ncm523三元锂电池爆炸(ncm523三元锂电池安全性)

高比能锂电池热失控机理研究取得了哪些新进展？

在碳达峰和碳中和背景下，加速动力系统电动化成为新能源汽车发展的必然趋势。

随着能量密度的提升日益凸显，作为新能源汽车动力系统的关键技术，锂电池的安全隐患自燃、爆炸等电池热失控现象频频发生，热失控事故已成为制约锂离子电池进一步推广与规模化应用的瓶颈问题。提高电池安全性也成为新能源产业健康持久发展的先决条件。

揭示电池热失控机理和开发高安全性电池体系成为当前电池领域亟需解决的关键课题。中科院青岛生物能源与过程研究所固态能源系统技术中心一直深耕于构建高比能、高安全性锂电池体系，取得了突破性进展。3月14日，相关研究成果在线发表在《焦耳》上。

对于电池失控的研究分析，追根溯源，首先要了解其失控的引发反应。通过滴定-质谱联用手段，固态能源系统技术中心证明了锂金属负极氢化锂（LiH）的存在，并且定量分析出LiH的积累量与实际锂金属电池的可循环性呈负相关，揭示了锂金属电池失效的关键机理。

同时，在充分总结电池材料热稳定性及其热特性基础上，科研人员提出，电池材料（电极材料/电解质/添加剂等）之间的热兼容性对电池安全性至关重要，单纯提高某一组分的热稳定性并无法确保电池整体安全性能的提升。鉴于此，该团队通过原位/非原位耦合手段对三元高镍电池(NCM523)失效机理进行了材料-电池层级的探索，开创性地在NCM三元电池负极侧发现H-离子的存在，且证实了该组分与电解液具有较差的热兼容性，成为诱导电池升温过程中链式放热反应的主要触因。

此外，通过自主设计的原位检测电池材料热失控气体穿梭测试装置及方法，证明了石墨负极侧产生的H2可穿梭至正极侧，从而加速剧烈放热行为，成为引发电池热失控的关键触因。

近年来，续航里程的焦虑也对锂电池的能量密度提出了更高要求，而传统锂离子电池的理论能量密度正接近其极限（350 Wh/kg）。相比于石墨负极，金属锂具有极低的电极电位和极高的理论比容量，被认为是下一代高能量密度电池的有力竞争者。金属锂负极搭配硫正极的锂硫（Li-S）电池因其超高的理论能量密度（2500 Wh/kg）而成为最具吸引力的电池体系之一，极具商业潜力。不过其热安全评估的研究步伐却明显滞后。固态能源系统中心科研人员系统地研究了Li-S软包中电解质/电极的热兼容性、多硫化物穿梭对电池热安全的影响以及电解质的分解路线，揭示了Li-S电池的放热链式反应最初是由硫正极衍生物与电解液溶剂反应引发，然后由锂金属负极与电解液以及熔融硫的反应加速。

宁德时代比亚迪隔空斗法背后：三元锂真要玩完了？

电动 汽车 上普遍搭载的三元锂电池，要被淘汰了？

5月12日，工信部连发三道加急文书，颁布了一系列电动 汽车 强制标准，其中就包括一条“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”。

这一条规定对目前使用最广泛的三元锂电池来说，可谓是重大打击。

从此前发生的一些自燃事件来看，车用三元锂电池在发生热失控后，很快就燃起大火，并不符合上述5分钟不起火的规定。

三元锂电池正极材料中镍元素的含量进行提升能够使大大提升电池的能量密度，这也可以为电动车带来更长的续航里程，但镍元素提升之后，电池更容易出现热失控。

与磷酸铁电池相比，在特殊发生热失控后（比如针刺实验），三元锂电池内部的材料会发生分解，并随着发生爆炸。而磷酸铁电池则能保持稳定。

政策之外，三元锂电池还面临竞争对手——磷酸铁电池的新一轮打击。

比亚迪推出的刀片电池，用新的封装方式，大幅提升了能量密度补上了自己的短板，再加上自身拥有更好的安全性和成本优势，迅速崛起。

比亚迪的旗舰电动车——汉，就搭载了刀片电池上市。而特斯拉，也为国产Model 3换上了磷酸铁电池。

新标准和新产品的出现，引起了业内的激烈争论。三元锂电池和磷酸铁电池各自的代表，宁德时代和比亚迪就为这事儿隔空“吵了起来。”

比亚迪在刀片电池发布会上放出针刺实验的结果后，巨头宁德时代表示，电池安全和电池滥用测试是两回事，但有些人把通过滥用测试等同于电池安全。

但随后，比亚迪则强硬回复称“不服？那也来扎一下吧！”。

那么三元锂电池到底能不够通过这个标准？三元锂和磷酸铁到底有何技术差异？三元锂电池是不是真的要被淘汰了呢？从业内专家的评论和各大企业的实际做法来看，其实已经有了答案。

