比亞迪刀片電池
目前動(dòng)力電池市場(chǎng)寡頭競(jìng)爭(zhēng)格局愈發(fā)明顯，無論是全球動(dòng)力電池裝機(jī)量TOP10還是動(dòng)力電池出貨量TOP10，TOP10企業(yè)在總體市場(chǎng)份額中占比都在9成左右。
與此同時(shí)，越是強(qiáng)大，責(zé)任越大，壓力也越大。2020年2月，我國(guó)動(dòng)力電池企業(yè)裝機(jī)量TOP10中，出現(xiàn)了松下和LG化學(xué)的身影，且排名分別躍升到第二和第三，而在2018年和2019年，國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池裝機(jī)量排名前10的企業(yè)中，都沒有外資企業(yè)。
面對(duì)外資電池開始發(fā)力爭(zhēng)奪市場(chǎng)份額，以及國(guó)內(nèi)其他企業(yè)的加速追趕，2020年開始，在新一輪電池爭(zhēng)霸賽中，單純的價(jià)格戰(zhàn)已難以為繼，國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池頭部企業(yè)不約而同地選擇從技術(shù)方面突圍。
動(dòng)力電池領(lǐng)域三元材料和磷酸鐵鋰兩強(qiáng)爭(zhēng)霸
近期，“刀片電池”、“零衰減電池”、“無鈷電池”、“四元電池”等電池“黑科技”紛至沓來，這些“黑科技”主要圍繞高安全、低成本、長(zhǎng)壽命、長(zhǎng)續(xù)航等展開新一輪的博弈。
“作為電池材料的發(fā)展方向高容量、高電壓平臺(tái)，穩(wěn)定的電化學(xué)性能，長(zhǎng)的循環(huán)壽命，簡(jiǎn)化的工藝低廉的成本是所有材料的追求的目標(biāo)，但要想一種材料具備以上所有優(yōu)點(diǎn)目前還沒能實(shí)現(xiàn)，所以新材料的開發(fā)研究還有較大的進(jìn)步空間。”俄羅斯圣彼得堡彼得大帝理工大學(xué)特聘教授、中俄新能源材料技術(shù)研究院院長(zhǎng)王慶生對(duì)電池網(wǎng)表示，不同材料性能存在著差異化，功能特點(diǎn)也各有長(zhǎng)短，具體采用哪種材料作為電池材料，可謂要量體裁衣對(duì)癥下藥，應(yīng)結(jié)合具體的應(yīng)用要求和市場(chǎng)需求來選擇匹配合適材料和相應(yīng)的電池體系與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，方能達(dá)到最佳性能。
在動(dòng)力電池領(lǐng)域，單從材料方面來看，“百花爭(zhēng)鳴”的潮水正慢慢退去，鈷酸鋰、錳酸鋰等動(dòng)力電池隨著時(shí)間的遞延都漸漸淡出動(dòng)力電池市場(chǎng)，動(dòng)力電池技術(shù)呈現(xiàn)三元材料和磷酸鐵鋰兩強(qiáng)爭(zhēng)霸的格局：三元鋰電池能量密度較高，低溫性能優(yōu)越，但在安全性和穩(wěn)定性上略遜一籌，多應(yīng)用于乘用車；磷酸鐵鋰電池雖然能量密度較三元鋰電池略低，但其穩(wěn)定性和長(zhǎng)壽命優(yōu)勢(shì)明顯，廣泛應(yīng)用于新能源大巴等商用車。
王慶生分析稱，目前市場(chǎng)上迫于追求高比能量和成本壓力普遍偏向采用NCM811/NCA高鎳低鈷材料作動(dòng)力電池，但高鎳材料的熱穩(wěn)定性與Li/Ni離子混排問題一直未能得到很好的解決，特別是在動(dòng)力電池上使用存在一定的安全隱患，為解決此問題高鎳三元材料必須進(jìn)行表面改性優(yōu)化材料性能，所以高鎳低鈷化目前還需要時(shí)間（要看技術(shù)進(jìn)步的速度）。
