萬萬沒想到,特斯拉和比亞迪用上了同一種電池

摘要

電池的路線之爭很激烈,但最后卻發現其實沒有絕對的贏家。

國產特斯拉用上了國產電池。

根據工信部最新發布的新能源汽車推廣應用推薦車型目錄(2020 年第 7 批),特斯拉(上海)有限公司特斯拉 Model3 標準續航版在列,儲能裝置種類為磷酸鐵鋰電池。

這是特斯拉的一次改變,也有可能會成為整個電池行業的一次掉頭。特斯拉此前采用的電池供應商有過松下,有過 LG 化學,但這兩家提供的都是三元鋰電池。磷酸鐵鋰電池的搭載,還是頭一遭。

工信部最新發布的新能源汽車推廣應用推薦車型目錄(2020 年第 7 批),特斯拉(上海)有限公司特斯拉 Model3 標準續航版在列,儲能裝置種類為磷酸鐵鋰電池 | 工信部

雖然工信部網站上的文件沒有提供特斯拉將使用的磷酸鋰鐵(LFP)電池的供應商的名字,但是根據特斯拉此前與寧德時代的合作信息披露,寧德時代供貨有效期限為 2020 年 7 月 1 日至 2022 年 6 月 30 日,和磷酸鐵鋰版 Model 3 交付時間基本一致。人們猜測,磷酸鐵鋰版 Model 3 的供貨商正是寧德時代。

無獨有偶,比亞迪在今年 3 月推出的「刀片電池」,正是磷酸鐵鋰電池。并且刀片電池推出之后,圍繞電池安全性的問題,行業中引發了一系列爭議。

為什么磷酸鐵鋰電池又成為了人們關注的焦點?刀片電池還存在著什么樣的秘密?以及最重要的,我們在之前的文章中提到過,磷酸鐵鋰電池在低溫條件下存在硬傷,他們是怎么解決的?


刀片電池或成為最大贏家

坐落在重慶璧山的刀片電池工廠露出了真面目。

工廠相關負責人表示,刀片電池已經有 4 條產線投產,而刀片電池在市場上反響良好,至年底可能增至 8 條產線。

之前比亞迪曾公開表示,刀片電池僅計劃在比亞迪旗下新車型「漢」上搭載,而根據目前的情況看,一款車型不足以開 8 條產線。很顯然,刀片電池正在瞄準除比亞迪之外的廠商。

         比亞迪旗下新車型「漢」渲染圖 | 比亞迪

在 3 月 28 日刀片電池發布會結束之后,圍繞磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池的爭論一直在持續。如果還有人對這兩類電池不了解的話,極客公園(ID:geekpark)曾在《天下苦電池久矣,刀片電池會帶來改變嗎?》一文中詳細解釋了二者的區別。

在比亞迪發布的針刺實驗視頻中,三元鋰電池被刺穿的一瞬間發生了爆炸燃燒,溫度劇烈上升,表面溫度超過 500℃;而刀片電池遇到針刺后,電池表面沒有任何變化,只有一旁的數據能看出來它的溫度正在緩緩升高。

視頻成為了爭議的核心,關于爭論最核心的點在于:三元鋰電池到底安不安全?隨后寧德時代公布了自家電池進行針刺實驗的視頻,視頻中兩塊三元鋰電池均通過了針刺實驗,無冒煙和起火的現象。

雙方各執一詞,寧德時代稱,電池安全的國際認知已從單體安全轉向系統安全,「從技術上說,電池包層面有更優化的安全解決方案,單體電池針刺測試的實際需求已不復存在。」言下之意,單體電池的安全性并不能說明全部問題。

寧德時代和比亞迪,中國新能源汽車電池廠商的第一名和第二名,因為三元鋰電池在針刺實驗的表現不同,引發了一場口水仗。

但不管如何,在這場爭論中,最后的贏家都是刀片電池。

也有網友提出疑問,如今的三元鋰電池電芯內部有卷繞式與疊片式兩種工藝,三元鋰電池和刀片電池在針刺實驗中結果有較大差異,有可能因為鋼針刺穿的層數多,或者因為鋼針刺穿位置不同。

比亞迪內部技術人員告訴極客公園,公司已經進行多種形式的針刺實驗,包括三根鋼針在不同位置同時刺穿刀片電池,結果和其他測試并沒有什么差別。


續航和低溫,刀片怎么解決?

