針刺實驗。

播放完視頻，結(jié)果一目了然：“刀片電池”通過了“動力電池最嚴苛的針刺測試”，相比之下，某三元鋰電池劇烈燃燒、某磷酸鐵鋰電池泄露高壓高溫氣體。

“刀片電池”的明與暗

比亞迪“刀片電池”的針刺測試視頻一出，引起了人們對磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池的爭相討論，從一開始的技術(shù)原理分析一路演變?yōu)橄嗷セ鞈?zhàn)，由此引發(fā)了筆者的好奇之心，決定研究一番。

無論如何爭議，都需要弄清楚幾個既定的事實，否則就毫無意義。

首先，“刀片電池”是磷酸鐵鋰電池（LFP，LiFePo4），最早是由古迪納夫（2019年諾貝爾化學(xué)獎獲得者之一）發(fā)明的，于1996年德州大學(xué)代表古迪納夫?qū)嶒炇蚁蛎绹暾埩藢＠╓O1997040541）。不過之前日本NTT公司曾派遣一位研究員岡田協(xié)助古迪納夫研究，后在2015年搶先在日本當?shù)赜?995年注冊了專利，后續(xù)專利之爭還有很多故事，這里不多贅述。

注：鋰電池，準確講是鋰離子電池，由于各種鋰電池負極材料大多類似，所以皆由正極材料作為命名方式。即磷酸鐵鋰電池的正極為磷酸鐵鋰化合物。

其次，磷酸鐵鋰具有“天生”的優(yōu)點。

磷酸鐵鋰的循環(huán)性能好，即循環(huán)壽命長。鋰電池電量衰退的原因有很多，但與正極材料相關(guān)的主要是充放電過程中正極材料結(jié)構(gòu)“晶格塌陷”，造成結(jié)構(gòu)破壞，從而使得一部分正極材料失活。而磷酸鐵鋰化合物從分子結(jié)構(gòu)上相較于鎳鈷錳化合物穩(wěn)定很多，NCM分子是類似“千層餅”形狀，鋰離子從兩層之間流動，而LFP分子則是“橄欖石”形狀，鋰離子游走于三維結(jié)構(gòu)縫隙中。即LFP分子結(jié)構(gòu)中即便鋰離子“離開”，剩下類似FePo4的結(jié)構(gòu)也相對穩(wěn)定，而NCM則相對不穩(wěn)定。（三元鋰電池循環(huán)壽命在1500~2000次左右，磷酸鐵鋰則能到4000次左右）

（NCM與NCA結(jié)構(gòu)類似）

另外安全性高，磷酸鐵鋰化合物本身的分解溫度在700~800度左右，遠高于三元鋰化合物的200~300度，所以理論安全性高很多；且三元鋰電池在發(fā)生“熱失控”時，會釋放氧氣，從而進一步加劇反應(yīng)劇烈程度，而磷酸鐵鋰化合物中P-O鍵穩(wěn)固，難以分解從而杜絕氧氣形成，避免連鎖效應(yīng)。

最關(guān)鍵的，雖然早期磷酸鐵鋰電池由于其結(jié)構(gòu)原因，充放電效率較低（形象的說法就是由于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定導(dǎo)致鋰離子活動自由度不高），但隨著包碳技術(shù)（法國世界級鋰電科學(xué)家米歇爾·阿爾芒發(fā)明，并后來與古迪納夫一起申請了專利，MichelArmand），以及納米化材料工藝的技術(shù)，現(xiàn)在磷酸鐵鋰電池的充放電性能（即功率）不比三元鋰電池差。

最后，磷酸鐵鋰電池同樣具有著“先天性”缺點。

磷酸鐵鋰電池能量密度低，單電芯目前最頂端也就剛摸到三元鋰電池的一般水平。原因在于相比于三元鋰來說容量低（多少多少Ah），且電壓低（三元大多在4V以上，磷酸鐵鋰在3.4V左右），能量即是容量乘以電壓（多少多少Wh）。

