鉅大LARGE | 點擊量:1045次 | 2020年04月20日
祭出刀片電池,比亞迪的反擊戰
“重新含義行業安全標準”、“把‘自燃’這個詞從新能源汽車的字典里抹掉”……三月二十九日下午,比亞迪刀片電池公布會上,該公司董事長王傳福親自出鏡,頻繁羅列高亮詞匯描述這一新的電池技術。
新能源車財政補貼自2019年退坡超過75%之后,整個行業都直接暴露在殘酷的市場競爭之下,保證續航和性能,同時降低成本成為車企的核心訴求。比亞迪的刀片電池技術就是在這個背景下誕生,其通過生產工藝的快速改進,提升了電池系統的空間利用率和能量密度,也兼具了成本優勢。
刀片電池產品由弗迪電池公司推出,這是比亞迪拆分動力鋰離子電池業務后成立的獨立實體,王傳福在公布會上說,刀片電池也是弗迪公司的首款產品。確切的說,刀片電池不是突破性的材料技術創新,而是一項新的電池生產和加工工藝。
據弗迪電池董事長何龍介紹,傳統電池包的生產流程是:電池單體組成模組,模組再排布在托盤上,組成電池包。從電池單體組成電池包,要大量結構件進行連接和固定,這導致空間利用率只有40%。
刀片電池外觀圖,來自官方供應
刀片電池依然采用了比亞迪擅長的磷酸鐵鋰離子電池,將傳統電池單體大幅拉長,長度可以做到2米,厚度為13.5毫米。同時,在刀片電池的側脊面上安裝高強度板,讓刀片電池側面可以承擔支撐用途。這一系列設計可以讓刀片電池跳過模組環節,直接組成電池包,從而提升空間利用率。
“刀片電池既是能量體,又是結構件,可以成為直接支撐電池包的梁。”何龍說,相較傳統電池包,刀片電池的體積利用率提升了50%以上,也就是說續航里程可提升50%以上,達到了高能量密度三元鋰離子電池的同等水平。
不過,即便是在磷酸鐵鋰這條比亞迪已十分熟稔的技術路線上,寧德時代依然搶先一步,在去年九月的法拉克福車展上公布了CTP(Celltopack)技術,這一技術與比亞迪刀片電池的思路相似,都是跳過模組,由電池單體直接成組電池包,據路透消息,寧德時代的磷酸鐵鋰CTP方法將在七月向特斯拉供應。
電池裝機量長期被寧德時代領先,新能源車全球銷量第一的位置也在去年被特斯拉超越,比亞迪急需一個發起強力反擊的籌碼,而刀片電池顯然承載了這個使命。
打出“安全牌”
新能源車所需的動力鋰離子電池領域,長期存在三元鋰離子電池和磷酸鐵鋰離子電池兩條技術路線。前者能量密度較高,在車企普遍追求高續航時,成長為主流技術路線。三元鋰離子電池包的能量密度可以達到160wh/kg左右,而磷酸鐵鋰的系統能量密度普遍在110wh/kg左右。
寧德時代也正是在這一趨勢下突然崛起,成為全球各大車企的供貨商。據高工產業研究院(GGII)的數據,寧德時代2019年實現裝機電量32.31GWh,同比上升37%,位列第一,而比亞迪位列第二,裝機量10.78GWh,同比下降6%。
但三元鋰離子電池的短板在于熱穩定性弱,其在對高能量密度的追求中,要不斷提高鎳含量,這也讓其安全問題逐漸暴露,起火、自自燃事件接連發生,相比之下,磷酸鐵鋰離子電池能量密度較低,但熱穩定性是強項,安全性是其競爭壁壘。
接受穿刺試驗是一個明顯例證。針對動力鋰離子電池,行業有300多項檢測標準,“針刺穿透測試”是行業內公認的對電池電芯安全性最為嚴苛的檢測手段。這一測試要求用鋼針將動力鋰離子電池電芯刺穿,造成電芯內部的大面積短路。
比亞迪在公布會當天播放了磷酸鐵鋰刀片電池接受穿刺試驗的視頻,在同樣的測試條件下,三元鋰離子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。而比亞迪“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。
圖片來自公布會視頻截圖
我國科學院院士歐陽明高對此評論稱,刀片電池的散熱面積更大,而且針刺短路的回路比較長,產熱能力下降,因此電池熱失控的影響更小。
“針刺測試之前國家標準里有,后來因為很多三元電池通過不了,在國家標準里又拿掉了。”弗迪電池公司董事長何龍在公布會上直言。工信部在2019年初公布的《電動汽車用動力蓄電池安全要求》標準中宣布,有關最為復雜和嚴苛的針刺試驗,暫不執行。
