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刀片電池怎么誕生，“針刺實驗”爭論過后，動力電池改何去何從
近期一段時間內，一場動力電池“針刺試驗”讓比亞迪和寧德年代這兩家頭部動力電池公司進行了屢次隔空對壘。我們重視的焦點也再一次回到了新能源轎車產業(yè)中避不開的磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池的道路紛爭。
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盡管這場爭辯因針刺試驗而起，但在這背面，怎么去前進動力電池安全才應是整個業(yè)界研討、溝通的真實價值所在。
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動力電池的紛爭? ?
依據《中國轎車產業(yè)開展陳述（2018）》中，將新能源轎車產業(yè)鏈劃分為四大板塊，其間產業(yè)鏈中上游資料的電池是由“正極”、“負極”、“隔閡”、“電解液”構成，在要害部件一欄中，儲能則為“動力電池管理系統(tǒng)”。
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現(xiàn)在，在方針和商場的引導下，國內企業(yè)在磷酸鐵鋰、錳酸鋰、三元資料前驅體、石墨負極資料、鈦酸鋰負極資料、電解液、PP/PE隔閡等動力電池要害資料方面，現(xiàn)已根本完成國產化。國內頭部企業(yè)現(xiàn)已近乎徹底把握了化學電池的全產業(yè)鏈布局。
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其間運用最為廣泛的化學電池技能中，由于動力電池功能指標需求滿意儲能密度、循環(huán)壽命、充電速度、抗凹凸溫和安全性五個維度，一起還要滿意制作本錢等，磷酸鐵鋰和三元鋰電脫穎而出，別離成為客車和乘用車商場的絕對主力。不過，由此也拉開了磷酸鐵鋰和三元鋰電的“紛爭”。
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在功能特性方面，磷酸鐵鋰和三元鋰電并沒有真實意義上差異，也是平分秋毫。
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首要，在能量密度上，三元鋰電的標稱電壓范圍為3.6~4.3V，相較于磷酸鐵鋰3.2-3.3V較高。而且，三元鋰電能量密度現(xiàn)已打破300WH/kg，而磷酸鐵鋰電池仍較難打破200WH/kg大關。
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其次，在運用環(huán)境方面，三元鋰電池低溫限值為-30°，比較磷酸鐵鋰電池-20°更有優(yōu)勢，一起在相同低溫條件下，三元鋰電池冬天衰減不到15%，顯著高于磷酸鐵鋰電池衰減高達30%以上，愈加契合我國電動轎車用戶的運用環(huán)境?？墒牵姿徼F鋰電池的熱失控溫度遍及在500°以上，這遠比三元鋰電池低于300°的參數(shù)，更為安全。
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在循環(huán)次數(shù)和制作本錢之間，數(shù)據顯現(xiàn)，磷酸鐵鋰電池充放電循環(huán)次數(shù)大于3500次后才會開端衰減，而三元鋰電池充放電循環(huán)次數(shù)則僅為2000次。一起，由于磷酸鐵鋰電池出產制作并不觸及寶貴金屬，其出產本錢較低，反觀三元鋰電池則由于選用鈷金屬，其資料價格一向高企。
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簡而言之，三元鋰電平等單位體積的能量密度比磷酸鐵鋰電池更高，且耐低溫（寒冷區(qū)域續(xù)航路程更長）；磷酸鐵鋰則耐高溫（安全性更好）、循環(huán)壽命長、制作本錢低，兩者各有優(yōu)缺點，因此運用領域也有所不同。
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單單羅列完兩種電池技能途徑的各項參數(shù)仍是不行的，究竟動力電池企業(yè)終究是要將電池組搭載在新能源轎車上，安全性在轎車這一消費品品類就尤為重要。
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“針刺試驗”究竟刺什么? ?
