解析比亚迪刀片电池技术

楚志朋

比亚迪生产刀片电池是一种磷酸铁锂电池的结构创新，电池设计成了长薄形似刀片的单体电池，所以取作刀片电池。
刀片电池其实本质还是一种方形硬壳电池，只是采用长薄型结构设计。外形尺寸为960.0±10 mm × 90.0±1.0 mm × 13.5＋2.5/-1.5 mm。不同的型号尺寸略有不同，比如138Ah规格的刀片电池厚度约为12mm，而202Ah的刀片电池厚度约为13.5mm。

刀片电池的极柱端子有螺纹型和焊接平台型，组装电池包时电池间的正负极端子可以根据实际需求采用这两种连接方式。负极侧端子还设置有泄压阀(Explosive-Proof Valve)。

其采用CTP无模组方案，由于电芯结构的变化，电池包的设计也改变了，取消传统电池的壳体结构，由刀片电池来充当电池的梁，也充当电芯。再采用蜂窝铝板的设计，上下两面粘贴两个高强度铝板，刀片电池排列其中。这样就跳过了传统的模组环节，提高了空间利用率，在同样空间中能够装下更多的电芯。

刀片电池组装电池包时

• 利用刀片电池自身的强度，电池包成组减小横梁等，在随机振动载荷下，模组形式变形量大，刀片电芯变形量小；
  
• 无模组电池包：通过改变电池包结构，长方形电池竖直排列插入电池包，电池组结构简化，提升包内空间利用率。
  
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刀片电池是比亚迪与2020年发布的电池产品。刀片电池有很多优点。
首先，刀片电池取消了模块设计，因此电池的二次元件数量减少了40%，不仅大大降低了材料成本，还显著提高了电池组的体积能量密度。
其次，与传统动力电池不同的是，传统动力电池以卷绕的形式生产电池，而刀片电池则采用叠片工艺。与卷绕结构相比，叠层结构具有更均匀的电流密度、优异的内部散热性能，更适合大功率放电。因此，刀片电池具有更好的循环特性、安全特性和能量密度。

当然，刀片电池最大的优势在于安全性。经过结构优化后，刀片电池可以通过最苛刻的针刺测试，针刺过程中不会起火或爆炸，符合国家强制执行的安全标准。
传统的三元锂电池安全问题频发，动辄爆炸引起火灾。现阶段锂电安全有了极大进步，自燃问题少了少了不少

迄今为止，针刺测试仍然是动力电池最苛刻的测试，即使是电动汽车上运用最广泛的三元锂电池也没有通过这个测试。而刀片电池，在被刺穿后无火无烟，电池表面的温度仅有30~60度左右。

其次是极端承重，让46吨满载重卡碾压刀片电池包，刀片电池包完好，无漏液、无变形、无冒烟现象。电池包装回原车依旧可以正常使用。在这些极端严苛测试条件下的测试结果，足以证明刀片电池在安全和强度方面的高性能。

最后是“价廉”。2022年以来，电池原材料价格逐步攀升，许多电动车生产商承受了巨大的压力。而刀片电池由于结构简化，再加上磷酸铁锂材料价格相对较低，将电池包综合成本降低20%-30%。根据中信证券公布的数据，比亚迪更换刀片电池后，每瓦时的平均成本将从0.85元降至0.6元。
刀片电池的限制刀片电池是磷酸铁锂电池，磷酸铁锂电池的缺点是体积、能量密度低，低温性能较差。
不耐低温（锂电池都差不多，LPF更严重）在极端低温环境下，三元锂的放电容量明显高于磷酸铁锂，在零下20℃的条件下，磷酸铁锂的释放的电量会大打折扣。并且在低温低电量条件下的充电功率，磷酸铁锂要低于三元锂，低温环境简直是磷酸铁锂的天敌。
长度规格。由于刀片电池的长度规格从0.6米至2.1米不等，很难实现电芯的通用化。就是说，只有特定车型才能匹配电池，这限制了刀片电池在其他车型上的应用。
电芯破损（CTP共性问题）。刀片电池电芯结构是直接承接力的，如果发生侧碰或者其它碰撞，单个破损后，串联的电芯很难维修。而且，如果按照这样的整体结构设计，电池在极端条件下会发生破损，电芯可能无法承受这个后果。
刀片电池生产工艺生产刀片电池最大的难点和亮点，主要集中在“八大工艺”。这八大工艺包含了配料、涂布、辊压、叠片、装配、烘烤、注液、检测等生产环节，从原材料进入生产开端，到生产各个零部件的步骤,直至最后的检测出品。

