“搭載刀片電池的新能源汽車,將把‘自燃’這個詞從新能源汽車的字典中徹底抹掉”,比亞迪集團總裁王傳福在3月29日的刀片電池發布會上說,刀片電池將改變行業對三元鋰電池的依賴,把動力電池的技術路線引回“正道”。
通過刀片電池,比亞迪刷新了磷酸鐵鋰電池的能量密度,追平三元鋰電池的主流水準;通過針刺實驗,刀片電池又顯示出了異乎尋常的“冷靜”,成為唯壹能在這壹嚴苛測試中過關的動力電池。
在多年競爭和淘汰之後,電動汽車的動力電池由群雄逐鹿演變為兩強爭霸,三元鋰電池成為乘用車的主流,而磷酸鐵鋰電池則牢牢控制了公交、大巴市場。
背後的邏輯是:三元鋰電池的能量密度更高,可以支撐更好的續航表現,還能拿到政策補貼,這都在刺激汽車廠商裝車的積極性;而磷酸鐵鋰電池的安全性更好、壽命更長,對於乘員數量多、運營強度大的公交、大巴來說,這種電池是不二之選。
在磷酸鐵鋰陣營中出現“刀片電池”這壹新生代產品後,三元鋰電池會受到怎樣的沖擊?它所把持的乘用車市場,會倒向磷酸鐵鋰陣營嗎?
為什麽是“刀片”?
比亞迪超級磷酸鐵鋰單體電池(俗稱電芯),因外觀呈扁平的長條狀,而被稱為“刀片電池”。
通過刀片電池發布會和相關專利文件,我們可以看到比亞迪提升磷酸鐵鋰電池能量密度的思路。
刀片電池實際上是CTP的產物,所謂CTP(Cell?to?Pack)是指把單體電池(電芯)直接組裝成電池包,而傳統的電池包內部結構復雜,要先把若幹個電芯組裝成模組,再把若幹個模組組裝成電池包。
傳統電池包內部需要布置若幹縱梁和橫梁,以固定電池模組,並加強電池包的強度。電池模組的外殼和電池包內縱橫交錯的加強梁,會占用大量空間,據比亞迪集團副總裁、弗迪電池董事長何龍在刀片電池發布會上透露,傳統電池包的空間利用率僅為40%左右,而刀片電池省去了模組和加強梁兩個環節,空間利用率提升了50%,換言之,電池包內留給電芯的空間可以達到60%。
刀片電池為什麽這麽長?據比亞迪電池包發明專利申請相關文件顯示,刀片電池長度可以在600mm—2000mm之間,遠遠超過普通鋰電池電芯。電芯長度能根據電池包的尺寸定制,由於長度足夠,電芯兩端可以“抵達”電池包的外圍框架,直接固定在邊梁上。
刀片電池為什麽這麽扁?相關專利文件中解釋說,電芯制作成扁平狀可加大有效散熱面積,提高散熱效率。
電芯為什麽能替代縱梁和橫梁?專利文件顯示,這種電芯為硬殼電芯,外殼為鋼或鋁材質,本身便可起到支撐作用。電芯並列布置在電池包內時,可替代加強結構來保證電池包的結構強度,從而少用甚至是不用縱梁和橫梁。
據何龍在發布會上介紹,刀片電池的電芯既是“能量體”,同時又是結構件,並且還借鑒“蜂窩鋁”的結構,在電芯陣列的上下兩面粘接上高強度結構板,這樣可以讓刀片電池包的強度比傳統電池包“不減反增”。
這種設計無疑會大幅提高電池包的“體積比能量密度(瓦時/升)”,也就是說,同樣大小的電池包,可以放進更多的電芯,從而攜帶更多的電量。
電動汽車的動力電池包通常布置在底盤上的前後軸之間,長度、寬度和厚度都受限。相對於三元鋰電池,磷酸鐵鋰塊狀電池的能量密度偏低,傳統結構的磷酸鐵鋰塊狀電池包,所攜帶電量很難支撐電動汽車續航超過400公裏。而據比亞迪提供的信息,使用刀片電池結構的電池包,體積比能量密度提升50%,搭載刀片電池的比亞迪“漢”車型預計於6月上市,NEDC續航達到605公裏,基本追平了三元鋰電池的先進水平。
而據相關專利文件中的描述,刀片電池包的體積利用率還可以進壹步提升,“此設計可以將空間利用率由原先的40%左右,提高到60%以上甚至更高。
在三元鋰電池領域,目前也在推進電芯直接成包的CTP技術,但提升幅度與刀片電池相比有明顯差距。根據寧德時代的數據,CTP三元鋰電池包體積利用率可以提高15%—20%,電池包能量密度提升10%—15%。
“針刺”代表了什麽?
