前兩天寧德時代和比亞迪關于電池是否需要進行針刺實驗唇槍舌戰(zhàn)，場面也逐漸白熱化發(fā)展，據說寧德時代還有第三支視頻準備中，很多人也都在期待。在這個局面下，被大部分企業(yè)所放棄的磷酸鐵鋰電池地位就略顯尷尬。為續(xù)航里程犧牲安全系數這個買賣到底值不值，每個人心里都有一個答案，魚和熊掌不能兼得，今天我就為磷酸鐵鋰電池小小的辯解一下，也希望大家不要對這種電池失去希望，畢竟在NCM三元電池的安全性提升之前，磷酸鐵鋰電池還是不能被徹底放棄的Plan B選項。
磷酸鐵鋰電池原理
磷酸鐵鋰電池因為其結構穩(wěn)定、安全性能好、充放電性能良好的優(yōu)點無法被徹底放棄，退出純電動車的舞臺。而從某些角度來看，磷酸鐵鋰這種材料結構很有意思，它是穩(wěn)定的橄欖石結構，但是成也結構敗也結構，這也會讓充放電過程中離子不好移動，最直觀的表現就是，電池容量低。
1個PO4四面體與1個FeO6八面體、2 個 LiO6八面體共邊，相互嵌套在一起就成了磷酸鐵鋰的晶體結構，PO4在FeO6之間會阻礙鋰離子的擴散，即鋰離子脫離或嵌入磷酸鐵鋰層狀晶格時，會受到結構帶來的阻力，這也就導致了磷酸鐵鋰電池放電容量較低。此外，相鄰的 FeO6八面體通過共頂點連接層狀結構和尖晶石結構中存在共棱的 MO6八面體連續(xù)結構不同，前者的電子傳導率過低，讓磷酸鐵鋰電池只能在小放電倍率下充放電。
但也是因為這種特殊的結構，讓原子之間形成了非常穩(wěn)定的化學鍵，讓電池在高溫環(huán)境下也可以維持正常內部狀態(tài)，進行工作。這也就是磷酸鐵鋰電池穩(wěn)定性好的根本原因。
磷酸鐵鋰電池也不是“無可救藥”，可以通過導電碳的加入以及碳包覆、摻雜和粒徑控制等手段來改善性能，雖然技術上可行，但在工業(yè)推廣方面還要考慮成本、生產效率等方面。而成本問題可能也是寧德時代8系NCM電池能通過針刺測試卻沒有量產的原因之一。
當前行業(yè)內部普遍認為磷酸鐵鋰的發(fā)展已經到了天花板，但是創(chuàng)新從來不只是從微觀技術方面，從電池整體考慮，重新規(guī)劃內部布局也是另一種獨辟蹊徑的方法，刀片電池的橫空出世無疑為消費者和投資者帶來了驚喜。
刀片電池核心專利分析
刀片電池發(fā)布初時，比亞迪董事長王傳福曾宣稱該款新型電池共擁有300多項核心專利，這種說法未免有些過于夸張。事實上，自從1997年鋰離子電池之父J.B.Goodenough開始嘗試用磷酸鐵鋰（LiFePO4）作為鋰電池的正極材料，各個國家的研究人員都對該材料給予了重視。
磷酸鐵鋰電池發(fā)展到今天，已經成為一個非常完整的技術理論體系，很難有新的創(chuàng)新和技術突破。因此所謂的“刀片電池”并不是創(chuàng)造了磷酸鐵鋰電池的新技術，而是對單體電池、電池組、電池包的一種全新設計。
經過查閱比亞迪的相關專利，去年11月份公布的三個專利基本概括了刀片電池的核心技術。
單個電池的電壓是固定的，如鈦酸鋰類電池的電壓是2 .4伏、磷酸鐵鋰類電池的電壓是3 .2伏、三元類電池的電壓是3 .7伏，想獲得高電壓必須將大量的裸電芯串聯成電池組，再將電池組組裝成動力電池包。這一過程需要大量的安裝零件，這提高了成本并且導致整體重量上升；同時，這些組裝零件也占據了大量的空間，降低了電池包的空間利用率。
CN110518174A和CN110518156A兩篇專利主要解決了這一問題。專利中提到，電池模組中的電芯或電芯組置于獨立的容納腔中，容納腔被隔板隔開，彼此密封。隔板上的注液孔連接相鄰的兩個容納腔，隔板上有阻擋機構控制注液孔的開關，使電解液的注入高效率且精確可控。
在注液完成后，通過關閉注液孔使相鄰兩個容納腔之間完全隔離，電解液不會在相鄰的容納腔之間流動，不會相互影響。在電池的使用過程中，不同電芯的反應程度也不一樣，因此這種相互隔離的體系會防止不同電芯之間電位差過大而產生隱患。
另外，當鋰離子電池過充或短路時，阻擋機構使注液孔打開，處于開啟狀態(tài)，用于排氣泄壓。
所有通道及容納腔都在電池殼體內部，殼體表面開口少，電池完整性強。殼體起到二重密封效果，單個容納腔電解液泄露不會影響其他容納腔，并且不會泄露出電池殼體。這些設計使整個電池的密封性能和安全性能顯著提高，使用壽命提升，殼體加工簡化。
上述設計簡化了電池組的內部構造，減少了動力電池包在使用過程中因內阻導致的內耗和發(fā)熱。刀片電池能以完美表現通過針刺實驗也許正是得益于這些專利設計。
而專利CN110165118A主要是關于電池包的，刀片電池的單體電池都是硬殼且尺寸較長，因此每一塊單體電池都可以當做加強電池包強度的橫梁或縱梁。通過優(yōu)化支撐連接，甚至可以只用單體電池做支撐，而不用額外的支撐件。
這一專利減少了電池包中螺釘等連接件和端板側板的使用，減輕了電池包的重量，使車載電池包的空間利用率由原先的40%左右，提高到60%以上甚至80%，極大地提高了該電池包的能量密度。磷酸鐵鋰電池本身的材料特性無法進一步提高能量密度，通過整體角度提升空間利用率也能進一步提升電動車續(xù)航里程。
總結
在磷酸鐵鋰電池技術發(fā)展到瓶頸的情況下，對電池模組和電池包的優(yōu)化設計，通過另一種方式實現了更高的能量密度和更安全的電池性能。技術能否達成目標是一回事，而如何將技術帶到日常生活中又是另一回事，盡管刀片電池沒有從電池本身技術上實現革新，但對電池系統(tǒng)的優(yōu)化設計同樣也是曲線救國的另一種方式。首批搭載刀片電池的比亞迪漢很快就要交付了，等到那時，我們再來看一看，刀片電池是否真的能做到安全性和電池容量兼?zhèn)浒桑?/span>
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