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比亚迪刀片电池解析 三元电池变得不香了?

第一电动王峥

要说最近比较火的新能源车,还没上市的比亚迪汉绝对算一个。第一电动也第一时间做了比亚迪汉的静态解析,传送门>>>比亚迪汉静态解析。想了解第一电动针对比亚迪汉的调查研究,可以点此进入链接>>>一电调查之比亚迪汉。今天我们要聊的呢,是比亚迪汉首创的刀片电池技术,这绝对是它最大的亮点之一了。

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为了刀片电池,3月29日比亚迪专门召开了名为“刀片电池出鞘·安天下”的线上发布会,王传福更是亲自坐镇,可见其重视程度。据官方称,这是一款凝结了比亚迪在动力电池领域近二十年研发和应用经验,集成比亚迪从电池原材料制取到动力电池包制造全产业链优势的明星产品。

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发布会的内容很紧凑,但核心是发布了三种不同动力电池的针刺试验结果。实验用三根钢针对三种充满电的动力电池进行穿刺实验,结果是三元锂电池瞬间剧烈燃烧,表面温度超过500℃;传统的块状磷酸铁锂电池在经过短暂的反应时间后,也产生了浓烟,虽没产生明火,但表面温度也升高至200℃-400℃;而比亚迪最新研发的刀片电池,几乎没有任何反应,表面温度测试后在30℃-60℃。

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这个实验告诉我们,刀片电池的核心竞争力是什么?安全。刀片电池只是通过它的形状取得名字,它的本质依旧是磷酸铁锂电池,相比于三元锂电池,磷酸铁锂材电池的热失控发生在800摄氏度左右,三元电池的热失控温度在200摄氏度。刀片电池呢,使得原本就在安全性上就比三元锂电池更出色的磷酸铁锂电池,通过结构的改变,增加了散热面积,短路之后回路更长,不易聚集热量,让安全性又进一步提升。但磷酸铁锂也相应有短板,就是能量密度低。所以一般磷酸铁锂都用在不缺空间的商用车上,比如纯电大巴。这里插一句题外话,比亚迪纯电大巴和特种作业车辆远销世界各地,至今一直保持了0电池事故。这也侧面说明了磷酸铁锂材料电池的稳定性。

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(NCM为三元电池 LFP为磷酸铁锂电池)

磷酸铁锂电池更安全,在新能源领域可以说人尽皆知。但我们看上图,为外媒的电池装配量预测图,三元电池(该图示为镍钴锰三元电池)的装配量和增长量都要碾压磷酸铁锂电池。究其原因,还是因为它的短板:能量密度低。现在大家都更关注续航里程,所以三元电池成为了市场的主流。

比亚迪怎么解决能量密度低的问题?

问题来了,比亚迪汉的NEDC工况续航里程可是超过了600km,说好的能量密度低呢?这一点不像能量密度低的样子啊?这要说到刀片电池的另一个优势了:高度集成化

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刀片电池

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之前的纯电动车,大多都是电芯组成模组,模组再集成为电池包。比亚迪将电芯直接组成电池包(Cell to Pack),没有了模组,进一步增加集成化。此外,由于刀片电池形状的特殊性和材料的稳定性,密集排布的刀片电池可以充当简单的结构件,进一步提升空间利用率。得益于这两项技术,刀片电池的空间利用率由原来传统电池的40%提升到60%。简单来说,就是能量密度不够,我们通过塞入更多电池来凑。

为什么不做一整块大电池?那不就更省空间了?

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我们可以看到,三元锂电池的单体都做的比较小,这也是因为热失控特性比较明显的原因。

相较三元锂电池,磷酸铁锂电池由于几乎无热失控的特性(热失控温度超过800度),电池材料特性也相对安全,所以能做大尺寸的电芯。但这里的大是相对的,电芯不可能做的毫无顾忌的大。主要有三个原因:

1、由于电流叠加原理,锂电池极耳附近是电流叠加的汇集点,这会使大单体电池级板的各处电流密度不均匀,进而局部温度过高。

2、电池在工作中,中心位置的温度是很高的,电池体积越大,由内到外的温度梯度就越大,内外温差越大,因此根据热力学第二定律,外部电池温度相同的情况下,大容量电池的内部中心温度会很高。

3、电池内的化学物质反应发生变化会导致体积变化,电池体积越大,极板变形就越厉害,引起电流的不均匀变化。

未来是三元还是磷酸铁锂的天下?

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NCM能量密度的不断提高,材料的热稳定性会越来越差

就目前来看,人们追求高续航的脚步短时间内不会停歇,这也就意味着三元锂电池在很长时间内,或许仍然是众多新能源车型的首选。而且就近年来的趋势可以看出,高镍三元材料由于在比能量上有更大的优势,成为了更多厂商追逐的对象。从333、532,到622,再到811(镍、钴、锰三者的比例),三元材料高镍进程“根本停不下来”。但随着NCM能量密度的不断提高,材料的热稳定性会越来越差,从上面的图例就可以看出。在我们追逐高比能量的同时,安全性也不容忽视。据专家介绍,三元高镍材料的安全性或许可以通过材料改性、表面包覆和调整电解液等方式来解决。我们也期待三元电池领域能有刀片电池这种创新型电池的出现。

总结:人们对续航里程的追求是永无止境的,也正是因为这一刚性需求,安全性没那么牢靠(只是相对磷酸铁锂而言)的三元锂电池,成为了毫无争议的主流。但刀片电池的出现,似乎刷新了人们的认知。一个兼顾续航里程和安全性的电池,让现阶段的香饽饽三元锂电池黯然失色。当然了,我们很乐于看到电池行业能有这般创新的想法,同时也期待真正革命的到来。比如无钴电池和固态电池,或许在不远的未来等着我们呢。

写在最后:现在网上也有不少言论,对比亚迪刀片电池能否实现续航里程的大幅提升存在质疑,后续第一电动也会对汉进行实际的续航测试,如果您在北京,有兴趣见证测试,可以加我们同事的微信:jutta0602。

来源:第一电动网

作者:王峥

本文地址:https://www.d1ev.com/carnews/xinche/115493

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