刀片电池是最终技术吗？对比刀片电池弹匣电池
刀片电池是最终技术吗？对比刀片电池弹匣电池今年，我国正式实施《电动汽车安全要求》、《电动客车安全要求》以及《电动汽车用动力蓄电池安全要求》三项强制性国家标准。此次标准增加了电池系统（电池组）热扩散试验，要求电池单体发生热失控后，电池系统在5分钟内不起火不爆炸，为乘员预留安全逃生时间。「 不起火不爆炸就行，冒烟我不管？ 」（听说好几万，还好有保险）而为了保障动力电池在受到物理攻击之后不起火不爆炸，车企们纷纷使出了浑身解数。前有比亚迪刀片电池，后有广汽埃安弹匣电池（技术）、长城大禹电池。众所周知，电池的性能和安全性成反比，能量密度越高，安全性就越差。那安全性指的是什么，国家又如何定义安全呢？
说到新能源车，大家最关心的点必然是电池安全。
有调查机构表示，我国2020年新能源车自燃起火事故共计61起，事故的原因大部分由动力电池导致，而这当中因为机械触发引起的内短路就是主要因素。
“机械触发”换句话说，就是外物撞击。
虽然说动力电池有层层盔甲保护，但正所谓“常在河边走，哪有不湿鞋”，这些平铺车底的电池被磕伤时有发生，我们皆电的大佬@大朱 ，这位视Model 3如老婆一样的人也中过招。
（听说好几万，还好有保险）
而为了保障动力电池在受到物理攻击之后不起火不爆炸，车企们纷纷使出了浑身解数。前有比亚迪刀片电池，后有广汽埃安弹匣电池（技术）、长城大禹电池。
众所周知，电池的性能和安全性成反比，能量密度越高，安全性就越差。那安全性指的是什么，国家又如何定义安全呢？
「 不起火不爆炸就行，冒烟我不管？ 」
今年，我国正式实施《电动汽车安全要求》、《电动客车安全要求》以及《电动汽车用动力蓄电池安全要求》三项强制性国家标准。此次标准增加了电池系统（电池组）热扩散试验，要求电池单体发生热失控后，电池系统在5分钟内不起火不爆炸，为乘员预留安全逃生时间。
也就是说，电池组不起火不爆炸才算符合国家标准。不过这个东东让我心里贼忐忑，难道不起火不爆炸，冒浓烟也可以？就连人机工程学也要考虑心理因素，自燃这么大件事居然把标准放这么低…
所以我认为，在满足国家标准的前提下，电池能做到不冒烟，甚至没有肉眼可见的变化才是真安全。那这三款电池到底谁最安全，不妨先从电池结构说起。
「 电芯变成电池组，犹如聚沙成塔 」
动力电池组的结构可以分为三层，分别是电池单体、电池模组以及动力电池系统（简称电池组）。
电池单体，也就是我们常说的电芯，它是组成动力电池最小的单元，由正负极、电解质、隔膜等组成。目前常见的电芯形态有圆柱形（如18650、21700）、方盒形（如VDA-PHEV2）以及软包，其中圆柱形电芯、VDA方盒形电芯是目前装机量最大的电芯类型。
和软包电池相比，圆柱形电芯、VDA方盒形电芯的生产工艺更成熟，成本控制也更为出色，不过我倒是更看好软包电池，除了因为它的能量密度比另外两者更高之外，还在于它的尺寸、造型支持自定义，能更好地利用底盘空间。
把N个电池单体进行串联、并联焊接在一起，再加个模块控制器，就是电池模组了。而N个模组组合在一起，再加些控制单元、采集系统以及冷却系统，就构成了一个完整的动力电池组。这时候就可以拎去装车。
对电池组结构有了基本了解之后，我们再去看看刀片电池、弹匣电池、大禹电池到底施展了什么魔法来保障安全。
「 刀片电池 」
上文说到，传统的结构是把电芯装成模组，模组再装成电池组，而刀片电池是一种全新设计理念，它采用了长条形电芯设计，省去了中间组成模组的环节，N个刀片电池直接能构成电池组。