在生产电池之前，刀片电池对生产环境有着十分严苛的要求，比如车间的无粉尘设计、25摄氏度的恒温控制、以及1%以下的湿度控制（主要注液段）。
为了最大程度降低电池的短路率，比亚迪提出了一个粉尘分级管控的概念，在一些关键工序百级标准。

一般有拿到欧洲企业定点都通过VDA体系认证

1）配料系统：全自动，高精度，在线检测，配料系统的精度需要控制在千分之二，以保证浆料的稳定性；配料的水需经八道过滤，最后得到的高纯水里除了水分子分离出来的氢离子和氢氧根离子之外，没有任何杂质离子。

2）宽幅涂布
涂布工艺：电池长96cm，支持最大宽度达130cm，双面同时涂布，单位面积涂敷重量偏差小于1%。

3）辊压工序
辊压工艺：可以支持120cm超大宽幅，辊压速度达到≥120m/min，厚度控制≥2μm以内，确保宽尺寸极片厚度的一致性。（在120cm宽度下，极片中间部分受力低于两侧，厚度会比两侧高。为此BYD的辊压机还采用了弯缸工艺，对轧辊进行平行度校正，以确保辊压后的极片厚度一致性）

4）高速叠片
叠片工艺难点（1）极片分切精度和一致性要很高；（2）堆叠时对齐精度要很高。刀片电池设计的叠片速度在0.3s/pcs。这个是比较难

5）装配工序

6）烘烤工序（接触式加热效率更高）

7）注液
比亚迪自主研发太空舱加压注液技术，先采用真空负压将电池壳体内的空气排空，再用加压方式将电解液充分注入。

8）检测系统

电池包工艺

从上述简介可以看出，结构设计并不难，难得是制造能力，BYD在工艺设备的积累助力刀片电池的量产，其他企业想要复制对制程挑战远大于对结构的创新，期待通过这些高要求产品的量产，整体产业链同步升级，确实带动行业大跨步往前走
刀片电池内部结构拆开电池的端盖，极柱端子内部结构如下图所示。极片留白箔与连接片焊接在一起，箔材折弯减少占据的电池壳体内部空间，连接片再引出极柱。在端盖一侧设计了泄压阀、短路保护等安全装置。

电池壳体采用铝材质，拆开电池壳，电芯如下图所示，长条形极片采用叠片方式组装成电芯。极片尺寸大概为：正极944 mm ×83mm，负极946mm ×85mm。电芯外部包裹一层绝缘保护膜，电芯侧面也放置了一个保护条（下图右侧）。电芯由26片正极和27片负极组成。

根据以上拆解信息，总结电池大概设计参数如下：
标称电压：3.2V
标称容量：138A
尺寸：960*90*12.0 mm
正极尺寸：944*83 mm负极尺寸：946*85 mm正极片数：26片负极片数：27片正极面容量：3.39 mAh/cm2刀片电池规格参数：

（1）配料车间设备

（2）涂布车间设备

（3）烘烤对辊

（4）电池装配线

（5）电池成品线

结论最后综合来看，刀片电池在产品力上是非常优秀的。刀片电池的优势很明显：无论从最突出的安全性、续航和稳定性，还是更高的续航里程等等因素加在一起，优点大于缺点。可以说，比亚迪纯电车型能在市场上受到青睐，也有刀片电池不少功劳。
通过刀片电池工艺积累，如果能在固态电池进一步，做成固态电池，市场竞争力又会上一个台阶。
动力电池只有在创新道路上越走越远才能更有竞争力！

来源：http://www.yidianzixun.com/article/0ltmqaXH
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