比亚迪刀片电池弥补了磷酸铁锂与三元材料在能量密度上的弱势,强化磷酸铁锂的安全性,以期在新能源乘用车这一新能源汽车最大的增量市场中,通过技术创新彻底解决新能源车安全与续航难以兼顾痛点,助力磷酸铁锂“重新上位”,同时也为公司电池外供铺路,赢得更大的动力电池市场蛋糕。

比亚迪刀片电池

比亚迪刀片电池

目前动力电池市场寡头竞争格局愈发明显,无论是全球动力电池装机量TOP10还是动力电池出货量TOP10,TOP10企业在总体市场份额中占比都在9成左右。

与此同时,越是强大,责任越大,压力也越大。2020年2月,我国动力电池企业装机量TOP10中,出现了松下和LG化学的身影,且排名分别跃升到第二和第三,而在2018年和2019年,国内动力电池装机量排名前10的企业中,都没有外资企业。

面对外资电池开始发力争夺市场份额,以及国内其他企业的加速追赶,2020年开始,在新一轮电池争霸赛中,单纯的价格战已难以为继,国内动力电池头部企业不约而同地选择从技术方面突围。

动力电池领域三元材料和磷酸铁锂两强争霸

近期,“刀片电池”、“零衰减电池”、“无钴电池”、“四元电池”等电池“黑科技”纷至沓来,这些“黑科技”主要围绕高安全、低成本、长寿命、长续航等展开新一轮的博弈。

“作为电池材料的发展方向高容量、高电压平台,稳定的电化学性能,长的循环寿命,简化的工艺低廉的成本是所有材料的追求的目标,但要想一种材料具备以上所有优点目前还没能实现,所以新材料的开发研究还有较大的进步空间。”俄罗斯圣彼得堡彼得大帝理工大学特聘教授、中俄新能源材料技术研究院院长王庆生对电池网表示,不同材料性能存在着差异化,功能特点也各有长短,具体采用哪种材料作为电池材料,可谓要量体裁衣对症下药,应结合具体的应用要求和市场需求来选择匹配合适材料和相应的电池体系与结构设计,方能达到最佳性能。

在动力电池领域,单从材料方面来看,“百花争鸣”的潮水正慢慢退去,钴酸锂、锰酸锂等动力电池随着时间的递延都渐渐淡出动力电池市场,动力电池技术呈现三元材料和磷酸铁锂两强争霸的格局:三元锂电池能量密度较高,低温性能优越,但在安全性和稳定性上略逊一筹,多应用于乘用车;磷酸铁锂电池虽然能量密度较三元锂电池略低,但其稳定性和长寿命优势明显,广泛应用于新能源大巴等商用车。

王庆生分析称,目前市场上迫于追求高比能量和成本压力普遍偏向采用NCM811/NCA高镍低钴材料作动力电池,但高镍材料的热稳定性与Li/Ni离子混排问题一直未能得到很好的解决,特别是在动力电池上使用存在一定的安全隐患,为解决此问题高镍三元材料必须进行表面改性优化材料性能,所以高镍低钴化目前还需要时间(要看技术进步的速度)。 

在前几年的技术路线中,由于新能源补贴政策偏向高能量密度路线,以磷酸铁锂的偃旗息鼓而告终。但由于过分地追求能量密度,导致三元锂电池在能量密度取得突破的同时,安全性能更难保障,再加上补贴退坡带来的成本压力,磷酸铁锂逐渐被业界重新重视。

去年底,世界IEEE电池组主席张正铭在作《全球锂电安全现状、新机理及解题方法》的专题报告时指出,在2019年各类电池起火事故中,NCM三元体系占了57%,而铁锂仅占10%。

此外,由于动力电池行业“去钴化”呼声高涨,也带来了磷酸铁锂的高调回潮。从资本市场的整体表现来看,2020年开年以来,磷酸铁锂电池概念崛起,钴概念则回落。

中国社会科学院世界经济与政治研究所副研究员万军近日也表示,技术进步大大提升了磷酸铁锂电池的性能。经过多年的持续攻关,比亚迪提出的“刀片电池”和宁德时代提出的无模组CTP技术,在提升体积能量密度的同时,还能够进一步降低制造成本,拓展了磷酸铁锂电池的发展空间。技术进步使貌似式微的磷酸铁锂电池又焕发了青春,一些有实力的电池企业在研发领域的长期投资正在开花结果。

今年1月份,比亚迪董事长王传福公开宣布,将在今年3月推出全新一代的刀片电池。这款全新的动力电池也将会和比亚迪汉EV一同发布。在搭载了全新的刀片电池之后,比亚迪汉EV的纯电动续航里程将超过600公里。