低溫性能差，相比于三元鋰在-20度擁有70%左右的容量，磷酸鐵鋰則僅有50%左右。主要原因仍在于其正極材料的結(jié)構(gòu)，雖然前面提到通過包碳以及納米材料等技術(shù)，提高了該結(jié)構(gòu)下鋰離子自由度。但在低溫下，仍無法解決該問題。

測量電量（SoC，State of Charge）較難，由于磷酸鐵鋰電池的電壓在放電時較為穩(wěn)定，所以如果BMS（電池管理系統(tǒng)）做的不好，很可能顯示還有10%電量，瞬間就變?yōu)?%了。由此導(dǎo)致的問題不僅僅是使用端的不方便，更多的是如果無法很好檢測電芯數(shù)據(jù)，則更加無法良好的管理充放電策略，從而使得電池壽命減少甚至發(fā)生鋰枝晶現(xiàn)象導(dǎo)致短路。

不過，無論是磷酸鐵鋰還是三元鋰，其“天生”的優(yōu)缺點是行業(yè)共識，也是所有研究人員心里都清楚的部分。很顯然，在電動汽車開辟個人市場階段，最大的門檻一直都是“續(xù)航焦慮”，如果這一關(guān)都無法通過，那么其他所有的“優(yōu)點”都會消失不見。所以，相對安全但容量低的磷酸鐵鋰電池，一直以來都是被公共交通和城市特殊車輛所采用（當然還有很多便攜工具電器），而乘用車則距離磷酸鐵鋰越來越遠。

但是市場中有兩大因素“期許”著磷酸鐵鋰的歸來：一是三元鋰電池的核心材料成本越來越高，導(dǎo)致電池成本想進一步下降難上加難；二是人們對于安全性的要求愈來愈高，例如中保研對買車的影響。

解決這個問題的關(guān)鍵點，就在于如何彌補磷酸鐵鋰的“缺點”，突破“續(xù)航焦慮”這個門檻。

比亞迪的答卷

磷酸鐵鋰第一個要面對的問題就是能量密度，但是單電芯的能量密度受到材料本身限制，想要進一步突破并非不可能，而是短暫時間想要實現(xiàn)非常難；所以顯而易見只能提升電池包系統(tǒng)能量密度，即從電池包結(jié)構(gòu)入手。

電動汽車所需的電壓高達幾百伏，所以鋰電池基本都是由諸多電芯串聯(lián)和并聯(lián)組合起來，先形成模組，然后裝進電池包。不過加上線路布置、溫度控制系統(tǒng)、電池包保護材料、電池包框架結(jié)構(gòu)，甚至還有將BMS系統(tǒng)囊括其中；導(dǎo)致雖然電芯能量密度很高，但是組裝成車輛能用的電池包，其系統(tǒng)能量密度大幅下降。（電芯-模組-電池包）

比亞迪采取的策略為：

1.通過“壓扁、拉長”電芯提高單體能量總數(shù)，以減少單位體積內(nèi)放多塊電池引起的空間浪費。

2.“扁長”型電池由于接觸面積大，溫控系統(tǒng)可以稍簡單些也能滿足，進一步減少空間使用。

3.通過將電池的電極布局在兩端，減少布線麻煩和Z軸空間浪費，再進一步提高空間利用。

這一套策略下來，便使得單電芯能量密度并不算高的“刀片電池”，通過CTP（電芯-電池包，Cell-To-Pack）方式，從而提升了系統(tǒng)能量密度，才敢于三元鋰電池包“叫板” 。

雖然本質(zhì)上說，“刀片電池”并沒有在電池材料本身有跨越性突破，但就目前整個行業(yè)的發(fā)展方向來看，這套結(jié)構(gòu)升級不僅是整體趨勢，且是目前提高系統(tǒng)密度的最優(yōu)解。例如寧德時代的CTP結(jié)構(gòu)，特斯拉從Model S的11個模組電池包，到Model 3的4個模組電池包。