讓我們回到早前比亞迪和寧德年代的對壘論題之上。3月份比亞迪發(fā)布了一段磷磷酸鐵鋰“刀片電池”經過素有電池安全“珠穆朗瑪峰”之稱的針刺試驗的視頻，驗證其在極點狀況下電池的安全功能。
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但寧德年代卻認為這是在“亂用”針刺試驗。隨后，因網友“小魚鋰電”對從商場收購寧德年代NCM811和NCM523兩款電池自行進行針刺試驗均呈現(xiàn)起火焚燒狀況，而不得不也進行了相應針刺試驗。
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不過，第一次試驗寧德年代針對整個電池包進行，直接導致鋼針崩斷。第二次試驗顯現(xiàn)，針對NCM523和NCM811電池電芯進行針刺，畫面顯現(xiàn)沒有呈現(xiàn)冒煙起火等現(xiàn)象。
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依據美國國家公路交通安全管理局（NHTSA）查詢顯現(xiàn)，在自燃率方面，電動車比燃油車呈現(xiàn)的理論幾率更低。不過跟著全球轎車產業(yè)電動化趨勢，新近一批次的電動轎車卻頻頻呈現(xiàn)了自燃事端，例如前兩年頻頻曝出的電動轎車高速充溢后的自燃事端，其間不乏特斯拉、蔚來等知名車企。
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大都自燃事端的原因就在于，電池內部化學反應的產熱速率遠高于散熱速率，大量熱量在電池內部積累導致電池溫度急速上升，終究引起電池起火或爆破。
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而動力電池針刺試驗則是被稱為電池試驗界的“珠穆朗瑪峰”。針刺試驗要求將測驗電池為滿電狀況，用直徑為5-8mm的耐高溫鋼針，從垂直于電池極板正上方的進行貫穿，貫穿點位于貫穿面的幾何中心，當鋼針穿透電池后，工程師經過各項指標觀察電池1小時。如果所測電池沒有發(fā)作起火或爆破則契合試驗的要求。
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依據2015版別的強制性國標《電動轎車用鋰離子動力蓄電池安全要求》（GB/T31485-201）顯現(xiàn)，國標就模組級別安全試驗、電芯針刺試驗、電芯下跌試驗、電芯低氣壓試驗、電芯海水浸泡試驗、電池包下跌試驗以及電池包翻轉試驗。
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而在2019年1月，工信部發(fā)布的3項強制標準征求意見稿的通知，其間一項是關于GB《電動轎車用鋰離子動力蓄電池安全要求》。意見稿中GB單體電池的要求，過放、過充、短路、加熱、溫度循環(huán)、擠壓，一共五項安全測驗，跟GB/T31485-2015的10項測驗要求比較，削減了4項。其間，單體電池的針刺要求也在GB里邊取消了。也便是說企業(yè)可以自行挑選針刺試驗，并不作為強制性試驗項目。
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“刀片電池”針刺試驗過程為了向外界進一步證明試驗的真實性，界面新聞記者近來在比亞迪弗迪重慶工廠現(xiàn)場觀看了針刺試驗全過程。和早前的試驗成果相同，三元鋰電池在針刺瞬間，電池包內部呈現(xiàn)劇烈的溫度改變，外表溫度敏捷攀升至500℃，并發(fā)作極點的電池熱失控，導致劇烈冒煙焚燒現(xiàn)象。隨后進行的比亞迪“刀片電池”在穿刺后無明火，無冒煙，電池外表的溫度在30-60℃左右。在靜置一段時間之后也未有顯著冒煙爆燃現(xiàn)象發(fā)作。
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對此，比亞迪轎車出售公司副總經理李云飛早前在微博上發(fā)文表明，針刺試驗的意圖便是為了讓電池內部發(fā)作短路，以便在這種狀況下看電池的熱安全性。
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“刀片電池”怎么誕生的？??
