万万没想到,特斯拉和比亚迪用上了同一种电池

摘要

电池的路线之争很激烈,但最后却发现其实没有绝对的赢家。

国产特斯拉用上了国产电池。

根据工信部最新发布的新能源汽车推广应用推荐车型目录(2020 年第 7 批),特斯拉(上海)有限公司特斯拉 Model3 标准续航版在列,储能装置种类为磷酸铁锂电池。

这是特斯拉的一次改变,也有可能会成为整个电池行业的一次掉头。特斯拉此前采用的电池供应商有过松下,有过 LG 化学,但这两家提供的都是三元锂电池。磷酸铁锂电池的搭载,还是头一遭。

工信部最新发布的新能源汽车推广应用推荐车型目录(2020 年第 7 批),特斯拉(上海)有限公司特斯拉 Model3 标准续航版在列,储能装置种类为磷酸铁锂电池 | 工信部

虽然工信部网站上的文件没有提供特斯拉将使用的磷酸锂铁(LFP)电池的供应商的名字,但是根据特斯拉此前与宁德时代的合作信息披露,宁德时代供货有效期限为 2020 年 7 月 1 日至 2022 年 6 月 30 日,和磷酸铁锂版 Model 3 交付时间基本一致。人们猜测,磷酸铁锂版 Model 3 的供货商正是宁德时代。

无独有偶,比亚迪在今年 3 月推出的「刀片电池」,正是磷酸铁锂电池。并且刀片电池推出之后,围绕电池安全性的问题,行业中引发了一系列争议。

为什么磷酸铁锂电池又成为了人们关注的焦点?刀片电池还存在着什么样的秘密?以及最重要的,我们在之前的文章中提到过,磷酸铁锂电池在低温条件下存在硬伤,他们是怎么解决的?

刀片电池或成为最大赢家

坐落在重庆璧山的刀片电池工厂露出了真面目。

工厂相关负责人表示,刀片电池已经有 4 条产线投产,而刀片电池在市场上反响良好,至年底可能增至 8 条产线。

之前比亚迪曾公开表示,刀片电池仅计划在比亚迪旗下新车型「汉」上搭载,而根据目前的情况看,一款车型不足以开 8 条产线。很显然,刀片电池正在瞄准除比亚迪之外的厂商。

比亚迪旗下新车型「汉」渲染图 | 比亚迪

在 3 月 28 日刀片电池发布会结束之后,围绕磷酸铁锂电池和三元锂电池的争论一直在持续。如果还有人对这两类电池不了解的话,极客公园(ID:geekpark)曾在《天下苦电池久矣,刀片电池会带来改变吗?》一文中详细解释了二者的区别。

在比亚迪发布的针刺实验视频中,三元锂电池被刺穿的一瞬间发生了爆炸燃烧,温度剧烈上升,表面温度超过 500℃;而刀片电池遇到针刺后,电池表面没有任何变化,只有一旁的数据能看出来它的温度正在缓缓升高。

视频成为了争议的核心,关于争论最核心的点在于:三元锂电池到底安不安全?随后宁德时代公布了自家电池进行针刺实验的视频,视频中两块三元锂电池均通过了针刺实验,无冒烟和起火的现象。

双方各执一词,宁德时代称,电池安全的国际认知已从单体安全转向系统安全,「从技术上说,电池包层面有更优化的安全解决方案,单体电池针刺测试的实际需求已不复存在。」言下之意,单体电池的安全性并不能说明全部问题。

宁德时代和比亚迪,中国新能源汽车电池厂商的第一名和第二名,因为三元锂电池在针刺实验的表现不同,引发了一场口水仗。

但不管如何,在这场争论中,最后的赢家都是刀片电池。

也有网友提出疑问,如今的三元锂电池电芯内部有卷绕式与叠片式两种工艺,三元锂电池和刀片电池在针刺实验中结果有较大差异,有可能因为钢针刺穿的层数多,或者因为钢针刺穿位置不同。

比亚迪内部技术人员告诉极客公园,公司已经进行多种形式的针刺实验,包括三根钢针在不同位置同时刺穿刀片电池,结果和其他测试并没有什么差别。

续航和低温,刀片怎么解决?

