文| 騰三毛

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前不久，“三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池技術(shù)之爭(zhēng)”成了汽車(chē)圈最大的瓜。

我們知道，現(xiàn)階段汽車(chē)動(dòng)力電池主要有兩種形式：三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池。而在過(guò)去的很長(zhǎng)一段時(shí)間，乘用車(chē)領(lǐng)域很多企業(yè)陷入了“唯續(xù)航里程論”的怪圈，憑借著較高的重量能量密度，三元鋰電池長(zhǎng)期占據(jù)著市場(chǎng)“強(qiáng)勢(shì)地位”，即便三元鋰電池出現(xiàn)了眾多極其嚴(yán)重的安全事故，還是讓不少人一度認(rèn)為電動(dòng)車(chē)電池依舊會(huì)“三元鋰”化。

不過(guò)今年3月，比亞迪刀片電池的正式推出，讓這一趨勢(shì)有了180度的轉(zhuǎn)變。

比亞迪表示，基于磷酸鐵鋰研發(fā)的刀片電池，續(xù)航里程達(dá)到了三元鋰電池的同等水平，而且順利通過(guò)了令后者望而生畏的“針刺測(cè)試”。這在動(dòng)力電池界引起了不小的轟動(dòng)。要知道，通過(guò)這一安全測(cè)試的難度堪比登頂珠穆朗瑪峰。

日前，筆者代表車(chē)圖騰參觀(guān)了比亞迪位于重慶的弗迪電池超級(jí)工廠(chǎng)，了解到了不為人知的秘密。

▍技術(shù)之爭(zhēng)

電動(dòng)車(chē)用戶(hù)最大的兩個(gè)痛點(diǎn)在于續(xù)航里程和電池安全。而相較于隱性的電池安全，用戶(hù)可以更直觀(guān)地體驗(yàn)到續(xù)航里程的長(zhǎng)短。因此，不少汽車(chē)廠(chǎng)商便“投用戶(hù)所好”，在續(xù)航里程方面下足了功夫，方法之一就是采用高能量密度的三元鋰動(dòng)力電池；磷酸鐵鋰電池縱使有著較高的安全屬性，但礙于能量密度、低溫放電等問(wèn)題，過(guò)去幾年在上一波與三元鋰電池的路線(xiàn)之爭(zhēng)中，還是敗下陣來(lái)。

可是三元鋰電池卻一次次讓人神經(jīng)緊繃，起火、爆燃事故不斷。天性熱穩(wěn)定性差、安全性差是行業(yè)公認(rèn)的事實(shí)，先天劣勢(shì)頻繁被觸發(fā)，常常挑戰(zhàn)用戶(hù)的安全底線(xiàn)，嚴(yán)重打擊了計(jì)劃購(gòu)買(mǎi)電動(dòng)車(chē)用戶(hù)的信心。

（某品牌電動(dòng)車(chē)充電時(shí)意外自燃）

有意思的是，比亞迪2003年宣布跨界生產(chǎn)汽車(chē)之前，就已經(jīng)開(kāi)始了汽車(chē)動(dòng)力電池的研發(fā)。實(shí)際上，比亞迪從2002年即開(kāi)始對(duì)磷酸鐵鋰電池投入研發(fā)，2008年比亞迪實(shí)現(xiàn)了全球首創(chuàng)將動(dòng)力電池引入到純電動(dòng)車(chē)型e6和雙模車(chē)型F3DM上，創(chuàng)業(yè)界之先河。即便是比亞迪后來(lái)開(kāi)始了三元鋰電池的研發(fā)，但磷酸鐵鋰的技術(shù)路線(xiàn)也并未停滯，反倒是得到了進(jìn)一步加強(qiáng)，這背后有一個(gè)核心驅(qū)動(dòng)力——磷酸鐵鋰的先天安全性。

在當(dāng)時(shí)看來(lái)，磷酸鐵鋰電池確實(shí)有一定的短板，不過(guò)如果比亞迪能把短板補(bǔ)起來(lái)，那么磷酸鐵鋰電池的安全等優(yōu)勢(shì)則是三元鋰電池難以企及的。