實際上，“刀片電池”是一種選用全新結構的“超級磷酸鐵鋰電池”。界面新聞記者查閱專利局資料后發(fā)現(xiàn)，“刀片電池”是將磷酸鐵鋰電芯長度陣列式排封裝在600mm ≤ 第一尺度 ≤ 2500mm 的電池包中，經過陣列式排布的大電芯，經過陣列的方法排布在一起，就像“刀片”相同堆疊在電池包里邊。這種結構性規(guī)劃方案不僅可以有效前進動力電池包的空間利用率，添加同一單位體積中的能量密度；而且還能保證電池內部的熱擴散功能，然后到達安全的意圖。
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據比亞迪官方介紹，對比傳統(tǒng)的磷酸鐵鋰電池，“刀片電池”的最主要的升級便是將電芯內部完成無模組規(guī)劃，電芯直接集成為電池包（即CTP技能），然后大幅前進集成效率。
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“刀片電池”經過結構創(chuàng)新，在成組時可以越過“模組”，大幅前進了體積利用率，終究達成在相同的空間內裝入更多電芯的規(guī)劃目標。相較傳統(tǒng)的有模電池包，“刀片電池”的分量比能量密度可到達180Wh/kg，比較此前有模電池組前進大約9%，電池在平等體積下能量密度上比傳統(tǒng)鐵電池前進了約50%，而搭載了刀片電池的純電動轎車續(xù)航體現(xiàn)可以到達約600公里，本錢還能下降約30%。
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對此，弗迪電池公司副總經理孫華軍表明：“由于刀片電池可以大大削減三元鋰電池因電池安全和強度不行而添加的結構件，然后削減車輛的分量，所以我們的單體能量密度盡管沒有比三元鋰高，可是可以到達干流三元鋰電池平等的續(xù)航才能?！?/div>
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在功能方面，孫華軍稱：“刀片電池33分鐘可將電量從10%充到80%、支撐漢3.9秒百公里加快、循環(huán)充放電3000次以上可行駛120萬公里，以及超出業(yè)內幻想的低溫功能等數(shù)據體現(xiàn)，也奠定了其全方位碾壓三元鋰電池的‘超級優(yōu)勢’?！?/div>
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在重慶璧山區(qū)的弗迪電池工廠內，孫華軍在介紹“刀片電池”出產工藝時表明，出產刀片電池最大的難點和亮點，主要會集在“八大工藝”。首要將近1米長的極片，必須完成公差操控在±0.3mm以內、單片疊片效率在0.3s/pcs的精度和速度。這種疊片選用的是比亞迪徹底獨立自主開發(fā)的設備和裁切方案，現(xiàn)在是全球創(chuàng)始。
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之外，刀片電池出產過程中的配料、涂布、輥壓、檢測等其他工藝也需求到達國際頂尖水平。例如，配料系統(tǒng)的精度在0.2%以內；雙面一起涂布，涂布最大寬度達1300mm、單位面積涂敷分量偏差小于1%；1200mm超大幅寬的輥壓速度可達120m/min，厚度操控2μm以內，保證寬尺度極片厚度的一致性……
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除此以外，弗迪工廠內部遍及出產車間、工序、條線的高精度傳感器，數(shù)以百計的機器人，以及契合IATF16949&VDA6.3操控標準的品控系統(tǒng)等等，使得廠房設備硬件完成高度自動化，設備與設備之間的信息化，操控層面的智能化都是比亞迪對于“刀片電池”的投入。
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動力電池商場格局? ?
事實上，無論是磷酸鐵鋰或仍是三元鋰電池本質上并非絕對意義上的天然敵對關系，而是有著各自優(yōu)缺點的兩種不同技能道路產品。早期而言，由于磷酸鐵鋰電池在續(xù)航路程等方面體現(xiàn)不如三元鋰電池，在乘用車商場中三元鋰電池裝車量占有主導地位。
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跟著“刀片電池”在各項功能上與三元鋰電池相差無幾，未來磷酸鐵鋰電池在乘用車商場中的占比得到進一步前進將是大概率事情。
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6月9日，據Automotive News Europe援引知情人士音訊稱，比亞迪和捷豹路虎正在洽談動力電池協(xié)作計劃，一旦兩邊達成協(xié)作，比亞迪將在英國建立首個歐洲電池出產中心。一起，該名音訊人士還表明，作為協(xié)作計劃的一部分，兩邊也在考察是否要在電驅動技能開發(fā)方面開展協(xié)作。
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這也是繼福特、豐田之后，又一家國外轎車品牌挑選比亞迪在動力電池方面展開協(xié)作。
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此外，在工信部發(fā)布的最新一批新車申請目錄中顯現(xiàn)，國產特斯拉Model3接下來也將開端裝配磷酸鐵鋰電池。
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不過，寧德年代也沒停歇腳步。其在6月10日宣布，將推出新型長壽命電池。該款電池選用自修正長壽命技能，可完成16年超長壽命或200萬公里行駛路程，本錢較現(xiàn)有電池添加不到10%。
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從商場視點而言，有競賽才有前進，無論是磷酸鐵鋰或仍是三元鋰電池眼下均還不具有互相革對方命的基礎。而是根據各自優(yōu)勢擁有各自細分商場，而商場格局則仍舊將以兩種技能道路并存的現(xiàn)狀延續(xù)下去。