「刀片电池的创新在于多方面的,其中一点就是结构。」一位业内人士评论道。

长 96 厘米、宽 9 厘米、高 1.35 厘米的单体电池,通过阵列的方式排布在一起,就像「刀片」一样插入到电池包里面,在成组时跳过模组和梁,减少了冗余零部件后,形成类似蜂窝铝板的结构等等——刀片电池通过一系列的结构创新,实现了电池强度的同时,电池包的安全性能大幅提升,体积利用率也提升了 50% 以上。

重庆璧山刀片电池工厂,自动化程度已经非常高 | 比亚迪

不是每一家电池厂商都能做到把电池「拉长」。刀片电池生产方弗迪电池副总经理孙华军说到,比亚迪从开始做电池时就持续考虑电池变长遇到的问题,比如如何解决阻耗问题,比如怎么解决快充。「我们经常和业界讨论,他们认为 1 米长的电池基本上不可能。」

之所以做成刀片状,比亚迪方面的考虑也主要和磷酸铁锂电池本身的特性相关。

能量密度低和低温条件下性能差是电动汽车厂商抛弃磷酸铁锂电池,选择三元锂电池的主要理由——追逐更高的续航里程是消费者的最大痛点,也是厂商们打出差异化的关键所在。

因为能量密度相对较低,磷酸铁锂电池如果想上车,就必须通过其他方式来补足。

在有限的空间内加入更多电池是最佳方式之一。众所周知,电动汽车的电池包由多个电芯组成的模组构成,为了让电芯模组在车内保持稳定,需要用螺栓、横梁、纵梁等加以固定。而刀片电池就是一个个刀片状的电芯直接插入电池包,减少了冗余的零部件,官方称这种排列方式是电池包体积利用率最高的方案,可将体积利用率提升 50% 左右。

刀片电池在电池包中减少了大量冗余零部件,使得体积利用率上升 | 弗迪电池

同时,能量密度也提升到 160wh/kg,从目前公布的比亚迪汉 605 km 的续航里程来看,这个参数与搭载三元锂电池的纯电动汽车能量密度相差并不大。孙华军还提到,刀片电池的能量密度极限是 180wh/kg,预计明后年的续航里程可以达到 700-800km。

另一个需要解决的瓶颈是低温。在中国北方的冬天,电动汽车续航里程数字要打上折扣,这是目前所有主流电池都会遇到的问题,磷酸铁锂尤其严重。

在刀片电池上,这一情况可能得到改善。孙华军告诉极客公园,刀片电池属于集成度较高的电池包,从空间角度来看,电芯与外界的距离短,热阻相应较小,因此比亚迪在刀片电池的上下部分都增加了保温材料,电池在使用过程当中本身也会发热。在孙华军看来,比保温更核心的问题是,怎样处理电池包热平衡的问题。

「我们做了大量工作保证每一节电池的保温能力是均衡的,」孙华军向极客公园表示,电池本身产生的热量和外部加热、散热都有很大影响,需要做相应的平衡设计。

在低温充电性能上,零下 10℃条件下,刀片电池与三元锂电池充电时间并没有太大差距,但在低温低电量下的充电功率上,刀片电池只有三元锂电池的一半左右。孙华军解释到,这种情况也远远高于实际使用的需求。

磷酸铁锂为什么变「香」了?

人们的目光重新放回到磷酸铁锂电池上面,不管在电池行业或新能源汽车行业中,都是一件非常有趣的事。为什么磷酸铁锂重新受到重视了?

首先可以确认的是,磷酸铁锂电池本身作为新能源汽车的核心动力输出,没有任何问题。在电池的选择当中,成本、续航、安全等因素都考虑到的情况下,平均能力最突出的也许就是最合适的。

有专业人士预计,得益于磷酸铁锂电池的成本优势,此次申报的国产 Model 3 成本下降或将超过 25%。对汽车厂商来说,低成本是一个巨大的诱惑。

当然,除价格以外,电池在各方面都不能存在「硬伤」。如上文提到,刀片电池在克服材料上的缺陷时做了大量工作,使得磷酸铁锂可以达到与三元锂电池相差无几的参数。磷酸铁锂版 Model 3 , 可能也会给行业带来惊喜.

孙华军提到,过去整个行业一直在推三元材料,在推某一个材料的过程中,可能会把另外一个材料讲得不那么好。也许这次契机能够让人们真正认识到,电池技术路线没有绝对的「赢家」。

题图来源:比亚迪

本文首发于极客公园

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