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上面的视频,是比亚迪对三种形态电池做的针刺试验。三元锂电池液态电解质本身易燃,高温后释放氧气助燃。针刺穿透的瞬间,电池即发生了严重的热失控——爆燃,电池表面温度迅速超过500℃。
跟三元锂材料不同,磷酸铁锂的放热反应启动温度高,放热慢、产热少,磷晶体中的P-O键稳固,高温不会释放强氧化性物质助燃。在材料的安全属性上,磷酸铁锂对三元锂材料具有碾压性优势。因此,在传统块状磷酸铁锂电池刺穿后,有烟无明火,表面温度上升到200℃~400℃之间,没有出现爆燃。
刀片电池的安全性,基于块状电池再进一步。刀片电池被刺穿后无明火、无烟,电池表面的温度在30℃~60℃。中科院院士欧阳明高分析指出,刀片电池的设计使它在短路时产热少、散热快。
我查了比亚迪公开的技术资料和刀片电池专利,顺藤摸瓜,找出了刀片电池安全性升级的几点技术支撑。
产热少,一是因为磷酸铁锂材料稳定的化学特性,二是刀片电池在高风险安全位点全面使用高温陶瓷涂层,具有更好的耐高温和绝缘性能。散热快,是刀片电池薄而长的结构形态,增大了表面积,可以及时将内部的热量传导至外部,防止热量在内聚集。
材料+结构优势,让刀片电池在穿刺试验中表现优异。比亚迪这才雄心勃勃的说,要根除新能源汽车的安全性痛点,把“自燃二字从新能源车字典中抹掉”。但问题是,新能源汽车行业明知磷酸铁锂电池的安全优势,为什么三元锂电池还会大行其道?
说白了,在消费者感知层面,自燃概率低,但续航不够是每个人都会碰到的。要改变生态,让业内、普通消费者接受刀片电池,关键要把刀片电池的能量密度,拉升到三元锂电池的水平。
对于磷酸铁锂电池领域,靠化学科学的进步提升能量密度,难度系数非常高。“刀片电池”的选择是,改良内部结构和物理特性,充分挖掘电池包内的空间和利用率,在有限的体积内装入更多的电芯,以此提升电池包容量。
传统电池包分三级构成,很多电芯组成一个模组,几个模组再安装在一个电池包内。而模组,无法直接架构在边梁上,需要电池包内植入横梁、纵梁支撑。
刀片电池的思路,是把电芯做成薄而长的形状(因为薄而长的形状,像刀片一样,这就是刀片电池名称的由来),电芯长度近似电池包的宽度。在装配时,直接略过模组这一项,电芯架在电池包边梁上、密布排列。电芯既是能量体储存电能,又是结构体强化电池包强度(做结构体的原理也不难懂,就像一把筷子很难折断。密布排列的电芯也是走的“群架”路线)。在比亚迪的专利里,刀片电池的电池包没有内部横梁、纵梁的的结构件,甚至电芯跟边梁的连接,用的也是胶合技术。
根据比亚迪的专利,刀片电池电池包,电芯占包内可用容积的比值,在81%~97%之间。我真心觉得,“刀片电池”电池包,已经没有了冗余的零件和多余的空间,所有的容积,都释放给了电芯。