▍安全、性能才是王道

對(duì)于汽車(chē)而言，安全是先決條件，是基礎(chǔ)架構(gòu)，也是最高標(biāo)準(zhǔn)，這其中電動(dòng)車(chē)的電池安全尤為引人矚目。過(guò)去多年，有關(guān)電動(dòng)車(chē)電池安全的案例比比皆是，歷歷在目。實(shí)際上，電池安全可以從兩個(gè)角度分析：

一，內(nèi)部因素

電池內(nèi)部安全問(wèn)題，一般是指電池的熱失控。對(duì)比目前電動(dòng)車(chē)常用的兩種主流電池，磷酸鐵鋰材料本身具有放熱啟動(dòng)溫度高、放熱慢、產(chǎn)熱少、材料在分解過(guò)程中不釋放氧氣不易起火四大優(yōu)勢(shì)。而三元鋰電池天生即熱穩(wěn)定性差、安全性差。

此番參觀(guān)比亞迪刀片電池超級(jí)工廠(chǎng)，工程師現(xiàn)場(chǎng)給我們演示了電池安全領(lǐng)域的“珠穆朗瑪峰”般的試驗(yàn)——針刺測(cè)試。

針刺測(cè)試是一種傳統(tǒng)的模擬電池內(nèi)部短路的測(cè)試手段，通過(guò)一個(gè)金屬針刺穿電池，模擬電池內(nèi)部發(fā)生短路時(shí)的電池表現(xiàn)。針刺測(cè)試業(yè)界公認(rèn)是所有電池安全測(cè)試中最嚴(yán)酷的、最頂端的性能檢測(cè)。

其實(shí)，電池中的電芯內(nèi)部短路是電動(dòng)車(chē)發(fā)生燃燒的最主要的因素，特別是在停車(chē)和行駛過(guò)程中的自燃，基本上都是由電池內(nèi)短引起的。內(nèi)部短路發(fā)生的原因很復(fù)雜，可能發(fā)生的短路點(diǎn)也很多，隨著能量密度的提升，電芯內(nèi)部留給設(shè)計(jì)優(yōu)化的空間也越來(lái)越少，所以市場(chǎng)上內(nèi)短引發(fā)車(chē)輛燃燒的情況時(shí)有發(fā)生。

在重慶工廠(chǎng)實(shí)驗(yàn)室，工作人員為我們對(duì)比了比亞迪刀片電池和三元鋰電池在國(guó)標(biāo)GB/T 31485標(biāo)準(zhǔn)要求下的針刺測(cè)試，讓針貫穿極板，模擬電池內(nèi)部短路，以便觀(guān)察電池的熱失控情況，結(jié)果令人大吃一驚。

三元鋰電池在鋼針穿刺電池的一瞬間，隨即出現(xiàn)爆裂噴火燃燒，并伴隨有白煙出現(xiàn)，場(chǎng)面一度嚇人，溫度傳感器顯示，這時(shí)的三元鋰電池內(nèi)部長(zhǎng)時(shí)間保持600-700℃的高溫；而在之后的比亞迪磷酸鐵鋰刀片電池測(cè)試中，現(xiàn)場(chǎng)并無(wú)明火，也沒(méi)有白煙，數(shù)據(jù)顯示穿刺表面溫度只有30-60℃。

“在500℃的溫度下，磷酸鐵鋰材料結(jié)構(gòu)都非常穩(wěn)定，但三元鋰材料在200℃左右就會(huì)發(fā)生分解，且化學(xué)反應(yīng)較劇烈，會(huì)釋放氧分子，這些氧分子會(huì)快速與內(nèi)部的鋁箔等其他材料結(jié)合燃燒，更容易引發(fā)熱失控。”比亞迪旗下弗迪電池公司副總經(jīng)理孫華軍表示。