在前幾年的技術(shù)路線中，由于新能源補(bǔ)貼政策偏向高能量密度路線，以磷酸鐵鋰的偃旗息鼓而告終。但由于過分地追求能量密度，導(dǎo)致三元鋰電池在能量密度取得突破的同時(shí)，安全性能更難保障，再加上補(bǔ)貼退坡帶來的成本壓力，磷酸鐵鋰逐漸被業(yè)界重新重視。
去年底，世界IEEE電池組主席張正銘在作《全球鋰電安全現(xiàn)狀、新機(jī)理及解題方法》的專題報(bào)告時(shí)指出，在2019年各類電池起火事故中，NCM三元體系占了57%，而鐵鋰僅占10%。
此外，由于動(dòng)力電池行業(yè)“去鈷化”呼聲高漲，也帶來了磷酸鐵鋰的高調(diào)回潮。從資本市場(chǎng)的整體表現(xiàn)來看，2020年開年以來，磷酸鐵鋰電池概念崛起，鈷概念則回落。
中國(guó)社會(huì)科學(xué)院世界經(jīng)濟(jì)與政治研究所副研究員萬軍近日也表示，技術(shù)進(jìn)步大大提升了磷酸鐵鋰電池的性能。經(jīng)過多年的持續(xù)攻關(guān)，比亞迪提出的“刀片電池”和寧德時(shí)代提出的無模組CTP技術(shù)，在提升體積能量密度的同時(shí)，還能夠進(jìn)一步降低制造成本，拓展了磷酸鐵鋰電池的發(fā)展空間。技術(shù)進(jìn)步使貌似式微的磷酸鐵鋰電池又煥發(fā)了青春，一些有實(shí)力的電池企業(yè)在研發(fā)領(lǐng)域的長(zhǎng)期投資正在開花結(jié)果。
今年1月份，比亞迪董事長(zhǎng)王傳福公開宣布，將在今年3月推出全新一代的刀片電池。這款全新的動(dòng)力電池也將會(huì)和比亞迪漢EV一同發(fā)布。在搭載了全新的刀片電池之后，比亞迪漢EV的純電動(dòng)續(xù)航里程將超過600公里。
一石激起千層浪，兩個(gè)多月以來，刀片電池引發(fā)了全行業(yè)的猜想，磷酸鐵鋰“再度上位”的消息也傳得沸沸揚(yáng)揚(yáng)。
比亞迪集團(tuán)董事長(zhǎng)兼總裁王傳福
3月29日下午，比亞迪在線上主辦“刀片電池 出鞘·安天下”超級(jí)發(fā)布會(huì)，刀片電池正式亮相。
比亞迪刀片電池挑戰(zhàn)“針刺測(cè)試”
我們注意到，就在本次發(fā)布會(huì)的前兩周（3月13日），比亞迪官宣已成立了弗迪電池、弗迪動(dòng)力、弗迪視覺、弗迪模具和弗迪科技等5家弗迪公司，進(jìn)一步加快新能源汽車核心零部件的對(duì)外銷售。其中，弗迪電池有限公司于2019年5月5日注冊(cè)完成，其前身是比亞迪鋰電池有限公司，早在1998年就已成立。
弗迪公司的成立，標(biāo)志著比亞迪電池事業(yè)部獨(dú)立性增強(qiáng)，同時(shí)比亞迪將動(dòng)力電池剝離、獨(dú)立上市的可能性也在加大，更有助于其贏得整車客戶的訂單。
電池網(wǎng)從發(fā)布會(huì)上獲悉，刀片電池是比亞迪最新研發(fā)的超級(jí)磷酸鐵鋰電池，也是弗迪電池成立后發(fā)布首款電池產(chǎn)品。刀片電池不對(duì)電池材料動(dòng)刀，而是通過改變結(jié)構(gòu)來滿足高安全性的需求，將電芯做成了“刀片”形狀，在成組時(shí)可以直接跳過“模組”，直接組成電池包，完全無模組化，集成效率大幅提高。
