在安全性能上刀片電池相比普通鋰電池有什么優(yōu)勢(shì)？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2021-05-01 16:00
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傳統(tǒng)電池包內(nèi)部結(jié)構(gòu)
每一個(gè)模組都是由多個(gè)相同的小電芯封裝組成，圖中上半部分為6塊模組。最后再將多個(gè)模組安裝在帶有固定橫梁與縱梁的結(jié)構(gòu)中，自身從電芯到模組的空間利用率在80%左右，而從模組到電池包要被銜接部件和內(nèi)部骨架搶占不少空間，空間利用率還要再損失一半，最終電芯只占電池包總體積的40%左右。
但關(guān)于原本能量密度難以做高的磷酸鐵鋰電池來(lái)說(shuō)則明顯約束了單體電芯的能量密度以及總?cè)萘康奶岣?。關(guān)于天然生成能量密度較高的三元鋰電池來(lái)說(shuō)還好。
比亞迪刀片電池
比亞迪挑選先從電池的結(jié)構(gòu)下手，對(duì)此。突破傳統(tǒng)電池結(jié)構(gòu)的約束，打造了長(zhǎng)條形的磷酸鐵鋰電芯，經(jīng)過(guò)CTPCelltoPack規(guī)劃思路，直接取消了電池包內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)橫向密集擺放的多排電芯，將內(nèi)部空間的利用率提高到60%左右。
其電池包總能量為76.9kWh能量密度140Wh/kg工信部的續(xù)航路程可以達(dá)到605km現(xiàn)已達(dá)到新能源車(chē)?yán)m(xù)航水平的第一隊(duì)伍。最為直接的結(jié)果便是電池包全體的能量密度以及容量的提高。以搭載最新刀片電池的比亞迪漢EV為例。
因?yàn)闇p少了電池組裝模組的端板、側(cè)板以及用于固定模組的結(jié)構(gòu)、螺栓等緊固件，新的CTP規(guī)劃思路不僅讓刀片電池在性能參數(shù)上達(dá)到平均水平。還降低了部分制作成本，提高制作效率。
刀片電池的安全性
只是因?yàn)槠潆娦拘螤罘浅Ｌ貏e，比亞迪的刀片電池和"刀"并沒(méi)有什么關(guān)系。又長(zhǎng)又薄，就像刀片一樣，故稱之為"刀片電池"應(yīng)用在比亞迪漢EV車(chē)型上的電芯長(zhǎng)度為1米，寬約10厘米，厚度僅為2厘米，單體電壓3.34V容量可達(dá)100A h這是之前的電芯形式上從未呈現(xiàn)過(guò)的形狀。
1外力揉捏
咱們分析過(guò)鋰電池會(huì)產(chǎn)生的最嚴(yán)重的安全性問(wèn)題便是焚燒甚至爆炸，之前的文章中。呈現(xiàn)這些問(wèn)題的根源在于電池內(nèi)部的熱失控，而防止熱失控首先的要求便是產(chǎn)生碰撞時(shí)，防止電芯收到外力揉捏。
能經(jīng)過(guò)變形吸能來(lái)抵御對(duì)電池包本體的沖擊，比亞迪的刀片電池在電池包的外側(cè)仍然規(guī)劃有類(lèi)似轎車(chē)防撞梁的吸能盒結(jié)構(gòu)。而刀片電芯則直接豎向緊密擺放，并固定在電池包的邊框上，讓每塊電芯自身也變成結(jié)構(gòu)件，成為支撐電池包的橫梁。一根薄薄的橫梁起不到什么作用，但橫梁數(shù)量一多，就會(huì)構(gòu)成有點(diǎn)類(lèi)似"一把筷子擰不斷"作用，而且面積最大，最容易產(chǎn)生彎折的部分正好面向車(chē)頭與車(chē)尾，外部有更為足夠的緩沖區(qū)域。
電池包只產(chǎn)生了輕微變形，刀片電池在100-800kN測(cè)試規(guī)范中。未冒煙和起火，而在三點(diǎn)壓強(qiáng)測(cè)試中，刀片電池最終可以承受445kN壓力，其可承受的碰撞、揉捏強(qiáng)度確實(shí)比傳統(tǒng)的電池包結(jié)構(gòu)還要強(qiáng)。
2電芯熱失控
或因?yàn)榕鲎踩嗄蟆⒒蛞驗(yàn)檫^(guò)充過(guò)放，現(xiàn)已產(chǎn)生的新能源電動(dòng)轎車(chē)事端大部分與動(dòng)力電池的熱失控有關(guān)。最終導(dǎo)致電芯過(guò)熱起火。
且正極資料含鎳越高就越不穩(wěn)定（現(xiàn)在能量密度最高的NCM811電池表明正極的鎳、鈷、錳配比為8:1:1理論上最不穩(wěn)定）若BMS無(wú)法及時(shí)斷電散熱，普通的三元鋰電池在超過(guò)200℃時(shí)就有可能產(chǎn)生熱失控。就非常容易產(chǎn)生焚燒。
500℃以內(nèi)都有著極高的穩(wěn)定性，而磷酸鐵鋰正極資料自身的熱穩(wěn)定性就比三元鋰要好不少。超過(guò)800℃時(shí)才有產(chǎn)生熱失控的可能。此外即使產(chǎn)生熱失控，磷酸鐵鋰電池的放熱也非常緩慢，且分解時(shí)不會(huì)開(kāi)釋氧氣，減少了起火的危險(xiǎn)。
刀片電池的長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)散熱面積大，對(duì)比相同資料的傳統(tǒng)電池。伴隨而來(lái)的還有整個(gè)電路的回路長(zhǎng)，產(chǎn)熱能力低。總結(jié)起來(lái)便是發(fā)熱量低和散熱性能好，那么熱失控或自燃的概率也就小了很多。
比亞迪按照GB/T31485-2015針刺實(shí)驗(yàn)辦法，針對(duì)鋰電池最難的針刺實(shí)驗(yàn)中。將電池充滿電，用直徑為5mm耐高溫鋼針，以（25±5mm/速度，從垂直于電池極板的方向貫穿整塊電池，人為的創(chuàng)造一個(gè)極限情況下的短路環(huán)境，來(lái)考驗(yàn)電池受損最嚴(yán)重時(shí)的安全性。
NCM622三元鋰離子電池瞬間劇烈焚燒，穿刺后。表面溫度超過(guò)500℃。傳統(tǒng)的磷酸鐵鋰塊狀電池在經(jīng)過(guò)時(shí)間短的反應(yīng)時(shí)間后，電池開(kāi)端膨脹并打開(kāi)了泄壓閥，將內(nèi)部高溫液體與氣體噴出，雖然沒(méi)有產(chǎn)生明火，但表面溫度也升高至200℃-400℃，雖然也有必定危險(xiǎn)，但總體上還在控制規(guī)模之內(nèi)。
而且沒(méi)有冒煙起火現(xiàn)象，最后刀片電池的電壓在穿刺后還只是以很緩慢的速度下降。表面的最高溫度也僅停留在30-60℃，非常安全。退一步講，就算在極點(diǎn)情況下呈現(xiàn)熱失控，搭載刀片電池的車(chē)型也能供給更長(zhǎng)的逃生及救援時(shí)間。
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