比亚迪发布第二代刀片电池及闪充技术，5 分钟充好，9 分钟充饱，这在业内是什么水平？哪些信息值得关注？

比亚迪发布第二代刀片电池之后，大家都在讨论五分钟补能多少、九分钟充到多少，这些数字确实很震撼，也是厂家想要大家宣传的，但有个更关键的问题，到现在为止几乎没人讲清楚，就是电池到底怎么做到的？【本期长文，不习惯的话可以看视频】

https://www.zhihu.com/video/2015018105898823921

为什么能做到峰值接近8C级的快充能力？它的材料、电解液、结构设计到底改了什么？这些细节，发布会上并没有展开讲，公开资料里也几乎找不到，所以这期节目，老王准备结合一手信源，加上之前我查到的公开专利、论文资料，以及行业里的可靠信息，从正负极配方、电解液、电池冲击强度，以及热管理这四个领域，尝试揭开二代刀片背后的一些技术细节。

一、电池尺寸和构型

发布会现场的样品粗略测量和初步技术沟通来看，二代刀片以短刀为主，这确实也是目前行业主流，单体长40多厘米，宽是接近12厘米大概11.8，厚度是2厘米左右，从构型来看，极柱没有改变，还是在双侧，细看的话，现场模型其实是做了一个几何尺寸的汇流优化，原则上这个区域电流密度最高，做结构优化，让周边零部件设计风险更低。
单体的能量密度这回有所提升，提升了5%，之前按照行业规律，大概180多瓦时每公斤。我们基本可以认为二代刀片这回能达到190。注意，这里老王说的是单体能量密度，系统暂时做不到这么高。
这回和比亚迪工程团队还确认了一个很重要的事，就是二代刀片，单体容量在131 到164 Ah 之间，寿命做到了3,800-4000次以上，且标称电压仍然是 3.2V，并不是外界一直在传的 3.8V。也就是说电极配方还是磷酸铁锂，并不是高电压平台的磷酸锰铁锂。

二、电极配方优化

之所以前面有媒体猜测说这次是3.8V的电压平台，就是因为近期磷酸铁锂领域，针对磷酸锰铁锂的复合方案是一个热点方向，特别是比亚迪之前也有过磷酸锰铁锂的研究储备，所以大家猜测的这个方向也不算离谱。

而且比亚迪这回对外资料有个关键词，叫做多级粒径定向构筑，底层原理就是解决一个基础矛盾，能量密度想要变高，电极材料就需要大颗粒，因为大颗粒相对表面积小、副反应少、压实密度可以做高；而倍率性能想要提升，就需要小颗粒，这样锂离子在颗粒内部需要走的距离才能更短，快充性能才能好。所以大家本能猜测说第二代刀片电池的正极配方，很可能是小半径的颗粒采用高锰的磷酸锰铁锂来优化容量，那大半径的颗粒是低锰的也就是磷酸铁锂作为快充的支撑，这些颗粒在电极里面混合排布，形成一个多尺度结构。 然后根据估算把它的电压平台从之前的3.2V想象成了3.8V。

那么虽然这次仍然用到的是3.2V的磷酸铁锂的配方，但根据一些研究机构的资料来看，这回比亚迪依然有可能在正极材料中做了一些优化，比如可能是掺杂了极少量的氟元素、硼元素，还有锆去做表面改性，F元素可以理解，很多论文都这么做，主要是降低氧释放特性的，让电池析出气体没有那么多，加入硼应该是稳定导电性用的，然后锆的话，掺杂量会非常的少，但它的作用很大， 因为锆元素在微观视角下可以抑制颗粒膨胀，提升循环寿命，类似的优化，可能都有助于二代刀片电池突破一定的日历寿命。

负极的创新方面呢，之前行业普遍猜测是采用了一种新的硅碳负极，代替了传统石墨，那么关于这个，老王也多方考察，暂时没有很强的迹象显示第二代刀片电池用到了硅碳负极。
那为什么大家这么猜测呢？就是因为这回比亚迪宣传资料中出现了一个关键词叫做“低迂曲度结构”low tortuosity你也可以管这个叫做曲折度，意思就是让锂离子的扩散路径尽量接近直线，而不是在复杂的孔隙里绕来绕去。这方面做得好，是可以明显提升锂离子的传输速度和电池倍率的。

