本文目录一览:
- 1、比亚迪发布防爆与防火的刀片电池,自燃与爆炸成历史,这么厉害?
- 2、比亚迪“刀片电池”获现代汽车集团定点,“刀片电池”有何特别之处?
- 3、比亚迪曝光穿刺测试,原来三元锂电池爆炸威力这么大?
- 4、宁德时代比亚迪隔空斗法背后:三元锂真要玩完了?
- 5、比亚迪“两肋插刀”,刀片电池能打倒宁德时代与特斯拉吗?
比亚迪发布防爆与防火的刀片电池,自燃与爆炸成历史,这么厉害?
电动车锂电池的安全性一直受到人们质疑,毕竟过热与爆炸的案例层出不穷。为克服人们对于电动车电池的安全疑虑,比亚迪今天发表具有防爆与防燃烧的刀片电池(Blade Battery),以缓解人们对电动汽车电池安全性的担忧。
在以“刀片电池,出鞘安天下”为主题的在线发布会中,比亚迪董事长兼总裁王传福表示,刀片电池反应出比亚迪为解决电池安全问题的决心,同时也为整个汽车业界重新定义安全标准。不过先前比亚迪曾发布一段视频,比较刀片电池和三元锂电忚(含镍、钴、锰或铝任三种金属元素的电池),以及传统磷酸锂铁池等三种电池的针刺测试,引发各界质疑。
先前的测试视频针刺测试结果显示,三元锂电池出现爆燃,电池温度超过500度,而磷酸铁锂电池虽无明火,但是生烟,电池表面温度达到400度,而刀片电池则是无明火,无生烟,表面温度只有60度。不过我国的强制性国家标准,其“电动汽车用动力蓄电池安全要求”已将针刺试验取消,因为IEC等国际标准没有针刺试验,因为针刺试验与电池实际失效模式并不符合,所以工信部发布的新能源汽车准入管理规定中,针刺测试已列入执行项目。
不过比亚迪仍在发布会中,以视频介绍刀片电池成功通过针刺穿透测试,并指该测试被认定是测试电池热失控的最严格方法。中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高教授则表示,在电池安全性和能源密度方面,比亚迪的刀片电池具有明显的优势。
比亚迪开发刀片电池多年,单一的电池电池芯以数组排列,然后插入到电池块隔。由于其优化的电池模块结构,和传统锂磷基块电池相比,电池模块的空间利用率可以增加50%以上。
在接受针刺穿透测试时,刀片电池在被穿透后既不发出烟雾也不开火,其表面温度仅达到30到60°C。这意味着配备刀片电池的电动车不太可能着火,即使它们受到严重损坏。刀片电池还通过了其他极端测试条件,包括压碎、弯曲、在炉子中加热至300°C,过充电/过放电测试260%,这些状况下,都没有导致电池燃烧或爆炸。
比亚迪副总裁何龙表示,刀片电池有四大优势,包括高启动温度、放热反应、慢热释放和低热生成,以及不在故障期间释放氧气或容易着火。
在过去几年中,许多电动车制造厂陷入追求更大巡航里程的竞争中,当电动车的续航力被车厂视为开发的首要因素时,这种开发重点将转移到电池制造厂商的身上,导致电池行业对“电池能量密度”产生不合理追求,因此安全性一直被排除在动力电池开发之外。比亚迪的刀片电池的目的就要把电池安全重新推向开发的最前端。
比亚迪刀片电池将先运用在比亚迪的旗舰电动轿车汉上,预定今年6月上市,新车型巡航里程可达到605公里,它的时速0到100公里加速只需要3.9秒即可完成。
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。
比亚迪“刀片电池”获现代汽车集团定点,“刀片电池”有何特别之处?
刀片电池是比亚迪新近研发的以磷酸铁锂为正极材料的一种长电芯电池,因其外观造型呈长而薄,与刀片颇有几分相似之处而得名。从电池材料上看,刀片电池属于磷酸铁锂电池范畴,是一种能量密度更高,造价成本更低,使用寿命更长,安全性能更好的超级磷酸铁锂电池。刀片电池通过结构创新,采用无模组设计,使电池包空间利用率高达60%,从而使体积能量密度提升50%。由于电动汽车用于存放动力电池包的空间是有限的,体积能量密度提升,可使电池包在不改变大小的情况下,通过增加更多电芯的方式获得容量提升,让车辆续驶里程得以延长。据介绍,搭载刀片电池的比亚迪汉EV,续驶里程将达到605公里,可与搭载三元锂电池的电动汽车一较高下。
无模组设计,使刀片电池的材料成本与人工费用同步下降,因而它的造价成本比普通磷酸铁锂电池下降30%,具有三元锂电池无法比拟的成本优势。刀片电池的充电循环次数可达3000次,遥遥领先与传统磷酸铁锂电池的2000次和三元锂电池的1000次,使用寿命可达120万公里或8年,可有效解决用户对电池使用寿命的后顾之忧。刀片电池最大的优势是安全性能好。发布会上,比亚迪以视频的方式,展示了三元锂电池、传统磷酸铁锂电池和刀片电池根据GB/T31485-2015进行针刺试验的完整视频。视频显示,三元锂电池在针刺试验的瞬间出现燃烧爆炸,电池温度最高达到420℃;传统磷酸铁锂电池接受针刺试验时,虽然只出现冒烟,没有明火与爆炸,但泄压阀启动,电池表面温度最高达到239℃;刀片电池经受钢针刺入后,电压没有明显下降,电池表面温度保持在30-60℃左右,既没有燃烧爆炸,也没有冒烟。
新能源汽车国家大数据联盟数据显示,去年5月以来出现事故的车辆,其中,事故车辆86%为三元锂离子电池,与电池相关的自燃事故大多与电芯热失控密切相关。造成三元锂电池热失控的原因之一,就是车企为实现高续驶里程而使用高能量密度电池。针刺试验作为目前业内公认的对电池电芯安全性最为严苛的检测手段,至今没有任何一款三元锂电池可以顺利通过。刀片电池在针刺试验中的表现,足以重新定义新能源汽车的安全标准。用比亚迪王总的话说,就是“搭载刀片电池的新能源汽车将把‘自燃’这个词从新能源汽车的字典中彻底抹掉。”
三元锂电池凭借能量密度高的优势将磷酸铁锂电池逼出乘用车动力电池市场;刀片电池在体积比能量密度大幅提升的前提下,以超高安全性能,超长使用寿命,超低造价成本,强势回归。这就是比亚迪刀片电池发布会最大的亮点。刀片电池最大的特点是通过结构创新,在成组时跳过“模组”,大幅提高体积利用率,即在有限的汽车空间内安装更多的电池,从而在续航里程上媲美三元锂电池,而其高安全、高寿命、低成本等优势,是当前三元锂电池所不具备的。同样测试条件下,三元锂电池在针刺瞬间会出现温度巨变,表面温度迅速超过500℃,电池剧烈燃烧且将鸡蛋炸飞;传统块状磷酸铁锂电池表现稍好,无明火、有烟,但200℃-400℃的温度还是将鸡蛋烤糊;“刀片电池”的状态是无明火、无烟,电池表面温度30℃-60℃,鸡蛋的蛋白并未凝固,处于可流动液体状态(鸡蛋蛋白凝固温度约为60℃)。
比亚迪曝光穿刺测试,原来三元锂电池爆炸威力这么大?