近两个月来已经发生多起电动 汽车 着火的事故，为此，5月12日，工信部连发三道加急文书，颁布了一系列电动 汽车 强制标准，其中就包括一条“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”。

▲工信部颁布了一系列电动 汽车 强制标准

这条强制标准也被认为是针对三元锂电池的，从之前发生的自燃现象来看，多款搭载了三元锂电池的电动车从自燃到着火也就在几十秒内。

比亚迪作为资深的磷酸铁锂电池玩家，在磷酸铁锂电池方面有了比较深的研究，3月份曾发布了刀片电池。在发布会现场，比亚迪副董事长何龙表示：“几乎所有你能想到的电动 汽车 品牌都在和我们探讨合作。”

比亚迪总裁王传福在刀片电池的发布上表示，在国内的新能源乘用车领域，多个企业间存在续航攀比的现象，而提升续航的主要方法就是提升动力电池的能量密度，这就导致了电池行业的发展跑偏了。

车企普遍选择了能量密度更高的三元锂电池，并且还在持续增加电池的能量密度，这就导致了电动 汽车 的自燃事频频发生。

随后比亚迪还放了刀片电池和三元锂电池在针刺实验下的不同结果，结果显示，三元锂电池在针刺实验下很快就爆炸了，表面温度超过500摄氏度。

这也被外界视为比亚迪向宁德时代发起的挑战，之后宁德时代的董事长曾毓群亲自回应称：“电池安全和电池滥用测试是两回事，但有些人把通过滥用测试等同于电池安全。”

之后，比亚迪销售副总经理李云飞在微博上发文称：“不服？那也来扎一下吧！”，这一回应算是将两者之间的暗战提升到了明战的状态。

▲比亚迪销售副总经理李云飞微博回应

5月22日，宁德时代发布了一则视频，视频显示，在进行针刺实验时，钢针并没有穿过电池包，而且还被电池外包装的钢板折断了。

但视频发出后，也引起了部分网友的不满，有网友认为，针刺实验的本质是为了模拟电池短路，而不是刺进或刺不进，还有人称宁德时代掌握了电池外壳的核心技术。

▲网友对宁德时代视频的调侃

既然目的没达到，5月23日晚上，宁德时代又放出了一则视频，视频中，宁德时代的5系和8系三元锂电池都成功通过了针刺测试，这两款电池在针刺和静止1小时后，电池未出现剧烈的升温和爆炸现象。

在视频的最后，宁德时代表示：“宁德时代早在2017年就已经掌握了三元电芯通过针刺测验的技术，但是为什么没有推广？通过针刺测验=电池安全吗？”

目前，李云飞又回应称未发生短路的话针刺测试就已经失败了，而宁德时代方面还有消息传出说要放出第三则视频，国内动力电池行业的两个巨头之间的争论还将继续。

但搭载了三元锂电池的电动 汽车 屡屡发生自燃，磷酸铁锂电池和政策的一步步打压也都让三元锂电池处在风口浪尖，那么为什么会出现这样的情况呢？

要想搞明白三元锂电池现在处境的原因，还需要从三元锂电池的自身来说起。

安全性不强是目前三元锂电池最显著的问题，由于NCM电池的用户比较多，我们主要来看一下这种电池，根据镍与钴、锰元素比例的不同，NCM电池又可以分为两类，一类是镍锰等量型，另一类是镍锰不等量型。

如NCM424和NCM111就是典型的镍锰等量型电池，但随着车企对电动车续航能力要求的提升，三元锂电池的能量密度不断推高，高镍路线也不断明确。

所以以NCM523、NCM622和NCM811为代表的高镍型三元锂电池是目前电池厂的主流路线。由于提升镍元素可以让电池具备更高的容量，所以现在电池厂都已经在生产容量最高的NCM811电池了。

▲宁德时代动力电池

而在8系三元锂电池之后，镍元素含量超过90%的9系三元锂电池正在蓄势待发。据高工锂电报道，知名锂电材料供应商格林美目前已经完成了镍元素摩尔比例分别达到90%、92%、95%的Ni90、Ni92、Ni95等三元前驱体材料的研发与量产。

但凡事都有正反两面，随着能量密度的不断提升，电池的安全隐患也在与日俱增。

有研究表明，随着三元锂电池正极材料中镍元素的富集，电池的容量保持能力与热稳定性出现了下滑。

当NCM三元锂电池正极的镍含量超过60%，NCA三元锂电池正极的镍含量超过80%，在经过一定次数的循环后，电池正极材料中的微裂纹显著增加，电极阻抗增大，正极开始向电芯中析出大量的氧气。而且在电池温度达到250摄氏度～350摄氏度时，三元锂电池内部的化学成分就会发生分解。

这一现象会造成两个后果，一是由于微裂纹增加，电池的寿命会受到影响；二是由于氧气的出现容易导致电池热失控的产生，而热失控则会引发电池起火爆炸。

而磷酸铁锂电池则是采用了磷酸铁锂作为电池的正极材料，磷酸铁锂晶体中的P-O键难以分解，就算是在非常高的温度或者过充的时候也不会结构崩坏，当电池的温度处在500摄氏度～600摄氏度的高温时，其内部的化学成分才开始分解。

