大家好，我在上一篇文章特斯拉掀起动力电池大战，国内厂商无力抵抗？三元锂电芯对比分析中分析 了软包、方块和圆柱形三元锂电芯的特点和发展趋势，结论是软包和方块电池都很难同时在系统能量密度和量产性上超过特斯拉4680圆柱电池。

今天，我们的主角是比亚迪刀片电池。我们一起分析一下，如果刀片电池采用三元锂材料，能不能和特斯拉4680一决高下？

为什么要讨论三元锂

随着冬天的来临，搭载磷酸铁锂刀片电池的比亚迪汉迎来了严峻的考验。当然，同样搭载了磷酸铁锂电池的Model 3也面临着考验。

对于冬季续航的尴尬，Model 3车主尚能调整心态，因为买车的时候就知道磷酸铁锂的低温缺点，心里预期比较低。

可汉的车主就没那么淡定了，这从近期媒体文章也能看出来。因为比亚迪在推出刀片电池的时候，对低温性能的描述给用户带来了无限遐想。

有网友甚至找出了比亚迪官方胶片来调侃：“按照柱状图比例，百分比显然是100%、70%、40%、40%，做PPT的人还是诚实的。”

磷酸铁锂的冬季续航问题，始终是电动汽车绕不过去的坎。我们不能抱着安全性大旗，把电动汽车困在磷酸铁锂的围城中。

由于补贴越来越少，能量密度的重要性也越来越小，因此越来越多的低端车型选择了低成本的磷酸铁锂。

但高端车型，始终把三元锂电池作为技术发展方向。在固态电池尚不明朗的情况下，高端车型也只能在镍含量和安全性之间做平衡。

保守如蔚来者，从NCM811退回到了523；激进如特斯拉者，将选择LG的NCAM电池，镍含量高达90%。

就连比亚迪自己，也没有抛弃三元锂，比亚迪也说过刀片电池可以应用于三元锂。

所以，本文讨论的内容不是凭空想象，完全有现实基础。

三元锂刀片电池的性能

咱们按照先易后难的原则，先看看假如刀片电池用上了三元锂材料，能达到什么样的性能。

按照比亚迪公布的数据，磷酸铁锂刀片电芯的长度最长可以到2.5米，而比亚迪汉搭载的刀片电池，电芯长度大概0.9米，电芯容量为202Ah，电芯电压3.2V，电池包77KWh，电池包电压384V，电芯数量120个，汉申报的系统能量密度为140Wh/kg。

我们就以汉的刀片电池为例子，如果换成了三元锂材料，按照三元锂和磷酸铁锂方块电芯能量密度分别是250Wh/kg和170Wh/kg做比较，单个电芯的容量变成264Ah，电芯电压3.6V。

电池包还是120个电芯，容量114KWh，电压432V，系统能量密度为205Wh/kg。

哇，这个效果，可真不错！

114度电，蔚来刚刚推出的电池包才100度，汉如果搭载了这样的电池，NEDC能达到900公里！

除了电量，能量密度也是空前的高，我在上一篇文章中说了软包三元锂电芯的系统密度，北汽最好做到了194Wh/kg。

既然性能这么强大，为什么比亚迪迟迟不启动三元锂版本的刀片电池研发呢？

刀片电池强大的潜力，好像被封印了一样，只能用在能量密度更低的磷酸铁锂上，这到底是为什么？

想解开这个谜团，就得对刀片电池有一定的了解。

我们接下来就详细说说刀片电池。

刀片电芯的本质

我们先简单说说传统方形电芯。

方形电芯的特点是单体能量密度大，成组结构简单，利用率大，电芯更容易管理。

所以方形电芯更适合推广普及，这也是现在国内方形电芯装车量占据半壁江山的根本原因。

方形电芯要提高系统能量密度，一个重要途径是加大电芯容量。举个极端点儿的例子，如果整个电池包就一个方形电芯，那能量密度岂不是最高。

可是要让电芯容量大，体积就得大，散热也就更难了。而散热要好，就得面积更大。

所以对于方形电芯，体积要大，面积也要大，就只能越来越薄，这和摊大饼是一个道理。

电芯最终要组成电池包，所以高度不能增长，那就只能是长度越来越长，厚度越来越薄。

这个进化过程做到极致，就是刀片电池。

这就是刀片电池的来历，所以本质上刀片电池就是方形电池的极限化。

但只是把电芯做成刀片形状，是不会得到专利保护，就连外观专利都不算。

那比亚迪在刀片电芯上面到底做了什么创新，才能获得专利保护呢？

我们接着说刀片电芯的细节。

刀片电芯不是电芯

怎么听着这么乱？像京剧《红灯记》里面的“你爹不是你亲爹，你奶奶也不是你亲奶奶！”

