刀片电池
比亚迪2020年3月发布的电池产品
刀片电池(Blade battery),是比亚迪于2020年3月发布的电池产品,由比亚迪属下弗迪锂电池有限公司生产;因把电芯做得更长、更薄,类似于刀片而得名。
2020年,刀片电池首先搭载于“汉”车型,采用磷酸铁锂技术和新的电池包设计思路,将电芯以阵列方式直接装到电池包壳体中,省去了将电芯装成模组的步骤,从而提升了电池包内部的空间利用率。2021年4月,比亚迪宣布,旗下全系纯电动车型,开始全面搭载刀片电池,并全面启用针刺测试作为企业标准。2022年9月,比亚迪在德国汉诺威国际交通运输博览会上展出升级版12米纯电动巴士,并首次发布刀片电池大巴底盘技术平台。2023年10月,第47届东京车展在东京国际展览中心正式开幕,比亚迪L3在会上展出刀片电池、专为下一代电动车打造的e平台3.0等技术,展示比亚迪最新新能源技术成果。
刀片电池具有能量密度高、续航时间长、安全性能好、使用寿命长等特点和优势。
发展历程
行业背景
2019年12月10日,媒体报道特斯拉的固态电池能量密度已经达到了现有锂离子电池的4倍,15分钟可以充电80%,但要正式投入生产仍预计在2024年才有可能。从中国的消息来说,合肥国轩高科动力能源有限公司预计是在2021年开始生产,但要到2025年才能生产出车用的高密度固态电池。另一家公司当升科技只是说其固态电池材料得到了用户认可,至于何时能投产并没有明确消息。欧洲日本都曾预期固态电池在2020年可以走出实验室,但因为稳定性、安全性、成本高等问题,仍在等待中。
发展经历
2020年3月29日,比亚迪举行电池发布会正式发布刀片电池。比亚迪董事长王传福在发布会现场表示,刀片电池结合比亚迪全产业链优势,克服了传统电池能量密度低的问题,它将改变新能源汽车行业对三元锂电池的依赖。王传福介绍,刀片电池是比亚迪基于磷铁酸锂技术的又一次创新,其体积能量密度与主流三元锂电池持平,在相同体积下所储存的电量相差无几,但安全性却远高于三元锂电池。9月11日,报道称比亚迪或将向梅赛德斯-奔驰集团供应刀片电池,但两家公司未对这一消息置评。此前比亚迪汉EV首次搭载了刀片电池技术,该技术采用新的电池包设计思路,将电芯以阵列方式直接装到电池包壳体中。
2021年4月7日,比亚迪正式宣布,旗下全系纯电动车型,开始全面搭载刀片电池,并全面启用针刺测试作为企业标准。同时,比亚迪L3一口气上市了四款采用刀片电池的纯电车型,包括2021款唐EV、2021款e2、秦PlusEV以及宋PlusEV。比亚迪有限公司董事长兼总裁王传福现场宣布,比亚迪刀片电池开始向全球开放,实现全行业供应。2022年9月19日,比亚迪在德国汉诺威国际交通运输博览会上展出升级版12米纯电动巴士,并首次发布刀片电池大巴底盘技术平台。11月,比亚迪刀片电池巴士在新加坡第四届LTA-UITP新加坡国际交通大会暨展览会亮相。
2023年5月24日讯,在SNEC第十六届(2023)国际太阳能光伏与智慧能源(上海市)大会暨展览会上,比亚迪推出首款集成刀片电池的储能系统“比亚迪魔方”。比亚迪魔方搭载通过“针刺实验”的刀片电池,采用CTS(电芯到系统一体化)技术。6月,工信部近期发布的第371批新车公示中,第一商用车网发现,比亚迪商用车申报了两个系列的4款不同型号纯电动公交车,并且全部搭载了其最新“黑科技”——刀片电池。10月25日,第47届东京车展在东京国际展览中心正式开幕,比亚迪在会上展出备受称赞的刀片电池、专为下一代电动车打造的e平台3.0、全球首创的八合一电动力总成等技术,展示比亚迪最新新能源技术成果。
技术特点
工作原理
从设计角度讲,刀片电池的工作原理就是把电芯做得更长、更薄,类似于刀片一样。以前由多个电池组结构成的电池包,是一个个块状体或圆柱体电池组成的。而刀片电池是设计成薄如刀片的电芯组合在一起的。这么做不只是改变电池形状,关键是电池包内的空间布局得以优化,同样体积的空间能布设更多数量的电芯,使得电池的能量密度大大提高,达到了增加续航里程的目的。块状体电池堆叠方式的空间利用率只有80%,如果考虑到结构电池包必须的支撑件和散热件,更多的空间被浪费掉了,结果整体空间利用率只有40%。而刀片电池的结构布置可以比块状体更紧密。再加上刀片电池本身可以充当支架,又节省了一些空间,整体上,刀片电池的空间利用率可以达到60%。也就是说,电池包里的电池数量显著增加,这意味着能量密度显著增加,续航里程的增加就是自然而然的事情了。