正是这一特性才使得磷酸铁锂电池的使用寿命会更长，而就算发生了热失控的现象，磷酸铁锂电池也不会像三元锂电池那般容易着火。

▲比亚迪刀片电池和其他电池的针刺测试结果对比

即使发生了着火现象，磷酸铁锂电池也更容易处理，磷酸铁锂电池的燃烧需要外部提供氧气，一旦切断了氧气，火就可以熄灭，所以常规的灭火方法都可以灭火。

而三元锂电池着火后，电池内部还会持续发热，用普通的干粉灭火器能将明火灭掉，但并不能降低内部温度，可能会导致二次燃烧，因而只能用水持续降温灭火，这也会增加灭火的难度。

此外，三元锂电池的成本居高不下也是一个缺点。三元锂电池就是正极材料中采用了镍钴锰或镍钴铝等金属元素的电池，目前国内用的比较多的是镍钴锰（即NCM）电池，而特斯拉采用的则是镍钴铝（即NCA）电池。

▲Model 3

但无论是NCM电池还是NCA电池，都脱不开对钴元素的使用，钴是一种稀缺金属，产量少且分布不均，美国地质勘探局数据显示，全球陆地钴资源的储量约为700万吨，其中刚果（金）的储量占比为52%、澳大利亚储量占比为17%，古巴的储量占比为7%，其他国家的储量则非常低。

正是对钴金属的需求才导致三元锂电池的成本居高不下，据公开资料显示，目前三元锂电池的度电成成本在1000元左右，而磷酸铁锂电池的度电成本可以控制在600元内。

综合来看，三元锂电池的优缺点都很明显，较高的能量密度能够为电动 汽车 提供更长的续航里程，但安全性差也是悬在空中的一把利剑，对于 汽车 来说，安全性又是重中之重，因而三元锂电池受到打压就不奇怪了。

虽然三元锂电池存在安全问题，但是因为其能量密度高，很多车企仍然选择这种电池，但比亚迪的刀片电池基本上解决了能量密度的问题，又拥有更高的安全性，使得磷酸铁锂的市场占有情况也发生了一些变化。

目前，国内的磷酸铁锂电池的装机量开始上升，甚至特斯拉、比亚迪的王牌车型，也开始从三元锂电池换装为磷酸铁锂电池了。

今年3月29日，比亚迪正式发布了刀片电池，并且还表示这款电池将会首先搭载到比亚迪汉上，在采用了刀片电池后，比亚迪汉的NEDC续航里程将超过600公里。

而在2015年，比亚迪推出的宋DM车上也采用了三元锂电池，2017年推出的秦EV和e5车型也采用了三元锂电池，这说明比亚迪也曾在技术路线上进行过纠结。

而现在，比亚迪汉EV、比亚迪宋Plus等旗舰车型都将采用刀片电池，这也可以看出比亚迪坚定了继续走磷酸铁锂电池的道路。

▲比亚迪汉EV

在刀片电池的发布会现场，比亚迪副总裁何龙表示：“几乎你能想到的所有 汽车 品牌，都在和我们探讨基于刀片电池技术的合作方案，相信大家很快就能看到、听到刀片电池更多精彩的消息。”

除了比亚迪，全球第一大的电动 汽车 生产商也将要采用磷酸铁锂电池了。

5月22日，工信部发布了第333批《道路机动车辆生产企业及产品》，其中再次出现了特斯拉Model 3，从申报的信息来看，这款Model 3的电池换成了磷酸铁锂电池。

▲国产Model 3采用了磷酸铁锂电池

据了解，特斯拉的磷酸铁锂电池将会由宁德时代提供，有媒体报道称宁德时代的磷酸铁锂模组度电成本已经降到了500元以内，电池组的成本将会在600元以下。而此前特斯拉所用的高镍三元锂电池度电成本在1000元左右。这样一来，国产Model 3的价格有望进一步下降。

目前，特斯拉的全球销量已经超过了100万辆，而比亚迪电动 汽车 的全球销量也快接近100万辆了，这两家企业是世界上最大的两个电动 汽车 生产商，他们都采用了磷酸铁锂电池，这对于其他车企的影响将会是巨大的，在未来可能会有更多的车企选择磷酸铁锂电池。

正是由于这些原因的影响，目前磷酸铁锂电池的装机量也在稳步提升。中国 汽车 动力电池产业创新联盟公布的数据显示，2020年4月份，国内三元电池装机量约2.6GWh，占比为73.2%，环比增长17.8%。磷酸铁锂电池的装机量为0.9GWh，占比25.8%，环比增长74.1%

虽然目前磷酸铁锂电池的销量提升主要跟商用车产销的增长分不开，但随着国产Model 3、比亚迪汉逐步搭载磷酸铁锂电池，可能将会有更多的车企采用磷酸铁锂电池，磷酸铁锂电池的市场份额也会进一步提升。

