本文目录一览:
- 1、比亚迪曝光穿刺测试,原来三元锂电池爆炸威力这么大?
- 2、对比太明显!亲眼见证刀片电池VS三元锂电池针刺实验
- 3、直击三元锂电痛点 超级磷酸铁锂电池能否翻身成为“刀锋战士”
- 4、宁德时代比亚迪隔空斗法背后:三元锂真要玩完了?
- 5、刀片电池用的什么材料
- 6、探秘比亚迪电池工厂:除了不自燃,刀片电池还有什么优势?
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。
对比太明显!亲眼见证刀片电池VS三元锂电池针刺实验
6月1日,我受邀参观比亚迪旗下的重庆弗迪锂电池工厂,要知道这可是刀片电池唯一的生产基地!快来一起看看里面有什么秘密!
■ 先来扎一下!
在正式参观工厂之前,比亚迪决定先放个大招——不服扎一下!此次参与针刺实验的是一款比亚迪自产的三元锂电池和刀片电池。
从图片能看出,三元锂电池被刺穿后,电压几乎是一秒钟降到零(即发生短路),随后冒烟起火并发出巨大声响。
图为三元锂电池穿刺实验图像,红色线表示电压,绿色线为安全阀温度,黄色线为针刺点温度
而刀片电池在穿刺20分钟后,电压还只是以很缓慢的速度下降,并且没有冒烟起火,对比还是非常明显的。
此前我写过两篇比亚迪和宁德时代撕逼的文章,发现有很多网友质疑刀片电池穿刺后电压是否降为零,并且网上流传的刀片电池的针刺实验视频,有电压降到零和没降到零两种,那么此次我就带大家看一下真相到底如何。
单看本次实验,比亚迪的刀片电池在穿刺20分钟后都没有降到零,我询问现场工程师,他说他们曾经把穿刺后的电池放置一天,电压也没有降到零。
实验初始电压为3.42伏,开始时间为10:47左右,图片为10:57的数据,其中1-1-1为实时电压,1-1-2为安全阀温度,1-2-3为针刺点温度。
■ 刀片电池能抑制内部短路?
那么这是为什么呢?比亚迪的工程师称,经过穿刺后,电池内部有多种短路形式,他们通过结构设计,将电池内部比较剧烈的短路抑制住了。
随后我追问,既然是“结构设计”,并非材料本身的特点,那么是否能将该技术运用到三元锂电池中呢?
工程师表示目前他们正在进行这方面的研究。因此,或许我们可以期待一下比亚迪研发出更安全的三元锂电池?
看完了刺激的针刺实验,我们再来聊几个大家关心的问题。
■ 比亚迪并没有忽视系统安全!
此前宁德时代和比亚迪的撕逼事件中,宁德时代“影射”比亚迪把滥用测试的通过等同于电池安全,显得比亚迪好像只死磕电芯安全,不顾系统安全一样。其实比亚迪也非常关注整个系统的安全,他们从七重维度、四个层级和五大方面保证刀片电池的安全。除针刺外,在过充、碰撞等维度,比亚迪也配备了相应的安全措施。
比如大家都很关注的过充,比亚迪的数据显示,刀片电池单体在高于最髙电压2.6倍的充电条件下,仅出现冒烟,并没有起火或爆炸。
当某块电芯发生热失控后,其临近电池也不会发生起火、爆炸等情况,不会引起连锁反应导致整个电池包起火。
在这这种极端工况下能做到仅冒烟不失火,也就是说在工况较为缓和的日常使用中,基本不会出现什么安全问题;退一步讲,就算出现热失控,搭载刀片电池的车型也能提供足够的逃生及救援时间。
■ 低温性能差?不存在的!