然而到這個階段，“刀片電池”只解決了“先天”能量密度問題，并沒有解釋清楚磷酸鐵鋰另外兩個“先天”問題的解決辦法。

所以就有了筆者參觀比亞迪電池工廠一事。

意料之外，情理之內(nèi)

比亞迪“刀片電池”在重慶壁山弗迪電池公司生產(chǎn)（2020年3月從“比亞迪電池”更名而來），該公司于1998年成立。

參觀工廠第一件事就是到現(xiàn)場體驗一番前文提到的三種電池針刺測試；當然，結(jié)果仍舊一樣，不過稍有不同的是，筆者得以親眼所見整個過程，以及按照國標要求，針刺過后保留一小時后的電池狀態(tài)。

隨后的亮點集中在“刀片電池”生產(chǎn)中采用“堆疊”工藝所克服的難題：長尺寸的雙面涂布工藝和快速疊片技術(shù)（后者可能牽扯機密并未展示）。

這里補充一點知識，圓柱形電池采用的是卷繞工藝，方型電池則會采用卷繞和疊片工藝；其中疊片工藝的難點在于裁切、快速疊片以及后期封裝，所以從生產(chǎn)角度較困難且成本不低，尤其是如此長尺寸的電芯。

這一點，給予比亞迪技術(shù)上的肯定，尤其是相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備都是自研自產(chǎn)的。

接下來盡管比亞迪在關(guān)于“刀片電池”安全性上，花費了大量時間和篇章去講解，但磷酸鐵鋰電池本身具的“先天”優(yōu)點，足以支撐其完成三元鋰電池都能通過的測試（擠壓、高溫、過充、電池包熱擴散）。

筆者所有的關(guān)注點都在低溫性能和SoC測量方法，不過得到的答案有點“意料之外”。

首先是低溫性能，比亞迪并沒有明確說明通過何種方式實現(xiàn)的磷酸鐵鋰低溫性能，只是說“材料的性能有所提升、熱管理的加熱”；乍一聽似乎并沒有想象中的“黑科技”，但比亞迪給出的官方測試數(shù)據(jù)，卻比較驚人。

“刀片電池包”在0度和-10度環(huán)境溫度時，充電速度比NCM811三元鋰電池稍慢一些；-10度時低電量下“刀片電池包”充電速率也低于NCM811，不過在低溫高電量時，充電速率高于NCM811.

最讓人驚訝的是，“刀片電池包”在-10度和-20度時，電池包容量能保持在90%，且低溫低電量時，放電功率高于NCM811。

當然充電功率前文提過，在目前包碳、納米材料等技術(shù)支持下，磷酸鐵鋰充放電速度已經(jīng)不是劣勢。

不過當我提問關(guān)于“SoC計算測量方式”時，比亞迪人員稱“我們已經(jīng)攻克了磷酸鐵鋰BMS中SoC的計算方式，已經(jīng)不再是問題”。

之所以稱答案為“意料之外”，是因為磷酸鐵鋰難以克服的缺點比亞迪都攻克了，但得到的具體技術(shù)解釋有些“情理之中”。

筆者猜測可能是比亞迪不愿意向一個編輯解釋過多的技術(shù)細節(jié)，又或者是不愿意在這樣的情況下直接對外公布“機密”，不過其真實的原因就不得而知了。

磷酸鐵鋰電池想要提升低溫性能，逃不出納米化材料的應(yīng)用、正極材料添加導(dǎo)電物質(zhì)、采用顆粒球化技術(shù)、調(diào)整電解液成分等方法。至于說實際效果是否符合比亞迪的測試結(jié)果，到時候等到比亞迪“漢”量產(chǎn)交付，一試便知。

續(xù)航還是安全

其實無論比亞迪的“刀片電池”在輿論中掀起了多大波浪，都無法逃脫一個對消費者最直接的拷問：“要續(xù)航還是要安全。”