3月29日,比亚迪正式宣布推出“刀片电池”,我们可以将其理解为全新一代“磷酸铁锂”电池,并不是此前我们常常听到的三元锂电池。那么,刀片电池的优势在哪呢?
2015年,中国电动汽车产业突然加速,彼时大多数电动汽车搭载的电池都属磷酸铁锂电池。由于国家规定的电池能量密度越来越高,同时在有限的体积下,厂家也更愿意最大限度的提升续航,进而才能满足消费者对续航的需求。故而,在2016年后,大多数车企逐渐改用能量密度更高、相同体积下可承载更多电能的三元锂电池。
或为蔚来es8电池组
那三元锂电池有何优势?相同体积下,三元锂电池由于其能量密度高的天然优势,可储存的电能比磷酸铁锂电池组多。也就是说,同一款车,分别搭载三元锂电池和磷酸铁锂电池,那么搭载三元锂电池的续航里程肯定比磷酸铁锂电池高。
不仅如此,三元锂电池可支持输出、输入的功率也更强。因为,从化学原理上看,三元锂电池相比磷酸铁锂电池更加活跃。如何理解呢?简而言之,我们分别准备两个口袋,其中一个口袋的袋口更大(三元锂),而另一个口袋的袋口偏小(磷酸铁锂),那么相对而言,袋口大的口袋能装的米就多,与此同时可以往出倒米的量或速度也更大更快。
放到电动汽车上,我们就可以理解为,三元锂电池的充电效率更高。除此之外,车辆性能中的最大功率这一项数据,也可以更高。看到这里,我们不禁要问了,那三元锂电池就没有缺点吗?
确实,一般情况下,任何事情都有两面性。我国新能源汽车补贴逐年退坡,对可获得补贴的车辆搭载的电池有着越来越严格的规定。而这越来越严格的规定中,最重要的考量指标就是电池的“能量密度”,即单位体积内包含的能量。所以,我国各大车企也更愿意去使用三元锂电池。只是,能量密度越来越高的同时,三元锂电池的弊端则越来越暴露。
图源自网络
三元锂电池由于其更高的活跃性,其稳定、安全性能则相对较差。随着续航里程的不断增大,现阶段主流电动汽车的NEDC续航普遍超过400公里,甚至已经达到500公里、600公里。可,消费者都知道,厂家宣传的所谓NEDC续航,我们日常驾驶,很难达到。尽管电池组容量大,但三元锂电池相对更活跃,不稳定性强,这就导致其电量的输出速度也更快。
电池活跃带来的另一个缺点或者说弊端,就是“不安全”。此前,编辑曾对时任北汽新能源的技术工程师进行过采访。经他介绍,电动汽车的电池一般情况下是不会发生爆炸的,所以尽管我们常常会因为动力电池爆炸而关注电动汽车的电池安全,但我们仔细想想就会发现,电动汽车的自然总量相对汽油车来说,数量上更少。
前面提到,这位工程师当时讲道,一般情况下不会自燃,还有但是。一旦电动汽车发生自燃,那很有可能会引起爆炸。所以,该工程师介绍,如果发现电动汽车冒烟,有自燃倾向,那我们尽可能不要选择灭火器救火,还是以保证自身的人身安全为主,尽快远离车辆。
2019年,一辆特斯拉汽车地库突然爆炸的视频火爆了网络,似乎也再次印证了彼时那位工程师所言非虚。所以,我们消费者关心动力电池的安全是无可厚非的,因为化学产生的变化,是会爆炸的,而不是简单的燃烧。
那么,磷酸铁锂电池就没有这些问题吗?实话实说,仍旧有!只是相对比较安全。网络上也有较多磷酸铁锂电池与三元锂电池的对比。我简单列举一下,双方的优缺点,如下表:
所以,我们可以看到,市面上行驶的大型电动汽车,如公交、货运车辆等,仍旧搭载相对更稳定的磷酸铁锂电池。
那么,有没有第三种可能?至此,本文的重点来了。比亚迪电池起家,其独特的电池技术使其多次跻身于全球动力电池产量前五,技术上更是独步武林。而比亚迪电池的核心,就在磷酸铁锂电池。
近几年,随着国家对乘用车搭载能量电池的能量密度越来越高,比亚迪迫不得已,也更换了三元锂电池。原来,短暂使用三元锂电池的比亚迪在“憋大招”。从去年,王传福在中国电动汽车百人论坛上明确表示将推出刀片电池,到近日比亚迪官方发布的三种动力电池“穿刺”实验视频,我们终于了解到,“技术狂人”王传福所言非虚,以研发、技术驰名的比亚迪也没有让消费者失望。
所谓刀片电池,其实内部的原材料还是和磷酸铁锂电池一样,但无论是动力电池的形状、内部构造还是组装方法,比亚迪都做了全面的更新。当然,目前比亚迪还未将其刀片电池的专利开放,我们也仅能从一些专家的分析和比亚迪公布的视频、数据中了解。
目前,我们掌握到的情况就是,刀片电池的能量密度突破了原有磷酸铁锂的瓶颈,在比亚迪原有磷酸铁锂电池的基础上,能量密度增加50%。另外,由于内部构造、隔膜材料等多方面多维度的技术更新,刀片电池相比磷酸铁锂电池更稳定 、更安全。
用素有技术狂人之称的比亚迪董事长王传福的话说:比亚迪要用刀片电池把“自燃”这个词从新能源汽车的字典里彻底抹掉!有了技术自信,又有眼见为实,我们有理由相信,比亚迪刀片电池的出现或许能够让消费者在购买电动汽车时更放心安全。我们再来聊一聊比亚迪此次的穿刺测试。
何为穿刺测试?穿侧测试的目的和必要性是什么?
