刀片电池和三元里电池的优缺点

一、刀片电池的优点

刀片电池是比亚迪基于磷酸铁锂电池技术改进而来的一种电池。它将传统的磷酸铁锂电池在结构上进行创新，具有多方面的优点。

（一）安全性能高

1.通过针刺试验

• 针刺试验是电池安全性检测的一个严苛手段。在进行针刺实验时，三元锂电池在针刺瞬间会出现剧烈的温度变化，表面温度迅速超过500°C并开始剧烈燃烧；传统磷酸铁锂块状电池无明火、有烟，表面温度达到200 - 400°C；而“刀片电池”在穿透后无明火、无烟，电池表面温度仅有30 - 60°C左右。这表明刀片电池在内部短路等极端情况下，能够有效避免热失控等危险情况的发生。

2.正负极间距大

• 由于刀片电池为长条形结构，这种结构特性使得正负极之间隔了较长的距离。当电池内部出现异常反应时，能够有效降低热量的产生，并且内部短路的概率也更低，从而极大地提高了电池的安全性。

（二）电池寿命长

1.良好的材料基础

• 其本质是磷酸铁锂电池，这种电池材料本身就具有较长的寿命。磷酸铁锂晶体中的化学键稳固，保证了电池在使用过程中材料的稳定性，减少电极材料的损耗，为电池的长寿命奠定了基础。

2.长的充放电循环次数

• 官方宣称刀片电池的充放电循环寿命超3000次，即充放电3000次后电池的衰减低于20%。相比之下，普通三元锂电池的充放电次数为2000次左右。更有数据显示，在大尺寸叠片工艺和全方位高温“陶瓷电池”技术的加持下，刀片电池充电循环寿命超4500次，即电池充电4500次后衰减低于20%，是三元锂电池充电循环寿命的3倍以上。

（三）制造成本较低

1.原材料成本相对稳定

• 在2022年电池原材料大涨的情况下，三元锂电池材料中的镍和钴原材料涨幅大且价格波动大，而刀片电池因为采用磷酸铁锂为主要材料，其成本相比更为可控。在电池原材料上涨之前，磷酸铁锂电池行业平均成本约0.6元/Wh，三元锂电池约0.8元/Wh，而刀片电池则低至0.42元/Wh。

2.生产工艺节约成本

• 刀片电池可以实现无模组化设计，直接集成为电池包，显著提高了集成度，减少了中间环节的成本。并且该电池在生产过程中省去了支撑电芯的结构，利用每个电芯自身作为支架，这在很大程度上也节省了成本。从综合成本来看，刀片电池在材料、集成度等方面占据优势，虽然其生产成本可能因为更多的工艺流程和更高的制造要求而变高，但整体成本相比仍然具有竞争力。

（四）空间利用率高

1. 结构创新性
   • 刀片电池组采用了CTP（CellToPack）设计思路，把电芯以阵列方式直接装到电池包壳体内，省略了把电芯组装成模组这一传统步骤。这一结构创新使得电池包舍去了用于固定电芯和模组的横梁、纵梁以及各种螺栓等附件，保留并提升了更多内部空间用来容纳电芯，相较于传统电池包，刀片电池的体积利用率提升了50%以上。这意味着在同样的空间内可以装入更多的电芯，使得电池的容量得到提升，从而使续航里程得到提高，已经达到了与高能量密度三元锂电池同等的续航水平 。

（五）输出功率高

1.叠片工艺优势

• 刀片电池采用叠片工艺生产电芯，相比传统的卷绕形式生产电芯有明显优势。叠片工艺可以使电流密度更加均匀一致，电池内部的散热性能也更好。这种优良的内部散热性和均匀的电流密度使得刀片电池适合大功率放电，即具有较高的输出功率，在电动汽车等设备需要大动力输出时能够发挥良好的性能 。

（六）不含有毒物质

1.环保材料特性

• 刀片电池采用磷酸铁锂为主要材料，磷酸铁锂作为一种正极材料是相对清洁和环保的，不会像某些电池材料含有汞等有毒物质。这一特性在电池报废后的回收处理过程中，不会对环境造成金属中毒性污染等危害，并且整个生命周期内都能保持较好的环境友好性。

二、刀片电池的缺点

虽然刀片电池具有很多优点，但也存在一些不可忽视的缺点。

（一）低温性能差

1.低温下限值较高

• 刀片电池的低温下限值为 - 20°C，而三元锂电池可以达到 - 30°C。在更低的温度环境下，三元锂电池相对刀片电池更能稳定工作。

2.低温电容量衰严重

• 在低温工况下，刀片电池的电容量衰减更严重，一般会衰减60% - 70%，相比三元锂电池至少高10%。这意味着在寒冷地区或者在冬季低温环境下，刀片电池的续航能力会大打折扣，给使用电动汽车的用户带来续航焦虑的问题。