刀片电池有很多规格，长度可以在435~2500mm之间变换，目前主流应用的规格长/高/厚度分别为960/90/13.5mm，又长又薄，看起来就像刀片一样。
那刀片电池又有什么优势呢？
简单来说，刀片电池因为取消了模组设计，所以电池二级零部件数量减少了40%，这除了大幅减低物料成本之外，还使电池组体积能量密度显著提升，据国家知识产权局公布的数据，刀片电池可使普通电池包体积比能量密度从251Wh/L提升至332Wh/L，这也是搭载刀片电池的汉EV NEDC续航能达到605km，比很多三元锂电车型都要强的原因。
（刀片电池体积能量密度、温升控制都比一般电池好）
当然刀片电池的出现，更多是为了安全性考虑。首先刀片电池本质是磷酸铁锂电池，磷酸铁锂正极材料的热稳定性比三元锂好不少，在500℃以内都有着极高的稳定性，反观三元锂超过200℃就可能发生热失控。
除了化学成分带来的优越性之外，刀片电池还采用了叠片工艺。传统的卷绕工艺在极片隔膜制成电芯后，两侧/拐角边缘位置的电极存在较大曲率，在反复的充放电过程中容易产生波浪状变形，从而使内部结构不稳定导致安全隐患，而叠片工艺就没有这个问题。再加上叠片内阻更低，发热也更小，在工作时也不易发生膨胀。
另外因为造型又薄又长，每一片电芯都有着很大的热交换面积，而比亚迪又在电芯之间设计了导热层，所以各电芯的最大温差能控制在1℃以内，目前行业普遍是5℃。
(VDA方形三元锂电池针刺)
(刀片电池针刺)
通过结构的优化，刀片电池能通过最苛刻的针刺试验，针刺过程中不起火不爆炸，满足了国家强制执行的安全标准，另外它还不冒烟，安全阀温度也不过60℃，可以说是真的安全。目前这款电池已经装配在比亚迪全系电动车上，如宋PLUS EV、汉EV等等。
此外，刀片电池还能适配DM-i车型，像最近大热的宋PLUS DM-i就搭载了刀片电池，按纯电续航里程划分51km以及110km两个版本，电池容量分别为8.3kWh以及18.3kWh。实话说，110km已经领先不少同级PHEV车了。
「 弹匣电池 」
在比亚迪发布刀片电池之后，广汽埃安在今年3月发布了弹匣电池技术，别的先不说，光这个名字就有狙击刀片电池的意思。
而与刀片电池通过改变电芯结构不同的是，弹匣电池主要通过打造一个“安全保护壳”保障安全，简单来说就是把电芯一个一个放在安全舱中，就像弹匣里的子弹。这个子弹既能是三元锂，也能是磷酸铁锂。
先说说弹匣电池的最小能量个体——电芯，三元锂版本的电芯通过正极材料、SEI膜、电解质的优化去提升稳定性。
例如正极材料采用了纳米级包覆及掺杂技术，电解液也添加了不少玩意，让SEI膜能自我修复，在高温时还能形成高阻抗聚合物延缓热失控的发生。
这些电芯层面的技术应用是通过合作伙伴一起实现的，效果怎样我们不得而知，毕竟没给电芯单独做过针刺试验，这些“纳米级”的词汇让我有点摸不着头脑…
相较于电芯的改进，这个安全舱就大有来头了。一般的模组上盖不能承受热失控带来的高温，融化的上盖会析出有毒、易燃的混合气体，这对于本来就热失控的电芯来说可谓火上浇油。而弹匣电池采用了耐高温（超1400℃）材料制成，并在电芯之间采用了隔热材料，很大程度上起到阻燃、隔热的效果，即便是其中一个电芯发生热失控，那也不会波及到其他电芯。
当然，弹匣电池的内部还采用了全贴合液冷系统设计，配合第五代电池管理系统，能实现24小时对电池的监控，发现异常就会启动电池速冷系统为其降温。