所谓穿刺试验,实际上就是字面意义,用3~5mm的耐热钢针,垂直刺入一块动力电池。具体测试的过程,我们仍旧可以通过比亚迪方面上传的视频,可以一目了然的看到。实际上,早起我国电动汽车动力电池是需要进行穿刺测试的,但由于多方利益,我国在近年来的规定中又取消了穿刺测试。只是,我们也不要过分看重穿刺试验的结果。因为在常规状态下,动力电池的外部还有保护壳、极难发生类似穿刺测试的真实环境。穿刺试验也仅仅针对最为极端的情况下,动力电池的安全性。
不过没关系,这并不妨碍车企方面单独做测试。同时,穿刺试验也是几乎每个厂家或者电池厂商的“标配”。从展示的视频结果来看,市面上销售的三元锂电池在经过穿刺试验后的几秒钟内,冒烟、起火接而发生了爆炸,反应了如今市面上常见的三元锂电池,在经过穿刺试验时的不安全、不稳定性。
磷酸铁锂电池在进行穿刺测试的时候,反应则明显没有三元锂电池大,但仍旧会受到穿刺影响,电池发生了内短路现象,同时电池温度也逐渐升高。
刀片电池在经过穿刺试验后的长时间内,电池温度仍旧正常、电池仍可持续输出电压,突出反映了其安全性。说到这里,有的朋友会问了,刀片电池为什么可以如此安全?实话实说,不知道。因为这项技术如今掌握在比亚迪手中,他们不揭秘,恐怕我们很难完全理解。不过,我们仍可进行假设。
由于其电池构造,如视频中显示,刀片电池的体积相对扁平,在针刺实验室,钢针扎入电池后,其内部构造相对“隔离”,即被刺穿的电芯无法与其它电芯形成有效的滑雪反应,继而避免了内短路。当然,此种可能性是有存在可能的,但最终的结果和答案,仍需要比亚迪告知。
具比亚迪发布消息,刀片电池将会搭载于比亚迪旗下全新轿车,比亚迪汉,后期则会搭载更多比亚迪旗下车型。相对来说,新技术的研发是需要谨慎的,所以目前恐怕比亚迪方面也无法大面积量产刀片电池。除了研发问题,还有成本问题。众所周知,比亚迪在新能源领域的技术优势是通过真金白银砸出来的,高昂的研发费用一直是比亚迪的优势,但新技术研发成功后,如何收回成本并提高利润,是每一个企业都面对的问题。
编辑分析,刀片电池最早将会在2021年底大面积投入量产,2022年或会和其它汽车厂商合作,很难于今年开始大面积量产。王传福曾透露,刀片电池的诞生其实是为了我国动力电池发展的路线“纠偏”。通过他的观点,我们也可以相信,王传福是想用刀片电池,打破目前三元锂电池独霸市场的局面。与此同时,刀片电池的出现也会逐渐影响消费者对于动力电池安全的思考。
安全问题从来都不可忽视,作为相对新兴的电动汽车领域则更显重要。无论是自动驾驶致人死亡,亦或是动力电池致人死亡,生命面前,一切的狡辩都面目可憎。对关乎安全的问题,有关部门和厂家都应该防患于未然,才能确保万无一失。尽最大努力保护消费者生命和财产安全,是最正常也最为重要的事。
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。
宁德时代比亚迪隔空斗法背后:三元锂真要玩完了?
电动 汽车 上普遍搭载的三元锂电池,要被淘汰了?