目前，“刀片電池”已由弗迪電池全資子公司重慶弗迪鋰電池有限公司量產(chǎn)下線。重慶弗迪是一家從事鋰離子電池及配套材料的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售于一體的公司，公司為璧山項(xiàng)目鋰離子電池及配套材料生產(chǎn)項(xiàng)目總投資100億，項(xiàng)目占地面積約1500畝，總建筑面積約95萬平方米，新建生產(chǎn)車間，購(gòu)置相關(guān)設(shè)備958臺(tái)套，建設(shè)鋰離子電池生產(chǎn)線8條，項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)后形成鋰離子電池20Gwh生產(chǎn)能力，年產(chǎn)值200億元。
眾所周知，作為直面終端消費(fèi)者的產(chǎn)品，在動(dòng)力電池各種性能的考量中，安全性始終是第一位，比亞迪集團(tuán)董事長(zhǎng)兼總裁王傳福認(rèn)為，在新能源乘用車領(lǐng)域，很多企業(yè)陷入到對(duì)續(xù)航里程的攀比之中。這種攀比的壓力會(huì)轉(zhuǎn)嫁到動(dòng)力電池身上，讓行業(yè)對(duì)動(dòng)力電池的“能量密度”產(chǎn)生非理性追求，并徹底帶偏了動(dòng)力電池行業(yè)的發(fā)展路線，讓新能源乘用車的安全口碑付出了極其慘重的代價(jià)。
“真正對(duì)電動(dòng)車的發(fā)展能帶來顛覆性影響就是安全性”，王傳福表示如果電動(dòng)車不把安全做好的話，電動(dòng)車的健康發(fā)展就是一句空話。而比亞迪就是要用刀片電池捍衛(wèi)安全底線。
一直以來，在業(yè)界針對(duì)動(dòng)力電池的測(cè)試，行業(yè)及企業(yè)林林總總制定了超過300多種測(cè)試方法。而在眾多的測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，針刺實(shí)驗(yàn)是最嚴(yán)苛的測(cè)試方法。
據(jù)王慶生介紹，針刺測(cè)試是電池安全測(cè)試的一項(xiàng)嚴(yán)苛指標(biāo)，因眾多廠家檢測(cè)不能通過后被取消或淡化了，但就針刺檢測(cè)實(shí)驗(yàn)是對(duì)電池安全測(cè)試的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，通過針刺實(shí)驗(yàn)破壞模擬內(nèi)短路可以了解集流體的截面設(shè)計(jì)合理性，電池散熱結(jié)構(gòu)的合理性，電池材料匹配的合理性，以及電池體系設(shè)計(jì)的更高要求等，是對(duì)電池綜合性能高要求的檢測(cè)項(xiàng)。車輛發(fā)生碰撞，刺破電池（組）不發(fā)生著火爆炸，對(duì)動(dòng)力電池的應(yīng)用具有實(shí)際的意義。
刀片電池向針刺實(shí)驗(yàn)發(fā)起了挑戰(zhàn)
3月29日比亞迪發(fā)布會(huì)現(xiàn)場(chǎng)，官方播放的一則完整版視頻顯示，刀片電池向針刺實(shí)驗(yàn)發(fā)起了挑戰(zhàn)，分別選取當(dāng)下動(dòng)力電池市場(chǎng)裝機(jī)量最高兩種電池——三元鋰電池、傳統(tǒng)塊狀磷酸鐵鋰電池與刀片電池一起來做對(duì)比針刺實(shí)驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，同樣的測(cè)試條件下，三元鋰電池在在針刺瞬間出現(xiàn)劇烈的溫度變化，表面溫度迅速超過500℃并開始劇烈燃燒。相比之下，傳統(tǒng)塊狀磷酸鐵鋰電池的安全性要稍微好一點(diǎn)，在被針刺穿的瞬間，磷酸鐵鋰并沒有發(fā)生起火燃燒的現(xiàn)象，但是電池表面的溫度卻高達(dá)200-400℃，雖然沒有明顯的起火，但是這種高溫有可能快速引燃附近可燃物，進(jìn)而引發(fā)大火。
