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“刀片”一出,电池界谁与争锋?

分类:
行业资讯
作者:
OFweek锂电网
来源:
OFweek锂电网
2020/04/03 09:20
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【摘要】:
“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和听到刀片电池更多精彩的消息。”比亚迪集团副总裁、弗迪电池董事长何龙在3月29日举办的比亚迪刀片电池发布会上如是说。“刀片”出鞘在新能源汽车兴起之初,车企在选择动力电池时,主要采用三元锂电池和磷酸铁锂电池。凭借自身特性,这两种电池均获得车企青睐。数据显示,2015年三元锂电池的装机量占比为58%,磷酸铁锂电

“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和听到刀片电池更多精彩的消息。”比亚迪集团副总裁、弗迪电池董事长何龙在3月29日举办的比亚迪刀片电池发布会上如是说。

“刀片”出鞘

在新能源汽车兴起之初,车企在选择动力电池时,主要采用三元锂电池和磷酸铁锂电池。凭借自身特性,这两种电池均获得车企青睐。数据显示,2015年三元锂电池的装机量占比为58%,磷酸铁锂电池的装机量占比为41%。 不过,三元锂电池和磷酸铁锂电池齐头并进的形势并未持续太久,由于新能源汽车补贴政策对电动汽车的续航里程要求不断提高,加之消费者偏向长续航的电动汽车,于是能量密度更高的三元锂电池逐步成为车企的首选,磷酸铁锂电池的市场份额则迅速萎缩。

数据显示,2017年三元锂电池市场份额为75%,磷酸铁锂电池市场占比为23%;2018年三元锂电池的市场份额跃至89%,磷酸铁锂电池的市占比仅为11%。除了商用车企业,几乎所有的乘用车制造商采购的都是三元锂电池。 就在磷酸铁锂电池被逼到墙角的时候,一直坚持磷酸铁锂电池技术方向的比亚迪拿出了“刀片电池”这一技术方案,并且比亚迪方面对刀片电池的竞争力和市场前景信心十足。

事实上,刀片电池的本质依然是磷酸铁锂电池,只不过比亚迪在电池结构和设计方面有了创新突破,单体电芯的形状类似刀片,因而取名为刀片电池。虽然刀片电池在材料方面并没有新的突破,但是此次比亚迪在设计结构方面的创新也不可小觑。得益于比亚迪将电芯进行扁平化设计,电池包的空间利用率和体积比能量密度有很大提升。

数据显示,搭载刀片电池的电池包空间利用率达到60%,传统电池包的利用率仅为40%。在体积比能量密度方面,刀片电池比传统的磷酸铁锂电池提升了50%。 值得注意的是,由于刀片电池在设计结构方面的创新,使得搭载刀片电池的电池包在组装的时候跳过了电池模组这一环节。一般动力电池成品包括电池单体-电池模组-电池Pack(电池组)三个步骤。而刀片电池单体可以直接封装成动力电池组,这意味着搭载刀片电池的动力电池的结构更加简单,同时刀片电池还可以根据不同车型的需求做成不同的尺寸,以便车型空间最大化利用。

与此同时,得益于刀片电池能够一片一片叠加起来,加之每一片刀片电池的外壳都采用铝壳或者钢壳包裹,使得搭载刀片电池的动力电池组相比传统动力电池包可以省略横梁和纵梁等结构件的使用,这或许能够进一步降低动力电池的成本。

虽然搭载刀片电池电池的动力电池组在能量密度方面和三元锂电池相比还有细微的差距,但是由于刀片电池的体积比能量密度大幅提升,使得搭载刀片电池的新能源汽车在续航里程方面已经可以和搭载三元锂电池的车型比肩了。

据王传福透露,比亚迪刀片电池已于今年3月开始量产,并将在今年6月上市的比亚迪旗舰轿车汉EV上使用。公开数据显示,比亚迪汉EV的0到百公里加速时间为3.9s,综合续航里程为605km。 比亚迪敢于在其王朝系列的旗舰级产品使用刀片电池,体现了比亚迪对刀片电池充满信心。

“刀”安天下

无论是在传统燃油汽车时代,还是在新能源汽车时代,汽车的安全性始终是第一重要因素。就在三元锂电池独占鳌头的时候,新能源汽车频频起火引发了业内人士和消费者的担忧。

数据显示,2019年5-7月,新能源汽车国家监管平台共发现79起安全事故,涉及车辆96辆。另外据不完全统计,2019年1-8月,国内已发生20起新能源汽车起火事件,且绝大多数起火车辆采用的是三元锂电池。 为什么搭载三元锂电池的新能源汽车更容易起火?这和三元锂电池的特性有关,目前市面上的三元锂电池主要分为NCA(镍钴铝)和NCM(镍钴锰)两种。其中,NCA性能更加优异,不过其热失控温度更低,因而这种三元锂电池对制作工艺要求、技术提出了更高的要求,目前主要是日韩系电池厂商生产。国内推出的三元锂电池大部分为NCM电池,根据三元材料比例的不同分为111、523、622以及811等四种,目前811NCM电池成为国内动力电池厂商的重点突破方向,例如宁德时代。 相比磷酸铁锂电池,三元锂电池的材质稳定性略差。三元锂材料会在200℃左右发生分解,且三元锂材料化学反应更加剧烈,还会释放大量的氧分子,这也是三元锂电池一旦发生热失控就很难控制的重要因素之一。磷酸铁锂材料分解则需要外界温度达到700℃-800℃,过程中不会释放氧分子,因而即便燃烧也不会和三元锂电池那样剧烈。

在此次发布会上,比亚迪公布了三元锂电池、传统磷酸铁锂电池以及刀片电池进行针刺测试的视频。视频显示,当钢针将动力电池电芯刺穿导致电芯发生短路时,三元锂电池出现剧烈温度变化,表面温度迅速超过500℃,且发生极端热失控(剧烈燃烧);传统磷酸锂电池在被刺穿后虽然没有明火,但是冒白烟且表面温度达到200℃-400℃;比亚迪刀片电池在被穿透后不仅没有明火、无烟,同时电池表面温度仅为30℃-60℃。 由此可见,比亚迪刀片电池在热失控方面做得更好,为消费者在动力电池方面提供更好的安全防护。中国科学院院士欧阳明高认为,这主要得益于刀片电池独特的设计特性,使得它在短路时产热少、散热快。

刀片电池的高安全性,让比亚迪集团董事长、总裁王传福在此次发布会上自信地喊出:“刀片电池体现了比亚迪彻底终结新能源汽车安全痛点的决心,更有能力将引领全球动力电池技术路线重回正道,把‘自燃’这个词从新能源汽车的字典里彻底抹掉。”

当然,动力电池的安全性不仅仅和材料有关,还和生产工艺、品控等因素密切相关。不过,理论上磷酸铁锂电池的安全性依然要比三元锂电池要高。需要指出的是,比亚迪的强力竞争对手宁德时代也在积极开发磷酸铁锂电池,其在去年已发布CTP电池包(CelltoPack,无模组动力电池包)。较传统电池包,CTP电池包体积利用率提高了15%~20%,电池包零部件数量减少40%,生产效率提升了50%,将大幅降低动力电池的制造成本。同时,宁德时代还在和特斯拉探讨在国产特斯拉Model 3车上使用无钴电池,这种无钴电池被业内人士猜测为宁德时代的磷酸铁锂电池。

不可否认的是,此次比亚迪发布的刀片电池将推动动力电池市场发生变革,三元锂电池的霸主时代或将被终结。