5月12日,工信部连发三道加急文书,颁布了一系列电动 汽车 强制标准,其中就包括一条“要求电池单体发生热失控后,电池系统在5分钟内不起火不爆炸,为乘员预留安全逃生时间”。
这一条规定对目前使用最广泛的三元锂电池来说,可谓是重大打击。
从此前发生的一些自燃事件来看,车用三元锂电池在发生热失控后,很快就燃起大火,并不符合上述5分钟不起火的规定。
三元锂电池正极材料中镍元素的含量进行提升能够使大大提升电池的能量密度,这也可以为电动车带来更长的续航里程,但镍元素提升之后,电池更容易出现热失控。
与磷酸铁电池相比,在特殊发生热失控后(比如针刺实验),三元锂电池内部的材料会发生分解,并随着发生爆炸。而磷酸铁电池则能保持稳定。
政策之外,三元锂电池还面临竞争对手——磷酸铁电池的新一轮打击。
比亚迪推出的刀片电池,用新的封装方式,大幅提升了能量密度补上了自己的短板,再加上自身拥有更好的安全性和成本优势,迅速崛起。
比亚迪的旗舰电动车——汉,就搭载了刀片电池上市。而特斯拉,也为国产Model 3换上了磷酸铁电池。
新标准和新产品的出现,引起了业内的激烈争论。三元锂电池和磷酸铁电池各自的代表,宁德时代和比亚迪就为这事儿隔空“吵了起来。”
比亚迪在刀片电池发布会上放出针刺实验的结果后,巨头宁德时代表示,电池安全和电池滥用测试是两回事,但有些人把通过滥用测试等同于电池安全。
但随后,比亚迪则强硬回复称“不服?那也来扎一下吧!”。
那么三元锂电池到底能不够通过这个标准?三元锂和磷酸铁到底有何技术差异?三元锂电池是不是真的要被淘汰了呢?从业内专家的评论和各大企业的实际做法来看,其实已经有了答案。
近两个月来已经发生多起电动 汽车 着火的事故,为此,5月12日,工信部连发三道加急文书,颁布了一系列电动 汽车 强制标准,其中就包括一条“要求电池单体发生热失控后,电池系统在5分钟内不起火不爆炸,为乘员预留安全逃生时间”。
▲工信部颁布了一系列电动 汽车 强制标准
这条强制标准也被认为是针对三元锂电池的,从之前发生的自燃现象来看,多款搭载了三元锂电池的电动车从自燃到着火也就在几十秒内。
比亚迪作为资深的磷酸铁锂电池玩家,在磷酸铁锂电池方面有了比较深的研究,3月份曾发布了刀片电池。在发布会现场,比亚迪副董事长何龙表示:“几乎所有你能想到的电动 汽车 品牌都在和我们探讨合作。”
比亚迪总裁王传福在刀片电池的发布上表示,在国内的新能源乘用车领域,多个企业间存在续航攀比的现象,而提升续航的主要方法就是提升动力电池的能量密度,这就导致了电池行业的发展跑偏了。
车企普遍选择了能量密度更高的三元锂电池,并且还在持续增加电池的能量密度,这就导致了电动 汽车 的自燃事频频发生。
随后比亚迪还放了刀片电池和三元锂电池在针刺实验下的不同结果,结果显示,三元锂电池在针刺实验下很快就爆炸了,表面温度超过500摄氏度。
这也被外界视为比亚迪向宁德时代发起的挑战,之后宁德时代的董事长曾毓群亲自回应称:“电池安全和电池滥用测试是两回事,但有些人把通过滥用测试等同于电池安全。”
之后,比亚迪销售副总经理李云飞在微博上发文称:“不服?那也来扎一下吧!”,这一回应算是将两者之间的暗战提升到了明战的状态。
▲比亚迪销售副总经理李云飞微博回应
5月22日,宁德时代发布了一则视频,视频显示,在进行针刺实验时,钢针并没有穿过电池包,而且还被电池外包装的钢板折断了。
但视频发出后,也引起了部分网友的不满,有网友认为,针刺实验的本质是为了模拟电池短路,而不是刺进或刺不进,还有人称宁德时代掌握了电池外壳的核心技术。
▲网友对宁德时代视频的调侃
既然目的没达到,5月23日晚上,宁德时代又放出了一则视频,视频中,宁德时代的5系和8系三元锂电池都成功通过了针刺测试,这两款电池在针刺和静止1小时后,电池未出现剧烈的升温和爆炸现象。
在视频的最后,宁德时代表示:“宁德时代早在2017年就已经掌握了三元电芯通过针刺测验的技术,但是为什么没有推广?通过针刺测验=电池安全吗?”
目前,李云飞又回应称未发生短路的话针刺测试就已经失败了,而宁德时代方面还有消息传出说要放出第三则视频,国内动力电池行业的两个巨头之间的争论还将继续。
但搭载了三元锂电池的电动 汽车 屡屡发生自燃,磷酸铁锂电池和政策的一步步打压也都让三元锂电池处在风口浪尖,那么为什么会出现这样的情况呢?
要想搞明白三元锂电池现在处境的原因,还需要从三元锂电池的自身来说起。
安全性不强是目前三元锂电池最显著的问题,由于NCM电池的用户比较多,我们主要来看一下这种电池,根据镍与钴、锰元素比例的不同,NCM电池又可以分为两类,一类是镍锰等量型,另一类是镍锰不等量型。
如NCM424和NCM111就是典型的镍锰等量型电池,但随着车企对电动车续航能力要求的提升,三元锂电池的能量密度不断推高,高镍路线也不断明确。
所以以NCM523、NCM622和NCM811为代表的高镍型三元锂电池是目前电池厂的主流路线。由于提升镍元素可以让电池具备更高的容量,所以现在电池厂都已经在生产容量最高的NCM811电池了。
▲宁德时代动力电池
而在8系三元锂电池之后,镍元素含量超过90%的9系三元锂电池正在蓄势待发。据高工锂电报道,知名锂电材料供应商格林美目前已经完成了镍元素摩尔比例分别达到90%、92%、95%的Ni90、Ni92、Ni95等三元前驱体材料的研发与量产。
