3月29日,比亞迪舉行了“刀片電池”的發布會,在發布會上比亞迪正式推出“刀片電池”,同時宣布了這款電池在重慶工廠已經量產下線。
通過這次的發布會,比亞迪將會讓磷酸鐵鋰電池重新回到主流位置,並且比亞迪將向整個新能源車行業開放***享,以促進”刀片電池”的普及。
在應用方面,比亞迪刀片電池將首發搭載在比亞迪漢車型上,這款中大型純電動轎車計劃於今年年中上市。相關參數顯示,作為首款搭載刀片電池的產品,比亞迪漢NEDC裏程超過600公裏。
動力電池的瓶頸
動力電池的成本壹直都占據著電動車整車成本的40%以上,因此如何在保證續航的同時降低成本是電池廠商研究的方向。
另壹方面,提高電池的能量密度,增加續航裏程也同樣重要。
對於提高電池能量密度的方法並不多,無非是在電池種類和配比上進行研發或者對電池結構進行優化,顯然電池配比的優化提升空間已經變得越來越小了,從電池結構來入手或許是不錯的方法。
比亞迪正是選擇了對電池結構進行再研發,結合磷酸鐵鋰材料推出了刀片電池,使得電池在提升能量密度的同時控制住了電池的成本。
何為刀片電?
從結構來說,比亞迪的刀片電池同樣屬於CTP技術的壹種,CTP全稱為Cell?To?Pack,它將電芯直接集成到電池包(傳統電池包采用的是從單體——模組——電池包的成組方式)。
和寧德時代此前發布的CTP技術理念相同,它們都是將電芯直接集成為電池包,省去了中間模組環節。
不過比亞迪的技術顯然要更加的“激進”,采用的是完全無模組方式,難度更大也更為徹底;寧德時代則是以大模組替代小模組的方式。
CTP並不是很先進的技術,為什麽早不采用,主要是以前對電池包設計的安全冗余度過高,現在技術更自信,通過結構優化可以省去或簡化模組零部件,從而提高單位電池的能量密度。
刀片電池特點
從比亞迪披露的專利來看,刀片電池是把電芯長度拉長,厚度做薄,做成430mm甚至2500mm的超長電芯,其電芯是兩端出極耳。
和傳統方形電池相比,呈現“扁平”和“長條”形狀,通過陣列方式排布在壹起,像“刀片”壹般插入電池包的壹種電池設計工藝,因此名為“刀片電池”。
在電池包總體積壹致的情況下,現有的電池PACK結構,多出了各模組的側板、端板、緊固件、橫梁、縱梁等組件;而采用了CTP技術的比亞迪電池包,除去電池管理系統、配電箱等組件,包內空間利用率大概在62%左右。受到不同的電芯布局方式影響,包內空間利用率分別為55%到65%,如有需求甚至可以達到80%。
由於零部件的減少,帶來重量的減少,因此單位質量能量密度也能夠提高,整車續航裏程也能提高。采用CTP技術的電池PACK,帶電量約增加20%-30%,續航裏程也能提升20%-30%。
作為對比,采用CTP技術的比亞迪磷酸鐵鋰電池包(刀片電池)的重量比能量密度已經達到了180Wh/kg,和當下采用NCM811電芯的電池包相當了。
刀片電池的優勢
1.安全性:磷酸鐵鋰>三元鋰
磷酸鐵鋰的熱穩定性是目前車用鋰電池中最好的,電熱峰值大於350℃,當電池溫度處於500-600℃高溫時,其內部化學成分才開始分解。
三元鋰電池的熱穩定性較差,300℃左右就開始分解,因此對電池管理系統的要求非常高,需要防過溫保護裝置和電池管理系統來保護電池的安全。所以在高溫條件,磷酸鐵鋰的安全性相對較高。
在比亞迪的針刺穿透測試中,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℃,並發生極端熱失控,開始劇烈燃燒,電池表面的雞蛋被炸飛;
傳統磷酸鐵鋰電池在被穿透後無明火,有煙霧從電池卸壓閥噴出,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”在穿透後無明火,甚至無煙霧,電池表面的溫度僅有30℃左右,電池表面的雞蛋無變化。
正是基於成本和安全角度考慮,比亞迪的刀片電池是采用了磷酸鐵鋰材料,同時相比於傳統的磷酸鐵鋰電池,”刀片電池”內芯采用特殊的極耳結構設計,使其內部出現短路的幾率極低;即便發生極端情況,電芯內部也不會出現劇烈反應,進壹步降低了自燃風險。
2.壽命:磷酸鐵鋰>三元鋰
電池壽命是電池在多次完全充放電後的電量衰減,壹般電動車電池充滿後衰減到原有80%電量就代表電池該換了。
磷酸鐵鋰電池的完全充放電循環次數大於3500次後電量才會衰減到原有的80%。也就是說如果每天充放電壹次,磷酸鐵鋰電池也要將近10年才出現明顯衰減現象。“刀片電池”延續了磷酸鐵鋰技術的長壽命優勢,可實現循環充放電3000次以上、行駛120萬公裏以上的壽命水平。
作為對比,三元鋰電池完全充放電循環大於2000次會開始出現衰減現象,也就是大概在6年的時間,當然通過電池管理和車輛電控系統也可以稍微延長壹點電池壽命,但是也只能是稍加延緩。
刀片電池存在什麽風險
有優勢同樣也具有劣勢,取消或減少模組環節,也會帶來壹些風險。傳統三級結構的電池Pack,因為有模組的存在,所以碰撞安全多了壹層保護。
采用CTP技術的電池Pack,除去Pack的邊梁,電芯將直接承受碰撞的沖擊。
另外,CTP對電芯壹致性的要求更高,電芯由於充放電膨脹造成的形變和散熱性能變差不可忽視,壹旦單個電芯發生故障,可能會涉及到更換整個電池包,而不是之前只需更換某壹個模組,維修成本會大幅增加。
開放***享全球合作
此外,在發布會上,比亞迪集團副總裁兼弗迪電池董事長何龍表示:“幾乎妳能想到的所有汽車品牌,都在和我們探討基於”刀片電池”技術的合作方案,相信大家很快就能看到、聽到”刀片電池”更多精彩的消息。”
比亞迪”刀片電池”將向整個新能源車行業開放***享,以促進”刀片電池”的普及,讓行業和消費者受益。比亞迪希望從”刀片電池”開始,加速低安全性電池的快速淘汰,引領新能源車行業進入良性發展的快車道。
磷酸鐵鋰重回主流——降本增效
從熱穩定性、安全性、使用壽命以及成本來看,磷酸鐵鋰電池是具有優勢的,在能量密度上,通過電池包的結構優化,使得磷酸鐵鋰電池的能量密度大幅提升。
而在最關鍵的安全性上,刀片電池的結構優勢也讓電池不再自燃,對於電動車的使用安全來說是無疑是顛覆性的。
相信通過刀片電池技術,磷酸鐵鋰電池將重回主流。
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