动力电池革命：刀片一出，一统江湖！
车图腾 2020-03-31 21:11:53 0
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文| 腾马丁博士
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罐头是在1810年发明出来的，可是，罐头开瓶器却在1858才被发明出来，很奇怪吧？鸡汤文会说：“真正好的东西总是迟来一步。”可是，为什么呢？仔细想问题的源头，可知一二。罐头的用途在于尽可能长时间的保存食物、防止腐坏，所以它要更密封、更结实，而且还必须得让它容易打开。密封结实和容易开启，这是一组矛盾，很难得兼。罐头开瓶器晚了48年才被发明，就是在寻找这个矛盾的解决方案。
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这种矛盾随处可见。比如，轮船如何在增加稳定性的前提下，让船身的阻力更小？要想增加稳定性，最直接的办法就是把船身变宽。但是，宽了之后，又势必会增加前进的阻力。一边要提高稳定性，一边要减少阻力，这就是设计轮船要平衡的矛盾。苏联有一位发明家叫阿奇舒勒，他创立了“问题解决通用技术（TRIZ）”。阿奇舒勒认为：解决一个问题，首先应该明确的是这个问题背后的核心矛盾是什么。从认识矛盾再到兼而得之，就是所有创新性解决方案的起点。![]()
（阿奇舒勒）这就解答了一个常见问题——为什么大部分的努力，都显得笨拙而无成效？其根源在于，绝大多数努力都是在原地打转。落地到汽车行业，也有许多例子：如动力与油耗、运动与舒适等等。其中最困难、最迫切，也最引人关注的，则是动力电池的能量密度与安全性。动力电池行业经过“百家争鸣”的动荡后，最终形成了三元锂电池和磷酸铁锂电池棋逢对手的局面。然而，二者的优缺点都很明显。如下表所示：看一看近两年电动汽车的主要舆情，就知道为什么区分这两类动力电池为何如此重要。调研显示，尽管电动汽车起火概率要低于燃油车，但人们对电动车起火有更多焦虑。相比2018年同期，2019年网友对“自燃”等安全事故的关注度增长了14倍，安全性成为潜在消费者最大的焦虑项之一，直接影响了新能源汽车市场的发展。一个不可回避的数据是，2019年，国内某造车新势力品牌旗下车型，两个月内三次“自燃”，举国关注。既然三元锂动力电池容易起火，选择更安全的磷酸铁锂不就行了？并没那么简单。问题的另一方面是，厂商们面临着两个压力：一是国家政策倾向于补贴续航更高的车型，二是消费者普遍存在里程焦虑和充电愤怒。而安装动力电池的空间就那么大，用磷酸铁锂势必会影响续航里程，可能拿不到补贴，也会影响消费者决策。如此一来，三元锂就成了市场上的宠儿，风头一度压过磷酸铁锂。那么问题来了：电动汽车的高续航与高安全，到底有没有解？![]()
（比亚迪总部“六角大楼”）以往的厂商解答这个问题，就像罐头开瓶器发明之前的时期一样，在原有的矛盾里面打转。补贴诱惑+消费者偏好，让厂商们屡屡选择续航更高的三元锂，也不可避免地牺牲了安全性。去年一系列“自燃”事件，绝大多数便都是三元锂电池惹的祸。“问题解决通用技术（TRIZ）”有一个中间步骤，叫做矛盾矩阵。想象一个简化的矛盾矩阵表，列上不同参数之间的矛盾。竖着的一列，是想要改善的参数；横着的一行，是不想被恶化的参数。这样，问题就简化为，要改善的参数为能量密度（续航里程），不想被恶化的参数就是安全。凭借对行业深刻理解的战略前瞻，深耕领域多年、具有强大创新能力和深厚技术积累的比亚迪，基于其领先全球的磷酸铁锂电池技术，比亚迪交出了“刀片电池”这一答案。刀片电池引领全球动力电池安全新高度，有啥过人之处？