我们都知道锂电池不抗冻,尤其是磷酸铁锂因为先天问题,低温性能经常被诟病。就连理想汽车CEO李想,也曾在微博质疑过刀片电池的低温性能问题。
对此比亚迪给出了实测数据,数据显示,刀片电池在零下20摄氏度下,放电能力还维持在90%;而在低温低SOC情况下,反倒比三元锂表现好。
关于刀片电池的低温充电能力,比亚迪也给出了数据,数据显示刀片电池的低温充电时间与三元锂电池没什么差距,仅在低温低电量的充电功率上有所落后。
这些数据倒也印证了比亚迪销售副总经理李云飞先生的话:“低温性能不好,我们也不敢卖啊”。
不过,在未拿到实车进行冬季测试之前,我们也不能仅根据比亚迪的数据就断定刀片电池真的无惧低温。我更愿意相信第三方及媒体的测评,也请大家期待电动邦后续的冬季实测。
■ 快速了解重庆弗迪工厂
该工厂为电池及配套材料生产项目总投资100亿,占地面积约1500亩,总建筑面积约95万平方米,新建生产车间,购置相关设备958台套,建设锂离子电池生产线8条,项目达产后形成锂离子电池20GWh生产能力,年产值200亿元。
工厂自2019年2月开工,到2020年3月刀片电池正式推出,仅用1年时间就拥有了精益化、自动化、信息化制造管理系统,以及比亚迪自主研发的刀片电池产线和生产设备,和多项高度保密的核心技术。
■ 刀片电池是怎么生产的?
最后讲讲刀片电池是怎么被生产出来的。其实刀片电池本质上也是一款动力电池,因此它的制作工艺与普通电池相似,都是经过配料、涂布、辊压、叠片等工序完成生产。
首先,将活性物质、纳米导电材料、溶剂、粘结剂按照预设的比例自动进行混合以形成均匀稳定的电极浆料。
接下来是涂布,就是把浆料涂到铜箔上,确保没有颗粒、杂物、粉尘等混入极片,所用的机器长得很像织布机。
而辊压则是使用轧辊将涂布好的电极片按照预设的厚度压实,以得到预设的极片厚度及体积密度。
接着是叠片,刀片电池的极片长度将近一米,而比亚迪独创的叠片工艺能将对齐公差控制在 ±0.3毫米以内,叠片速度达达业界最高水平 ——0.3秒/片。
随后,机器会自动输送结构件并实现精准定位,经绝缘、焊接、入壳、密封等工序组装成电芯。 在经过烘烤去水、加注电解液和检测后,刀片电池电芯就完成了。
最后,一个个的电芯会组成电池包,比亚迪的CTP技术(电芯直接到电池包,没有模组),能使电池包体积利用率得到提升,有助于提升能量密度。
下图很好地展示了CTP技术的优势:
比亚迪称,刀片电池能够减少三元锂电池因电池安全和强度不够而增加的结构件,从而减少车重,所以单体能量密度虽然没有三元锂高,但是也能够达到主流三元锂电池同等的续航能力。比如比亚迪汉EV,综合续航里程已经达到了605公里。
最近有个热词叫“工业4.0”,你可以简单把它理解为智能工厂、智能生产和智能物流。重庆弗迪工厂也是工业4.0的践行者,除了高精度、自动化外,数字化建设也没有落后。每一个刀片电池产品都有一个专属的‘身份证’,未来,产品在使用期间的各项数据也将为比亚迪持续改进工艺、完善产品提供重要的参考。
■ 邦点评
弗迪电池公司副总经理孙华军表示,“今天,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”。这足见比亚迪的野心和实力,我们知道世界上的汽车巨头,比如大众和特斯拉,都想将电池的生产和研发握在自己手中,比亚迪显然先一步做到了这点,并且已经开始对外销售电池,这让比亚迪在与国内外对手竞争时占据了不少优势。
最后,我非常期待能早一点试驾到搭载刀片电池的汉EV,看看这款电池配合比亚迪的旗舰车型,到底能给我们什么惊喜。也请大家期待电动邦的后续报道。
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。
直击三元锂电痛点 超级磷酸铁锂电池能否翻身成为“刀锋战士”
前不久,当特斯拉与宁德签订合作协议之后,又宣布要使用无钴电池,于是很多注意力又来到比亚迪身上,因为很多人的概念里,无钴电池就是指的磷酸铁锂电池,而这项技术正是比亚迪所擅长的。不过就在最近,特斯拉澄清,无钴电池并非只有磷酸铁锂一种,但不管怎么说,这次乌龙使得比亚迪回到了动力电池界的风口浪尖。
当然,比亚迪也的确没闲着。
3月29日,比亚迪在深圳召开了一场线上发布会。
作为靠电池起家的汽车厂商,几乎很少有人会质疑比亚迪在三电技术上的研发能力。所以当比亚迪的“超级磷酸铁锂电池”发布时,即在情理之中、也在意料之中。唯一出乎意料的,是比亚迪竟然没有为其搭配一个更为“耀眼”的名字,而是直接沿用了内部开发时期的称呼——刀片电池。
▲比亚迪在3月29日召开的刀片电池发布会
去年比亚迪董事长王传福在年中业绩交流会上就表示过,这款刀片电池不仅能够满足电动汽车600公里续航,而且放电倍率还大幅提升,寿命长达8年120万公里,成本可以节约30%,在电池体积缩小的情况下,能量密度将能提升近50%。
科技的发展就像有轮回一样,要知道国内新能源车行业的萌芽期使用的大部分电池都是磷酸铁锂电池。但随后,三元锂电池凭借超高的能量密度、低温下更好的续航里程赢得了消费市场的青睐,磷酸铁锂电池逐渐淡出我们的视线。
而此次磷酸铁锂电池回归,不仅带来了新技术,也正巧赶上三元锂电池自乱阵脚,起火、自燃事件层出不穷,似乎现在正是磷酸铁锂电池“拨乱反正”的关键时刻。
▲上海特斯拉自燃事件
那么比亚迪的刀片电池到底有什么过人之处呢?它是否能反转磷酸铁锂电池目前的弱势地位呢?