看到这里，你可能会问，按这么说三元锂电池是不是就没有希望了，未来终将是磷酸铁锂的天下了吗？

但事实并非如此，很多电池企业已经认识到了三元锂电池存在的问题了，并且已经在积极的寻求解决方法，宁德时代通过加固电池外壳也能应对针刺实验，并且还展示了其三元锂电池通过针刺实验的视频。

不过，目前三元锂电池的发展也确实到了瓶颈，还需要更多的技术突破才能持续发展，而LG化学、蜂巢能源和三星都已经在研究新的技术了。

在今年3月4日通用的“EV week”活动上，通用与它的合作伙伴LG化学一同推出一款新的电池产品Ultium。

▲通用新电池Pack

这款产品的核心并不是被外界吹得神乎其神的电池包技术，其关键在于，Ultium电池的电芯将会使用LG化学最新研发的NCMA四元锂电池。

这款电池的技术原理是通过向NCM三元锂正极材料，混入少量的铝元素，使原本性质活跃的高镍三元正极材料在保持高能量密度的同时，也能维持较稳定的状态。

在这一转变过程中，原本NCM三元体系的Li[Ni-Co-Mn]O2正极材料体系变成了Li[Ni-Co-Mn-Al]O2（正极材料的化学构成发生了改变）。

过渡金属铝元素的加入所形成的Al-O化学键强度远大于Ni(Co，Mn)-O化学键，从化学性质上增强了正极的稳定性，进而使得NCMA四元电池H2—H3不可逆相变的电压在经过多次循环后仍然保持稳定状态，且Li元素在正极的脱嵌过程中不易释放氧元素，减少了过渡金属的溶解，提升了晶体结构的稳定性。

而稳定的晶体结构则减少了充放电循环过程中，正极材料微裂纹的形成，正极阻抗的上升速度得到抑制。

与此同时，有研究表明，NCMA的正极材料放热峰值反应温度为205摄氏度，高于NCA正极材料的202摄氏度与NCM正极材料的200摄氏度，这意味着NCMA正极材料的热稳定性更加优秀。

▲通用与LG合作的电池

值得注意的是，NCMA四元正极材料中，成本最为昂贵的钴元素，含量从NCA/NCM 622中的20%下降至5%，成本进一步降低。按照LG与通用公布的数字，NCMA四元电池的量产成本为100美元（约合人民币694元），而此前，LG化学NCM 622的量产成本约为148美元（约合人民币1027元）。

高能量密度、高稳定性、低成本，原本在NCA/NCM三元锂电池上难以同时实现的特性，在NCMA四元锂电池上达成，对于动力电池产品而言，NCMA的量产将会掀起一股技术路线升级的浪潮。

而5月19日，长城 汽车 的动力电池公司蜂巢能源发布的L6薄片无钴长电芯彻底去除了三元锂中成本最高的钴元素。

蜂巢阳离子掺杂技术采用两种化学键能更大的元素掺杂到材料中替代钴，通过强化学键稳定氧八面体结构，减少锂镍混排，改善了材料的稳定性，可以在4.3V~4.35V电压下稳定工作，使能量密度提高，成本降低。

▲蜂巢能源L6薄片无钴长电芯

同时，蜂巢能源还采用了单晶技术，与多晶材料相比，单晶材料在辊压过程中具有更强的颗粒强度和更加稳定的结构，耐压力强度可以提高10倍。正因如此，无钴材料的使用寿命会更长，电芯寿命也比多晶高镍三元高出70%。

此外，蜂巢能源还采用了纳米网络包覆技术，在单晶表面包覆一层纳米氧化物，可以减少正极材料与电解液的副反应，有效改善了高电压下的材料循环性能。

这三项技术的加持，使得蜂巢能源的无钴电池在三元锂电池的基础上降低了生产成本，提升了电池的安全性和使用寿命，也将会成为三元锂电池的下一步出路之一。

在四元锂电池和无钴电池之外，还有一部分电池企业在研究固态锂电池。顾名思义，固态电池的核心就在于把液态电解质转变成固体电解质。

固态电解质不会发生自燃、没有腐蚀性、不会泄漏和挥发，因为也不会导致车辆自燃，安全性非常高。但目前，固态电池的生产技术还是一大难点，现阶段的固态电解质电导率总体低于液态电解液，现在固态电池的性能偏低。

但三星在今年三月份发出报告称其在全固态电池的量产之路上取得了突破性的进展。

据介绍，三星的全固态电池将实现900Wh/L（区别于Wh/kg的计量单位，因不同材料密度不同，二者不可换算）的能量密度，1000次以上的充放电循环以及99.8%的库伦效率（也可称为充放电效率），我国目前较为先进的固态电池技术虽然同样也能够实现1000次以上的充放电循环，但在库伦效率方面目前还达不到接近100%的程度。

