寒光出鞘,比亚迪“刀片电池”能否上演“王者归来”?

新能源观察 2020/3/31 14:57:00 盖世大V说

“重新定义行业安全标准”、“把‘自燃’这个词从新能源汽车的字典里抹掉”……3月29日下午,比亚迪产品技术发布会上,该公司董事长王传福亲自出镜,频繁罗列高亮词汇描述这一新的电池技术。业内热议许久的比亚迪“刀片电池”,也终于“出鞘”!

“硬”补贴时代,磷酸铁锂电池的“无奈”

在汽车电池领域,比亚迪的投入可以追溯到2005年,该公司推出首款磷酸铁锂动力电池,2006年,比亚迪的第一款搭载磷酸铁锂电池的F3e电动车研发成功,此后比亚迪走上电池和整车独家供应的垂直整合路线。

在三元锂电池作为我国新能源汽车动力电池大规模使用之前,磷酸铁锂电池就已经被比亚迪广泛应用于乘用车与商用车。因为其极高的安全性和超长的循环寿命,磷酸铁锂电池在要求苛刻的商用车市场大受欢迎。

就电池本身来说:

安全性能层面,磷酸铁锂的热稳定性是目前车用锂电池中最好的。三元锂电池的热稳定性较差,对电池管理系统的要求非常高,需要防过温保护装置和电池管理系统进行保护。

使用寿命层面,磷酸铁锂电池的完全充放电循环次数大于3500次后电量才会衰减到原有的80%。三元锂电池完全充放电循环大于2000次会开始出现衰减现象。

在成本管控层面,磷酸铁锂电池也有巨大优势,它没有贵重金属(镍钴金属元素),所以在生产成本上较低。三元锂电池使用了镍钴锰多种材料,并且高镍电池的生产需要比较严格的工艺环境,目前成本比较高。

可以说,磷酸铁锂电池与三元锂电池相比,综合优势的确不小,但为何近年来,三元锂电池能把磷酸铁锂电池的忠实拥趸——比亚迪,逼到只好“两条腿走路”的地步呢?

是因为磷酸铁锂电池有一个致命的硬伤—能量密度,受制于化学特性,磷酸铁锂电池的电压平台低,磷酸铁锂电池的能量密度大概在140Wh/kg左右。而三元锂电池电压高,能量密度基本为240Wh/kg。也就是说,在相同电池重量下,三元锂的能量密度是磷酸铁锂材料能量密度的1.7倍。

而在我国17-18年的新能源补贴政策中,规定纯电汽车的续航里程在100-150公里之间将不给予补贴,150-200公里之间补贴1.5万元,200-250公里之间补贴2.4万元,250-300公里之间补贴3.4万元,300-400公里之间补贴4.5万元,而续航里程为400公里以上补贴达5万元。补贴不仅对续航里程做出了硬性要求,对于纯电汽车的动力电池密度也制定规定。根据要求,纯电汽车的动力电池密度指标只有超过90Wh/kg才能给予补贴,超过120Wh/kg补贴则更进一步,能够享受到1.1倍政策补贴。因此,续航里程较低,能量密度未能有大幅提升的磷酸铁锂电池,只能逐步淡出了乘用车市场。

突破技术瓶颈,安全、长续航它都要?

在新能源汽车政策的引导下,电池的高能量密度的诱惑越来越大,三元锂电池从532到622甚至到现在的811,镍的比例持续上升,锰的占比持续下降,安全性能越来越差也是理所当然的。过分的追求能量密度而忽视安全稳定性,最终导致2019年出现多起新能源汽车自燃或者着火的事件。

而比亚迪的“刀片电池”,在磷酸铁锂电池高安全性的基础之上,又进一步的进行了技术提升,在发布会当天,比亚迪播放了一段对比三种电池针刺实验的视频,在同样的测试条件下,三元锂电池在针刺瞬间出现剧烈的温度变化,表面温度迅速超过500℃,并发生极端的热失控——剧烈燃烧现象,电池表面的鸡蛋被炸飞。

传统块状磷酸铁锂电池在被穿刺后无明火,有烟,表面温度达到了200℃~400℃,电池表面的鸡蛋被高温烤焦;比亚迪“刀片电池”在穿透后无明火,无烟,电池表面的温度仅有30-60℃左右,电池表面的鸡蛋无变化,仍处于可流动的液体状态。