一石激起千层浪,两个多月以来,刀片电池引发了全行业的猜想,磷酸铁锂“再度上位”的消息也传得沸沸扬扬。

比亚迪集团董事长兼总裁王传福

比亚迪集团董事长兼总裁王传福

3月29日下午,比亚迪在线上主办“刀片电池 出鞘·安天下”超级发布会,刀片电池正式亮相。

比亚刀片电池挑战“针刺测试

我们注意到,就在本次发布会的前两周(3月13日),比亚迪官宣已成立了弗迪电池、弗迪动力、弗迪视觉、弗迪模具和弗迪科技等5家弗迪公司,进一步加快新能源汽车核心零部件的对外销售。其中,弗迪电池有限公司于2019年5月5日注册完成,其前身是比亚迪锂电池有限公司,早在1998年就已成立。

弗迪公司的成立,标志着比亚迪电池事业部独立性增强,同时比亚迪将动力电池剥离、独立上市的可能性也在加大,更有助于其赢得整车客户的订单。

电池网从发布会上获悉,刀片电池是比亚迪最新研发的超级磷酸铁锂电池,也是弗迪电池成立后发布首款电池产品。刀片电池不对电池材料动刀,而是通过改变结构来满足高安全性的需求,将电芯做成了“刀片”形状,在成组时可以直接跳过“模组”,直接组成电池包,完全无模组化,集成效率大幅提高。

目前,“刀片电池”已由弗迪电池全资子公司重庆弗迪锂电池有限公司量产下线。重庆弗迪是一家从事锂离子电池及配套材料的研发、生产和销售于一体的公司,公司为璧山项目锂离子电池及配套材料生产项目总投资100亿,项目占地面积约1500亩,总建筑面积约95万平方米,新建生产车间,购置相关设备958台套,建设锂离子电池生产线8条,项目达产后形成锂离子电池20Gwh生产能力,年产值200亿元。

众所周知,作为直面终端消费者的产品,在动力电池各种性能的考量中,安全性始终是第一位,比亚迪集团董事长兼总裁王传福认为,在新能源乘用车领域,很多企业陷入到对续航里程的攀比之中。这种攀比的压力会转嫁到动力电池身上,让行业对动力电池的“能量密度”产生非理性追求,并彻底带偏了动力电池行业的发展路线,让新能源乘用车的安全口碑付出了极其惨重的代价。

“真正对电动车的发展能带来颠覆性影响就是安全性”,王传福表示如果电动车不把安全做好的话,电动车的健康发展就是一句空话。而比亚迪就是要用刀片电池捍卫安全底线。

一直以来,在业界针对动力电池的测试,行业及企业林林总总制定了超过300多种测试方法。而在众多的测试实验中,针刺实验是最严苛的测试方法。

据王庆生介绍,针刺测试是电池安全测试的一项严苛指标,因众多厂家检测不能通过后被取消或淡化了,但就针刺检测实验是对电池安全测试的一个重要环节,通过针刺实验破坏模拟内短路可以了解集流体的截面设计合理性,电池散热结构的合理性,电池材料匹配的合理性,以及电池体系设计的更高要求等,是对电池综合性能高要求的检测项。车辆发生碰撞,刺破电池(组)不发生着火爆炸,对动力电池的应用具有实际的意义。

刀片电池向针刺实验发起了挑战

刀片电池向针刺实验发起了挑战

3月29日比亚迪发布会现场,官方播放的一则完整版视频显示,刀片电池向针刺实验发起了挑战,分别选取当下动力电池市场装机量最高两种电池——三元锂电池、传统块状磷酸铁锂电池与刀片电池一起来做对比针刺实验。

实验结果表明,同样的测试条件下,三元锂电池在在针刺瞬间出现剧烈的温度变化,表面温度迅速超过500℃并开始剧烈燃烧。相比之下,传统块状磷酸铁锂电池的安全性要稍微好一点,在被针刺穿的瞬间,磷酸铁锂并没有发生起火燃烧的现象,但是电池表面的温度却高达200-400℃,虽然没有明显的起火,但是这种高温有可能快速引燃附近可燃物,进而引发大火。

表现最为抢眼的是刀片电池,刀片电池在被刺穿的时候,并没有任何的异常表现,甚至连冒烟都没有,结构依旧稳定。通过温度传感器显示,电池表面的温度只有30℃-60℃,低于夏季北京地面最高70℃的温度。