▲三星在《自然-能源》杂志上发表论文

此外，三星通过引入银碳复合负极、不锈钢（SUS）集电器、辉石型硫化物电解质以及特殊材料涂层，对固态电池的负极、电解质与正极进行了处理，有效解决了锂枝晶生长、低库伦效率与界面副反应，这三大固态电池量产所面临的核心问题，推动固态电池技术离产业化更进一步。

总的来看，电池企业们并不愿意舍弃三元锂的高能量密度，所以一直在三元锂电池的变种上下功夫。

随着他们的不断攻坚，四元锂电池、无钴电池、固态电池等新的电池都量产不远了，在下一阶段的竞争中，三元锂电池的变体们还有可能会引领电池产业的发展方向。

关于磷酸铁锂电池和三元锂电池技术争论一直都在，国内的两个动力电池厂商宁德时代和比亚迪此前各自坚定的走差异化道路。

但近些年，虽然三元锂电池的安全事故开始增加，磷酸铁锂电池大有崛起之时，而特斯拉采用磷酸铁锂电池则更加引起了舆论风向。

一时间，三元锂电池将被判死刑，三元锂电池已死等言论层出不穷。但就现实情况来啊可能，三元锂电池仍然是出货量最高的电池类型，磷酸铁锂电池会因为安全性而获得一定的市场，但也无法完全颠覆三元锂电池。

更何况，目前三元锂电池的玩家都还在研究升级三元锂电池，随着更多安全性更高、成本更低、能量密度更高的三元锂电池变种的出现，三元锂电池还将会继续繁荣。所以说，现在给三元锂电池判死刑还为 时尚 早。

对811三元锂电池穿刺测试瞬间爆炸，安全性真是新能源车的殇？

消费者对于电动车安全性的担忧，实际上有一部分是来自于对动力电池安全性的未知，为了检验电池的安全性，国家也出台了相关测试标准。其中，电池穿刺实验就是一项标准较高的安全测试。

网友自行进行穿刺测试

为了验证三元锂电池能否通过针刺测试，有网友进行了一次硬核的三元锂电池穿刺实验。据博主@锂电大全小鱼介绍，其进行穿刺实验的电池为宁德时代811三元锂电池单体，电池容量234a电压4.14v（满电为4.2V），穿刺钢针直径7毫米，穿刺速度25mm/s，执行GB/T 31485标准进行穿刺测试。

随后开始进行穿刺实验，从实验画面中可以看出，从钢针刚穿刺电池后，电池内部就发生了剧烈膨胀现象。而后，电池单体瞬间爆炸，同时伴随有起火现象，电池开始剧烈燃烧，电池内部物质向外喷射而出。很显然，该款三元锂电池单体没能通过穿刺测试。

不过穿刺测试确实是相对比较严苛的测试方法，在日常驾驶中，哪怕发生比较严重的交通事故，也很难触发这个场景。

811电池是什么？

我们俗称的811电池是NCM811三元锂电池，即正极材料中为镍钴锰，同时含量比例为80%：10%：10%的三元锂电池，是目前最高能量密度与最高技术含量的锂电池。由于NCA电池技术壁垒高，且日企垄断了NCA材料市场，中国电池制造商在多重因素下，大多选择NCM路线。

而使用NCM811电池的主要目的就是提升能量密度。现在多以523和622型为主，单体能量密度在200Wh/kg，而NCM811电池一举突破300Wh/kg，相当于能量密度提升了50%，这相当于同样体积的电池仓，可以携带更多的锂电池，或者大幅降低锂电池质量。

此外，811电池的成本也相比其他电池要更低，因为钴的成本一直在上涨，减少钴的含量就可以降低生产成本。在使用811电池后，普遍成本可以降低8%的成本。以特斯拉Model 3为例，它使用的2170电芯将正极材料中所需钴的含量降低到 10%以下，甚至低于其他电池产商生产的下一代NCM811电池中钴含量。

当然，凡事有利就有弊。811电池存在的安全隐患也要比其他电池更大。随着镍含量的提高，正极材料的稳定性随之下降，在遇到高温、外力冲击等情况时，高镍电池会存在安全隐患，且高镍电池充电时产气会导致电池鼓胀也是一个待解的问题。作为应用到汽车产品中的关键部件，高镍产品在安全方面仍然需要有更大程度的改进，可以说这是未来三年要努力克服的问题。

不过值得一提的是，不光811电池不能顺利通过穿刺测试，由于三元锂电池的特性，至今没有任何一款锂电池可以顺利通过该测试。

根据工业和信息化部公布的GB 30381-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》中，特别提出了电池系统热扩散试验，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。

哪些车搭载了811电池？

前几天，广州市的一台广汽新能源Aion S汽车在无充电的情况下突然着火，且火势凶猛并伴有浓烟，着火点或位于后尾箱，并可听见小程度的爆炸声。

尽管目前尚不清楚是否起火原因，但这台车就搭载的是811电池，这让Aion s的电池能量密度达到了180Wh/kg，在电池组容量为58.8kWh的情况下，便可以轻松突破500km续航大关。