（三元鋰電池針刺測(cè)試，瞬間起火爆燃）

實(shí)驗(yàn)是理性的，但同時(shí)也是感性的，對(duì)比之下比亞迪刀片電池的內(nèi)部短路安全讓人看到了磷酸鐵鋰回歸的大趨勢(shì)。

二，外部因素

外部因素更多聚焦在電動(dòng)車(chē)在發(fā)生事故等情況下，動(dòng)力電池受到擠壓變形后的安全表現(xiàn)。

以往，汽車(chē)廠(chǎng)商對(duì)于電池模組的保護(hù)大多集中在增強(qiáng)電池外殼的安全，其實(shí)說(shuō)來(lái)也簡(jiǎn)單，無(wú)非是用更多的高強(qiáng)度材料包裹電池模組，由此一來(lái)也帶來(lái)另一個(gè)問(wèn)題，電池包總質(zhì)量的加重。

有意思的是，比亞迪刀片電池則“不用”。

倒不是說(shuō)比亞迪刀片電池完全不用保護(hù)，而是刀片式的長(zhǎng)96厘米、寬9厘米、高1.35厘米的單體電池，通過(guò)陣列的方式排布在一起，就像“刀片”一樣插入到電池包里面，在成組時(shí)跳過(guò)模組和梁，減少了冗余零部件后，形成類(lèi)似蜂窩鋁板的結(jié)構(gòu)等等——刀片電池通過(guò)一系列的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了電池的超級(jí)強(qiáng)度的同時(shí)，電池包的安全性能大幅提升，體積利用率也提升了50%以上。

“因?yàn)榈镀姵啬軌虼蟠鬁p少三元鋰電池因電池安全和強(qiáng)度不夠而增加的結(jié)構(gòu)件，從而減少車(chē)輛的重量，所以我們的單體能量密度雖然沒(méi)有比三元鋰高，但是能夠達(dá)到主流三元鋰電池同等的續(xù)航能力。”孫華軍透露。

如果將這些保護(hù)單元一同算入電池的能量密度，結(jié)果會(huì)怎樣呢？來(lái)看看首款搭載刀片電池的車(chē)型比亞迪漢EV，該車(chē)綜合工況下的續(xù)航里程已經(jīng)達(dá)到了605公里。驚不驚喜？意不意外？

據(jù)了解，未來(lái)其能量密度還將從140Wh/kg提升至160Wh/kg，續(xù)航里程會(huì)進(jìn)一步提升。

此外，漢EV上搭載的刀片電池33分鐘可將電量從10%充到80%，百公里加速3.9秒，循環(huán)充放電3000次以上，可行駛120萬(wàn)公里，這些加上超出業(yè)內(nèi)想象的低溫性能表現(xiàn)，讓比亞迪刀片電池有了“碾壓”式的優(yōu)勢(shì)。

▍保密級(jí)別最高的一個(gè)電池工廠(chǎng)

時(shí)至今日，比亞迪電池工廠(chǎng)已經(jīng)遍布深圳、西安、青海、重慶、長(zhǎng)沙、貴陽(yáng)，而唯獨(dú)重慶弗迪工廠(chǎng)的保密級(jí)別最高，這里也是刀片電池目前唯一的生產(chǎn)工廠(chǎng)，原因不言自明。

這里誕生了很多比亞迪獨(dú)創(chuàng)的刀片電池生產(chǎn)線(xiàn)和生產(chǎn)設(shè)備，更“隱藏”著多項(xiàng)高度保密的核心技術(shù)。自2019年2月開(kāi)工，到2020年3月刀片電池正式推出，僅1年時(shí)間，就從一片空地變身為一個(gè)精益化、自動(dòng)化、信息化制造管理系統(tǒng)的世界級(jí)工廠(chǎng)。

工廠(chǎng)總投資100億元，建設(shè)鋰離子電池生產(chǎn)線(xiàn)8條，規(guī)劃年產(chǎn)能達(dá)20GWH。到今年年底，將達(dá)到10GWH。