3.充放电性能差

• 低温充放电性能差是磷酸铁锂材料本身遗留下来的问题，刀片电池由于还属于磷酸铁锂电池范畴并没有从根本上解决这一问题。这种在低温环境下充放电性能的下降不利于电池在寒冷地带的正常使用，限制了刀片电池应用场景的广泛性 。

（二）能量密度劣势

1.相比三元锂电池密度低

• 虽然刀片电池相比传统的磷酸铁锂电池能量密度已经有所提高，第一代刀片电池能量密度为140Wh/kg，第二代预计可达180Wh/kg，但相比目前市场上三元锂电池仍然没有优势。像性能较优的三元锂电池能量密度接近200Wh/kg左右，宁德时代最新麒麟电池的能量密度已达250Wh/kg，能量密度的差距使得刀片电池在一些需要高能量密度电池的特殊应用场景中的使用受限，如需要长续航且对电池组体积有严格限制的小型或高性能电动汽车 。

（三）电池磕碰后难以修复

1.一体成型结构的弊端

• 由于刀片电池采用独特的结构设计，一旦受到磕碰等外部损害，内部的电芯结构完整性可能遭到破坏。由于其结构紧凑，维修人员难以在不破坏电芯进一步结构的前提下进行修复。这种情况可能导致电池无法正常工作，对于使用者来说，电池的轻微磕碰可能就会造成电池整体的更换，增加了使用成本和资源的浪费。

三、三元锂电池的优点

三元锂电池以含有镍（Ni）、钴（Co）、锰（Mn）（或铝（Al））三种元素中的两种或三种作为正极材料的锂电池，这一类型的电池具有众多优点。

（一）能量密度高

1.提升电池容量与续航

• 三元锂电池采用了新一代电芯技术，其能量密度可以提升到151Wh/kg甚至更高。电解液、电极材料等的优化组合使得锂离子的嵌入和脱出更加容易，在相同的电池体积或重量下能够容纳更多的电量。例如，电池容量可以达到53.6kWh，这为长续航奠定了基础，使得搭载三元锂电池的车辆能够行驶更远的距离，满足消费者对于长续航里程的需求。在新能源汽车领域，高能量密度也有助于减少电池组的体积和重量，从而为汽车的其他部件留出更多空间或者降低整车重量，提高车辆的能效比，减少能源消耗。这种高能量密度的特性使得三元锂电池在空间要求苛刻或者追求高能量储备的应用场景下具有明显优势，如一些高性能的电动汽车或是便携式电子设备需要在小体积内实现长时间续航的需求等。

（二）大功率性能

1.释放更多能量与动力

• 三元锂电池因为能量密度高，相应地在同样的电池体积下可以容纳更多的功率。当设备需要高功率输出时，例如电动汽车的快速加速过程中，三元锂电池能够快速释放出大量的电能，为电机提供强大的动力，满足瞬间高功率输出的需求。这一特性使得三元锂电池在一些需要大功率驱动的设备中非常适用，比如电动汽车的高性能版本、电动飞机等对动力要求极高的产品。同时，从充电角度来看，较高的功率性能也意味着在支持快充技术时能够更快地接收电能，减少充电等待时间，为用户提供更加便捷的使用体验 。

（三）安全可靠性高

1.严格的验证流程

• 三元锂电池已通过30项国家标准和52项企业标准验证，包括过充、过放、超温、短路、跌落、挤压、火灾、机械冲击、模拟碰撞、盐雾等严格的检验项目。这些全面的测试确保了三元锂电池在面对各种复杂恶劣的使用环境和意外状况时的安全性和稳定性，能够长期、高效、稳定的运行。例如在过充情况下，可以有效避免电池出现鼓包甚至爆炸的危险；在受到机械冲击时，电池内部结构能够保持相对稳定，不至于电池立即失效或出现安全事故，从而保障设备和使用者的安全 。

（四）适应性强

1.不同环境下的充电便利性

• 三元锂电池在不同的工作环境下活性会发生变化，这虽然造成不同环境下充电效率有所差异，但利用EMD3.0技术，集成了多项电池活动辅助功能，极大地提升了日常充电过程中的便利性。这种技术可以根据不同的充电环境（如温度、电压等条件）自动调整充电策略，以达到最优的充电效果。例如，在温度较低时启动电池预热功能，保证在低温环境下的充电效率，使电池在北方寒冷地区等低温环境下也能够尽可能正常地进行充电，减少因环境因素导致的充电时间延长或充电失败等问题 。