而理论上，硅碳负极在这个方向是更加有优势的，什么是硅碳负极，就是在传统石墨负极里加入一小部分硅材料，用来提升储锂能力和充电速度。传统石墨颗粒大多是片状或准片状结构，堆叠在一起以后，很容易形成像“鱼鳞一样层层叠加”的结构。这样一来，电解液里的锂离子在电极内部扩散时，路径会不断绕弯，真实路径远远大于电极厚度，迂曲度就会比较高。

而硅碳负极通常采用的是硅颗粒嵌入碳基骨架的复合结构，电极内部更容易形成三维贯通的孔道网络，让锂离子扩散路径更接近直线，扩散阻力这不就小了么。但硅负极有个很大问题：就是充电时体积会膨胀得厉害。如果结构设计不好，电极内部的通道就会被挤压甚至堵塞，锂离子很难再进入材料内部。

那么比亚迪这一块，其实不用硅碳负极，也可以优化这个迂曲度，因为它大概率是没有用到传统石墨，石墨它的固有形态是层状、片状的结构，如果让石墨颗粒随机排布，离子扩散路径就会很复杂，会像迷宫一样，目前主流的做法就是把传统片状石墨进行一个球型化处理，很多企业会控制颗粒的结构，形成一种双峰的大小颗粒搭配的形式，大颗粒提升压实密度，小颗粒用来填充空隙，但小颗粒过多又会增加迂曲度，所以比例很关键。

另外就是有的公司会使用磁场辅助的工艺，让石墨颗粒做一个部分取向排列，这其实也是一个降低迂曲度的一个隐藏手段。

结合前面的正极优化，最终效果就是锂离子进入电极的路径更短、扩散阻力更小，内阻降低。 内阻其实和电池发热量是强相关的，不然的话，也支持不了10%-97%这么大范围的一个闪充。 要知道电池除正负极以外，还有一个集流体方面的优化，目前比亚迪并没有说他们的二代刀片用到了复合集流体，但有一个知识点要告诉大家，就是目前全世界的电池都在集流体上下文章，从商业角度，比亚迪不做优化是不可能的，这一块老王后期帮大家盯一下。

三、电解液优化

另外，根据其他信息来源综合来看，二代刀片大概率使用了新的电解液配方，包括溶剂比例、添加剂以及锂盐体系的调整。降低内阻的同时提升充放电效率。但这方面比亚迪披露信息不多，他们比较慎重。
那么根据我之前的了解，传统体系通常以EC为高介电常数溶剂，配合DMC或EMC等低粘度碳酸酯构成基础溶剂体系。比如VC碳酸亚乙烯酯这种经典的SEI成膜添加剂，用于在石墨负极表面形成稳定界面膜。还有N-heterocycle含氮杂环化合物，简称氮杂环。因为主盐六氟磷酸锂在微量水分存在时会分解生成HF，这种氢氟酸会腐蚀集流体并破坏电极界面。加入氮杂环相当于是微量产酸之后自动中和的添加剂。

我看了一些和比亚迪相关的论文，确实提到过抑制Mn溶出的离子配位剂，那么这次没有用到磷酸锰铁锂，所以这个知识点我们改天再讲。但我认为电解液方面，比亚迪在做磷酸锰铁锂方面的研究储备一定是不少的。
其实关于电解液，下一期老王会跟大家分享一个最近刚刚发表在顶级期刊Nature 上来自南开大学的电解液研究的成果，那个虽然还没有真正量产应用，但对电解液领域的冲击绝对是革命性的。感兴趣别忘了点个关注。

四、冲击强度

从发布会来看，比亚迪官方比较着重于宣传这个冲击强度，超过了国标很多倍，这个确实比较厉害。

但其中最大的贡献应该是电池包中间的这个梁体，所以之前我们说让电池成为结构的说法，在新的这一代刀片上，我认为还是需要调整一下的，电池虽然是硬壳刀片状的，但自始至终它毕竟还是个电芯，让他们承担主承力结构，在越来越严的企业追求中，已经变得不太能说得过去了。所以这回中间的托盘和内骨骼的概念，比亚迪专门做了强化，加上内部的结构导热胶，再综合刀片本身的强度，应该是才达到了发布会上有那么震撼的底部冲击效果。

国标要求是30毫米冲头150焦耳的能量，比亚迪做到了10倍，也就是1500焦耳的能量，多个点进行验证，所以整体来说至少从中立第三方测试角度，比亚迪是比较有优势的，原因就是多层的底部护板和高强度托盘肯定是做了主要贡献。