此外宝马X1插电混动版本、蔚来ES6、吉利几何A，以及刚刚上市的小鹏P7等车型，均搭载了NCM811电池，换句话说，如果想要实现更长的续航表现，搭载811电池似乎是最快、成本最低的方案。

当然，811电池的安全性就像当年被诟病无数的双离合变速器一样，尽管天生就存在缺陷，但凭借着其他方面出色的表现依然无法令人拒绝，未来如何在续航、成本、安全等方面做出综合考虑，对汽车厂商来说，也是一个值得思考的问题。

此外，未来三元高镍材料的安全性可以通过材料改性优化、表面包覆、调整电解液和负极材料等方式来逐步解决。而另一方面，动力电池包内的其他设备也在进步，比如电池管理系统，比如各种传感器等等，它们也能弥补一部分电池在安全性能方面的不足。不过，想要让811电池安全性有质的飞跃，肯定还有很长的一段路要走。

本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

王传福的刀法：“刀片电池”向谁的头上砍去？| 科普

撰文 | 熊宇翔??编辑 | 周长贤

在电动汽车动力电池领域，三元锂与磷酸铁锂两种电池技术路线的争鸣已是“老黄历”。如今，即使是普通消费者，也对两者的优劣了解一二——用三元，续航长；用铁锂，更安全。

因为纯电动乘用车对续航里程的看重，近几年铁锂在乘用车上的市场占有率急流勇退。但磷酸铁锂的忠实拥趸比亚迪并不服气，历时数年潜心打刀，终于推出了在续航上可与三元比肩的“刀片电池”。

3月底，刀片电池在比亚迪重庆工厂正式量产。刀成之际，比亚迪于3月29日为其刀片电池召开发布会，并在深圳卫视和网络平台上进行同步直播。比亚迪董事长王传福透露，今年夏天，搭载刀片电池的比亚迪纯电轿车“汉”将上市，其续航里程将达到600公里。他还宣称，要凭刀片电池将“自燃”从新能源车的字典中抹掉。

如此声势浩大，气势汹汹，比亚迪的刀片电池，究竟使的是什么刀法？大刀又是向谁的头上砍去？

砍向模组？

刀片电池，顾名思义即形如刀片。比亚迪推出的刀片电池长近1米，厚度在几厘米，虽然和真正的刀片还有些距离，但相比方头方脑的磷酸铁锂VDA电芯 ，还真是又大又薄。

刀片电池的第一重刀法：安全。

在3月29日的发布会上，比亚迪董事长王传福亲自上阵演示，喊出豪迈之语：“将‘自燃’从新能源车的字典中抹掉”。

王传福敢这么说，是有底气的。在一段对三元锂电池、传统磷酸铁锂电池、 刀片电池的针刺试验视频中，刀片电池不仅不起火冒烟，甚至表面温度连个鸡蛋都煎不熟（温度达60℃时，蛋清凝固），而三元锂电池则是直接爆炸起火。需要说明的是，针刺试验是模拟极端情况、对电池要求最严苛的安全性能测试。

中科院院士、清华大学教授欧阳明高给出的科学解释是，除开磷酸铁锂本身产热少、温升慢的特质，刀片电池一来散热面积大，二来内部叠片的层数较少（因而针刺刺穿层数少、释热少）。因此，刀片电池通过刀片似的形态，在磷酸铁锂的基础之上，又在安全特性再上一层楼。

不过，刀片电池之所以做成刀片，还考虑了第二重刀法：系统能量密度，或者说效率。

在发布会上，比亚迪对其刀片电池给出了这样的数据：空间利用率提高50%，能量密度提升50%。对于平均每年能量密度进步不到10个百分点的电池来说，刀片电池的数据提升令人吃惊。

而刀片电池能够达成这样不可思议的数据，关键在于巧劲——不是在进步缓慢的材料革新上硬碰硬，而是在电池结构上下功夫，将传统动力电池系统的三级集成，精简为两级集成，在组装过程中去掉了“中间商”——模组。在没有“中间商赚差价”的情况下，刀片电池在电池包有限的空间内，装下了更多电芯。

此前，纯电动汽车在经过了较长时间的发展后，对动力电池在车上的布置形成了一套约定俗成的集成方式：电芯（Cell）-模组（Module）-电池包（Pack）。这一集成过程，与“砖头-房间-房子”的房屋修建过程颇有些类似（只不过，真实的房子人们在意的是房间大小，而在电池包的集成中，最重要的是电芯这块“砖”，要尽可能多装）。

在传统的三级集成中，电芯往往在组成电池包前，以数个至数十个的规模组成“模组”。在模组这一级的集成中，模组间会以横梁或者纵梁隔开。这其中，横纵梁不仅仅把电池分隔开，同时它也相当于电池包的“承重墙”，在电池包遭受外力侵袭时，它能够支撑结构（因此也叫结构件），减小电池包箱体的形变，防止电芯受到挤压导致热失控。