有意思的是，弹匣电池也进行了针刺试验，但和刀片电池不同的是，弹匣电池针刺用的是整包，刺入的位置也和刀片电池不同。简单来说，弹匣电池用的是新国标测试方法，而刀片电池用的是老国标，新国标比老国标宽松得多。
而从试验结果看，搭载三元锂电芯的弹匣电池在被刺穿后局部温度超过600℃，而且还冒烟，被刺穿的那个“弹”明显发生了热失控，只不过因为壳体采用了阻热阻燃材料，所以热扩散被限制在一个局部，从而阻止了整个电池包起火爆炸。
（弹匣电池针刺，不起火不爆炸但冒烟）
而磷酸铁锂版本的弹匣电池穿刺后的表现明显好得多，无爆炸起火，也无浓烟冒出，达到了和刀片电池一样的效果。但个人认为刀片电池还是要先进一些，毕竟它没有模组设计，能量密度一定比磷酸铁锂版的弹匣电池高得多。而且刀片电池刺的是电芯，弹匣还停留在刺电池组的水平。
不过单说三元锂电那个版本，能不起火不爆炸已经是个大进步了。目前搭载弹匣电池的车型有AION Y以及AION S Plus两款。
「 大禹电池 」
继“刀片”和“弹匣”之后，第三款主打安全的电池在6月底问世，它就是长城大禹电池。大禹电池和弹匣电池路线相似，它们都主要通过电池组结构设计去提升安全性。
大禹电池目前仅有三元锂版本。而之所以用“大禹”命名，是因为长城用了大禹治水“堵不如疏”的理念。
“堵不如疏”主要体验在热源隔断、双向换流、热流分配、定向排爆、自动灭火以及智能冷却这几项针对热失控的方案。
首先是热源隔断，大禹电池在电芯之间使用了双层复合材料，可以起到隔热、阻燃的作用，而双向换流 热流分配则可以把热量安全分摊到整个电池包上，这些方案能实现的效果其实和弹匣电池有异曲同工之处。
此外，它还结合了电芯防爆阀位置，设计出热失控后火流路径，通过分流、导流等手段把火源快速引导到灭火通道后安全排出，这也是我们在视频中看到电池组局部会突然向外喷烟的原因。当然弹匣电池也有多个排气口，在针刺试验中也通过排气口泄压降温，估计要把它们拆散才能看出两者有何区别了。
不过在试验方式上，大禹电池没有选择最严苛的针刺试验，而是选择另外一种同样符合国家规定的测试方式——加热。在试验中，将位于中心位置的双电芯加热到热失控状态，最高温度超过1000℃，通过灭火通道排出的气体也超过100℃，整个电池包也没有起火和爆炸，但伴随着浓烟，由此可以看出，无论是弹匣电池还是大禹电池，目前对于三元锂电热失控也没有一个完美的解决方案。
大禹电池预计在2022年开始搭载在量产车上。
「 动力电池是否安全，关键看结构 」
由此可以看出，三种电池在技术路线上有很大差异。
首先是刀片电池选择了天生比三元锂安全的磷酸铁锂，通过强化生产工艺，优化电芯结构彻底避免了热失控的发生，而且它还减少了模组的零件数量，降低了成本，更关键的是刀片的结构大大提高了电池组能量密度，让磷酸铁锂车型的续航也能轻松达到600 km。可以说是“一石多鸟”的高阶玩法。
当然，能大幅改变电芯结构也体现了比亚迪极高的新能源产业链垂直整合水平，正如爱信之于丰田那样。目前尚没有任何一家新能源车企能达到这种水平。
至于弹匣电池和大禹电池，它们的思路都十分相似，均选择了强化电池系统在面对电芯热失控时的整体控制能力，只不过弹匣还对电芯进行了定制（定制程度远不如刀片电池），而且也能适配磷酸铁锂电芯。
由此可见，动力电池是否安全，关键还得看结构。要是最后让我选一个，那肯定选刀片电池了，毕竟它的续航最实在呀…
