锂电池容量4Ah选择直径多少得钢针速度多少坐针刺实验最合适？

相比普通锂电池 刀片电池在安全性上有什么优势？

在上一期《电车知识学堂》中，我们介绍了目前主流三元锂电池对于电池安全的防护设计，而最近还有一款新型的电池频频被推上热搜，引起了广泛的讨论，它就是我们今天的主角---刀片电池。

“刀片电池”中的“刀片”指的是其单体电芯的形状，并非是什么前所未有的黑科技，它在化学层面上的本质仍然是我们熟知的磷酸铁锂电池，但通过不断优化的物理结构设计以及材料更新，它与三元锂电池的差距已经越来越小，今天我们就来看看比亚迪是如何做到的，新的刀片电池与三元锂电池相比有什么优势。

●采用CTP思路提升空间利用率

目前常见传统结构的电池包内部长这样（不分三元锂还是磷酸铁锂）：

传统电池包内部结构

图中上半部分为6块模组，每一个模组都是由多个同样的小电芯封装组成，最后再将多个模组安装在带有固定横梁与纵梁的框架中，本身从电芯到模组的空间利用率在80%左右，而从模组到电池包要被连接部件和内部骨架挤占不少空间，空间利用率还要再损失一半，最终电芯只占电池包总体积的40%左右。

对于天生能量密度较高的三元锂电池来说还好，但对于原本能量密度难以做高的磷酸铁锂电池来说则明显限制了单体电芯的能量密度以及总容量的提升。

比亚迪刀片电

对此，比亚迪选择先从电池的结构入手，突破传统电池框架的限制，打造了长条形的磷酸铁锂电芯，通过CTP（CelltoPack）设计思路，直接取消了电池包内部的框架，通过横向密集排列的多排电芯，将内部空间的利用率提升到了60%左右。

最为直接的结果就是电池包整体的能量密度以及容量的提升。以搭载最新刀片电池的比亚迪汉EV为例，其电池包总能量为76.9kWh，能量密度140Wh/kg，工信部的续航里程能够达到605km，已经达到了新能源车续航水平的第一梯队。

新的CTP设计思路不仅让刀片电池在性能参数上达到了平均水平，由于减少了电池组装模组的端板、侧板以及用于固定模组的框架、螺栓等紧固件，还降低了部分制造成本，提升制造效率。

●刀片电池的安全性

比亚迪的刀片电池和“刀”并没有什么关系，只是由于其电芯形状十分特别，又长又薄，就像刀片一样，故称之为“刀片电池”。应用在比亚迪汉EV车型上的电芯长度为1米，宽约10厘米，厚度仅为2厘米，单体电压3.34V，容量可达100Ah，这是之前的电芯形式上从未出现过的形状。

1、外力挤压

在之前的文章中，我们分析过锂电池会发生的最严重的安全性问题就是燃烧甚至爆炸，出现这些问题的根源在于电池内部的热失控，而避免热失控首先的要求就是在发生碰撞时，避免电芯收到外力挤压。

比亚迪的刀片电池在电池包的外侧依然设计有类似汽车防撞梁的吸能盒结构，能通过变形吸能来抵御对电池包本体的冲击，而刀片电芯则直接竖向紧密排列，并固定在电池包的边框上，让每块电芯本身也变成结构件，成为支撑电池包的横梁。一根薄薄的横梁起不到什么作用，但横梁数量一多，就会形成有点类似“一把筷子拧不断”的效果，并且面积最大，最容易发生弯折的部分正好面向车头与车尾，外部有更为充足的缓冲区域。

刀片电池在100-800kN的测试标准中，电池包只发生了轻微变形，未冒烟和起火，而在三点压强测试中，刀片电池最终可以承受445kN的压力，其可承受的碰撞、挤压强度确实比传统的电池包结构还要强。

2、电芯热失控

已经发生的新能源电动汽车事故大部分与动力电池的热失控有关，或由于碰撞挤压、或由于过充过放，最终导致电芯过热起火。

普通的三元锂电池在超过200℃时就有可能发生热失控，且正极材料含镍越高就越不稳定（目前能量密度最高的NCM811电池表示正极的镍、钴、锰配比为8:1:1，理论上最不稳定），若BMS无法及时断电散热，就非常容易发生燃烧。

而磷酸铁锂正极材料本身的热稳定性就比三元锂要好不少，在500℃以内都有着极高的稳定性，超过800℃时才有发生热失控的可能。此外即便发生热失控，磷酸铁锂电池的放热也非常缓慢，且分解时不会释放氧气，减少了起火的风险。