（电池模组中的横纵梁）

可以说，模组的成组思路，一方面有效地提升了电池包整体的安全性，另一方面也是适应标准化电芯的要求。

不过，从电池包空间利用率、成本两个维度考虑，由电芯到模组、再由模组到电池包的集成方式，却并不是最优解。主要的问题在于，模组一级集成中，有不少空间与预算都花在了电芯之外：其一，扮演承重墙角色的横纵梁体积不小，且价格不便宜；其二，电芯先成模组再成包的方法，?使得大量的走线也占用了空间、消耗了成本。

刀片电池给出的解法是：砍掉模组。然而，房子没了承重墙会垮塌，同样电池包也必须有所支撑来保证结构强度。而接下来的工作才是刀片电池艺高人胆大之处——将单枚电芯做到电池包那么长，通过层层堆叠，让电芯承担起支撑电池包的作用。这就好比，把一块砖拍扁、拉长、加大，直接做成了一面薄墙。

在比亚迪的刀片电池技术中，最多支持一百道这样的“电芯薄墙”堆叠，聚少成多之后，它们取代了原本横纵梁扮演的承重墙。同时，由于刀片电池的极耳设置在首尾两端，因此其走线也最大程度地得到简化——如此，既保障了安全，也节省了成本，还提升了电池包能量密度。

由此，比亚迪刀片电池的两套刀法，砍掉了模组，也精准地砍在了安全、成本、能量密度这动力电池三要素上。部分媒体与资本市场将其称为比亚迪电池的“翻身之作”，也便不难理解。

砍向三元锂？

市场上颇有些声音认为比亚迪“刀法新奇”，将借此在动力电池市场“收复失地”。但事实上，从工程方法的底层思路上来看，比亚迪的刀片电池并不算是异类。

在动力电池行业，为了提升能量密度、降低成本，不要模组这个中间商，而是由电芯直接组成电池包的两级集成技术已经越来越热，这便是CTP（Cell To Pack）。

去年，宁德时代通过与北汽新能源的项目合作，发布了面向乘用车三元锂电池的CTP技术。其实，宁德时代的CTP技术源自其商用车业务，在纯电动大巴上率先实现无模组设计后，再导入到乘用车领域来。

这反映出的一个事实是，由于CTP技术取消了模组设计中起到安全作用的结构件，因此对电池本身的安全表现有更高的要求。而磷酸铁锂电池由于其本身安全特性，在应用CTP的过程中，能够更好地抵消无模组设计带来的不利影响。

与此同时，比亚迪的刀片电池不仅通过CTP的技术思路，补上了磷酸铁锂电池单体能量密度低的短板，在车辆续航里程表现上取得突破，而且有助于降低电池价格成本。可以说，刀片电池的工程创新，很好地帮助磷酸铁锂电池做到了扬长避短。

在发布会上，负责主持刀片研发、生产的比亚迪子公司弗迪电池董事长何龙透露，“几乎所有你听说过的汽车品牌”，都在与比亚迪探讨关于刀片电池的合作。毫无疑问，刀片电池承载着比亚迪电池业务发挥传统优势，拿下更多乘用车市场份额的重任。

不过，在动力电池市场攻城略地之前，比亚迪在发布会上对深层信息的不予披露，加之刀片电池有些飘忽的刀法，还是让诸多行业人士尤其是动力电池从业者有所疑虑——一步到位制造如此大的单体电芯，将在生产环节面临巨大的挑战。

其实，刀片电池的形态并非首次出现。在比亚迪之前，LG已经在发展又长又扁的软包电芯，并且投入了使用，但其长度不过数十厘米。而比亚迪在此前并无量产类似规格电芯的前提下，制造近一米长的大电芯，将面对的是大范围的生产工艺更新，不仅需要重新调整，乃至研发设计或购买各个工序的机器设备，相关的生产经验也需要再累积、磨合。

（LG的扁条状电芯，用于奔驰EQC）

比如，磷酸铁锂由于其化学特性，先天存在电芯一致性不易把控的问题。选择制造大电芯，会使这一矛盾更加突出，需要在涂布、辊压等环节更加重视材料的均匀。

又如，生产刀片电池需要采用的叠片工艺，在此时会面临更严苛的精度要求，对误差的容忍度更低。

而类似的问题还有很多。某种程度上，比亚迪的刀片电池是在挑战电池工程的极限，也是对电池生产的一次大考。因此，对近乎整个生产工艺都要调整的刀片电池，行业人士对其多持谨慎态度，认为其可靠性需要持续观察，进一步验证。

事实上，即便是几乎所有车企都在与比亚迪探讨就刀片电池的合作，也并非意味着比亚迪就能以刀片电池完成对市场的统治。

一方面，车企的产品规划工程师虽然对磷酸铁锂在乘用车上的应用开始重新重视，但考虑到磷酸铁锂的理论能量密度上限较低、自重较大，主流的思维仍然是“高端用三元锂，中低端用磷酸铁锂”。