表現(xiàn)最為搶眼的是刀片電池，刀片電池在被刺穿的時(shí)候，并沒有任何的異常表現(xiàn)，甚至連冒煙都沒有，結(jié)構(gòu)依舊穩(wěn)定。通過溫度傳感器顯示，電池表面的溫度只有30℃-60℃，低于夏季北京地面最高70℃的溫度。
歐陽明高做客比亞迪刀片電池發(fā)布會(huì)超級(jí)直播間
中國(guó)科學(xué)院院士歐陽明高認(rèn)為，刀片電池在安全方面的優(yōu)異表現(xiàn)，主要原因是“刀片電池”的設(shè)計(jì)使得它在短路時(shí)產(chǎn)熱少、散熱快。
“刀片電池”將引領(lǐng)全球動(dòng)力電池技術(shù)路線重回正道，“把‘自燃’這個(gè)詞從新能源汽車的字典里徹底抹掉。”發(fā)布會(huì)現(xiàn)場(chǎng)，王傳福信心滿滿。
成立逾25年，以電池起家的比亞迪始終把安全放在首位，雖然在電池制造上相對(duì)有些保守，但在這樣的保守策略下，取得了驚人的成績(jī)：2003年比亞迪收購(gòu)秦川汽車，并著手研發(fā)新能源汽車；2005年比亞迪第一款磷酸鐵鋰動(dòng)力電池上市，成為國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池領(lǐng)域的老大，并一直致力于動(dòng)力電池和新能源汽車的研發(fā)；截止于2019年，比亞迪動(dòng)力電池累計(jì)裝車量超過了70萬輛，并沒有發(fā)生一起電池安全事故。
刀片電池續(xù)航里程提升超50%
對(duì)于未來動(dòng)力電池的發(fā)展趨勢(shì)，歐陽明高的預(yù)判一是進(jìn)一步在電池材料和電化學(xué)方面進(jìn)行創(chuàng)新；二是向智能化方面發(fā)展；三是在設(shè)計(jì)和產(chǎn)品工程方面進(jìn)行創(chuàng)新。他認(rèn)為刀片電池在單體的時(shí)候安全性好，在電池成組的時(shí)候也很有優(yōu)勢(shì)，在體積利用率可以最大化，提升比能量的同時(shí)，也簡(jiǎn)化了電池結(jié)構(gòu)和工藝，成本也會(huì)下降。
資料顯示，傳統(tǒng)電池包的生產(chǎn)包含將電池組裝成模組，再將組裝好的模組排布，組成電池包。其中，電池模組中，電池的空間利用率約為80%。從模組到電池包，由于要承載幾百公斤的模組重量，需要在模組之間布置許多梁來保證電池包的強(qiáng)度，使得電池模組在電池包里的空間利用率僅為50%。綜上，意味著傳統(tǒng)電池包留給電池的空間只有40%。
比亞迪“刀片電池”通過結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，將電芯拉長(zhǎng)做成了“刀片”長(zhǎng)條形狀，在成組時(shí)可以跳過“模組”，大幅提高體積利用率。與此同時(shí)，固定在邊框上的電池同時(shí)亦是結(jié)構(gòu)件，成為支撐電池包的梁，兼顧解決電池固定及強(qiáng)度的問題。
比亞迪集團(tuán)副總裁、弗迪電池董事長(zhǎng)何龍
“一提到刀片，大家可能首先想到的就是太薄，強(qiáng)度不夠，其實(shí)恰恰相反，就好像刀片沿著刀片的大面，是可以彎折的，但沿著側(cè)面彎折卻很難。傳統(tǒng)的電池包只有4-5個(gè)梁，而比亞迪刀片電池包里有超過100個(gè)電池，每個(gè)電池充當(dāng)一個(gè)梁，100個(gè)電池就是100個(gè)梁，這個(gè)強(qiáng)度大家可想而知。”比亞迪集團(tuán)副總裁、弗迪電池董事長(zhǎng)何龍表示。