但凡事都有正反两面,随着能量密度的不断提升,电池的安全隐患也在与日俱增。
有研究表明,随着三元锂电池正极材料中镍元素的富集,电池的容量保持能力与热稳定性出现了下滑。
当NCM三元锂电池正极的镍含量超过60%,NCA三元锂电池正极的镍含量超过80%,在经过一定次数的循环后,电池正极材料中的微裂纹显著增加,电极阻抗增大,正极开始向电芯中析出大量的氧气。而且在电池温度达到250摄氏度~350摄氏度时,三元锂电池内部的化学成分就会发生分解。
这一现象会造成两个后果,一是由于微裂纹增加,电池的寿命会受到影响;二是由于氧气的出现容易导致电池热失控的产生,而热失控则会引发电池起火爆炸。
而磷酸铁锂电池则是采用了磷酸铁锂作为电池的正极材料,磷酸铁锂晶体中的P-O键难以分解,就算是在非常高的温度或者过充的时候也不会结构崩坏,当电池的温度处在500摄氏度~600摄氏度的高温时,其内部的化学成分才开始分解。
正是这一特性才使得磷酸铁锂电池的使用寿命会更长,而就算发生了热失控的现象,磷酸铁锂电池也不会像三元锂电池那般容易着火。
▲比亚迪刀片电池和其他电池的针刺测试结果对比
即使发生了着火现象,磷酸铁锂电池也更容易处理,磷酸铁锂电池的燃烧需要外部提供氧气,一旦切断了氧气,火就可以熄灭,所以常规的灭火方法都可以灭火。
而三元锂电池着火后,电池内部还会持续发热,用普通的干粉灭火器能将明火灭掉,但并不能降低内部温度,可能会导致二次燃烧,因而只能用水持续降温灭火,这也会增加灭火的难度。
此外,三元锂电池的成本居高不下也是一个缺点。三元锂电池就是正极材料中采用了镍钴锰或镍钴铝等金属元素的电池,目前国内用的比较多的是镍钴锰(即NCM)电池,而特斯拉采用的则是镍钴铝(即NCA)电池。
▲Model 3
但无论是NCM电池还是NCA电池,都脱不开对钴元素的使用,钴是一种稀缺金属,产量少且分布不均,美国地质勘探局数据显示,全球陆地钴资源的储量约为700万吨,其中刚果(金)的储量占比为52%、澳大利亚储量占比为17%,古巴的储量占比为7%,其他国家的储量则非常低。
正是对钴金属的需求才导致三元锂电池的成本居高不下,据公开资料显示,目前三元锂电池的度电成成本在1000元左右,而磷酸铁锂电池的度电成本可以控制在600元内。
综合来看,三元锂电池的优缺点都很明显,较高的能量密度能够为电动 汽车 提供更长的续航里程,但安全性差也是悬在空中的一把利剑,对于 汽车 来说,安全性又是重中之重,因而三元锂电池受到打压就不奇怪了。
虽然三元锂电池存在安全问题,但是因为其能量密度高,很多车企仍然选择这种电池,但比亚迪的刀片电池基本上解决了能量密度的问题,又拥有更高的安全性,使得磷酸铁锂的市场占有情况也发生了一些变化。
目前,国内的磷酸铁锂电池的装机量开始上升,甚至特斯拉、比亚迪的王牌车型,也开始从三元锂电池换装为磷酸铁锂电池了。
今年3月29日,比亚迪正式发布了刀片电池,并且还表示这款电池将会首先搭载到比亚迪汉上,在采用了刀片电池后,比亚迪汉的NEDC续航里程将超过600公里。
而在2015年,比亚迪推出的宋DM车上也采用了三元锂电池,2017年推出的秦EV和e5车型也采用了三元锂电池,这说明比亚迪也曾在技术路线上进行过纠结。
而现在,比亚迪汉EV、比亚迪宋Plus等旗舰车型都将采用刀片电池,这也可以看出比亚迪坚定了继续走磷酸铁锂电池的道路。
▲比亚迪汉EV
在刀片电池的发布会现场,比亚迪副总裁何龙表示:“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。”
除了比亚迪,全球第一大的电动 汽车 生产商也将要采用磷酸铁锂电池了。
5月22日,工信部发布了第333批《道路机动车辆生产企业及产品》,其中再次出现了特斯拉Model 3,从申报的信息来看,这款Model 3的电池换成了磷酸铁锂电池。
▲国产Model 3采用了磷酸铁锂电池
据了解,特斯拉的磷酸铁锂电池将会由宁德时代提供,有媒体报道称宁德时代的磷酸铁锂模组度电成本已经降到了500元以内,电池组的成本将会在600元以下。而此前特斯拉所用的高镍三元锂电池度电成本在1000元左右。这样一来,国产Model 3的价格有望进一步下降。
目前,特斯拉的全球销量已经超过了100万辆,而比亚迪电动 汽车 的全球销量也快接近100万辆了,这两家企业是世界上最大的两个电动 汽车 生产商,他们都采用了磷酸铁锂电池,这对于其他车企的影响将会是巨大的,在未来可能会有更多的车企选择磷酸铁锂电池。
正是由于这些原因的影响,目前磷酸铁锂电池的装机量也在稳步提升。中国 汽车 动力电池产业创新联盟公布的数据显示,2020年4月份,国内三元电池装机量约2.6GWh,占比为73.2%,环比增长17.8%。磷酸铁锂电池的装机量为0.9GWh,占比25.8%,环比增长74.1%
虽然目前磷酸铁锂电池的销量提升主要跟商用车产销的增长分不开,但随着国产Model 3、比亚迪汉逐步搭载磷酸铁锂电池,可能将会有更多的车企采用磷酸铁锂电池,磷酸铁锂电池的市场份额也会进一步提升。
看到这里,你可能会问,按这么说三元锂电池是不是就没有希望了,未来终将是磷酸铁锂的天下了吗?
