陶瓷 锂电池 为什么使用 锂金属

“把‘自燃’这个词从新能源汽车的字典里彻底抹掉。“3月29日，比亚迪集团董事长兼总裁王传福在“刀片电池”发布会上喊出了很多新能源车消费者的心里话。此前从未有人喊过的这句话，很可能会推动电动汽车行业的安全性变革。

1、“刀片电池”业内首次通过针刺实验

发布会上，比亚迪播放了一段三种电池针刺实验对比视频。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℃，并发生极端热失控的剧烈燃烧现象，电池表面的鸡蛋被炸飞；传统块状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；“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。

这组对比实验表明，比亚迪的“刀片电池”已经摆脱了传统动力电池潜在的“热失控”隐患，电池的安全性和稳定性有着独有优势。中国科学院院士欧阳明高分析指出，“刀片电池”的设计使得它在短路时产热少、散热快，表现“非常优异”。

据了解，针刺试验是模拟锂离子电池内部短路、导致热失控、进而爆炸起火的试验方法。需要指出的是，由于针刺实验的标准严苛，目前三元锂电池还是磷酸铁锂电池都无法通过实验。因此，国家暂时把针刺实验作为一种非强制标准，不做强制要求。尽管如此，比亚迪“刀片电池”还是挑战了针刺实验，并完美通过。比亚迪“刀片电池”顺利通过针刺实验，无疑给国内电动汽车的安全性做了一次很好的背书。

2、安全为先 “刀片电池”已经领先对手一个身位

虽然近几年来电动汽车的销量不断增加，但续航短、安全隐患和充电难这三大原罪还是让更多消费者对电动汽车敬而远之。而且，安全隐患已经成为电动汽车的原罪之首。

2019年，国内电动汽车出现了多起安全事故，自燃成了其中最重要的安全隐患。汽车门网整理的数据显示，搭载三元锂动力电池的车辆占到了自燃车辆的85%以上，而搭载磷酸铁锂电池的车辆占比仅为7%。在中国工程院院士杨裕生看来，电动汽车频繁燃烧的根源，第一个就是电池技术的原因。

目前，三元锂电池和硫酸铁锂电池成为动力电池市场上最主要的两大动力电池选择。相比之下，三元锂电池的能量密度更高，但安全性较差。受国家政策的影响，三元锂电池过度追求高能量密度，导致安全性迅速下降，最终引发了2019年的多起自燃事件。而磷酸铁锂的能量密度虽低，但在安全性和稳定性方面有着先天优势。此次通过针刺实验的“刀片电池”，正是比亚迪最新研发的超级磷酸铁锂电池。

作为全球最大的磷酸铁锂电池生产厂家，比亚迪长期致力于磷酸铁锂电池的研发，在磷酸铁锂电池技术储备方面有着深厚的积淀。据悉，比亚迪“刀片电池”比亚迪采用了全方位高温“陶瓷电池”技术，在高风险安全位点都采用了耐高温和绝缘性能优异的高温陶瓷涂层，大幅提升了池的安全性和稳定性。而这，也正式比亚迪“刀片电池”敢于挑战针刺实验的底气所在。

“不管别的国家或者别的地区有不同的一些标准，作为比亚迪内部评估来说的话，我们还坚持用电动车电池里面最苛刻的标准来衡量我们的电池，特别是刀片电池我们开发之初就把安全的标准放在首位，特别把针刺的标准放在首位。”在王传福看来，电动汽车的安全性是第一位的。

3、“刀片电池”的能量密度已比肩三元锂电

除了无可比拟的安全性意外，“刀片电池”还在制造工艺、能量密度、制造成本和轻量化等方面取得了重大突破，优势进一步显现。

“刀片电池”采用比亚迪自家研发的大电芯，但电芯形状更加扁平、窄小（长边可以定制变化，单体最大稳定长度可以达到 2100mm），通过阵列的方式排布在一起，就像“刀片”一样插入到电池包里。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。

通过结构创新，“刀片电池”在成组时可以跳过“模组”，大幅提高了电池包的空间利用率，最终实现了同等容积装入更多电芯的设计目标。相较传统的带模组电池包，“刀片电池”的体积利用率提升了50%以上，续航里程已经达到了高能量三元锂电池的同等水平。

不仅如此，“刀片电池”在大幅提升系统质量能量密度和体积能量密度的同时，去掉了“模组”这一层中间结构，因此大幅降低了电池系统的复杂度，进而带来了更高的稳定性和更低的故障率，同时减轻了重量。

业内人士指出，基于“刀片电池”技术的比亚迪超级磷酸铁锂电池系统在能量密度上已经可以与市面上主流的三元电池相匹敌。与此同时，磷酸铁锂电芯成本就更低，且安全性和稳定性更强。也会进一步的使成本更有竞争力。

