刀片電池破除「短板效應」,徵服動力電池安全「珠峰」

2020-12-15 道哥說車

在近20年汽車工業動力電池發展的歷程中,行業經歷了鋰資源的爭奪、電池技術的較勁、電池安全的爭議等,而落到量產電動車上,電動汽車自燃起火事故則更多的與動力電池聯繫在一起,由此也引發了關於動力電池安全性的爭議。

據不完全統計,2019年,國內新能源車自然起火事故不下40起。即使是特斯拉也難逃自燃起火的「惡夢」,上海特斯拉自燃事故殃及周邊多輛汽車,有專家表示系電池短路所致。電動汽車頻頻自燃,屢屢與電池脫不了關係,這很難不讓消費者將電動汽車安全與動力電池安全劃上等號。

一個桶能裝多少水,是由最短的那個木板決定的。電動車自燃起火,暴露出動力電池技術及工藝上的諸多問題,直接對用車安全乃至生命構成極大威脅,一定程度上打擊了消費者對新能源車的購買熱情。至此,動力電池的安全性不足就成了電動汽車的「短板」。

刀片電池 動力電池的新玩主

動力電池行業經過「春秋戰國」的動蕩,已經形成三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池「楚漢相爭」的局面。磷酸鐵鋰電池不含貴重金屬,取材方便價格便宜,循環使用周期長,高溫安全性高不容易著火。三元鋰電池的優勢是能量密度高,體積小,但高溫安全性弱於磷酸鐵鋰電池。在市場的選擇過程中,能量密度更高的三元鋰電池表現出更好的續航能力,較大程度地緩解了用戶的「裡程焦慮」。而隨著搭載三元鋰電池的電動車的大量投放,各類自燃起火事件頻繁發生,再度引起人們對安全底線的重視。

全球新能源汽車領導者比亞迪作為國內最早布局動力電池的新能源汽車企業,在動力電池方面有著強大的技術儲備,最先看到了磷酸鐵鋰電池的潛力,即使市場更傾向於三元鋰電池,也依然堅持對磷酸鐵鋰電池的研發,終於憑藉對行業深刻的戰略前瞻,強大的創新能力以及深厚的技術積累,在日前交出了「刀片電池」這一答案:「搭載刀片電池的新能源汽車,將把『自燃』這個詞,從新能源車的字典中徹底抹掉。」至此,動力電池行業迎來了新玩主。刀片電池也因此引來市場的驚呼與關注,因為它的出現很可能改變動力電池行業的未來走向,引領動力電池的新一輪變革。

「刀片電池」與以往的動力電池有何異同,它是否真能兌現比亞迪放出的豪言,彌補動力電池安全性不足的短板?「刀片電池」需要用科學依據和實驗數據來說服廣大消費者。

動力電池安全「珠峰」終被徵服

為了保障動力電池的安全,行業裡針對動力電池的測試超過300多種。在眾多的測試中,針刺測試是公認為最難通過的測試,處於測試金字塔塔尖的位置,「無人出乎其右」。特別是針刺穿透測試,目前的國家標準只將其作為一種非強制性標準,不做強制要求,因為太難了,目前還沒有一款三元鋰電池能通過這項測試。久而久之,針刺測試成為擺在動力電池行業面前的「珠穆朗瑪峰」。而作為一款敢稱「超級」的磷酸鐵鋰電池,比亞迪的「刀片電池」敢於向最為嚴苛的「針刺穿透測試」發起挑戰,並成功登上動力電池「珠峰」。

通過選取三元鋰電池、磷酸鐵鋰塊狀電池、比亞迪刀片電池進行同樣的針刺測試,從測試結果可以看到,三種電池表現差異明顯,最安全可靠的是比亞迪的刀片電池,其在被鋼針穿透後無明火,無煙,電池表面的溫度僅有30-60℃左右,電池表面的雞蛋無變化,仍處於可流動的液體狀態。而三元鋰電池活性高,由於材料特性,達到分解溫度後會釋放氧氣,加速高溫作用下的連鎖「熱失控」,在經歷刺穿後,出現爆燃現象,電池表面的雞蛋被炸飛。再看磷酸鐵鋰電池在被穿刺後無明火,有煙,表面溫度達到了200℃~400℃,電池表面的雞蛋被高溫烤焦。

刀片電池如何破除動力電池「短板效應」?