大家别急，听我慢慢讲。

对于传统锂电池电芯，大家应该有所了解：

电芯内部主要是正负极极片，中间有绝缘隔膜，极片和隔膜都泡在电解液中，只有正负极极耳伸出电芯。

为了增加容量，电芯里面肯定要尽可能多的放极片，极片怎么放入电芯中呢？

主要有两种方式：卷绕和叠片。

卷绕是一种常用的方式，正负极极片是连续的长片，在电芯里面一圈圈缠绕，卷成圆就是圆柱电芯，卷成扁的就是方形电芯，再扁点就可以做成软包电芯。

叠片，是将连续的极片切成相同的很多份，然后叠放到一起，正负极片之间加上隔膜。就像是扑克牌叠在一起一样，然后放入电芯壳体，可以做方形和软包电芯，但是不能做圆柱电芯。

卷绕的方式极耳一般各有一个，所以电芯内阻更大。叠片的方式每个极片都有极耳，所有极耳焊在一起，所以内阻更小。

叠片取代卷绕是大趋势，比亚迪等厂家，都在把工艺向叠片切换，但是叠片也有问题，加工工艺更复杂，一致性更难控制，每一片都要多切好几刀，每一刀都能导致极片上产生毛刺，进而引起电池内短路，造成严重事故隐患。

说这么多极片结构，就是想告诉大家，刀片电芯0.40米到2.5米长，里面的极片用传统方式可不容易放进去。

所以，比亚迪是这样设计的：

比亚迪专利
大家可以看到，刀片电芯里面的极片被分成了几组，也叫极芯组。每个极芯组有单独的极耳，所有极芯组在刀片腔体内串联或者并联。如果是串联就要单独封装然后加电解液，如果是并联可以一起泡在电解液中。头尾的两个极芯组伸出极耳，形成刀片电芯的正负极。