据王传福透露，刀片电池只在比亚迪汉纯电车型搭载应用，其他车型暂无规划。比亚迪汉EV作为统领“王朝家族”的旗舰级轿车，其综合工况下的续航里程达到605公里，百公里加速3.9秒，在整车设计特别是内饰部分演绎出全新的家族设计语言，描绘了比亚迪品牌朝向豪华与科技不懈创新的未来。

4、“刀片电池”将推动动力电池技术多元化竞争

值得注意的是，比亚迪此次发布的“刀片电池”由比亚迪旗下的弗迪电池公司推出。这是比亚迪拆分动力电池业务后成立的独立电池制造实体。王传福在发布会上说，“刀片电池”也是弗迪公司的首款产品。

不久前，比亚迪已经成立了五家弗迪系公司。此举标志着比亚迪的新能源汽车核心零部件完成了业务分拆。未来，比亚迪新能源汽车零部件业务将独立对外供应。五家弗迪公司之一的弗迪电池，主要业务便是动力电池的研发、设计和生产。目前来看，“刀片电池”已经获得了主机厂的认可。

“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。”比亚迪集团副总裁兼弗迪电池董事长何龙表示。我们注意到的一个事实是，在最新发布的新能源汽车申报信息里面，很多车企都申报了搭载磷酸铁锂电池的版本。

可以预见的是，随着弗迪磷酸铁锂刀片电池的市场参与度不断提高，未来很多新能源汽车将搭载安全稳定、能量密度更高但价格更便宜的比亚迪“刀片电池”。这个足以改变动力电池竞争格局的举动，很可能推动新能源汽车产业迎来一次变革。

写在最后：

“刀片电池将改变行业对于三元锂电池的依赖，将动力电池技术路线拉回正道，并重新定义新能源汽车的安全标准。”正如比亚迪董事长王传福说：“今天的刀片电池，是比亚迪给行业的一份大礼。”隐隐可以看出，比亚迪“刀片电池”将引领全球动力电池安全新高度。

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。

1.锂电池材料首选氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅等陶瓷材料（安全第一），最大限度地减少杂质摄入量，保证产品纯度。

2.陶瓷粉碎盘和分级轮等关键部件最高线速度超过130米/秒，陶瓷件成型技术重大改进，多晶三元材料单机粉碎产能突破1000kg/h，能耗节省50%。

3.埃尔派的粉碎系统采用闭环式惰性气体保护，使系统中空气含量保持最低值，最大程度地减少水分摄入，水分增量小于50PPM。

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陶瓷基板是干什么用的

陶瓷基板是干什么用的，陶瓷基板是指铜箔在高温下直接键合到氧化铝（Al2O3）或氮化铝（AlN）陶瓷基片表面（ 单面或双面）上的特殊工艺板。下面来看看陶瓷基板是干什么用的。

1、陶瓷基板在芯片当中的应用

在led多采用陶瓷基板做成芯片，以实现更好的导热性能。此外，在以下电子设备也多使用陶瓷基板做成陶瓷芯片：

◆大功率电力半导体模块。

◆半导体致冷器、电子加热器；功率控制电路，功率混合电路。

◆智能功率组件；高频开关电源，固态继电器。

◆汽车电子，航天航空及军用电子组件。

◆太阳能电池板组件；电讯专用交换机，接收系统；激光等工业电子。

2、陶瓷基板在三代半导体的应用

以MOSFET、IGBT、晶体管等为代表的主流功率器件在各自的频率段和电源功率段占有一席之地。由于IGBT的综合优良性能，已经取代GTR，成为逆变器、UPS、变频器、电机驱动、大功率开关电源，尤其是现在炙手可热的电动汽车、高铁等电力电子装置中主流的器件。