对比同样材料的传统电池，刀片电池的长条结构散热面积大，伴随而来的还有整个电路的回路长，产热能力低。总结起来就是：发热量低和散热性能好，那么热失控或自燃的概率也就小了很多。

在针对锂电池最难的针刺试验中，比亚迪按照GB/T31485-2015的针刺试验方法，将电池充满电，用直径为5mm的耐高温钢针，以（25±5）mm/s的速度，从垂直于电池极板的方向贯穿整块电池，人为的创造一个极限情况下的短路环境，来考验电池受损最严重时的安全性。

在穿刺后，NCM622三元锂离子电池瞬间剧烈燃烧，表面温度超过500℃。传统的磷酸铁锂块状电池在经过短暂的反应时间后，电池开始膨胀并打开了泄压阀，将内部高温液体与气体喷出，虽然没有产生明火，但表面温度也升高至200℃-400℃，虽然也有一定危险，但总体上还在控制范围之内。

最后刀片电池的电压在穿刺后还只是以很缓慢的速度下降，并且没有冒烟起火现象，表面的最高温度也仅停留在30-60℃，十分安全。退一步讲，就算在极端情况下出现热失控，搭载刀片电池的车型也能提供更长的逃生及救援时间。

●写在最后

在公共充电桩等设施尚未大规模普及的今天，新能源车对高能量密度、高续航的追求仍然是主流目标。三元锂电池的正极材料从原本的333、532、622，再到811，随着能量密度的不断提高，电池的热稳定性也会变差，近期多起电动车的自燃事件也让人们对电动车的安全性越来越关注。

而比亚迪刀片电池的出现，打开了一道解决新能源汽车续航与安全矛盾的全新大门，既然刀片电池在结构上有着空间利用率高、散热面积大、电路回路长、产热能力低的特点，那么我们是否可以将三元锂电池也做成“刀片”的形状呢，这或许是未来的另一个方向。

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。

锂电池不安全，为什么还要用锂电池？

三元锂电池使用不当会有爆燃的可能，其它的就不会，三元锂电池的充放电循环次数是800左右，磷酸铁锂电池的充放电循环次数是2000左右。磷酸铁锂电池储存温度-10~35℃，磷酸铁锂电池放电工作温度-20~65℃。

电动车的锂电池是不是真的非常不安全？

锂离子电池的工作原理：锂离子电池以碳素材料为负极，以含锂的化合物为正极（根据正极化合物不同，常见的锂离子电池有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元锂等）。中间有一层膈膜，避免正负极短路。在充放电过程中，Li+在正负极间往返：充电时，锂离子从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极；放电时则相反。在锂离子的嵌入与脱嵌过程中，同时伴随着等当量的电子的嵌入和脱嵌，也就产生了电流。 相较于传统燃油车复杂的结构来说，电动车起火的原因比较单一，基本都是由于锂电池热失控造成的。热失控引发的烟雾、火灾甚至爆炸，是锂离子电池的事故过程中最常见的特征。而热失控又主要由于过度充电、外力、内部短路等因素造成。 由于现在电动车用的动力电

对811三元锂电池穿刺测试瞬间爆炸，安全性真是新能源车的殇？

消费者对于电动车安全性的担忧，实际上有一部分是来自于对动力电池安全性的未知，为了检验电池的安全性，国家也出台了相关测试标准。其中，电池穿刺实验就是一项标准较高的安全测试。 网友自行进行穿刺测试 为了验证三元锂电池能否通过针刺测试，有网友进行了一次硬核的三元锂电池穿刺实验。据博主@锂电大全小鱼介绍，其进行穿刺实验的电池为宁德时代811三元锂电池单体，电池容量234a电压4.14v（满电为4.2V），穿刺钢针直径7毫米，穿刺速度25mm/s，执行GB/T 31485标准进行穿刺测试。 随后开始进行穿刺实验，从实验画面中可以看出，从钢针刚穿刺电池后，电池内部就发生了剧烈膨胀现象。而后，电池单体瞬间爆