一、什么是刀片电池?
简单点说,刀片电池就是普通磷酸铁锂电池的“高阶进化版”。
▲刀片电池的外观
我们都知道,动力电池由电池单体(CELL)、电池模组(BatteryModule)、电池包(Pack)三部分组成。这三部分与电池的类型无关,三元锂电池和磷酸铁锂电池均是如此,直到宁德时代推出CTP技术。
这项技术原理比较好理解,就是去掉电池模组这一环节,直接将单体组装为电池包,从而大幅提升电池的能量密度。
从本质上来看,比亚迪的刀片电池和宁德时代CTP方案路径十分相似。CTP又称“CelltoPack”,简单讲就是省去了中间模组环节,将电芯直接集成为电池包。目前具备这项技术的产品只有LG的590电芯、宁德时代CTP方案、比亚迪刀片电池这三家。
▲宁德时代的CTP方案
根据比亚迪的官方定义,这是一种采用全新结构的“超级磷酸铁锂电池”。通过结构创新,在成组时可以跳过模组,大幅提高了体积利用率,最终达成在同样的空间内装入更多电芯的设计目标。
关于比亚迪的刀片电池,我们还在国家专利局找到如下的专利申请:
图中的这个电池专利是一种针对电池包设计的专利。在这个电池包中,比亚迪很“聪明”的采用了长单体电池的设计,然后把多个长单体电池集合成电池阵列,从而提高电池包的容量。与此同时,单体电池有其特定尺寸,通过电池本身来提高电池包整体的刚性。
进一步说,比亚迪对电池单体进行改进,可以使得电池包内布置更多电池单体。同时,因为减少了电池包中横梁或纵梁的使用(甚至可以不使用横梁或纵梁),从而提高了电池包的空间利用率,进而提高整个电池包的容量、电压以及续航能力。
二、刀片电池的优势和劣势
通过梳理发布会的内容,我们会发现刀片电池的真正优势有三点:长续航、高安全、低成本。
▲比亚迪董事长王传福在讲解刀片电池的优势
先说长续航,这主要和刀片电池的空间利用率提升有关。
刀片电池的能量密度可以达到180Wh/kg,相比传统的动力电池,能量密度提升大约9%。此外,传统的电池包的空间利用率只有40%,而刀片电池的电池包的空间利用率可以达到60%以上。
空间利用率的提高,带来的直接好处就是大幅提升汽车的续航里程。举个例子:假设刀片电池有40%~60%的提升,那一辆续航400公里的新能源车,在搭载刀片电池之后,能够直接增加近100公里的续航里程。
不过相比续航里程的提升,安全性才是刀片电池真正的“杀手锏”。这也是比亚迪坚信刀片电池能够颠覆业界的最重要原因。
刚才我们提到过,减少了横梁和纵梁的使用,电池组的制作工艺得到简化,单体电池的组装复杂度降低,在一定程度上给电池组减重。
用上这种电池组的电动车,理论上来说可以实现轻量化和续航能力的提升。此外,因为单体电池为硬壳(铝壳或钢壳)且尺寸很长,直接通过单体电池本身便可代替加强结构来保证电池组的结构强度,确保电池组在外力作用下不易发生形变。
除了结构强度,发布会上的宣传视频也起到了“稳定军心”的作用。视频显示,刀片电池在各方面的表现均优于另外两种实验电池(三元锂电池、传统磷酸铁锂电池)——尤其是三元锂电池。
▲比亚迪官方发布的一支对比视频,三元锂电池根本禁不起一丁点穿刺
刀片电池在穿刺后没有明火,也没有浓烟,电池表面的温度仅有30~60℃左右,电池表面的鸡蛋几乎没有任何变化,仍处于可流动的液体状态。