3、氧化铝陶瓷基板在电子电力领域的应用

在电力电子领域，比如功率开关电源、电力驱动等，需要介质陶瓷基板来实现更好的导热性能，防止电流烧坏和短路。

4、氧化铝陶瓷共烧板在锂电池行业的应用

随着人工智能和环保的推荐，汽车行业也推出电力轿车，主要是通过电池蓄电，采用陶瓷基板做的锂电池可以实现更好的电流和散热功能，促进新能源汽车的市场需求。

5、陶瓷基板在集成电路当中的应用

小尺寸的陶瓷基板芯片（小于3mm*3mm）通过技术也能实现小尺寸集成电路的封装，因此对于集成电路的应用也是越来也大；毕竟集成电路发展具备精密化、微型化等特征。

陶瓷基板特点

1、机械应力强，形状稳定；高强度、高导热率、高绝缘性；结合力强，防腐蚀。

2、极好的热循环性能，循环次数达5万次，可靠性高。

3、与PCB板(或IMS基片)一样可刻蚀出各种图形的结构；无污染、无公害。

4、使用温度宽-55℃～850℃；热膨胀系数接近硅，简化功率模块的生产工艺。

陶瓷基板优越性

1、陶瓷基板的热膨胀系数接近硅芯片，可节省过渡层Mo片，省工、节材、降低成本；

2、减少焊层，降低热阻，减少空洞，提高成品率；

3、在相同载流量下0.3mm厚的铜箔线宽仅为普通印刷电路板的10%；

4、优良的导热性，使芯片的封装非常紧凑，从而使功率密度大大提高，改善系统和装置的可靠性；

1、超薄型(0.25mm)陶瓷基板可替代BeO，无环保毒性问题；

2、载流量大，100A电流连续通过1mm宽0.3mm厚铜体，温升约17℃；100A电流连续通过2mm宽0.3mm厚铜体，温升仅5℃左右；

3、热阻低，10×10mm陶瓷基板的'热阻0.63mm厚度陶瓷基片的热阻为0.31K/W，0.38mm厚度陶瓷基片的热阻为0.19K/W，0.25mm厚度陶瓷基片的热阻为0.14K/W。

4、绝缘耐压高，保障人身安全和设备的防护能力。

5、可以实现新的封装和组装方法，使产品高度集成，体积缩小。

陶瓷基板性能要求

1、机械性质

陶瓷基板有足够高的机械强度，除搭载元件外，也能作为支持构件使用；加工性好，尺寸精度高；容易实现多层化；表面光滑，无翘曲、弯曲、微裂纹等。

2、电学性质

绝缘电阻及绝缘破坏电压高；介电常数低；介电损耗小；在温度高、湿度大的条件下性能稳定，确保可靠性。

3、热学性质

热导率高；热膨胀系数与相关材料匹配（特别是与Si的热膨胀系数要匹配）；耐热性优良。

4、其它性质

化学稳定性好；容易金属化，电路图形与其附着力强；无吸湿性；耐油、耐化学药品；a射线放出量小；所采用的物质无公害、无毒性；在使用温度范围内晶体结构不变化；原材料丰富；技术成熟；制造容易；价格低。

陶瓷基板种类

按制造工艺来分

现阶段较普遍的陶瓷散热基板种类共有HTCC、LTCC、DBC、DPC。而DBC与DPC则为国内近几年才开发成熟，且能量产化的专业技术，DBC是利用高温加热将Al2O3与Cu板结合，其技术瓶颈在于不易解决Al2O3与Cu板间微气孔产生之问题，这使得该产品的量产能量与良率受到较大的挑战

而DPC技术则是利用直接镀铜技术，将Cu沉积于Al2O3基板之上，其工艺结合材料与薄膜工艺技术，其产品为近年最普遍使用的陶瓷散热基板。然而其材料控制与工艺技术整合能力要求较高，这使得跨入DPC产业并能稳定生产的技术门槛相对较高。

1、HTCC (High-Temperature Co-fired Ceramic)

HTCC又称为高温共烧多层陶瓷，生产制造过程与LTCC极为相似，主要的差异点在于HTCC的陶瓷粉末并无加入玻璃材质，因此，HTCC的必须再高温1300~1600℃环境下干燥硬化成生胚，接着同样钻上导通孔，以网版印刷技术填孔与印制线路，因其共烧温度较高，使得金属导体材料的选择受限，其主要的材料为熔点较高但导电性却较差的钨、钼、锰…等金属，最后再叠层烧结成型。

2、 LTCC (Low-Temperature Co-fired Ceramic)

LTCC 又称为低温共烧多层陶瓷基板，此技术须先将无机的氧化铝粉与约30%~50%的玻璃材料加上有机黏结剂，使其混合均匀成为泥状的浆料，接着利用刮刀把浆料刮成片状，再经由一道干燥过程将片状浆料形成一片片薄薄的生胚，然后依各层的设计钻导通孔，作为各层讯号的传递

LTCC内部线路则运用网版印刷技术，分别于生胚上做填孔及印制线路，内外电极则可分别使用银、铜、金等金属，最后将各层做叠层动作，放置于850~900℃的烧结炉中烧结成型，即可完成。

3、 DBC (Direct Bonded Copper)

直接敷铜技术是利用铜的含氧共晶液直接将铜敷接在陶瓷上，其基本原理就是敷接过程前或过程中在铜与陶瓷之间引入适量的氧元素，在1065℃~1083℃范围内，铜与氧形成Cu-O共晶液， DBC技术利用该共晶液一方面与陶瓷基板发生化学反应生成 CuAlO2或CuAl2O4相，另一方面浸润铜箔实现陶瓷基板与铜板的结合。

4、 DPC (Direct Plate Copper)

DPC亦称为直接镀铜基板， DPC基板工艺为例：首先将陶瓷基板做前处理清洁，利用薄膜专业制造技术－真空镀膜方式于陶瓷基板上溅镀结合于铜金属复合层，接着以黄光微影之光阻被复曝光、显影、蚀刻、去膜工艺完成线路制作，最后再以电镀/化学镀沉积方式增加线路的厚度，待光阻移除后即完成金属化线路制作。