另一方面，磷酸铁锂借助刀片电池实现进化的同时，三元锂也在借助CTP的技术思路，寻找安全与能量密度平衡的更优解。比如，蔚来今年下半年将推出的100kWh电池包，就使用了宁德时代的CTP技术。据路由社所知，为了保障安全，该电池包选用的正极材料并非单体能量密度最高的NMC811，而是采用了NCM622或者NCM523。

显然，无论是哪种动力电池，都在奔向系统能量密度更高、价格更低、安全性更好的终极目标，车企与消费者最终选择的并不是技术路线，而是实际效果。

最后，留一个思考题。

过去数年，比亚迪并非只是在磷酸铁锂电池领域“筚路蓝缕”，同样在三元锂电池的研发上也投注了相当多的精力与资源。并且，比亚迪也有为数不少的搭载三元锂电池上市的纯电动车型，其中包括续航突破500公里、售价近30万的唐EV。

如今，比亚迪为力推刀片电池，各种“暴击”三元锂电池。这究竟意味着三元锂路线在比亚迪动力电池中的式微，还是为了推广品牌立身之本的权宜之计？

本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

电动汽车的“自燃”事故，与811电池之间有什么关联呢？

一辆广汽新能源Aion S车型自燃引发业内关注。

据媒体报道，5月18日，广州杨桃公园南门东侧停车场内一辆广汽新能源Aion S突发自燃。从社交媒体上发布的现场照片来看，该款Aion S车身侧面印有“ON TIME”字样的拉花，为如祺出行平台车辆。而从网络上流传的视频来看，这辆Aion S当时是停在车位上，不在充电状态，车内也没有司机，在静止状态下发生了自燃。

针对此事，《每日经济新闻》记者向广汽新能源方面求证，但截至记者发稿，广汽新能源方面尚未回复。

自然不是811电池的锅？

对于上述Aion S车型自燃的原因，外界讨论颇为热烈。有网友认为，上述Aion S自燃与2019年4月21日特斯拉Model S地库起火事件相像，车辆都是先冒烟再燃烧。考虑到本次自燃的Aion S是网约车，不排除长期不保养检测的可能性。

有分析则认为，此次自燃事故要归咎Aion S搭载的宁德时代NCM 811三元锂电池。据了解，宁德时代NCM 811三元锂电池正极材料中镍钴锰配比为8:1:1，电池镍含量比例较高，虽然能量密度会增加，车辆的续航能力会提升，但电池的热稳定性会降低，安全风险随之增加。

不过，有观点认为，从社交媒体上发布的现场视频来看，Aion S起火最严重的是车尾，并且向车头蔓延，可以判断车尾是Aion S的着火点。而电动汽车的电池是平铺在底盘上，所以由此判断起火是因为电池，并不合理。

北京大学教授其鲁也曾表示，虽然锂电池是新能源汽车的核心零部件，但电动汽车自燃的原因各种各样，不能全部归咎于电池。

据记者了解，此次自燃的Aion S并未搭载宁德时代NCM 811三元锂电池。目前，Aion S共有两种续航版本的车型，续航里程分别为410km和510km，分别搭载宁德时代NCM 523三元锂电池和NCM 811三元锂电池。此前，一位广州地区的如祺出行平台网约车司机曾告诉《每日经济新闻》记者，如祺出行平台旗下的Aion S都是续航里程为410km版本的车型。这意味着，本次自燃事件很可能与宁德时代NCM 811三元锂电池无关。

811电池仍存争议

值得注意的是，宁德时代的811电池安全与续航不平衡一直是业内争论的焦点。从《每日经济新闻》记者对近年来电动车自燃事故的不完全统计来看，因电池问题而出现自燃的车型，多数搭载的是三元锂电池。同属三元锂电池的811电池，自然也难以摆脱外界对其安全性的质疑。

据了解，811电池正极材料中的镍钴铝采用8:1:1的比例进行搭配。在动力电池中，高活性的镍元素比重越大，正极材料的热稳定性就越差。具体表现为，当电池遇到高温、外力等冲击，更容易引发热失控。充电时，产生气体使电池出现鼓包。所以，811电池被认为是在更高镍含量电池上市之前，稳定性和安全性有待提升的动力电池。

中国汽车动力电池产业创新联盟副秘书长王子冬曾表示：“我们以前就知道811三元电池的能量密度高，但是在安全问题没有解决的情况下谁敢用？”

据王子冬透露，国内对安全性要求较高的车型，如大型客车等，很少采用三元锂电池，原因在于这些车辆需要进行强检，必须做的测试项目包含热失控测试，而三元锂电池无法通过这一检测。相比之下，乘用车的电池组则不需要做这项热失控试验，原因是通不过测试。正是基于此，有分析认为，乘用车使用的三元锂电池在安全性方面令人担忧。

事实上，车企也在积极通过一些技术途径来提升811电池使用过程中的安全性。如，宝马X1 PHEV就通过在主导传热的路径上加隔热材料，对热蔓延进行阻隔，形成“防火墙”的效果；合众U则通过电池恒温系统来保证电池安全。

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