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比亞迪帶“刀“出征 全新電池開啟“漢”時代

趙曉曉 2020年04月20日 08:00

      三月的最后幾天,已經沉寂了多時的電動車電池技術領域再次爆響驚雷。

      中國領先的電動車制造商比亞迪將一新型研究成果“刀片電池”推向市場,新技術在保持了磷酸鐵鋰電池固有的安全性能的同時,通過電池結構的創新,有效增加了磷酸鐵鋰電池單位體積的能量密度,而這項新技術將馬上應用于比亞迪全新推出的“漢”旗艦轎車上。

 比亞迪帶“刀“出征 全新電池開啟“漢”時代

      創新的“刀片電池”為何物?

      看到這里我們不禁要問,何為刀片電池?

     簡單點說,比亞迪的刀片電池高度為118mm、厚度為13.5mm、長度則可以在435mm-2500mm之間進行定制。因其長而薄的形狀酷似刀片,因此得名刀片電池。

      傳統磷酸鐵鋰塊狀電池其實都是方殼電芯電池的一種,而這次比亞迪的刀片電池則是通過對電芯的厚度減薄,并增加電芯的長度,從而達到增加儲能的一種電池解決方案。

      這種儲能方案的優點就是在保證了磷酸鐵鋰電池安全穩定性的同時,將傳統電池40%的空間利用率提升到了60%,相應使得電池組的能量密度提升了50%。

      舉一個簡單的例子或許能夠解釋刀片電池因物理結構變化而產生的能量密度改變。

 比亞迪帶“刀“出征 全新電池開啟“漢”時代

      如果你還對中學物理記憶猶新,那么一定會記得在老師們講解容積與體積這兩個章節的時候,做了幾個比較有趣的試驗。其中一個用了長方形的水槽,首先并排放入了6個等高圓柱體占滿水槽,測量溢出水的容量。然后再將水槽注滿水,用6個與前面圓柱體等高等徑(圓柱體直徑與長方體等邊)長方體并排放入水槽,測量溢出水的的容量。容量換算成體積,相比之下,6個等高長方體的體積相比圓柱體高出了27.39%。

      這只是物理學的簡單舉例,而放在如今的刀片電池身上,是通過物理結構變化,尤其是電芯進行扁長化設計并予以減薄,使得電池組的容量和能量密度都有較大提升。

 比亞迪帶“刀“出征 全新電池開啟“漢”時代

      當然,刀片電池絕不僅僅是加長變扁這么簡單,在其內部,比亞迪還通過“蜂窩鋁板”結構對電芯的機械強度進行了增強,使得電池本身不易發生形變,同時還增大了電池組的散熱面積。

      據國家知識產權局的數據顯示,“刀片電池”將電池包體積比能量密度從251Wh/L提升至332Wh/L。

      同時,由于刀片電池減少了電池內包體內橫梁或縱梁的使用,提高電池包的空間利用率,跳過了模組結構,進而減輕了整個電池包的重量。

      為何繼續加碼磷酸鐵鋰?

      看完了上面對于“刀片電池”的解讀,您又要提問了,現在特斯拉model3上使用的松下三元鋰電池能量密度已經接近300Wh/Kg,寧德時代去年投入生產的NCM811(高鎳電池),其最高包體能量密度也達到180Wh/kg,相比而言,比亞迪的“刀片電池”磷酸鐵鋰能量密度只相當于三元鋰電池三年前的水平,沒有優勢???!

      沒錯,磷酸鐵鋰電池相比三元鋰電池,由于化學組成不同,在質量能量密度上磷酸鐵鋰有著天然的短板。但比亞迪“刀片電池”通過結構的重組,用刀片電池單體的排列巧妙地取代了原本電池組內的裝配支撐結構,使得整個電池包明顯簡化,從而提升了體積能量密度。

      所以,我們看到比亞迪在公布“刀片電池”的能量密度的時候,用的單位是Wh/L,強調了單位體積下的能量密度,而非執著于常見的質量能量密度Wh/kg。就是要強調“刀片電池”能夠將更多的電芯塞進電動車內,從而有效提升單位體積能量密度,保證電動車的續航。

      除了能塞下更多的電芯,磷酸鐵鋰自身還有著其他天然的優勢,這就是環保與安全。

      從兩種電池的化學成分看,三元鋰電池的正極材料使用鎳鈷錳,是為了提高電池的熱穩定性,由于鈷的稀缺,而且全球60%的鈷來自于政權并不很穩定的剛果(金),這就更造成鈷成為了戰略性的稀有金屬資源。

      此外,三元鋰電池中的鎳、鈷、錳等重金屬,電解液,含氟有機物也有污染。報廢之后,它仍有300-1000V不等的高壓,在回收、拆解、處理過程中操作不當,還是可能會有起火爆炸、重金屬污染、有機物廢氣排放等多種問題。而相比之下,磷酸鐵鋰電池的環保性則相對更好。

 比亞迪帶“刀“出征 全新電池開啟“漢”時代

      在電芯的使用壽命方面,最多可達到8年120萬公里的磷酸鐵鋰刀片電池相比僅能實現1000次循環左右的三元鋰電池同樣具有無可比擬的優勢。

      所以,比亞迪此次加碼磷酸鐵鋰,不僅僅是通過結構重建在能量密度方面有了一定提升,更重要的,是比亞迪能不必放棄對自身來說技術成熟的磷酸鐵鋰電池技術,在保證長續航的情況下,還能同時節約制造成本,保持比亞迪電動車產品在全球市場上的競爭力,繼續與三元鋰電池角逐,這何樂而不為?