欧阳明高做客比亚迪刀片电池发布会超级直播间

欧阳明高做客比亚迪刀片电池发布会超级直播间

中国科学院院士欧阳明高认为,刀片电池在安全方面的优异表现,主要原因是“刀片电池”的设计使得它在短路时产热少、散热快。

 “刀片电池”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。”发布会现场,王传福信心满满。

成立逾25年,以电池起家的比亚迪始终把安全放在首位,虽然在电池制造上相对有些保守,但在这样的保守策略下,取得了惊人的成绩:2003年比亚迪收购秦川汽车,并着手研发新能源汽车;2005年比亚迪第一款磷酸铁锂动力电池上市,成为国内动力电池领域的老大,并一直致力于动力电池和新能源汽车的研发;截止于2019年,比亚迪动力电池累计装车量超过了70万辆,并没有发生一起电池安全事故。

刀片电池续航里程提升超50% 

对于未来动力电池的发展趋势,欧阳明高的预判一是进一步在电池材料和电化学方面进行创新;二是向智能化方面发展;三是在设计和产品工程方面进行创新。他认为刀片电池在单体的时候安全性好,在电池成组的时候也很有优势,在体积利用率可以最大化,提升比能量的同时,也简化了电池结构和工艺,成本也会下降。

资料显示,传统电池包的生产包含将电池组装成模组,再将组装好的模组排布,组成电池包。其中,电池模组中,电池的空间利用率约为80%。从模组到电池包,由于要承载几百公斤的模组重量,需要在模组之间布置许多梁来保证电池包的强度,使得电池模组在电池包里的空间利用率仅为50%。综上,意味着传统电池包留给电池的空间只有40%。

比亚迪“刀片电池”通过结构创新,将电芯拉长做成了“刀片”长条形状,在成组时可以跳过“模组”,大幅提高体积利用率。与此同时,固定在边框上的电池同时亦是结构件,成为支撑电池包的梁,兼顾解决电池固定及强度的问题。

比亚迪集团副总裁、弗迪电池董事长何龙

比亚迪集团副总裁、弗迪电池董事长何龙

“一提到刀片,大家可能首先想到的就是太薄,强度不够,其实恰恰相反,就好像刀片沿着刀片的大面,是可以弯折的,但沿着侧面弯折却很难。传统的电池包只有4-5个梁,而比亚迪刀片电池包里有超过100个电池,每个电池充当一个梁,100个电池就是100个梁,这个强度大家可想而知。”比亚迪集团副总裁、弗迪电池董事长何龙表示。

据了解,相较传统的方壳电芯有模组电池包,刀片电池的体积利用率提升了50%以上,体积能量密度与811三元锂电池接近,续航里程达到了高能量密度三元锂电池的同等水平。

“刀片电池肯定是在电芯设计上的改进,有利于提高电池包的成组效率,提升电池包的能量密度,尤其是体积能量密度”,伊维经济研究院研究部总经理吴辉对电池网表示,“凡是有助于提升能量密度的技术方案肯定都是有市场前景的。”

以首款搭载比亚迪“刀片电池”的车型,比亚迪汉EV为例,其综合工况下的续航里程可达到605公里。王传福还在会上透露,刀片电池只在比亚迪汉纯电车型搭载应用,其他车型暂无规划。

比亚迪“汉”

比亚迪“汉”

值得注意的是,除了安全性与能量密度的提升,以及磷酸铁锂自带的“无钴”属性,在循环寿命上,刀片电池也达到了“充放电3000次以上,行驶120万公里”的高标准,而这些特性,正契合了王传福对于未来汽车电动化发展的判断:“电动汽车在大规模替代燃油车的过程中,高安全、长续航、长寿命、对稀有金属依赖程度下降是趋势。”

不难发现,比亚迪刀片电池,弥补了磷酸铁锂与三元材料在能量密度上的弱势,强化磷酸铁锂的安全性,以期在新能源乘用车这一新能源汽车最大的增量市场中,通过技术创新彻底解决新能源车安全与续航难以兼顾痛点,助力磷酸铁锂“重新上位”,同时也为公司电池外供铺路,赢得更大的动力电池市场蛋糕。

“在产品和技术创新的道路上,所有解决用户问题和产品痛点的创新都值得尊敬、喝彩!” 中关村新型电池技术创新联盟秘书长于清教表示,“对于耕耘十数载动力电池的全行业人来说,目前行业已经到了蜕变、安全、品质、价值的新转折点,期待比亚迪不断创造新的产品价值和用户价值,不断攀登迭代创新和技术驱动产品和用户价值的新高峰!” 

比亚迪刀片电池

比亚迪刀片电池

结语

比亚迪在新能源汽车领域取得的成就无可争议:联姻戴姆勒、牵手丰田,比亚迪的电动化能力早已得到全球顶级同行的认可。但是,比亚迪动力电池外供之路,才刚刚开始迈步。刀片电池主打“安全牌”的同时,续航里程也达到了高能量密度三元锂电池的同等水平,且有了自家的新能源车型“比亚迪汉”先试水开路,更容易获得车企客户及消费者的信赖,有望重新切分动力电池市场蛋糕。

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