但事实并非如此,很多电池企业已经认识到了三元锂电池存在的问题了,并且已经在积极的寻求解决方法,宁德时代通过加固电池外壳也能应对针刺实验,并且还展示了其三元锂电池通过针刺实验的视频。
不过,目前三元锂电池的发展也确实到了瓶颈,还需要更多的技术突破才能持续发展,而LG化学、蜂巢能源和三星都已经在研究新的技术了。
在今年3月4日通用的“EV week”活动上,通用与它的合作伙伴LG化学一同推出一款新的电池产品Ultium。
▲通用新电池Pack
这款产品的核心并不是被外界吹得神乎其神的电池包技术,其关键在于,Ultium电池的电芯将会使用LG化学最新研发的NCMA四元锂电池。
这款电池的技术原理是通过向NCM三元锂正极材料,混入少量的铝元素,使原本性质活跃的高镍三元正极材料在保持高能量密度的同时,也能维持较稳定的状态。
在这一转变过程中,原本NCM三元体系的Li[Ni-Co-Mn]O2正极材料体系变成了Li[Ni-Co-Mn-Al]O2(正极材料的化学构成发生了改变)。
过渡金属铝元素的加入所形成的Al-O化学键强度远大于Ni(Co,Mn)-O化学键,从化学性质上增强了正极的稳定性,进而使得NCMA四元电池H2—H3不可逆相变的电压在经过多次循环后仍然保持稳定状态,且Li元素在正极的脱嵌过程中不易释放氧元素,减少了过渡金属的溶解,提升了晶体结构的稳定性。
而稳定的晶体结构则减少了充放电循环过程中,正极材料微裂纹的形成,正极阻抗的上升速度得到抑制。
与此同时,有研究表明,NCMA的正极材料放热峰值反应温度为205摄氏度,高于NCA正极材料的202摄氏度与NCM正极材料的200摄氏度,这意味着NCMA正极材料的热稳定性更加优秀。
▲通用与LG合作的电池
值得注意的是,NCMA四元正极材料中,成本最为昂贵的钴元素,含量从NCA/NCM 622中的20%下降至5%,成本进一步降低。按照LG与通用公布的数字,NCMA四元电池的量产成本为100美元(约合人民币694元),而此前,LG化学NCM 622的量产成本约为148美元(约合人民币1027元)。
高能量密度、高稳定性、低成本,原本在NCA/NCM三元锂电池上难以同时实现的特性,在NCMA四元锂电池上达成,对于动力电池产品而言,NCMA的量产将会掀起一股技术路线升级的浪潮。
而5月19日,长城 汽车 的动力电池公司蜂巢能源发布的L6薄片无钴长电芯彻底去除了三元锂中成本最高的钴元素。
蜂巢阳离子掺杂技术采用两种化学键能更大的元素掺杂到材料中替代钴,通过强化学键稳定氧八面体结构,减少锂镍混排,改善了材料的稳定性,可以在4.3V~4.35V电压下稳定工作,使能量密度提高,成本降低。
▲蜂巢能源L6薄片无钴长电芯
同时,蜂巢能源还采用了单晶技术,与多晶材料相比,单晶材料在辊压过程中具有更强的颗粒强度和更加稳定的结构,耐压力强度可以提高10倍。正因如此,无钴材料的使用寿命会更长,电芯寿命也比多晶高镍三元高出70%。
此外,蜂巢能源还采用了纳米网络包覆技术,在单晶表面包覆一层纳米氧化物,可以减少正极材料与电解液的副反应,有效改善了高电压下的材料循环性能。
这三项技术的加持,使得蜂巢能源的无钴电池在三元锂电池的基础上降低了生产成本,提升了电池的安全性和使用寿命,也将会成为三元锂电池的下一步出路之一。
在四元锂电池和无钴电池之外,还有一部分电池企业在研究固态锂电池。顾名思义,固态电池的核心就在于把液态电解质转变成固体电解质。
固态电解质不会发生自燃、没有腐蚀性、不会泄漏和挥发,因为也不会导致车辆自燃,安全性非常高。但目前,固态电池的生产技术还是一大难点,现阶段的固态电解质电导率总体低于液态电解液,现在固态电池的性能偏低。
但三星在今年三月份发出报告称其在全固态电池的量产之路上取得了突破性的进展。
据介绍,三星的全固态电池将实现900Wh/L(区别于Wh/kg的计量单位,因不同材料密度不同,二者不可换算)的能量密度,1000次以上的充放电循环以及99.8%的库伦效率(也可称为充放电效率),我国目前较为先进的固态电池技术虽然同样也能够实现1000次以上的充放电循环,但在库伦效率方面目前还达不到接近100%的程度。
▲三星在《自然-能源》杂志上发表论文
此外,三星通过引入银碳复合负极、不锈钢(SUS)集电器、辉石型硫化物电解质以及特殊材料涂层,对固态电池的负极、电解质与正极进行了处理,有效解决了锂枝晶生长、低库伦效率与界面副反应,这三大固态电池量产所面临的核心问题,推动固态电池技术离产业化更进一步。
总的来看,电池企业们并不愿意舍弃三元锂的高能量密度,所以一直在三元锂电池的变种上下功夫。
随着他们的不断攻坚,四元锂电池、无钴电池、固态电池等新的电池都量产不远了,在下一阶段的竞争中,三元锂电池的变体们还有可能会引领电池产业的发展方向。
关于磷酸铁锂电池和三元锂电池技术争论一直都在,国内的两个动力电池厂商宁德时代和比亚迪此前各自坚定的走差异化道路。
但近些年,虽然三元锂电池的安全事故开始增加,磷酸铁锂电池大有崛起之时,而特斯拉采用磷酸铁锂电池则更加引起了舆论风向。
一时间,三元锂电池将被判死刑,三元锂电池已死等言论层出不穷。但就现实情况来啊可能,三元锂电池仍然是出货量最高的电池类型,磷酸铁锂电池会因为安全性而获得一定的市场,但也无法完全颠覆三元锂电池。
更何况,目前三元锂电池的玩家都还在研究升级三元锂电池,随着更多安全性更高、成本更低、能量密度更高的三元锂电池变种的出现,三元锂电池还将会继续繁荣。所以说,现在给三元锂电池判死刑还为 时尚 早。
比亚迪“两肋插刀”,刀片电池能打倒宁德时代与特斯拉吗?
作者 | 许芸
责编 | 蛋总
出品 | 子弹 财经
5月1日,首批4台比亚迪K8S纯电动双层大巴在上海市金山区正式发车——迎着国内疫情后第一个小长假的 旅游 热潮,比亚迪K8S作为 旅游 观光巴士投入运营,这也是上海引入的首支纯电动双层巴士车队,自然引起不小瞩目,而游客们对此接受度也颇高。
殊不知,在这番热闹的新景象背后,比亚迪正面临前所未有的竞争压力。
在赖以起家的动力电池市占率被后起之秀宁德时代超越多年后,比亚迪安坐多年的新能源 汽车 销量第一的宝座也在2019年被特斯拉夺走。
与此对应的是,比亚迪利润的持续下滑。4月21日晚,比亚迪发布的2019年财报显示,其全年实现营收1277.39亿元,同比下降1.78%;归属于上市公司股东的净利润同比下降41.93%,为16.15亿元,创下5年来新低。
2020年,比亚迪不甘落后,雄心勃勃地推出了磷酸铁锂刀片电池,意图改变动力电池行业对三元电池的依赖,并将其搭载在比亚迪高端车型汉EV上出售。4月20日,多家媒体报道,比亚迪汉正式开启预定,预计起售价格为29万元,包括EV(纯电动)、DM(插电混动)两种版本。
只是,比亚迪两大业务的主要竞争对手特斯拉、宁德时代势头正猛,且正联手“搞事情”,刀片电池+汉EV的组合拳,能让比亚迪赢得与二者的竞争吗?