      尤其是最近兩年,國家對于電動車補貼的不斷退坡,讓新能源車企業都感受到了成本壓力,在降低電池成本的同時還要提高能量密度,保持長續航,比亞迪選擇了對自己來說最科學,也是最穩妥的辦法。 

      刀片電池是比亞迪安全戰略的重要一步

      當然,我們還不能忘記此次比亞迪發布“刀片電池”時,董事長兼總裁王傳福所強調的最大特點,這就是安全,這也是比亞迪在電池安全戰略思路上的重要一步,更是對于電動車安全這一企業社會責任的踐行。

      電動車自誕生之日起就與電池安全緊緊相連,也是最近今年消費者最關注的話題。據新能源汽車國家大數據聯盟發布的《新能源汽車國家監管平臺大數據安全監管成果報告》顯示,僅2019年5月起至8月中旬,新能源汽車國家監管平臺便發現79起安全事故,涉及車輛96輛,幾乎平均每1.5天就有一起電動車自燃事故發生,其中三元鋰電池的車輛占了幾乎9成。

 比亞迪帶“刀“出征 全新電池開啟“漢”時代

(圖片來自于網絡)

      美國特斯拉這樣的全球電動車巨頭,蔚來汽車這樣的電動車網紅新貴,或多或少都出現了電池安全問題,網絡上更多充斥著各類電動車“噼里啪啦”自燃的驚險視頻,但唯獨沒有比亞迪。

      在比亞迪內部,電池安全是被定義為最高級別的,不允許出現任何安全問題。而過去的15年,比亞迪動力電池零事故,這個記錄今天還在延續。

      有什么能比電動車安全更重要的呢?

      比亞迪沒有讓用戶當自己的小白鼠,所以,我們看到了在這次“刀片電池”發布會上的“針刺試驗”。這是模擬極端條件下動力電池被耐高溫鋼針強行刺穿的情況,合格標準是不爆炸、不起火。

      試驗結果很驚人,在同樣的測試條件下,三元鋰電池在針刺瞬間出現劇烈的溫度變化,表面溫度迅速超過500℃,并發生極端的熱失控——劇烈燃燒現象,電池表面的雞蛋被炸飛;傳統塊狀磷酸鐵鋰電池在被穿刺后無明火,有煙,表面溫度達到了200℃~400℃,電池表面的雞蛋被高溫烤焦;比亞迪“刀片電池”在穿透后無明火,無煙,電池表面的溫度僅有30-60℃左右,電池表面的雞蛋無變化,仍處于可流動的液體狀態。

 比亞迪帶“刀“出征 全新電池開啟“漢”時代

      不過,在最新國標《電動汽車用動力蓄電池安全要求》的報批稿中,針刺試驗被取消。業界猜測主要是針刺試驗過于苛刻,導致三元鋰電池無法通過正常測試,因此暫時把這項試驗列為了非強制標準,但從本次試驗結果看,誰更安全已經不言而喻。

      分析指出,磷酸鐵鋰“刀片電池”的出現,會讓車用電池“安全”這個被邊緣化,逐漸被忽視的話題重新回到業內關注的焦點中。

      由于對續航里程的片面追求,各大電池企業和整車廠都將里程攀比的壓力轉嫁到了動力電池的能量密度之上,帶偏了新能源汽車發展路線,讓整個新能源汽車行業安全口碑付出了巨大的代價,最終導致高能量電池自燃自爆現象頻發。

      比亞迪的刀片電池能夠促使新能源汽車動力技術做出適當的改變,讓新能源汽車行業進入良性發展的快車道。

      帶“刀”的好“漢”即將出征

      對于“刀片電池”來說,應用仍是關鍵。第一款有幸搭載的比亞迪產品將是“漢”——比亞迪新能源旗艦轎跑。

 比亞迪帶“刀“出征 全新電池開啟“漢”時代

      車身尺寸4980x1910x1495mm,軸距達到 2920mm,提供單電機兩驅和雙電機四驅車型,其中單電機車型最大功率為222馬力;雙電機四驅車型前/后電機最大功率分別為222馬力和272馬力。在風阻系數僅有 0.233 Cd和強勁刀片電池組的雙料加持下,比亞迪“漢”的最大續航里程達到605公里,0-100km/h加速僅需3.9秒,成為“3秒俱樂部”新成員。

      帶“刀”好“漢”即將出征,有安全且續航不凡的刀片電池作為輔助,特斯拉MODEL3或許不再是第一選擇。

 

(來源:車問網)

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