短刀疊片將成為鐵鋰電池主流技術路線

導讀

今年中國電動汽車百人會論壇上，億緯鋰能董事長劉金成發表了

《動力電池技術方向逐漸收斂》

的主題演講，闡明瞭

大圓柱三元和疊片鐵鋰將成為主流技術路線

，

筆者基本認同劉董事長的判斷，當一個產業逐漸成熟以後，只有最最佳化的規格才能夠成為贏家。

為了更加準確理解這個趨勢，筆者邀請了業內眾多電池

PACK

頂尖專家，分五段解釋了這個趨勢。

由於

4680

大圓柱的分析文章已經很多，本文著重分析疊片鐵鋰電池。

導讀

方形、軟包、圓柱，以及它們從兩頭引出電極的形式，會因為不同的特點而適應不同的應用場景。

導讀

特斯拉4680電芯本質上是對電池結構進行了創新，採用無極耳技術，去除了電池的主要發熱部件從而減小了內阻，提高了電池的熱穩定性。4680電芯對比原21700電芯實現了多項技術指標提升：續航里程提升16%，6倍的充放電功率、5倍的單體能量，而成本可以下降 14%。

4680 電池和高鎳三元+矽基負極體系相得益彰，更適配高能量密度路線，快充效能大幅提高。由於標準化程度高，4680電池可作為一種“結構電池”，靈活運用於各車型的CTC設計，還可透過一體化壓鑄協同降低製造成本，實現“極限”製造。

大家已經認可特斯拉提出的D46全極耳大圓柱電芯，以後可能還會有不同的變種，雖然高矽、幹法電極、補鋰、高精度鐳射焊接和電解液浸潤等問題還沒有完全解決，但這只是工程問題，不大會改變大圓柱受寵的總體方向。由於大量圓柱電芯組成粘接緊密的蜂窩狀結構後，可以提供優秀的總體剛度，同時還有充足的電量，這種構型將會是高檔純電動轎車的首選。

方形、軟包、圓柱封裝方式優劣對比

考慮到特斯拉的Model 3比較普及，而且網上也可以找到比較多的車體資料；同時公開宣佈鐵鋰電池採取疊片工藝的企業目前只有比亞迪與蜂巢能源，本方案假設以蜂巢能源公佈的短刀疊片鐵鋰電池，同時參考比亞迪刀片電池裝入特斯拉Model 3進行一個推導。

根據網上對特斯拉Model 3鐵鋰版的拆解資訊，電池包大致在長2148mm寬1444 mm高120/355mm的尺寸範圍內。

在2019的上海車展上，蜂巢能源首次推出採用疊片工藝的短刀鐵鋰電芯。目前，蜂巢能源已推出電芯長度從340mm到574mm的短刀電芯，適配多個電動車品類。其中應用最廣泛的L6尺寸為長574mm寬21。8mm高118mm。

由此可見，蜂巢短刀電芯僅佔用的Z方向尺寸就達到118mm了，參考特斯拉Model 3的尺寸分配，120-80=40mm，這只是用於安排導電排、上下殼和預留磕底變形空間的，Model 3的液冷管還是在電芯之間，佔用XY方向空間，不佔Z向空間的。

所以推算用蜂巢能源短刀電芯做成Pack的厚度為118+40-3（Busbar）+6（單層液冷版）=161mm！看來更適合用於長城的優勢產品——SUV了。

參考一下比亞迪漢EV電池包的尺寸：長2408mm寬1210mm高238mm， 最高點為238mm，最低點只有110mm，後部兩層電池疊放後高度為210mm，可見其Z方向電芯以外的總高度僅有110-90=20mm。這還包括了液冷系統和上下殼的厚度，可見基本沒有任何空餘的空間了。那麼短刀電池包的總高度可以做成118+20=138mm，基本上還是SUV、MPV才能接受的高度了！