在动力电池领域,比亚迪终于再度展露野心和斗志。
3月29日,比亚迪发布采用磷酸铁锂正极材料的刀片电池,将“刀尖”直接对准了三元锂电池,也被外界解读为是对走三元路线的宁德时代“亮剑”。
在名为“刀片电池出鞘安天下”的发布会上,比亚迪创始人、董事长兼总裁王传福直言,在新能源乘用车领域,许多企业陷入对续驶里程的攀比之中,导致对动力电池的能量密度产生非理性的追求,彻底带偏了动力电池行业的发展路线。
能量密度是决定新能源 汽车 续航里程的重要因素。 一般而言,在相同能耗、电池包体积或质量不变的前提下,电池能量密度越高,相应地 汽车 续航里程就越高。
磷酸铁锂电池能量密度不如三元锂电池,加之补贴政策对电池系统高能量密度的倾斜,导致了在新能源 汽车 里程焦虑背景下,能量密度更高的三元材料逐渐成为动力电池发展的主流,磷酸铁锂电池受到冷落。
中国 汽车 动力电池产业创新联盟数据显示,2019年全年,国内动力电池装机量累计62.2GWh,同比增长9.2%。其中,三元电池装机量累计40.5GWh,同比增长22.5%;磷酸铁锂电池装机量共计20.2GWh,同比下降9.0%。
一个典型案例是:走三元路线的后起之秀宁德时代,自2017年起实现了对聚焦磷酸铁锂的“电池大王”比亚迪的反超,成为动力电池领域新的霸主。
但磷酸铁锂电池的使用寿命和安全稳定性,是三元锂电池不能比拟的。
“过去几年,因为电池行业不同企业的技术及品控水平的参差不齐,再加上三元材料本身的特点,电动车的自燃甚至爆燃事件明显增多,将高能量密度的三元电池的安全问题暴露无疑。”王传福指出。
安全,正是比亚迪刀片电池的“杀手锏”。比亚迪发布会现场播放的测试视频显示,当进行针刺实验时,三元锂电池发生爆炸和剧烈燃烧;普通磷酸铁锂块状电池产生大量烟雾;而刀片电池既没有燃烧也没有浓烟,表面温度低于60度。
王传福更是放出狠话:“搭载刀片电池的新能源 汽车 ,将把‘自燃’这个词,从新能源 汽车 的字典中彻底抹掉。”
在提升电动 汽车 续航上,刀片电池也下了番功夫。它通过结构创新,在组装成电池包时,跳过了电池模组,将电池包的空间利用率从传统的40%提升到60%以上。这意味着,在同样的空间内,刀片电池可以安装更多的电池,从而提高电池包能量密度,实现在续航里程上媲美三元锂电池。
真锂研究墨柯告诉「子弹 财经 」,刀片电池是属于制造工艺层面的(创新),本质是方形叠片(电池),这种技术用在铁锂和三元上应该都没什么问题。
“之所以率先在磷酸铁锂上使用,按我的理解,可能比亚迪等中国动力电池企业都是磷酸铁锂起家的,对于新技术的应用,选择一个相对把握更大的,会更加安全。”墨柯进一步分析道。
据媒体报道,搭载刀片电池的汉EV,NEDC续航里程最高达到605公里。「子弹 财经 」对比了解到,这一数据,远超使用三元锂电池的国产特斯拉Model 3标准续航升级版445公里的续航,与续航达668公里的国产特斯拉Model 3后驱长续航版接近。
不过,很显然,推出刀片电池只是比亚迪收复动力电池失地的第一招。这位曾经的“电池老大”,在动力电池领域有着更长远的战略规划。
据王传福介绍,作为比亚迪旗下独立子品牌,弗迪系包括了弗迪电池、弗迪动力、弗迪 科技 、弗迪视觉和弗迪模具等五家子公司,是一个完整的 汽车 零部件配套体系。
弗迪系中,最受市场瞩目的是弗迪电池,它的前身是1998年即已成立的比亚迪锂电池有限公司,负责为比亚迪 汽车 供应动力电池,刀片电池则是弗迪电池发布的第一款重磅产品。
如果说,刀片电池是比亚迪向动力电池市场砍下的第一刀,弗迪电池无疑就是“握刀者”。 对于这位“握刀者”的出现,外界猜测,很有可能是为比亚迪动力电池业务分拆上市做铺垫。
比亚迪拆分动力电池业务酝酿已久。早在2017年5月,就有“比亚迪要拆分动力电池模块并进行事业部制改革”的消息流传,当时比亚迪内部一位中层管理人员对媒体透露,“早在去年年初就已经定下来要进行电池业务的拆分了。”此后,王传福与比亚迪官方均确认,预计在2022年前后把电池业务分拆独立上市。
但动力电池业务拆分并非易事,对于最新进度,比亚迪证券事务部一位工作人员告诉「子弹 财经 」,目前拆分仍在积极部署中,影响拆分的原因涉及很多方面,“但可能跟王总(王传福)说的时间不会差距太远。”
王传福寄望通过刀片电池,改变动力电池行业现有格局。“我坚信,刀片电池将改变行业对三元电池的依赖,将动力电池的技术路线回归正道,并重新定义新能源 汽车 的安全标准。”他自信满满地表示。
刀片电池能否改变新能源 汽车 行业三元锂电池占主流的格局,也是近段时间市场热议的话题。
墨柯对「子弹 财经 」表示,刀片电池肯定是 汽车 电池的一个发展方向,但不会影响铁锂和三元的总体发展趋势,因为目前叠片(工艺)生产效率并不高。