能別人所不能，比亞迪在技術(shù)層面一定有著過(guò)人的黑科技。

“首先，刀片電池在生產(chǎn)環(huán)境上的要求就極為苛刻?！睂O華軍說(shuō)，為了最大程度降低電池的短路率，他們提出了一個(gè)粉塵分級(jí)管控的概念，在一些關(guān)鍵工序上，能夠做到一立方米空間內(nèi)，5微米（頭發(fā)絲1/20粗細(xì)）的顆粒不超過(guò)29個(gè)，這達(dá)到了與液晶屏生產(chǎn)車(chē)間相同的標(biāo)準(zhǔn)。

嚴(yán)苛的環(huán)境和條件，只是確保刀片電池高安全性的“基礎(chǔ)”，而生產(chǎn)刀片電池最大的難點(diǎn)和亮點(diǎn)，主要集中在“八大工藝”。

“將近1米長(zhǎng)的極片，能夠?qū)崿F(xiàn)公差控制在±0.3mm以?xún)?nèi)、單片疊片效率在0.3s/pcs的精度和速度，在國(guó)際上我們都屬于首創(chuàng)。這種疊片采用的是比亞迪完全獨(dú)立自主開(kāi)發(fā)的設(shè)備和裁切方案，這是其他任何人想抄都抄不來(lái)的?！睂O華軍說(shuō)。實(shí)際上疊片技術(shù)也是比亞迪刀片電池核心中的核心，以至于此次參觀(guān)的所有人都沒(méi)能親眼見(jiàn)到這一機(jī)密，而只能根據(jù)工作人員的介紹去理解、去想象。

除疊片之外，刀片電池生產(chǎn)過(guò)程中的配料、涂布、輥壓、檢測(cè)等其他工藝都達(dá)到了世界頂尖水平。比如配料系統(tǒng)的精度在0.2%以?xún)?nèi)；雙面同時(shí)涂布，涂布最大寬度達(dá)1300mm、單位面積涂敷重量偏差小于1%；1200mm超大幅寬的輥壓速度可達(dá)120m/min，厚度控制2μm以?xún)?nèi)，確保寬尺寸極片厚度的一致性……

（比亞迪弗迪重慶超級(jí)工廠(chǎng)涂布工序）

每一塊刀片電池的誕生，都源自對(duì)工匠精神的不懈追求，事實(shí)上刀片電池的工藝和程序，還來(lái)源于工業(yè)4.0級(jí)別的制造、管理系統(tǒng)。

遍布生產(chǎn)車(chē)間、工序、條線(xiàn)的高精度傳感器，數(shù)以百計(jì)的機(jī)器人，以及符合IATF16949&VDA6.3控制標(biāo)準(zhǔn)的品控體系等等，使得這間位于重慶璧山的電池工廠(chǎng)實(shí)現(xiàn)了硬件設(shè)備之間的自動(dòng)化，設(shè)備與設(shè)備之間的信息化，控制層面的智能化，賦予工業(yè)制造新智能。

（比亞迪弗迪重慶超級(jí)工廠(chǎng)裝配工序）

寫(xiě)在最后：

刀片電池橫空出世后，業(yè)內(nèi)評(píng)論認(rèn)為，跑偏多年的動(dòng)力電池行業(yè)發(fā)展路線(xiàn)終于有機(jī)會(huì)重回正軌。在登頂動(dòng)力電池安全界的“珠峰”——針刺實(shí)驗(yàn)后，比亞迪磷酸鐵鋰刀片電池獲得了無(wú)數(shù)贊譽(yù)。

在與工作人員的交談中筆者了解到，弗迪電池重慶工廠(chǎng)只是刀片電池的全球首個(gè)工廠(chǎng)，隨著產(chǎn)能的不斷擴(kuò)大，刀片電池將向整個(gè)新能源汽車(chē)行業(yè)開(kāi)放共享，讓行業(yè)和消費(fèi)者受益。這一點(diǎn)既展現(xiàn)出了比亞迪刀片電池的核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)，也展現(xiàn)出了作為一個(gè)民族企業(yè)的氣度與擔(dān)當(dāng)。

“今天，幾乎你能想到的所有汽車(chē)品牌，都在和我們探討基于刀片電池技術(shù)的合作方案，”比亞迪旗下弗迪電池公司副總經(jīng)理孫華軍表示。

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