「刀片電池的創新在于多方面的,其中一點就是結構。」一位業內人士評論道。

長 96 厘米、寬 9 厘米、高 1.35 厘米的單體電池,通過陣列的方式排布在一起,就像「刀片」一樣插入到電池包里面,在成組時跳過模組和梁,減少了冗余零部件后,形成類似蜂窩鋁板的結構等等——刀片電池通過一系列的結構創新,實現了電池強度的同時,電池包的安全性能大幅提升,體積利用率也提升了 50% 以上。

         重慶璧山刀片電池工廠,自動化程度已經非常高 | 比亞迪

不是每一家電池廠商都能做到把電池「拉長」。刀片電池生產方弗迪電池副總經理孫華軍說到,比亞迪從開始做電池時就持續考慮電池變長遇到的問題,比如如何解決阻耗問題,比如怎么解決快充。「我們經常和業界討論,他們認為 1 米長的電池基本上不可能。」

之所以做成刀片狀,比亞迪方面的考慮也主要和磷酸鐵鋰電池本身的特性相關。

能量密度低和低溫條件下性能差是電動汽車廠商拋棄磷酸鐵鋰電池,選擇三元鋰電池的主要理由——追逐更高的續航里程是消費者的最大痛點,也是廠商們打出差異化的關鍵所在。

因為能量密度相對較低,磷酸鐵鋰電池如果想上車,就必須通過其他方式來補足。

在有限的空間內加入更多電池是最佳方式之一。眾所周知,電動汽車的電池包由多個電芯組成的模組構成,為了讓電芯模組在車內保持穩定,需要用螺栓、橫梁、縱梁等加以固定。而刀片電池就是一個個刀片狀的電芯直接插入電池包,減少了冗余的零部件,官方稱這種排列方式是電池包體積利用率最高的方案,可將體積利用率提升 50% 左右。

         刀片電池在電池包中減少了大量冗余零部件,使得體積利用率上升 | 弗迪電池

同時,能量密度也提升到 160wh/kg,從目前公布的比亞迪漢 605 km 的續航里程來看,這個參數與搭載三元鋰電池的純電動汽車能量密度相差并不大。孫華軍還提到,刀片電池的能量密度極限是 180wh/kg,預計明后年的續航里程可以達到 700-800km。

另一個需要解決的瓶頸是低溫。在中國北方的冬天,電動汽車續航里程數字要打上折扣,這是目前所有主流電池都會遇到的問題,磷酸鐵鋰尤其嚴重。

在刀片電池上,這一情況可能得到改善。孫華軍告訴極客公園,刀片電池屬于集成度較高的電池包,從空間角度來看,電芯與外界的距離短,熱阻相應較小,因此比亞迪在刀片電池的上下部分都增加了保溫材料,電池在使用過程當中本身也會發熱。在孫華軍看來,比保溫更核心的問題是,怎樣處理電池包熱平衡的問題。

「我們做了大量工作保證每一節電池的保溫能力是均衡的,」孫華軍向極客公園表示,電池本身產生的熱量和外部加熱、散熱都有很大影響,需要做相應的平衡設計。

在低溫充電性能上,零下 10℃條件下,刀片電池與三元鋰電池充電時間并沒有太大差距,但在低溫低電量下的充電功率上,刀片電池只有三元鋰電池的一半左右。孫華軍解釋到,這種情況也遠遠高于實際使用的需求。


磷酸鐵鋰為什么變「香」了?

人們的目光重新放回到磷酸鐵鋰電池上面,不管在電池行業或新能源汽車行業中,都是一件非常有趣的事。為什么磷酸鐵鋰重新受到重視了?

首先可以確認的是,磷酸鐵鋰電池本身作為新能源汽車的核心動力輸出,沒有任何問題。在電池的選擇當中,成本、續航、安全等因素都考慮到的情況下,平均能力最突出的也許就是最合適的。

有專業人士預計,得益于磷酸鐵鋰電池的成本優勢,此次申報的國產 Model 3 成本下降或將超過 25%。對汽車廠商來說,低成本是一個巨大的誘惑。

當然,除價格以外,電池在各方面都不能存在「硬傷」。如上文提到,刀片電池在克服材料上的缺陷時做了大量工作,使得磷酸鐵鋰可以達到與三元鋰電池相差無幾的參數。磷酸鐵鋰版 Model 3 , 可能也會給行業帶來驚喜.

孫華軍提到,過去整個行業一直在推三元材料,在推某一個材料的過程中,可能會把另外一個材料講得不那么好。也許這次契機能夠讓人們真正認識到,電池技術路線沒有絕對的「贏家」。


責任編輯:于本一

題圖來源:比亞迪

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