（五）高智能

1.强大的电池管理功能

• 三元锂电池配合EMD3.0超级电控技术，其电池控制系统拥有多项智能安全保护措施，如电池实时预测报警、快充快放保护、过充过放安全保护、低温充电预热等功能。这些智能保护措施不仅可以实时监控电池的工作状态，提前发现电池可能出现的问题并发出警报，而且可以在充电和放电过程中根据电池的实际情况调整电流、电压等参数，防止电池过充过放或者快充快放对电池造成损害，有效地保障了电池和消费者的双重安全。另外，在不同的使用场景中（如高温、低温、高功率输出等）都能自动适应并优化电池的性能，延长电池的使用寿命 。

（六）使用寿命较长

1.自动平衡电压偏差

• EMD3.0超级电控技术还具备电池单体电压偏差自平衡功能。在电池组使用过程中，各个电池单体由于制造工艺、使用环境等因素会出现电压偏差。这一功能可以自动识别判断电池组中电池单体的电压偏差，并根据异常情况自动平衡电池单体的电压偏差，从而将电池单体的电压偏差保持在预期范围内。通过这种方式来保持电池组的一致性，帮助车辆保持较长的电池寿命，有效防止因为个别电池单体过度充放电或者性能衰退而导致整个电池组性能下降的情况发生，最终延长电池的整体使用寿命。

（七）耐低温性能较好

1.在低温环境的工作能力

• 磷酸铁锂电池的极限工作温度是零下20°C，而三元锂电池是零下30°C，并且在相同的低温环境下，三元锂电池的电容量衰减要比磷酸铁锂电池低。相对于其他一些电池类型，三元锂电池在低温环境下仍然能够保持相对较好的性能，在寒冷地区的应用场景下更具优势。比如在北方的冬季，电动汽车搭载三元锂电池可以减少因低温而带来的续航里程大幅下降等问题，保障车辆的正常使用。

四、三元锂电池的缺点

三元锂电池尽管有诸多优点，但也存在一些不利的方面。

（一）热稳定性差

1.高温下材料分解风险

• 三元锂材料的化学稳定性相对较差，尤其是在高温下，三元锂材料在约250 - 300°C会发生分解，并且化学反应特别强烈。当温度升高到一定程度时，一旦释放出氧分子，电解液就会在高温作用下迅速燃烧，进而发生爆燃。这种高温下的不稳定性对电池的安全性构成了潜在威胁，在炎热地区或者电池在高温环境下工作时（如汽车发动机舱附近高温环境或者高温天气下的户外使用）需要额外的冷却系统等安全保护措施来确保电池的正常运行和使用安全，增加了电池系统的复杂性和成本 。

（二）成本相对较高

1.原材料成本高昂

• 三元锂电池中镍、钴等原材料成本较高且价格波动较大。尤其是在近年来，随着新能源市场的快速发展，对镍和钴的需求大增，而供应相对有限。钴是一种稀缺资源，镍的开采和加工也面临着一定的环境和成本限制，这些因素导致三元锂电池的制造成本一直居高不下。昂贵的制造成本使得三元锂电池的价格于一些竞争对手相比更高，不利于其在一些对成本极为敏感的市场领域的大规模普及，如一些低价的新能源汽车或者小型电动设备市场等，限制了其应用的广度和深度。

（三）充电次数有限

1.容量衰退问题

• 三元锂电池虽然可以重复充电，但其充电次数是有限的。当充电次数达到上限后，电池的容量会逐渐下降，最终影响电池的性能。例如，在经过多次充放电循环后，电池从100%到80%电量之间可以进行的充放电循环次数大约只有2500次左右（相比之下，磷酸铁锂电池的充放电循环寿命可以达到3500次以上）。这一限制使得在某些需要长寿命电池的应用场景（如对于长期储能或者长时间使用的大型设备等）下，三元锂电池可能不是最佳的选择，需要更多的考虑其容量衰退带来的影响而提前规划电池更换等措施。

（四）充电速度相对较慢

1.充电效率问题

• 相比于一些快充技术推广较好的电池，三元锂电池的充电速度相对较慢。这一特性给使用者带来了不便，尤其是对于现代快节奏生活中的电动汽车用户等，长时间的充电等待时间可能会影响其使用体验。虽然其支持快充技术，但由于材料和电池结构等因素的限制，要达到理想的快充效果还有一定的距离，并且快充过程中可能会对电池的寿命等性能产生一定的影响，需要合理平衡充电速度和电池寿命之间的关系。