简单讲，动力电池的组装单位依次是电芯-模组-电池包，多一个单位就意味着占了体积。“刀片电池”将电芯做成“刀片”形状，这让刀片电池在成组时可以直接跳过“模组”，直接组成电池包。这种电池包也被称为“无模组电池包”。由于精简了模组壳体等零件，节省出的空间和重量可以安装更多的电芯，续航能力当然更强。就是根据计算，在正极材料不变的情况下，“刀片电池”的体积比系统能量密度比块状电芯有模组电池包的体积比系统能量密度提升了50%。更重要的是，以跳过模组的方式节省空间、提升比能量，使刀片电池可以“正大光明”地采用更安全、更稳定的磷酸铁锂电池——比亚迪用创新技术的方式，解决了动力电池的二律背反。之前，受底盘空间的限制和磷酸铁锂块状电池能量密度偏低的“双重挤压“，有模组的磷酸铁锂电池包在适配轿车等车型时，综合续航里程很难突破400公里。如今，装备了刀片电池的比亚迪“汉”车型，综合续航里程（NEDC）可达605公里。对电动车而言，600公里的续航里程已经和燃油车相当，完全可以满足消费者的需求。![]()
（比亚迪汉将搭载刀片电池，预计今年6月份上市）重新审视比亚迪的矛盾矩阵：要改善的参数为能量密度（续航里程），不想被恶化的参数就是安全。然而，对比亚迪来说，安全不仅是不能被恶化的，而且是坚决不能恶化的。在“刀片电池”问世之前，安全就是比亚迪不能撼动的初衷。比亚迪做电动汽车比谁都早，但是你听过比亚迪电池起火吗？15年动力电池安全事故0记录，是比亚迪的成绩。或许正是这样长期的坚持，才会找到终极解决方案。“刀片电池”的横空出世，最牛的就是通过了动力电池测试领域的“珠穆朗玛峰”——针刺实验，扫除动力电池安全发展上的最后一块障碍。从锂电池诞生之初，针刺试验就是电池安全测试中的最重要的一种手段。时至今日，在锂电池针对安全的多达300多项试验中，公认最难的仍是针刺试验。针刺试验一度是电动汽车的国家强制检测标准之一，然而尴尬的是，这样强制检测在2019年1月被取消了，原因是针刺试验对三元而言没人能达标，法不责众。比亚迪没有钻法律空子。比亚迪内部说，要保持自律，严格坚守安全底线，不能放弃针刺的研究。通过法规测试跟满足实际需求是两个不同纬度的事情。比亚迪做到了。对比三种电池的针刺试验结果，一看便知。
（比亚迪刀片电池针刺测试视频）
在同样的测试条件下，三元锂电池在针刺瞬间出现剧烈的温度变化，表面温度迅速超过500℃，并发生极端的热失控——剧烈燃烧现象，电池表面的鸡蛋被炸飞；而磷酸铁锂电池在被穿刺后无明火，有烟，表面温度达到了200℃~400℃，电池表面的鸡蛋被高温烤焦。
实验显示，比亚迪“刀片电池”在穿透后无明火，无烟，电池表面的温度仅有30-60℃左右，电池表面的鸡蛋无变化，仍处于可流动的液体状态。这一结果足以证明“刀片电池”彻底摆脱了传统动力电池可能会发生的“热失控”的噩梦，其安全性具有无可比拟的优势。比亚迪刀片电池第一次安全、高水平通过针刺实验，对于动力电池行业安全发展具有里程碑的意义。![]()
（王传福在中国电动汽车百人会上介绍刀片电池）NEDC续航605公里*针刺试验60摄氏度，动力电池的矛盾矩阵正式突破，“罐头开瓶器”正式降临，造福人间。在笔者看来，作为真正的技术创新，“刀片电池”除了解决动力电池的终极矛盾外，其意义还在于，它把此前以企业利益为导向的电动汽车研发，拉回到了以安全为本的正确道路上。未来的动力电池市场，也必将因此彻底洗牌。以往二分天下的市场，终将一统江湖。毕竟，有五星级可以住，没人会再想去住快捷酒店。而且刀片电池也让人们相信：问题都是可以被解决的。这无疑也增加了科技工作者的信心，对于那些为了梦想打拼的科技公司来说，是现实中的榜样力量。 