技术特点
技术理念
刀片电池依旧延续了磷酸铁锂的技术路线,刀片电池改变的只是电芯的形状,正极材料仍然是磷酸铁锂。在刀片电池这个名字出现之前,这项技术被称为“超级磷酸铁锂电池”。比亚迪一直执着于用磷酸铁锂做正极材料,是因为磷酸铁锂在安全性上,相比于三元锂电池具有一定的优势。而三元锂电池的优势,则在于其续航里程更长,这是源于三元锂电池具有更强的导电性,能带来更高的能量密度。刀片电池的出现,正是这两种电池优势结合的解决方案。
技术优势
通过针刺实验显示,磷酸铁锂电池相比于三元锂电池有安全方面的优势。在块状或柱状磷酸铁锂电池改成刀片形状后,安全性能进一步提高。因为刀片电池比块状电池的短路回路更长,表面散热面积更大,过热导致的自燃现象大为降低,甚至杜绝了自燃。
针刺测试是国际上通行的检测电池安全性的试验。针刺试验表明,三元锂电池会产生剧烈燃烧并伴随爆炸,表面温度超过500度;磷酸铁锂块状电池会出现冒烟现象,但没有明火和爆炸,温度在200度与400度之间;刀片电池无明火、无烟,表面温度只有30度到60度,安全稳定性跃升到一个新的量级,刀片电池解决了电池自燃的问题。
技术创新
刀片电池的优势,就是得益于电池结构的创新。在成组时可以跳过模组来设计刀片电池,相较于有模电池包设计,刀片电池的能量密度可达到180Wh/kg,比有模电池组提升大约9%。所谓无模组设计,就是将电芯直接集成为电池包(即CTP技术),将磷酸铁锂电芯长度阵列式封装在“600mm≤第一尺寸≤2500mm”的电池包中,将电芯通过阵列方式排布在一起,直接组成电池包,减少了模组结构和单体连接线束,提升了封装效率,增加了集成化。
依赖刀片电池形状的特殊性和材料的稳定性,密集排布的刀片电池可以充当简单的结构件,不再需要单独做支架,空间利用率由40%提升到60%。刀片电池还改善了磷酸铁锂耐低温性差的缺点。其更为科学的热管理系统,让换热效率维持在较高水平,即使放在零下20度的严寒环境下,刀片电池的放电能力至少是常温时的90%,在低温环境下仍能保持电池性能的稳定,从而较好地改善了磷酸铁锂电池低温续航衰减难题。
应用领域
应用领域涉及IT、智能手机、汽车、新能源轻轨铁路交通等。
发展趋势
应用趋势
刀片电池的发展方向就是要把动力电池引回行稳致远的轨道,安全尤其是避免电池着火被视为首要问题。对于新能源乘用车来说,更高的能量密度,更高续航里程仍然是动力电池行业的追求,也是被认为是新能源汽车行业发展的方向。
技术趋势
刀片电池的结构创新,不只是比亚迪一家在研究。从模组来说,就有从355模组和590模组,进步到宁德时代的CTP(无模组)。合肥国轩高科动力能源有限公司的JTM(JellyrollToModule,即从卷芯到模组),也是一种创新,能量和存储效率都有所提升。刀片电池在技术革新上,有研究直接将电池包连在车辆上,或者是单体直连到车辆上。欧阳明高院士从交通智慧能源生态的角度,提出两个组合方向:一个是分布式光伏+电池+电动汽车+物联网+区块链;另一个是集中式远距离的风电与光伏+氢能储能及发电+燃料电池汽车+物联网+区块链。
制造商
刀片电池由弗迪锂电池有限公司生产,弗迪电池有限公司于2019年5月5日注册完成,其前身是比亚迪锂电池有限公司,早在1998年就已成立。该公司在电池领域具备100%自主研发、设计和生产能力,产品覆盖消费类3C电池、动力电池及储能电池、梯次利用等领域;在新材料、新技术研究领域,已完成众多项科研成果的研发及产业化,应用领域涉及IT、汽车、新能源、轻轨铁路交通等。
社会评价
中国科学院院士欧阳明高分析指出,“刀片电池”的设计使得它在短路时产热少、散热快,并且评价其在“针刺试验”中的表现“非常优异”  。(中国科学院院士欧阳明高 评)
目录
概述
发展历程
行业背景
发展经历
技术特点
工作原理
技术特点
技术理念
技术优势
技术创新
应用领域
发展趋势
应用趋势
技术趋势
制造商
社会评价
参考资料