五、刀片电池和三元锂电池优缺点对比

（一）安全性对比

1.刀片电池胜在多种安全优势

• 从上述分析可以看出，刀片电池在安全性方面表现卓越。一方面通过针刺测试的结果显示其在内部短路时的安全性远高于三元锂电池，在穿透后无明火、无烟，电池表面温度仅有30 - 60°C左右，而三元锂电池针刺后瞬间升至500多度并开始剧烈燃烧；另一方面由于刀片电池为长条形结构，正负极之间较大的间距能够降低内部短路概率，并有效减少电池内部反应产生热量。相比之下，三元锂电池虽然已经通过大量的国家标准和企业标准验证，如过充、过放、超温等验证，但在应对一些特殊情况下的安全性，如针刺这种内部短路的极端测试时，表现不如刀片电池。然而，随着技术的发展，三元锂电池的安全性也在不断提高，例如一些电池管理系统和热管理系统的改进有助于提升其整体安全性程度，但就目前综合比较而言，刀片电池安全性更高。

（二）能量密度对比

1.三元锂电池能量密度优势明显

• 在能量密度这一重要指标上，三元锂电池明显占优。如前文所述，性能较优的三元锂电池能量密度接近200Wh/kg左右，宁德时代最新麒麟电池已达250Wh/kg，而刀片电池第一代能量密度为140Wh/kg，第二代预计可达180Wh/kg。高能量密度使得三元锂电池在相同体积下能够存储更多的电能，这对于诸如高性能电动汽车需要长续航同时对电池体积有限制等应用场景极为有利。刀片电池虽然采用结构创新提高了一定的能量密度，但在能量密度方面仍然难以与三元锂电池相抗衡，这也限制了刀片电池在部分对能量密度要求极高的领域的应用，比如航空航天等领域对于电池能量密度和重量要求极高的设备中三元锂电池会更有优势。

（三）低温性能对比

1.三元锂电池低温性能更优

• 低温性能上，三元锂电池相比刀片电池要好。刀片电池的低温下限值为 - 20°C，电容量衰减严重（一般衰减60% - 70%），而三元锂电池的低温下限可达 - 30°C，在低温下的电容量衰减相对较小。这使得在寒冷地区或者冬季环境下，三元锂电池能够保持相对较好的性能，减少续航里程的降低幅度，而刀片电池可能会因为低温性能差而面临更严重的续航焦虑等问题。虽然刀片电池在采用一些新技术后在低温性能上有所改善，但总体而言三元锂电池的低温性能更为突出。

（四）电池寿命对比

1.刀片电池长循环寿命领先

• 刀片电池在电池寿命方面表现更佳，官方宣称充放电循环寿命超3000次（甚至在大尺寸叠片工艺和全方位高温“陶瓷电池”技术加持下可超4500次），充放电3000次后电池的衰减低于20%；而三元锂电池的充放电循环次数为2000次左右。再加上刀片电池本质是磷酸铁锂电池，材料本身就具有较长的寿命基础，所以在电池寿命方面刀片电池更能满足长时间使用设备的需求，如电动汽车在长时间使用或者储能电池在长时间储能等场景下，刀片电池的长寿命是一个重要的优势。从长远来看，使用者采用刀片电池可以减少因电池更换带来的额外成本，而三元锂电池可能在使用一定年限或者充放电次数后就需要考虑更换电池的问题，这增加了设备的总成本。

（五）成本对比

1.刀片电池综合成本更低

• 在成本方面，刀片电池具有很强的竞争力。刀片电池的制造成本低主要表现在原材料成本方面更为可控，在2022年电池原材料大涨期间，三元锂电池的镍和钴等原材料涨幅大且价格波动大，而刀片电池的主要材料磷酸铁锂受影响较小。并且生产过程中通过结构创新省去支撑电芯的结构、采用无模组化设计直接集成电池包等方式节省成本，刀片电池生产线自动化程度高可以降低综合生产成本；而三元锂电池由于原材料价格高（如镍、钴等），制造成本一直居高不下，导致在市场上的价格对比中刀片电池更具价格优势。对于大规模应用的领域，如新能源汽车市场、储能市场等，较低的成本可以降低整个设备的成本，从而提高市场竞争力。从消费者角度来看，使用成本更低的电池也可以降低其购买和使用设备（如电动汽车购买价格和使用过程中的电池更换成本等）的综合花费。