據(jù)了解，相較傳統(tǒng)的方殼電芯有模組電池包，刀片電池的體積利用率提升了50%以上，體積能量密度與811三元鋰電池接近，續(xù)航里程達(dá)到了高能量密度三元鋰電池的同等水平。
“刀片電池肯定是在電芯設(shè)計(jì)上的改進(jìn)，有利于提高電池包的成組效率，提升電池包的能量密度，尤其是體積能量密度”，伊維經(jīng)濟(jì)研究院研究部總經(jīng)理吳輝對(duì)電池網(wǎng)表示，“凡是有助于提升能量密度的技術(shù)方案肯定都是有市場(chǎng)前景的。”
以首款搭載比亞迪“刀片電池”的車型，比亞迪漢EV為例，其綜合工況下的續(xù)航里程可達(dá)到605公里。王傳福還在會(huì)上透露，刀片電池只在比亞迪漢純電車型搭載應(yīng)用，其他車型暫無規(guī)劃。
比亞迪“漢”
值得注意的是，除了安全性與能量密度的提升，以及磷酸鐵鋰自帶的“無鈷”屬性，在循環(huán)壽命上，刀片電池也達(dá)到了“充放電3000次以上，行駛120萬公里”的高標(biāo)準(zhǔn)，而這些特性，正契合了王傳福對(duì)于未來汽車電動(dòng)化發(fā)展的判斷：“電動(dòng)汽車在大規(guī)模替代燃油車的過程中，高安全、長(zhǎng)續(xù)航、長(zhǎng)壽命、對(duì)稀有金屬依賴程度下降是趨勢(shì)。”
不難發(fā)現(xiàn)，比亞迪刀片電池，彌補(bǔ)了磷酸鐵鋰與三元材料在能量密度上的弱勢(shì)，強(qiáng)化磷酸鐵鋰的安全性，以期在新能源乘用車這一新能源汽車最大的增量市場(chǎng)中，通過技術(shù)創(chuàng)新徹底解決新能源車安全與續(xù)航難以兼顧痛點(diǎn)，助力磷酸鐵鋰“重新上位”，同時(shí)也為公司電池外供鋪路，贏得更大的動(dòng)力電池市場(chǎng)蛋糕。
“在產(chǎn)品和技術(shù)創(chuàng)新的道路上，所有解決用戶問題和產(chǎn)品痛點(diǎn)的創(chuàng)新都值得尊敬、喝彩！” 中關(guān)村新型電池技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟秘書長(zhǎng)于清教表示，“對(duì)于耕耘十?dāng)?shù)載動(dòng)力電池的全行業(yè)人來說，目前行業(yè)已經(jīng)到了蛻變、安全、品質(zhì)、價(jià)值的新轉(zhuǎn)折點(diǎn)，期待比亞迪不斷創(chuàng)造新的產(chǎn)品價(jià)值和用戶價(jià)值，不斷攀登迭代創(chuàng)新和技術(shù)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品和用戶價(jià)值的新高峰！”
比亞迪刀片電池
結(jié)語
比亞迪在新能源汽車領(lǐng)域取得的成就無可爭(zhēng)議：聯(lián)姻戴姆勒、牽手豐田，比亞迪的電動(dòng)化能力早已得到全球頂級(jí)同行的認(rèn)可。但是，比亞迪動(dòng)力電池外供之路，才剛剛開始邁步。刀片電池主打“安全牌”的同時(shí)，續(xù)航里程也達(dá)到了高能量密度三元鋰電池的同等水平，且有了自家的新能源車型“比亞迪漢”先試水開路，更容易獲得車企客戶及消費(fèi)者的信賴，有望重新切分動(dòng)力電池市場(chǎng)蛋糕。
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