注意，此處指的安全是相對安全，并非絕對安全，即便磷酸鐵鋰電池相比三元鋰電池都安全，但裝載到電動汽車上，最終體現(xiàn)出的安全性要由電池包、BMS系統(tǒng)、車輛被動安全等諸多因素決定。如果誰說“磷酸鐵鋰電池的電動汽車就絕對安全”，那就是非壞即蠢。

前一陣寧德時代和比亞迪的隔空對戰(zhàn)，看上去是寧德時代“賠了夫人又折兵”，不僅沒有讓消費者明白，反而使得寧德時代背上了“笨蛋公關(guān)”的罪名；但實際上此次交鋒，倒是讓消費者對于電動汽車所采用的鋰電池有了更深入全面的認識。

磷酸鐵鋰電池比三元鋰電池安全、三元鋰電池比磷酸鐵鋰電池的能量密度更高，這兩者都沒有什么可爭論的余地。

（某家磷酸鐵鋰針刺測試）

磷酸鐵鋰電池可以利用CTP方式裝成電池包，三元鋰電池一樣可以；三元鋰電池可以采取一些列電池包保護措施，磷酸鐵鋰電池也一樣都可以。所以無論是爭論哪個層面都顯得過于狹隘和局限，這個問題在目前技術(shù)角度去看就兩個方面：“續(xù)航”和“安全”。

三元鋰電池不是不能做成“防針刺”，而是如果要苛求單電芯通過“針刺”實驗，就要在電解液、隔膜、電芯包裝等多方面加入防護材料，從而導(dǎo)致能量密度下降，成本增高。軍用車有使用這類電池（GJB4477），但對于電動乘用車而言，丟失續(xù)航里程數(shù)基本就等于失去了競爭力，況且還要增加成本。

一樣產(chǎn)品，一定是不斷擴大其優(yōu)勢，彌補其劣勢，才逐漸會被市場接受。

對于三元鋰電池而言，想要彌補安全性的劣勢，功夫最好花費在電池包系統(tǒng)安全方面，從BMS主動安全控制、到電池包內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材料、再到整個電池包殼體的被動安全。道理很簡單，打個比方，與其費勁把人弄成綠巨人，不如在汽車整體主被動碰撞安全下手。

反過來，磷酸鐵鋰電池想要彌補能量密度，以目前的電池材料發(fā)展水平，最好通過空間利用優(yōu)化的路子，從而提升整體系統(tǒng)能量密度。

兩者都是在揚長避短，只不過人們衡量電動車的標準出現(xiàn)了變化。之前阻礙人們選擇電動車最大的敵人就是“續(xù)航”，而如今動輒500km、600km的續(xù)航使得人們逐漸打消了這層憂慮，轉(zhuǎn)而關(guān)注于其他方面。

這也就是為什么當“刀片電池”以安全性能作為核心賣點時，有如此多消費者“買賬”的根本原因。

但是總結(jié)來說，采用磷酸鐵鋰的“刀片電池”勢必將會對現(xiàn)有的電動汽車市場產(chǎn)生不小的沖擊，但不足以取締三元鋰電池的地位；因為人們對于“續(xù)航”的需求各不相同，而目前所講的“安全”與否都是在對比層面，而非產(chǎn)品合格層面。所以，在未來很長一段時間里，兩者將會是并存的狀況。

不得不說，比亞迪這招針刺“刀片電池”有點“傷敵一千，自損八百”的味道，而寧德時代的回應(yīng)也顯得著實不怎么機靈。

不過說到底，當行業(yè)里出現(xiàn)各種形式的競爭和正面碰撞，才說明這個市場在快速發(fā)展，而只有這樣，最終的受益者才會是消費者。

至于說與“刀片電池”強連接的比亞迪“漢”，未來能否在市場中表現(xiàn)出色，銷量會告訴我們一切。