不过坦白说,这个表现看上去虽然十分亮眼,但其实由于磷酸铁锂电池的物理特性,这种电池即便是在早期也从来没有出现过燃烧、爆炸、冒烟等现象。比亚迪宣传片的主要目的,还是为了告诉消费者刀片电池实现比三元锂电池更长的续航里程前提下,可以在保证高安全性。
▲即便是早期的磷酸铁锂电池仍然要比三元锂电池稳定、安全
在长续航和高安全性的保障下,我们习惯性的会以为刀片电池的成本会提高,但其实不然。由于刀片电池省去了电池模组组装这一环节,使得电池包零部件数量减少了40%,CTP电池包体积利用率提高了15%-20%,生产效率提升了50%,所以各项综合下来大幅降低了刀片电池的制造成本。
总的来看,比亚迪的刀片电池并不是一种电芯本身技术上的革新,更多的是针对电池包进行的一种创新和优化。但客观来说,它确实起到了减轻重量,提升电池容量的目的。
但考虑到现在只有三家企业有能力制造这种电池,我们还是应该为国内这家“电池鼻祖”的厂商用力地鼓鼓掌。
三、可能会应用的车型有哪些?
根据消息称,目前“刀片电池”已经在位于重庆璧山的弗迪电池工厂下线,年产能达到20GWH。而且可以确认的是,比亚迪汉EV将会率先搭载“刀片电池”,其它车型暂时还没有量产计划。按照新车的时间线来看,汉EV在今年也将会与我们见面了。
▲比亚迪汉EV将会率先使用刀片电
另外,由于特斯拉已经和宁德时代达成了合作。接下来特斯拉会持续采购宁德时代的无钴电池,据了解该无钴电池其实就是宁德时代最新的磷酸铁锂CTP电池,与比亚迪刀片电池属于“近亲产品”。
由此可见,虽然比亚迪在今年会应用刀片电池的车型不多,但相似的技术别的厂商也已经研发成熟,所以不排除其它厂商也会有搭载“超级磷酸铁锂电池”的新车出现。即使抛开宁德时代,我相信LG化学、三星SDI、松下、SKI等厂商也已经跃跃欲试了。
这些体量巨大的供应商一旦有了技术支撑,将产品推向市场的速度会非常快。比亚迪确实用刀片电池占了先机,但差距只有半步之遥。如果想用技术超过竞争对手,比亚迪应该抓紧这段“空档期”才是最优的解决方案。
▲宁德时代等厂商也已经在“超级磷酸铁锂电池”上开展相应的研发工作了
写在最后
比亚迪的刀片电池真的颠覆业界了吗?客观来说,它确实起到了一定的推动作用,也在最佳的时间,以最佳的方式展现在了消费者面前。但还是那句话,如果某项先进技术轻而易举就能被别人复制,那就不能称之为颠覆。
在各种各样的新能源车自燃起火之后,三元锂电池被时代所终结只是早晚的事,新型电池技术的出现更是显得顺理成章。无论是比亚迪、还是宁德时代、或是LG,它们用长久以来沉淀的技术底蕴搭上了第一班顺风车。
比亚迪卧薪尝胆,终于抢险完成了磷酸铁锂电池的改造和升级,成为有可能引领新能源车进入下一个阶段进化的基础技术,而对于另外一个强有力竞争对手,也是三元锂电的生产大户宁德来说,构成了很大的压力,宁德虽然也在开发相关的技术,但此时明显慢了半拍。
再加之比亚迪自带汽车生产能力,可以将电池技术迅速应用到量产车型上进行推广,反馈和持续的改进,这点作为单纯生产电池的宁德就又落后了半步。
只不过,电池的技术本身也是动态的,机会同样留给了宁德或者其他电池厂家。科技真的有轮回,说不定下次会是哪家厂商带着“改进后的三元锂电池“卷土重来呢?