同為磷酸鐵鋰材料,刀片電池在針刺測試中的表現堪稱淡定。而緣由就要從刀片電池的結構創新說起。比亞迪「刀片電池」形似刀片,在結構上採用了長條形電芯設計,這是一種「大電芯」的製造工藝。電芯最長可達2米以上,區別於磷酸鐵鋰塊狀電池的塊狀結構,是其近10倍,工藝的革新提升了單體能量密度,解決了磷酸鐵鋰電池能量密度偏低的問題。刀片電池還採用新的電池包封裝工藝,直接跳過傳統電池包電池單體到電池模組再到電池包的結構,即減去了模組及支撐件等,最大效率地利用了內部空間,提升整個電池包的系統能量密度。而封裝工藝的優化,也帶來了更高的產品穩定性和更低的故障率。單體能量密度與系統能量密度的雙雙提升,疊加的效果就是刀片電池的體積利用率提升超50%,續航裡程也達到了高能量三元鋰電池的同等水平。

此外,刀片電池還採用硬殼結構,可以通過電池單體本身提高電池組剛度,使電池組在外力作用下也不易發生形變,安全係數進一步提高。更高的產品穩定性和更低的故障率,從而為消費者帶來高安全感。

從材料和技術方向的選擇上,比亞迪刀片電池選擇了磷酸鐵鋰,這是因為磷酸鐵鋰晶體中的P-O鍵穩固,難以分解。即便在高溫或過充狀態下,也不會像鈷酸鋰一樣結構崩塌發熱或是形成強氧化性物質,擁有良好的安全性,這在實驗中得到了驗證。再通過比亞迪的技術優化,使用全方位高溫「陶瓷電池」技術保障電池安全,大大提升熱穩定性,安全進一步得到保障。

比亞迪從技術升級、結構創新、工藝優化的維度,對刀片電池的安全性能給予全面細緻的保障,不僅破除了阻礙動力電池發展的安全「短板」,還一併解決了磷酸鐵鋰電池能量密度低的問題。因此,我們甚至可以說刀片電池成為了動力電池市場的「綜合性能王者」。

技術應用 或引領行業變革

比亞迪作為一家以電池起家的企業,旗下電池種類眾多,不僅包括三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池還包括應用於手機的鈷酸鋰電池等。但是無論做哪種電池,「安全」在比亞迪內部始終都被定義為最高等級。電池材料一定程度上決定了電池的安全性極限,業內對三元鋰電池能量密度的過分追求已經觸碰到比亞迪嚴防死守的安全底線。因此比亞迪決定研發「刀片電池」,給新能源汽車行業提供更加安全的動力電池,推動新能源汽車行業的健康發展。刀片電池通過針刺測試一舉拿下「珠峰」,由此我們不得不讚賞比亞迪對動力電池安全性能的執著追求和堅定的研發創新信念。

通過針刺測試的刀片電池不僅安全可靠,還有著與三元鋰電池一較高下的優越性能。據了解,對刀片電池充滿信心的比亞迪,將在「王朝家族」的旗艦級轎車比亞迪漢EV車型上搭載應用刀片電池,其綜合工況下的續航裡程將達到605公裡,百公裡加速3.9秒,實力不容小覷。不難看出,搭載了刀片電池的比亞迪漢EV信心滿滿而來。確實,刀片電池安全有保障,性能也趕超以能量密度為傲的三元鋰電池,使用壽命長的特點在電動車量產後也能得以體現,不止是沒有短板,整體優勢也極為搶眼。

10年前英特爾推出3D電晶體,使電晶體進入22納米製程,乃至後來更小的製程,不僅扭轉了電子電晶體危機,也令以矽為主要材料的電晶體迎來新生。刀片電池的技術革新,從動力電池行業和新能源汽車發展的角度看,或不亞於當年電子電晶體危機時,英特爾推出3D電晶體對電晶體產業和電子工業的改變,從而引領動力電池行業的新一輪變革。

結語

如此看來,隨著刀片電池的發布,將搭載刀片電池的比亞迪漢EV的上市表現尤為值得期待。這款車將不僅僅是對刀片電池市場化的檢驗,驗證刀片電池的安全可靠、高性能,更是進一步鞏固比亞迪全球新能源汽車領導者地位的試金石。刀片電池被寄予的厚望遠不止於比亞迪集團董事長兼總裁王傳福所說,「引領全球動力電池重回正道」,還有望改寫動力電池的未來,引領全球動力電池安全新高度。至於結果,就讓時間告訴我們答案。

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