比亚迪曝光穿刺测试，原来三元锂电池爆炸威力这么大？

3月29日，比亚迪正式宣布推出“刀片电池”，我们可以将其理解为全新一代“磷酸铁锂”电池，并不是此前我们常常听到的三元锂电池。那么，刀片电池的优势在哪呢？

2015年，中国电动汽车产业突然加速，彼时大多数电动汽车搭载的电池都属磷酸铁锂电池。由于国家规定的电池能量密度越来越高，同时在有限的体积下，厂家也更愿意最大限度的提升续航，进而才能满足消费者对续航的需求。故而，在2016年后，大多数车企逐渐改用能量密度更高、相同体积下可承载更多电能的三元锂电池。

或为蔚来es8电池组

那三元锂电池有何优势？相同体积下，三元锂电池由于其能量密度高的天然优势，可储存的电能比磷酸铁锂电池组多。也就是说，同一款车，分别搭载三元锂电池和磷酸铁锂电池，那么搭载三元锂电池的续航里程肯定比磷酸铁锂电池高。

不仅如此，三元锂电池可支持输出、输入的功率也更强。因为，从化学原理上看，三元锂电池相比磷酸铁锂电池更加活跃。如何理解呢？简而言之，我们分别准备两个口袋，其中一个口袋的袋口更大（三元锂），而另一个口袋的袋口偏小（磷酸铁锂），那么相对而言，袋口大的口袋能装的米就多，与此同时可以往出倒米的量或速度也更大更快。

放到电动汽车上，我们就可以理解为，三元锂电池的充电效率更高。除此之外，车辆性能中的最大功率这一项数据，也可以更高。看到这里，我们不禁要问了，那三元锂电池就没有缺点吗？

确实，一般情况下，任何事情都有两面性。我国新能源汽车补贴逐年退坡，对可获得补贴的车辆搭载的电池有着越来越严格的规定。而这越来越严格的规定中，最重要的考量指标就是电池的“能量密度”，即单位体积内包含的能量。所以，我国各大车企也更愿意去使用三元锂电池。只是，能量密度越来越高的同时，三元锂电池的弊端则越来越暴露。

图源自网络

三元锂电池由于其更高的活跃性，其稳定、安全性能则相对较差。随着续航里程的不断增大，现阶段主流电动汽车的NEDC续航普遍超过400公里，甚至已经达到500公里、600公里。可，消费者都知道，厂家宣传的所谓NEDC续航，我们日常驾驶，很难达到。尽管电池组容量大，但三元锂电池相对更活跃，不稳定性强，这就导致其电量的输出速度也更快。

电池活跃带来的另一个缺点或者说弊端，就是“不安全”。此前，编辑曾对时任北汽新能源的技术工程师进行过采访。经他介绍，电动汽车的电池一般情况下是不会发生爆炸的，所以尽管我们常常会因为动力电池爆炸而关注电动汽车的电池安全，但我们仔细想想就会发现，电动汽车的自然总量相对汽油车来说，数量上更少。

前面提到，这位工程师当时讲道，一般情况下不会自燃，还有但是。一旦电动汽车发生自燃，那很有可能会引起爆炸。所以，该工程师介绍，如果发现电动汽车冒烟，有自燃倾向，那我们尽可能不要选择灭火器救火，还是以保证自身的人身安全为主，尽快远离车辆。

2019年，一辆特斯拉汽车地库突然爆炸的视频火爆了网络，似乎也再次印证了彼时那位工程师所言非虚。所以，我们消费者关心动力电池的安全是无可厚非的，因为化学产生的变化，是会爆炸的，而不是简单的燃烧。

那么，磷酸铁锂电池就没有这些问题吗？实话实说，仍旧有！只是相对比较安全。网络上也有较多磷酸铁锂电池与三元锂电池的对比。我简单列举一下，双方的优缺点，如下表：

所以，我们可以看到，市面上行驶的大型电动汽车，如公交、货运车辆等，仍旧搭载相对更稳定的磷酸铁锂电池。

那么，有没有第三种可能？至此，本文的重点来了。比亚迪电池起家，其独特的电池技术使其多次跻身于全球动力电池产量前五，技术上更是独步武林。而比亚迪电池的核心，就在磷酸铁锂电池。

近几年，随着国家对乘用车搭载能量电池的能量密度越来越高，比亚迪迫不得已，也更换了三元锂电池。原来，短暂使用三元锂电池的比亚迪在“憋大招”。从去年，王传福在中国电动汽车百人论坛上明确表示将推出刀片电池，到近日比亚迪官方发布的三种动力电池“穿刺”实验视频，我们终于了解到，“技术狂人”王传福所言非虚，以研发、技术驰名的比亚迪也没有让消费者失望。