图片来源网络,侵删。
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。
刀片电池用的什么材料
【太平洋汽车网】刀片电池是磷酸铁锂电池,磷酸铁锂电池磷酸铁锂电池是锂电池的一个分支,它的优点是安全可靠,使用寿命长,但是美中不足的是磷酸铁锂电池的能量密度比较低,,也是为什么现在很多电动汽车厂家没有积极采用磷酸铁锂电池的原因之一。所以此次比亚迪研发的刀片电池也是针对磷酸铁锂电池的痛点而展开。
三元锂电池三元锂电池根据电池正极材料的不同,可以具体分为镍钴铝和镍钴锰两种。能量密度主要是有电池中的镍含量和锰含量决定,镍含量越高电池的能量密度越大,但是电池工作的稳定性就会随之下降很多。而锰含量越高,稳定性表现就越好,但是电池的能量密度就上不来,所以这两种材料的密度互相牵制着电池整个性能的表现。
磷酸铁锂电池磷酸铁锂电池是锂电池的一个分支,它的优点是安全可靠,使用寿命长,但是美中不足的是磷酸铁锂电池的能量密度比较低,,也是为什么现在很多电动汽车厂家没有积极采用磷酸铁锂电池的原因之一。所以此次比亚迪研发的刀片电池也是针对磷酸铁锂电池的痛点而展开。
比亚迪是怎么做的?_在电池材料科学依旧没能取得突破性进展的今天,想要提高电池的能量密度只能通过增加电池包的数量来提高电动汽车的续航表现,在相同的空间内塞入更多的电池包,那么原来的电池就要做得更加狭长,单个电池更加扁平。
而比亚迪研发的关键之处,就是在提高磷酸铁锂电池性能的同时,还能让原本的安全可靠特性完全保留下来。
相信大家都看过比亚迪公开的一段视频,刀片电池在各种苛刻的工作环境下,还能稳定的通过针刺、炉温、挤压、过充四大测试,让在场的媒体朋友们瞠目结舌,看来电动车的安全问题很快就能得到彻底的解决。
采用如此高科技动力手段的比亚迪汉性能自然不用说,四驱高配性能车型在前后两台电机的加持下,其百公里加速时间为3.9秒,如果说加速性能还有电机的一部分功劳,那续航成绩则完全是刀片电池的荣耀了。,超长续航版车型的NEDC续航里程为605km,四驱高性能车型的NEDC续航里程为550km,成绩斐然。
(图/文/摄:太平洋汽车网问答叫兽)
探秘比亚迪电池工厂:除了不自燃,刀片电池还有什么优势?
最近,国内两大动力电池制造商比亚迪与宁德时代在网络上关于电池安全性能的明争暗斗让吃瓜群众过足了瘾。比亚迪的刀片电池问世以来,就因出众的安全性能而备受关注,成功挑战“电池安全测试的珠穆朗玛峰”针刺试验之后,刀片电池名声大噪,这对市面上处于主流位置的三元锂电池无疑是个巨大的挑战。
那么,比亚迪的刀片电池是如何生产出来的呢?除了安全,它还有什么别的优势吗?这次比亚迪弗迪电池重庆工厂探秘活动,就为我们揭开了刀片电池的神秘面纱。
比亚迪刀片电池基本信息
在正式介绍刀片电池生产的各个工序之前,我们需要先了解一些关于刀片电池的基本信息。比亚迪的刀片电池本质上是磷酸铁锂电池,电池从结构上是由正极、负极、隔膜、电解液和壳体构成的,而我们通常所说的磷酸铁锂电池、三元锂电池都是以其正极材料命名的,因为正极材料对电池性能的影响是最大的,在电池成本中的占比也是最高的。
而刀片电池之所以被称为刀片电池,是因为它不同于常见的圆柱形或方形电池,它的单体电池的形状是长条形的,尺寸远比常见的单体电池大得多,其外形尺寸为:长96厘米、宽9厘米、高1.35厘米,就像长长的刀片。
比亚迪的刀片电池使用CTP无模组技术,单体电池通过阵列的方式排布在一起,组装成为电池包,所以能够有效提高体积能量密度,也就是说同样体积的电池包,使用刀片电池能具有更大的容量。目前比亚迪汉搭载的刀片电池电池包总容量为138.5Ah,总电量为77kWh,电池包体积利用率约为60%,体积能量密度为237-275Wh/L,质量能量密度约为140Wh/kg。
刀片电池是如何生产的?