除了能量密度大幅提升之外,比亞迪刀片電池還顯示了驚人的安全性。
據悉,比亞迪刀片電池日前完成了動力電池測試領域難度最大的“針刺實驗”,這也是首款通過針刺實驗的動力電池。
單體電池的針刺實驗,是用直徑5mm-8mm的鋼針刺穿電池,鋼針停留在電池內觀察壹小時。導電的鋼針刺入電池後,會導致電池內部短路,可能引起熱量急劇釋放、失控,進而引發起火、爆燃等後果?。由於難度太大,目前沒有三元鋰動力電池能夠通過這壹測試,新國標《電動汽車用鋰離子動力蓄電池安全要求》(征求意見稿)甚至取消了針刺實驗。
3月29日的刀片電池發布會上,比亞迪公布了三元鋰電池、傳統磷酸鐵鋰塊狀電池和刀片電池的對比針刺實驗完整視頻。視頻顯示,三元鋰電池“壹刺即爆”,在兩三秒內就出現了劇烈燃燒,表面溫度超過500攝氏度,電池表面放置的雞蛋被炸飛;傳統磷酸鐵鋰電池有煙霧冒出,但沒有出現明火,表面溫度在200—400攝氏度,電池表面的雞蛋被烤焦;而刀片電池則沒有出現煙霧和明火,電池表面溫度也僅有30—60攝氏度,電池表面的雞蛋沒有變化。
據中科院院士、清華大學教授歐陽明高分析,刀片電池之所以能通過針刺實驗,壹方面是因為長條狀的電池散熱面積大,另壹方面,是形成電池短路的回路長,產熱量少,這兩個因素決定了刀片電池溫升速率較小。
由於屢屢曝出起火事件,電動汽車的安全性引發質疑,據中國汽車流通協會發布的報告,由於多起電動車爆炸起火事件的影響,有近30%的消費者擔心電池安全問題,並因此放棄購買電動汽車。
據新能源汽車國家大數據聯盟的調研,在電動汽車已查明的著火原因中,電池問題占比最高,達到58%;而據新能源汽車評價規程(CEVE)的資料,2019年發生的電動汽車起火事故中,三元鋰電池車輛占比最高,達到60%,磷酸鐵鋰電池車輛占比僅為5%。
三元鋰電池能量密度較高,在乘用車近兩年的“續航競賽”中,三元鋰電池成為汽車廠商主流選擇。但三元鋰電池的熱穩定性較差,尤其是廠商為追求更好看的數據,推動了三元鋰電池迅速“高鎳化”(三元鋰電池正極材料中含鎳鈷錳三種元素,提高鎳的比例可提升能量密度,但電池的化學穩定性會下降),安全風險在進壹步上升。
比亞迪的刀片電池通過了針刺實驗,意味著通過技術革新,磷酸鐵鋰電池達到了更高的產品穩定性和更低的故障率。“把自燃從新能源汽車字典裏抹去”的刀片電池,會對三元鋰電池把持的乘用電動汽車市場形成顛覆性沖擊嗎?
王傳福在發布會上表示,對電池能量密度不切實際的追求,徹底“帶偏了”動力電池行業的發展路線,並且讓新能源乘用車的安全口碑付出了極其慘重的代價;而刀片電池的發布是在“糾偏”,不但徹底解決新能源汽車行業安全痛點,還將倒逼整個行業做出改變。
關於刀片電池的應用前景和對行業的影響,弗迪電池董事長何龍透露說,“幾乎所有妳能想到的汽車品牌,都在和我們探討基於刀片電池技術合作的方案”。?文/長城新媒體記者?傅雪峰
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