所谓刀片电池，其实内部的原材料还是和磷酸铁锂电池一样，但无论是动力电池的形状、内部构造还是组装方法，比亚迪都做了全面的更新。当然，目前比亚迪还未将其刀片电池的专利开放，我们也仅能从一些专家的分析和比亚迪公布的视频、数据中了解。

目前，我们掌握到的情况就是，刀片电池的能量密度突破了原有磷酸铁锂的瓶颈，在比亚迪原有磷酸铁锂电池的基础上，能量密度增加50%。另外，由于内部构造、隔膜材料等多方面多维度的技术更新，刀片电池相比磷酸铁锂电池更稳定、更安全。

用素有技术狂人之称的比亚迪董事长王传福的话说：比亚迪要用刀片电池把“自燃”这个词从新能源汽车的字典里彻底抹掉！有了技术自信，又有眼见为实，我们有理由相信，比亚迪刀片电池的出现或许能够让消费者在购买电动汽车时更放心安全。我们再来聊一聊比亚迪此次的穿刺测试。

何为穿刺测试？穿侧测试的目的和必要性是什么？

所谓穿刺试验，实际上就是字面意义，用3~5mm的耐热钢针，垂直刺入一块动力电池。具体测试的过程，我们仍旧可以通过比亚迪方面上传的视频，可以一目了然的看到。实际上，早起我国电动汽车动力电池是需要进行穿刺测试的，但由于多方利益，我国在近年来的规定中又取消了穿刺测试。只是，我们也不要过分看重穿刺试验的结果。因为在常规状态下，动力电池的外部还有保护壳、极难发生类似穿刺测试的真实环境。穿刺试验也仅仅针对最为极端的情况下，动力电池的安全性。

不过没关系，这并不妨碍车企方面单独做测试。同时，穿刺试验也是几乎每个厂家或者电池厂商的“标配”。从展示的视频结果来看，市面上销售的三元锂电池在经过穿刺试验后的几秒钟内，冒烟、起火接而发生了爆炸，反应了如今市面上常见的三元锂电池，在经过穿刺试验时的不安全、不稳定性。

磷酸铁锂电池在进行穿刺测试的时候，反应则明显没有三元锂电池大，但仍旧会受到穿刺影响，电池发生了内短路现象，同时电池温度也逐渐升高。

刀片电池在经过穿刺试验后的长时间内，电池温度仍旧正常、电池仍可持续输出电压，突出反映了其安全性。说到这里，有的朋友会问了，刀片电池为什么可以如此安全？实话实说，不知道。因为这项技术如今掌握在比亚迪手中，他们不揭秘，恐怕我们很难完全理解。不过，我们仍可进行假设。

由于其电池构造，如视频中显示，刀片电池的体积相对扁平，在针刺实验室，钢针扎入电池后，其内部构造相对“隔离”，即被刺穿的电芯无法与其它电芯形成有效的滑雪反应，继而避免了内短路。当然，此种可能性是有存在可能的，但最终的结果和答案，仍需要比亚迪告知。

具比亚迪发布消息，刀片电池将会搭载于比亚迪旗下全新轿车，比亚迪汉，后期则会搭载更多比亚迪旗下车型。相对来说，新技术的研发是需要谨慎的，所以目前恐怕比亚迪方面也无法大面积量产刀片电池。除了研发问题，还有成本问题。众所周知，比亚迪在新能源领域的技术优势是通过真金白银砸出来的，高昂的研发费用一直是比亚迪的优势，但新技术研发成功后，如何收回成本并提高利润，是每一个企业都面对的问题。

编辑分析，刀片电池最早将会在2021年底大面积投入量产，2022年或会和其它汽车厂商合作，很难于今年开始大面积量产。王传福曾透露，刀片电池的诞生其实是为了我国动力电池发展的路线“纠偏”。通过他的观点，我们也可以相信，王传福是想用刀片电池，打破目前三元锂电池独霸市场的局面。与此同时，刀片电池的出现也会逐渐影响消费者对于动力电池安全的思考。

安全问题从来都不可忽视，作为相对新兴的电动汽车领域则更显重要。无论是自动驾驶致人死亡，亦或是动力电池致人死亡，生命面前，一切的狡辩都面目可憎。对关乎安全的问题，有关部门和厂家都应该防患于未然，才能确保万无一失。尽最大努力保护消费者生命和财产安全，是最正常也最为重要的事。

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