刀片电池的生产过程共有8大工艺:
一、配料:采用先进的全自动混料系统,将活性物质、纳米导电材料,溶剂、粘结剂、按照预设的比例自动进行混合以形成均匀稳定的电极浆料;
二、涂布:采用高精度全自动高速涂布设备,将浆料均匀地涂敷在集流体的表面,通过干燥系统使溶剂定量挥发,形成均匀的电极片;
三、辊压:采用高精度轧辊将电极片按照预设的厚度进行辊压,以得到预设的极片厚度及体积密度;
四、叠片:采用比亚迪完全独立自主开发的裁切方案,高速叠片方案,完美实现了刀片电池的长尺寸,高精度,高效率的叠片工艺;
五、装配:采用比亚迪自主研发制造的全自动装配设备,自动输送结构件并实现精准定位,经绝缘、焊接、入壳、密封等工序组装成电芯;
六、烘烤:采用接触式隧道烤箱对电池进行烘烤除水,保证电芯注液前的内部水含量达到要求,以保障后期电池的电性能的稳定;
七、注液:采用比亚迪自主研发的整体加压式注液系统,真空负压及罐体加压方式,将泵入杯体中的电解液充分注入电芯并快速完成吸收过程;
八、检测:根据不同生产工艺,自动将组盘后电池通过滚筒线、提升机或堆垛机送入不同库位或不同设备,自动完成化成,充放电,分容,自放电等后段的工艺操作。
从各个工艺的介绍中我们可以看到,弗迪电池重庆工厂使用了很多比亚迪自主研发制造的设备,这是因为刀片电池实在是太长了,根本没有现成的标准设备可以用,并且比亚迪母公司本身就有强大的设备研发制造团队,所以关键工序的设备都能自己开发。换句话说,别的动力电池厂家短期内想做刀片电池几乎是不可能的,不仅专利上很难绕过去,而且还得花时间去研发设备。
弗迪电池公司副总经理孙华军表示:“将近1米长的极片,能够实现公差控制在±0.3mm以内、单片叠片效率在0.3s/pcs的精度和速度,在国际上我们都属于首创。这种叠片采用的是比亚迪完全独立自主开发的设备和裁切方案,这是其他任何人想抄都抄不来的。”
刀片电池生产过程的产生的难点主要也是因为它实在是太长了,其他电池极片长度最多也就500mm,而刀片电池的极片长度达到了1000mm,因此对涂布、切片时的精度和叠片时的垂直度要求很高,辊压时还需要解决极片两端与中间厚度不均的问题。为了解决这些问题,保证产品品质和生产效率,比亚迪的工程团队花费了大量的精力,通过使用大量的高精度传感器、工业机器人等设备保障生产精度,改善生产工艺,建立符合IATF 16949和VDA 6.3控制标准的品控体系等措施,使得厂房设备硬件的自动化,设备与设备之间的信息化,控制层面的智能化成为刀片电池生产高效、品质稳定的最强后盾。
与此同时,弗迪电池重庆工厂对生产环境的要求也是非常严苛。厂房内常年保持25℃恒温,湿度控制在1%以下。为了最大程度降低电池的短路率,他们提出了一个粉尘分级管控的概念,在一些关键工序上,能够做到一立方米空间内,5微米(头发丝1/20粗细)的颗粒不超过29个,这达到了与液晶屏生产车间相同的标准。
除了安全,刀片电池还有什么优势?