比亚迪对外公布的汉的刀片电芯电压是3.2V，所以这些极芯组在刀片电芯内部应该是并联。

每个极芯组，又可以由一个或多个极芯并联构成，这对缠绕生产方式是很有必要的，避免单个极片过长。

大家看到这，应该能明白，如果把每个极芯组单独封装，它就是一个电芯，所以刀片电芯本质上不是电芯，而是一个包含多个电芯的微模组。

而比亚迪刀片电池的专利，也不只是把极芯组都塞到一个腔体里，因为2011年就有这样的专利申请，但是被驳回了，没有创新。

比亚迪的专利，包括一系列极芯组之间的结构设计，解决了密封、灌电解液，气压密闭、极芯组监测等技术难题。

（注：如果感兴趣的读者多，我后面可以单独讲解比亚迪刀片相关专利）

举个例子，刀片电池就像人体魔术一样，看起来一个人躺在箱子里。一刀切下去没事儿，实际是两个人在箱子里。

可能有读者会问，为什么要在内部搞多个极芯组，直接把极片全部塞进刀片电芯里不行么？

问的好，在目前的技术下，确实不好搞！

刀片电池从0.4米到2.5米，直接把极片放进去，首先极片内阻会很大，其次极片加工太困难，最后极片之间不好压合，锂离子没法高效交换。

总之，如果能把极片一股脑塞进刀片电池，那就又变成了上面说的方块电芯扁平化，这是很难申请到专利保护的。如果能做到，那其他厂家也早就做了。

所以，至少在可预见的将来刀片电池就是一个微模组的形式。

刀片电芯的能量密度为什么高

说清楚了刀片电芯的结构，也就能理解刀片电芯为什么比软包电芯的系统能量密度还高。

这也不奇怪，因为软包电芯成组的时候，每个电芯都要加上固定用的结构件。而刀片的壳体，就相当于给软包电芯做了一个长的结构件，而且这个结构件又直接作为电池包的横梁。

一鱼两吃，肯定更好！

所以说，刀片电池汇集了方块和软包电芯两者的优点，是方块和软包两者共同的CTP方案！

上一篇文章的结论是软包和方块电池都很难同时在系统能量密度和量产性上超过特斯拉4680圆柱电池。

而刀片电池集中了方块和软包两者的优点，如果真的能够应用于三元锂，那么未来肯定可以和特斯拉4680一决高下！

当然，集中了全部的优点，也就集中了全部的缺点。

接下来我们就说一说刀片结构应用在三元锂上的困难。

三元锂刀片电池的困难

前途是光明的，道路是曲折的！

道理谁都能说出一大堆，可要真把三元锂极片塞到刀片电芯里面，问题可不少。要不然也不用我在这长篇大论了，比亚迪早就把三元锂刀片做出来，汉的续航也奔着1000公里去了。

会有哪些问题呢？

一、安全性问题：

1、电芯管理

由于刀片电芯是微模组的模式，内部有几个并联或串联的未封装极芯组。这些极芯组在充放电的时候是单独工作的，相当于电芯。

这一结构对三元锂非常敏感，三元锂在充放电的时候一定要监控到每一个电芯的工作状态。这些极片组的SOC不一样，温度也不一样，虽然电解液会将温度扩散出去，但是仍然很危险。

把这些极芯组封装起来测量，比单独测量方块电芯要更困难。

2、泄压通道

极芯组被封装在了狭长的刀片腔体内，而且有隔板。三元锂在充放电中更容易产生氧气，导致内部压力变化，这对刀片结构是很大的挑战。

更严重的是，如果产生内短路导致热失控，狭长的腔体是不利于压力释放的，尤其是内短路发生在中间的极芯组。

既然举起了安全性大旗，那么安全性就是比亚迪的招牌，这也是比亚迪不敢在刀片电池上面采用三元锂的最大障碍。

而磷酸铁锂固有的安全性优点，就是比亚迪选择它的根本原因。

二、生产问题：

1、生产经验

众所周知，比亚迪是靠磷酸铁锂起家的。

从2017年转向三元锂以来，比亚迪在三元锂上面一直采用比较保守的路线。

一方面是比亚迪对安全的重视，另一方面也是三元锂生产经验不足。

方块三元锂比亚迪还没有搞到最好，更别说刀片电池了。

2、产能消化

比亚迪在磷酸铁锂上的投入是巨大的，尤其是客车。

在推出刀片电池之前，比亚迪客车的磷酸铁锂电池就达到了400mm长。

客车磷酸铁锂电芯
比亚迪利用刀片电池安全性高的热潮，去消化磷酸铁锂的产能，要比强行突破三元锂的能量密度，稳妥的多。

毕竟0.9米的刀片就是2个客车电芯加起来，1.2米就是3个加起来，2米就是5个加起来！

三、售后问题：

1、电池平衡

锂电池随着使用时间增加，极芯组的SOC将越来越不平衡。对于普通电芯来说，实在不行拆开电池包做个平衡就行了，可是刀片电芯把这些极芯组封装起来，事情就不容易了。

磷酸铁锂电芯的SOC检测精度没那么高，平衡还不明显，可是三元锂如果SOC不平衡，BMS就报异常了。

2、碰撞修复

刀片电芯组成电池包的方式比较彻底，用胶黏在一起。

如果出现碰撞等情况要修复，难度就大了。对于无法修复的情况，三元锂的成本比磷酸铁锂要高。

比亚迪的困局

读到这，大家能够看到，刀片电池虽然潜力巨大，但是要用在三元锂上，困难真的是非常多！

其实对于任何一个企业，正向研发的困难都是很大的。

特斯拉走圆柱电芯的路线，也面临成组效率低，极耳发热大，三元锂不安全等问题。

特斯拉选择的是迎难而上，成组效率低就加大尺寸，极耳发热大就取消极耳，三元锂不安全就加强BMS管理。

如果比亚迪卯足了劲要在三元锂上做出一番成绩，也不是没方法。

但是现在这些困难对比亚迪来说，就是很难。

究其原因是比亚迪和特斯拉之间的差异，特斯拉是马斯克硬生生从投资人那里忽悠出来的。而比亚迪是从传统制造业起家一点点干出来的。

所以他们对风险的理解完全不一样。

让比亚迪走特斯拉的路，太难了！

这也是比亚迪的实力被封印的根本原因。

我关于刀片电池的所有文章，观点一直没变。那就是：刀是一把好刀，但暂时还没用好！