五、散热与加热

散热方面，磷酸铁锂虽然热安全方面是普遍被C端认为更容易做的，但第二代闪充的话，发热量还是非常大，所以就目前的散热来说，一部分热量肯定是让充电桩来承担，另一部分就是这个液冷体系，但从模型来看，没有用到上下双液冷，依然采用底部冷却，那么我认为可能还没有达到究极体，这一块要看比亚迪不同品牌后期的操刀了，车和车之间很可能差别是比较大，比如一些对垂向空间要求没那么高的SUV车型，加装双层液冷板，我认为是必要的，期待比亚迪后续的热管理方面的信息披露。

低温性能这一块，很多人表示很惊讶，比亚迪在零下30摄氏度，能做12分钟从百分之20充到百分之97，其实综合我收到的消息，这个表现是符合我对比亚迪的预期的。

毕竟基础优化摆在那，注定它的单体经过隔膜和电解液优化之后，本身是比较耐寒的。而且比亚迪是最早开始向C端去宣发脉冲自加热的，这个功能我相信二代刀片电池也是有的，脉冲自发加热当然可以帮助电池进行极寒状态下升温。

2020年初，当时老王应该是全网第一个进入重庆刀片电池工厂的媒体人，当时他们专家跟我们就普及过，说得很中肯，他们说理论上三元锂和磷酸铁锂都能做脉冲自加热，但自加热的效果二者完全不同，磷酸铁锂低温下主要就是离子扩散阻抗问题，具体表现就是电解液扩散慢、正极导电能力差，极化严重，所以磷酸铁锂低温下，内阻上升是非常明显的，那么反过来看，磷酸铁锂更适合做自加热，同样的电流你放上去，三元锂电池发热多数是没有磷酸铁锂这么明显的，其实三元锂低温的问题主要不在电解液活性，而是负极的锂析出，目前三元锂电池你去看一圈，多数的车型都是要配合外部加温设备或者电机余热回收的，然后选定一个相对稳定的安全区间去做脉冲加热，如果在低温状态给电池做那种特别硬的脉冲，锂离子来不及嵌入石墨，就会在负极表面形成金属锂沉积，也就是析锂。

之前我们在其他企业做过类似的磷酸铁锂电芯测试，零下20摄氏度，用极短的高频脉冲加热电池，是可以轻松让电芯温度保持在5摄氏度的。而且根据内插的传感器数据，电池电芯的中心位置，其实非常难达到零下20摄氏度，就你随便开辆车，你去东北夜里冻一晚上，外面可能是零下20度，但电芯内部很可能依然只是0度左右，因为电池比热容非常大，而且现在大家都有温度监控系统，只要不是静置太久，开机预热是很快的。

但有一个点，就是这个静置多少时间还是有学问的，这也是为什么我不喜欢看各种垂直平台弄什么冬测，假么假事儿的，用一圈车摆个什么logo，然后号称车辆静置一夜，现场执行过你就知道了，鬼知道摆那么一圈要多久的，前前后后要摆2-3天，周围又没有充电桩，势必有些品牌是静置超过72小时的，有些品牌最后摆过去，只静置几个小时，然后美其名曰，所有测试条件拉齐，拉齐个鬼，到时候测出来的电池能一样么？还有什么南极测试，更多的也是象征意义，车辆基本上24小时在暖库放着，到拍宣传片的时候拉出来玩一玩，也就是这样了。

写在最后

节目的最后，老王想说。
如果回头看过去十年的动力电池演进，会发现行业始终在两个方向之间寻找平衡：一端是能量密度，一端是功率能力。前者决定续航，后者决定补能，而真正困难的地方从来不是把某一个指标做到极致，而是在安全、寿命和成本之间维持一个长期稳定的工程解。
整个品牌宏观来看，这回发布会的重点布局车型全都是15万以上的，这当然是我之前非常期待的，就是比亚迪品牌在做向上，但另一方面在15万以下的基本盘部分，貌似需要向更多用户花费时间纵深去解释品牌目前重心转移的真正目的。当然这一点我相信比亚迪后续发力的方式会像智能悬架那样做有序下放，做好自己的单体本征素质，是这次第二代刀片发布的核心，在真正的金属全固态电池走向大规模应用之前，通过工程细节不断逼近性能边界，才是最现实、也最有效的打法。
正所谓材有所长，构有所循，热有所界，诸力并举而后成器，诸元相济而后功成。 你说对么。
我是老王，下期见