乘用車X方向，給電池包預留的寬度大約在1300~1400mm左右，如果用比亞迪當前尺寸為長960mm寬90mm高13。5mm的刀片電池，會導致空間利用率較差，如果換成長度600mm的蜂巢短刀，佈置兩個後接近1200mm，可以有效提高空間利用率。比亞迪計劃的下一代刀片電池尺寸長580mm寬120mm高17。9mm，由長刀向短刀過渡，用來相容更多的乘用車輛，也正是這個佈置思路。所以電池長度最好控制在600mm這個範圍內，電池變短了，卷芯入殼的工藝難度降低了，電池包空間利用率變高了，正是刀片電池發展的趨勢。

可見，要裝上轎車，短刀電池包的高度應≤100mm，至於蜂巢為何選擇現在這個尺寸，我猜測這是蜂巢能源/長城汽車的特殊戰略，集中力量發力在自己擅長，而友商銷量一般的SUV產品上，待到SUV市場上站穩腳跟後，再推出新的短刀電芯適配轎車。

方形、軟包、圓柱封裝方式優劣對比

2020年9月20日在特斯拉電池日上，馬斯克公佈其長續航車型電池4680將要採用的幾種核心工藝，其中

幹法電極技術

在蜂巢能源善用的疊片工藝體系下，也可以比較容易的把原材料體系下電池效能進行提升：

提高面密度是電池能量密度提高的關鍵，採用幹法工藝製造電極，製造正極和負極極片均可以應用。

提高面密度對比理論值與實際值，資料來源於清華大學鋰離子電池實驗室

應用幹法工藝生產的磷酸鐵鋰極片

1、應用新型負極材料軟碳提高充放電倍率，適用800V平臺及快充的趨勢；

2、採用負極預鋰化工藝，提升電池迴圈壽命；

3、採用幹法工藝節約了製造成本，並提高單位廠房面積的產值。

電池技術的不斷提升，給整包設計提供了綜合改善的空間，為車型設計帶來諸多好處，也有助於後期增加智慧硬體，並讓電動車的銷售適應更廣泛的氣候條件。

根據實驗室資料，短刀採用幹法電極工藝，可以在乾電極與集流體複合階段實現電極片之間的微米級別準確對齊，可以大幅提升疊片生產成品率。更為主要的是使用幹法預鋰化技術可以顯著提升電池效能如能量密度和首圈效率，負極端預鋰化的首效已經達到122%，預鋰化之後的單體電池有著更高的鋰離子濃度和更小的內阻，非常有利於迴圈效能的提升。同時幹法極片比溼法塗覆極片有著更高的壓實密度，也保證了電池體積能量密度15%以上的大幅提升。

在系統層面，也可以採用非常規的排列方法來增加車輛底盤佈置電池的可用面積：將Pack下箱體隔間做成類似倒下的“目”字形，中部也許可以向外多伸出一組（Pack主體長度1。8/2。4米），電芯長度方向為行車X方向，這樣在側梁處就不需要預留太多變形空間，利用電池本身來提供側面柱碰強度和少量變形。

方形、軟包、圓柱封裝方式優劣對比

1、蜂巢能源現有的短刀鐵鋰電芯搭載在SUV上，結合CTP技術，逐步提升能量密度（搭配幹法工藝與預補鋰技術），可以覆蓋工況續航450-650公里，實際行駛350-520公里的絕大部分需求。

2、轎車的800V電壓平臺建議採用574*16。5-21。5*92-102mm的電芯尺寸，結合CTP技術，並沿車輛長度方向排布，這樣車輛續航里程將有所增加，實現超越同行的超級快充、支援“Chaoji”充電標準、提升賽道跑圈效能，透過下場比賽，可以幫助車企像比亞迪漢EV一樣一炮而紅！

3、轎車400V電壓平臺下的大容量PHEV的電驅動200公里續航版，也可以採用574*16。5-21。5*92-102mm的電芯尺寸，大容量的PHEV將是一個大市場。

4、對於運營車型使用疊片鐵鋰，我們認為採用幹法工藝可以提升目前市場車型續航里程，又可以提升壽命，運營效率提高，且降低了電池的反覆成本投入。

特斯拉4680大圓柱

據我所知，很多電池企業都在研發短刀疊片鐵鋰電池用於乘用車，只是可能名稱起得不同而已，這一趨勢已經不可逆轉！再次感謝所有為本文提供支援的專家朋友，由於保密的原因，不能一一署名了。