安全雖然是車企的核心任務,但是在產業快速成長期,卻難免被調低了權重。進入2019年,車企開始普遍沖刺500公里及以上續航,電池能量密度也快速攀升,電池熱失控導致的自燃事件密集發生。
據新能源汽車國家監管平臺統計,2019年五月到七月,僅3個月,共發現79起安全事故,涉及車輛96輛。引發矚目的事件有,蔚來汽車短時間內被接連曝出4起電池起火、冒煙事故,同時,特斯拉也發生一起地庫自燃事件。明星公司蔚來汽車在電池自燃帶來的口碑折損和車輛召回的經濟損失中,度過了黯淡的2019年。
“對續航里程的攀比,轉嫁到動力鋰離子電池上,出現不切實際的追求,也讓新能源車的安全口碑付出了慘重代價。”王傳福說,現在要倒逼新能源車行業做出改變。
據王傳福透露,刀片電池只在比亞迪漢純電車型搭載應用,其他車型暫無規劃。首款搭載刀片電池的車型是比亞迪王朝系列的漢EV,其綜合工況下的續航里程達到605公里,百公里加速3.9秒。僅從這兩項數據來看,與國產特斯拉長續航版Model3不相上下。
“假如磷酸鐵鋰離子電池能讓車輛續航超過600公里,其對市場的沖擊還是挺大的。”一位新能源車行業人士向36氪表示,“安全性和低成本,可以讓其滿足大量中低端市場需求。”一向重視性能口碑的特斯拉,也已經為標準版國產Model3采購了磷酸鐵鋰CTP方法。
而從比亞迪方面公布的信息來看,刀片電池也在為比亞迪的動力鋰離子電池業務打開市場局面。“現在大家所了解的幾乎所有品牌,都在和比亞迪談刀片電池的技術合作。”弗迪電池董事長何龍透露。
技術變革前夜,比亞迪的路徑依賴
比亞迪在新能源車領域的投入可以追溯到2005年,該公司推出首款磷酸鐵鋰動力鋰離子電池,2006年,比亞迪的第一款搭載磷酸鐵鋰離子電池的F3e電動汽車研發成功,此后比亞迪走上電池和整車獨家供應的垂直整合路線。
此次刀片電池推出引發的反響,顯然是技術積淀的成果,以及準確切中新能源車行業當下的安全命門。從王傳福在發言也可以看出,借助刀片電池向三元電池路線發起反擊的意味,其表示,過去幾年,由于能量密度相對較低,磷酸鐵鋰離子電池在新能源乘用車廠商盲目追求續航里程的攀比中,被三元鋰離子電池甩在身后,”刀片電池的公布就是要糾偏。”
但也正如我國科學院院士歐陽明高所說,動力鋰離子電池有三個發展趨勢,第一是在材料和體系方面創新,從有機液態電解質,到無機的固態電解質;第二是借助智能制造、回收和人工智能,發展智慧電池;第三,是在設計和產品工程方面創新,刀片電池正是代表。
換言之,刀片電池目前只是動力鋰離子電池系統的結構改進,尚未看到材料技術方面的革新和性能改良。理想汽車剛確定與比亞迪進行業務合作,該公司CEO李想在微博中評論稱,磷酸鐵鋰離子電池在低溫下的性能表現依然是短板,而且磷酸鐵鋰離子電池的電壓測量不夠穩定,會擾亂控制策略,因此,對增程式電動汽車和插電混動車型也是個挑戰,“刀片和鐵鋰最適合的還是中、低端的BEV(純電動汽車),以及南方的運營車輛。”
此外,CTP技術有關整車公司來是誘惑也是毒藥,一旦采用,車企在供應鏈上的主導權也將被削弱——CTP技術下電池包的設計非標準化,每個電池包的參數未必相同。存在的風險是,一旦發生故障,電芯一損俱損,維修難度加大。因此,車企若采用了CTP技術,電池廠商也相當于綁定了對整車電池包前期的設計制造和后續的電池維修過程。
不難看出,兼顧成本、性能、安全的電池技術依然是一個要結合材料、結構和智能化管理的系統工程。在對電池包進行結構改良的同時,寧德時代、三星甚至特斯拉,都在材料領域尋求突破,對三元電池著手無鈷化的研發。
特斯拉宣布,四月份將舉辦電池開放日,外界普遍猜測,Maxwell的干電極和超級電容,將會是特斯拉自建電池技術方向。2019年五月,特斯拉收購了電容電池公司Maxwell。2019年十月,特斯拉收購了加拿大電池制造設備和工程技術公司Hibar。一旦干電極技術被應用到鋰離子電池上,就意味著特斯拉電池技術向“固態”邁進,可以提高能量密度的同時,兼顧安全性。這一威脅不僅指向比亞迪,也包括整個動力鋰離子電池生產廠商。
新能源車行業正處在爆發前夜,而動力鋰離子電池技術也在急劇變革,比亞迪依靠磷酸鐵鋰技術沉淀,準確捕捉到了市場窗口。但顯然,這不應該成為比亞迪的唯一戰略選擇。
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