对于比亚迪刀片电池在针刺实验中的表现,中国科学院院士欧阳明高分析指出刀片电池的设计使得它在短路时产热少、散热快,评价刀片电池的表现“非常优异”。

安全只是“锦上添花”,磷酸铁锂电池真的想要“自救”,首先就要从能量密度层面下手。比亚迪“刀片电池”通过结构创新,在成组时可以跳过“模组”,大幅提高了体积利用率,在同样的空间内装入更多电芯。相较传统的有模组电池包,“刀片电池”的体积利用率提升了50%以上,比亚迪磷酸铁锂电池的重量比能量密度可达到180Wh/kg,续航里程已经达到了高能量三元锂电池的同等水平。我们需要注意到的一点是,电池能量密度是由两个维度来定义的。一个是重量比能量密度(也就是工信部所采用的维度),另一个是体积比能量密度。虽然比亚迪的刀片电池重量比能量密度只提升了9%,但是体积比能量密度可以提升50%。这是最大的提升所在。

不难看出,基于刀片电池的确打破了磷酸铁锂电池原有的技术瓶颈,在能量密度上能够与现在市面上主流的三元电池相匹敌,但还有一点更值得关注,那就是,磷酸铁锂电芯本身成本就更低。

后补贴时代,磷酸铁锂电池能否“王者归来”?

随着比亚迪磷酸铁锂“刀片电池”的3月量产和特斯拉对“无钴电池将用于国产Model 3车型”的表态,近期资本市场出现两极分化。尽管特斯拉之后又称“无钴不一定是磷酸铁锂”,但曾经被三元锂电池吊打的磷酸铁锂电池,的确正在发动全面反击。

2019年,地方补贴也取消,导致单车平均补贴降幅高达70%,新能源汽车销量下滑,无论是站在主机厂角度的比亚迪与特斯拉,还是站在动力电池厂商角度的比亚迪与宁德时代,降低成本已经成为了他们共同的关键词,在当下这个没有硝烟的新能源战场,谁能在提升产品力的同时更快地做到成本的下降,无疑谁就将掌握更多的话语权。

但就在今年,车企对磷酸铁锂电池,有了全新的认知——磷酸铁锂电池较三元电池节约成本,且对性能影响不大。如插电混动车型本身带电量15度左右,电池重量120公斤,从三元换回铁锂,同等容量下,电池增重仅10公斤,续航里程影响5公里左右,但成本下降3000元。比亚迪方面表示,“刀片电池”的推出使得比亚迪在动力电池的成本方面预估能下降30%,以电池成本下降带动整车成本下降,也就是说,刀片电池可以在能量密度比肩三元锂电池的基础之上,继承了磷酸铁锂电池安全性高、稳定性好、寿命长还便宜的优势。

早在2015-2016年,磷酸铁锂电池的市场占有率高达70%左右。但随着国家新能源汽车补贴逐渐向高能量密度和高续航里程产品倾斜,磷酸铁锂电池的市场占比逐渐下滑。2017年、2018年两个年度,磷酸铁锂市场份额分别降至45%和39%。

今年以来,磷酸铁锂电池市场再次出现回暖迹象,从当前来看,两种电池的产量平分秋色。数据显示,1-2月,我国动力电池产量累计1.7GWh。其中三元电池产量累计0.8GWh,占总产量47.9%;磷酸铁锂电池产量累计0.9GWh,占总产量51.6%。

但类似于刀片电池的技术,并不是比亚迪所独有,不久前,宁德时代推出了全新的CTP方案(Cell To Pack),以改变原有的电芯-模组-电池包结构。据了解,相比于传统电池包,CTP可以使空间利用率提高15%-20%,零件数量减少40%,能量密度提升10%-15%,而特斯拉要推出的无钴电池,及其子公司Maxwell的干电极和超级电容,将会是特斯拉自建电池技术方向,由此看来,随着各大厂家的竞相发力,磷酸铁锂电池势必将会重新夺回原本“属于自己”的市场。

总体来说,这对于每一点能量密度上升、成本下降都不容易的动力电池领域来说,比亚迪、宁德时代等头部企业均选择精简结构设计来降低动力电池的系统成本,这也标志着这条降本道路已经进入了“深水区”,实践证明,那些拥有深厚技术积淀、对动力电池研究深入的龙头企业,将在这一轮降本增效中持续扩大领先优势。而磷酸铁锂电池,也势必会在这一波降本大潮中,实现“王者归来”。

来源:盖世汽车大V说 作者:新能源观察 *本文由盖世汽车大V说专栏作者撰写发布。专栏作者为本文的真实合法性和中立性负责,观点仅代表个人,不代表盖世汽车。如需转载请联系专栏作者。

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