这次活动比亚迪分别给我们演示了刀片电池和三元锂电池的针刺试验,从上面的视频我们可以看到,三元锂电池针刺瞬间起火爆燃,而刀片电池却没有明显的反应。安全性能孰优孰劣,一目了然。当然,这个试验只能用于单体电池间的安全性能对比,组合成电池包之后的安全性还受到能量管理系统和结构防护系统的影响,但是单体电池更安全,对提升电池包的安全性能肯定是只有好处没有坏处的。
与此同时,比亚迪还对电池受到挤压、炉温、过充、热扩散时的安全性进行了验证,均能保证电池不起火、不爆炸。在电池包的强度方面,比亚迪也经过严密的验证,保证电池包受到振动、碰撞、挤压时的安全性能。不仅如此,因为电池包的强度足够、安全性能有保障,下一步比亚迪还将探讨用电池包充当车身安全结构件的设计,以进一步降低白车身的重量,弥补磷酸铁锂电池质量能量密度较低的劣势。
除了安全性能,比亚迪还为刀片电池总结了另外几大优势,分别是续航长、低温性能好、寿命长和放电功率大。
续航长自然不用多说,比亚迪汉已经将结果摆出来了,使用77kWh的电池包,这台车长达到4米98的纯电中型轿车的NEDC续航达到了605km。作为参考,车长4米69的特斯拉Model 3国产后驱长续航版使用75kWh的电池组,NEDC纯电续航是664km。
低温性能方面,根据比亚迪官方的数据,刀片电池除了在高SOC区间低温充电功率不如三元锂电池,其他方面的表现与三元锂电池没有太大的差距,甚至在低SOC区间低温放电功率还要优于三元锂电池。
电池寿命方面,磷酸铁锂电池本身就优于三元锂电池,刀片电池在25℃实验环境下的循环寿命可达5000次,远远超过整车的使用年限要求。充电功率方面,比亚迪称刀片电池从10%充至80%最快仅需33分钟,下一步还将宣传0-100%的充电时间,因为磷酸铁锂电池耐高温性能好,所以充电发热时电控系统对充电功率的抑制会更小。放电功率方面,刀片电池搭载到比亚迪汉上瞬间最大放电功率可达363kW,所以可以支撑起汉EV四驱高性能版3.9s破百的高性能。
QA
这次活动的QA环节,与会的媒体对于刀片电池的问题非常多,技术出身的弗迪电池公司副总经理孙华军也几乎是无问不答,由于篇幅原因,这里只能节选4个重点问题,如果你还有其他问题,欢迎在评论区提问。
Q:刀片电池安全是因为用的是磷酸铁锂材料吗?
A:不全是,磷酸铁锂电池本身安全性好,但是也过不了针刺试验,刀片电池在结构上进行了众多优化,使其安全性能更好。
Q:三元锂电池可以做成刀片电池吗?
A:可以,但是技术难度比用磷酸铁锂高,安全、力方面的设计要改变,要留更多的空间做防火墙,而且还要预留三元锂电池充电膨胀的空间等。
Q:刀片电池产能多少,会给哪些外部厂商供货?
A:目前重庆工厂只投产了一条生产线,今年产出能到2-3GWh,产能能到12GWh,重庆工厂规划产能为20GWh,明年能达到最大产能,但是要完全达到20GWh的产出需要到2022年。此外,明年还会有贵阳、长沙两个工厂投产,规划产能都是20GWh。比亚迪具备一年完成建厂、两年达到最大产能的能力,如果市场需求旺盛,会继续提升规划产能。
“今天,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。”明年将批量供货一家自主品牌厂家(猜测是长安),丰田与比亚迪合资的公司也将使用刀片电池。同时,目前还有一家国际知名商用车企在和比亚迪谈合作。
Q:刀片电池会用到DM车型上吗?会用到10万级别的车型上吗?
A:明年会有搭载刀片电池的DM车型。下一款搭载刀片电池的车型将是新款宋的纯电版,新款秦的纯电版可能也会用,后续车型是否用刀片电池要根据电池产能和市场需求而定。我理解的是刀片电池将会优先用在比较高端的车型,产能有富余才可能用到低端车型。
在活动的最后,有媒体谈到了近期比亚迪与宁德时代的安全性能之争,孙华军表示尊重竞争对手,也不惧怕竞争,有强大的竞争对手才能证明比亚迪的实力,竞争有利于大家做得更好。
的确,在新能源车日益普及的今天,公众对于电池安全性能的质疑声从未停止过,动力电池厂家之间关于电池安全性的公开竞争是很有必要的,对厂家积极提升电池安全性能和打消公众疑虑都有好处。身为一个电动车用户,我真心为比亚迪这波操作点赞,像刀片电池安全性能突出的电池,正是现在我们所需要的!
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。