“短时间内,它应用在磷酸铁锂电池上,能量密度跟三元523接近,同时更便宜,所以,可能今年磷酸铁锂电池的装机会有明显上升。但长远来看,磷酸铁锂没有办法通过材料的改进来提升电池的能量密度,而三元是可以的。三元现在是以523为主,可能马上就要过渡到811了,之后还可以过渡到9系,还可以变成四元,能量密度会进一步提高。”墨柯说道。
在墨柯看来,未来,能量密度还是动力电池领域一个非常重要的考量指标。在乘用车领域,将来绝对还是会以三元为主,磷酸铁锂可能还是只能在电动大巴等它的一些常用领域使用。
“几乎你能想到的所有 汽车 品牌,都在和我们探讨关于刀片电池技术合作的方案。”比亚迪副总裁兼弗迪电池董事长何龙在发布会上称。
迫不及待地宣告好成绩的背后,是比亚迪动力电池对外部客户的渴求。
回顾比亚迪与宁德时代近几年来的“你追我赶”,宁德时代之所以能在动力电池上的弯道超车,不仅与押对了跑道相关,更在于和自给自足的比亚迪截然不同的开放战略。
宁德时代的开放使得它拥有了众多用户,同时在电池上挤占了比亚迪的生存空间,快速称王。比亚迪的封闭,不仅造成自身动力电池发展受限,一定程度上,也使其新能源 汽车 面临的危机进一步加大: 宁德时代每和一个车企合作,就是比亚迪“敌人”之间的一次强强联合 。
据宁德时代披露,2019年工信部公布的新能源车型有效目录共4600余款车型,其中由其配套动力电池的有1900余款,占比约41.5%,是配套车型最多的动力电池厂商。
而比亚迪在2017年逐步开放动力电池外销后,虽然与长安 汽车 、东风 汽车 、成都客车及理想 汽车 等车企相继建立了合作关系,但与宁德时代对比,在外部客户数上仍难以望其项背。弗迪系的成立,则意味着比亚迪从自给自足到开放共享又迈上了一个新台阶。
不过,需要正视的是,虽然比亚迪斗志满满,但其动力电池、新能源 汽车 两大业务上面临的竞争形势仍然十分严峻。二者属于相辅相成的关系,新能源 汽车 销量增加带动了动力电池的装机量,自产动力电池又降低了新能源 汽车 的生产成本。在发展的早期,这两项业务可抱团,纷纷登顶。
但打江山不易,守江山更难。在动力电池业务被宁德时代赶超后,比亚迪新能源 汽车 老大的位置也被特斯拉取代。
2019年,比亚迪新能源 汽车 销量共计22.95万辆,同比下降7.39%。特斯拉的销量为36.75万辆,超越比亚迪,成为全球新能源 汽车 销量冠军。
今年一、二月份,疫情带来的影响让已连续两年销量下滑的车市更加低迷。
3月份,车市销量有所反弹,比亚迪新能源 汽车 实现销量1.23万辆,重回销量冠军位置;但特斯拉仅凭Model 3一款车型即实现销量1.02万辆,步步紧逼。在单一车型销量排行上,Model3比排在第二位的比亚迪秦EV整整多了5094辆。
特斯拉入华设立超级工厂并获得新能源补贴,为其抢占市场提供了不小助力。显而易见的改变在于,特斯拉车价的不断下调。
5月1日,「子弹 财经 」从特斯拉中国官网了解到,受国内新能源 汽车 补贴最新政策的影响,国产版Model 3补贴后售价再次调整。
由官网信息可见,中国制造Model 3标准续航升级版基础售价调整为291800元,若扣除现行新能源补贴金,补贴后售价为271550元。
此前1月,特斯拉就已将国产Model 3标准续航升级版的基础车价从35.6万元下调至32.4万元,按照这个价格来算,本次特斯拉共降价5.2万元。
从定位来看,比亚迪偏向中低端,而特斯拉一向是高端定位,但比亚迪汉的推出缩小了两者之间的差距。据媒体报道,汉是比亚迪推出的一款高端车型,预计起售价格为29万元。由此来看,Model 3标准续航升级版车型的价格甚至比汉更低,比亚迪价格优势不再。
对于特斯拉的来势汹汹,前述比亚迪证券事务部工作人员告诉「子弹 财经 」,公司正积极优化产业结构,但未来不会考虑通过大额降价来提高销售空间,“因为对未来的销量有信心。”该人士表示。
然而,最为尴尬的是,比亚迪的两大劲敌宁德时代与特斯拉正联手“搞事情”,双方在今年2月份签订了为期两年的锂离子动力电池供货协议。
外界猜测,特斯拉将采购的是宁德时代最新研发的磷酸铁锂CTP电池,与比亚迪的刀片电池属同一种技术。有业内人士认为,特斯拉的订单将给宁德时代带来出货量20%的增长预期,而宁德时代的电池供应也将为特斯拉提供进一步降价空间。
毫无疑问,比亚迪已然腹背受敌。
除了宁德时代,比亚迪还要面临与国外对手的竞争,松下、LG化学、三星SDI及SKI等动力电池国际巨头都在积极回归中国市场,意图分一杯羹。新能源 汽车 领域,除了特斯拉,新造车势力、传统车企旗下的新能源 汽车 品牌也势必会分散市场份额。
高调推出刀片电池、成立弗迪系,奏响了比亚迪动力电池独立上市的前奏,也揭示了老牌霸主的窘境。在激烈竞争之下,比亚迪不得不妥协,加快开放的脚步,为下一轮厮杀搜寻更强的“弹药”。
*文中题图及其他配图来自:摄图网,基于VRF协议。