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10个问题带你看懂比亚迪的“刀片电池”

实验室资讯网时间:2021-04-08 点击: 百度搜索 | 必应搜索 | 搜狗搜索

【导读】刀片电池,什么东西?长得像刀片吗? 如果你对此还不是很了解,不要急。 上周我刚从比亚迪刀片电池重庆工厂参观回来,目睹了刀片电池的整个生产过程和全球最严苛的电池针刺试验。 下面我尝试用最直白的10个小问题,和大家说明白刀片电池到底是怎么回事。 1、刀片电池长什么样? 所谓刀片电池,如你所想,确实和名字一样,因和其......
TAG标签: 比亚迪 刀片电池

“刀片电池”,什么东西?长得像“刀片”吗?

如果你对此还不是很了解,不要急。

上周我刚从比亚迪刀片电池重庆工厂参观回来,目睹了刀片电池的整个生产过程和全球最严苛的电池针刺试验。

10个问题带你看懂比亚迪的“刀片电池”

下面我尝试用最直白的10个小问题,和大家说明白刀片电池到底是怎么回事。

1、刀片电池长什么样?

所谓“刀片电池”,如你所想,确实和名字一样,因和其他电池的造型截然不同、长得又长又薄、像刀片而得名。

10个问题带你看懂比亚迪的“刀片电池”

我握在手里就像拿着一片大刀片一样,长度96cm,宽度9cm,厚度1.35cm,重量在2kg左右。和传统方方正正的电池对比来看,差异非常明显。

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不过在电池材料方面,刀片电池并没有革命性创新,本质上还是磷酸铁锂电池。

2、主流电动汽车的电池都是什么材料?

说到磷酸铁锂,特意先说下材料问题作为大家需要了解的背景知识。

行业内对电池的命名规则,通常是用正极材料来给电池命名,而负极一般都是石墨。

根据正极材料应用的不同,现在主流电动汽车的电池主要有两种:磷酸铁锂电池(LFP)和三元锂电池(NCM和NCA)。

从主销电动车的电池应用比例来看,三元锂目前的应用非常广泛。

而且彭博新能源财经也预测未来三元锂会大幅超过磷酸铁锂成为主流。

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三元锂电池相信大家耳熟能详,从名字来看,就是有三种元素的锂电池。而主流的三元锂又有两种形式——镍钴锰(NCM)和镍钴铝(NCA)。

如果你听过别人说什么“811”电池,说的就是镍钴锰(NCM)电池三种元素的比例,即镍:钴:锰的比例8:1:1。

镍钴铝(NCA)利于实现更高的能量密度,但是制作工艺要求高、成本高,还有一定技术壁垒,在我国量产较少,应用也不多。

磷酸铁锂电池(LFP)相比于这两种三元锂电池,具有安全性好、寿命长等优势。当然也有劣势,低温性能差、能量密度低。

搭载磷酸铁锂电池远销世界的比亚迪纯电动大巴,至今保持0电池事故,就很好地体现了磷酸铁锂电池的特性——能量密度低,所以用在不差空间的商用车上,0电池事故也说明了安全性好。

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也就是说,从电池材料来看,三元锂电池和磷酸铁锂电池,咱不能绝对地去说谁好谁坏,都有各自优劣势、都有不同的适合自己需求的应用场景。

3、刀片电池为什么关注度高?

从2020年年初电动汽车百人会上,比亚迪董事长王传福透露刀片电池将量产的消息,到3月29日的刀片电池线上发布会,刀片电池一直是舆论讨论的焦点。

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3月29日的这场发布会上,比亚迪高层传递出的两个声音更是令人印象深刻:

“把‘自燃’从新能源汽车的字典里抹去”

“几乎你能想到的所有汽车品牌,都在和我们探讨基于刀片电池技术的合作方案”

之所以有这样的底气说这样的话,和刀片电池通过创新工艺,在保留磷酸铁锂高稳定性、高安全性的优势同时,能量密度进一步提升等等方面都有密切关系。

而把三元锂扎出花、刀片电池几乎安然无事的针刺穿透实验,更是把这波舆论推到了风口浪尖。

4、针刺试验是怎么回事?

针刺实验,简单来说就是用一根钢针刺穿电池板,来测试强制破坏电池内部结构、触发内部短路、进而引发热失控之后的电池反应。在全球范围内,都是电池安全性测试方面最难通过、最严苛的一种实验。

在我国的国家标准GB/T 31485-2015《电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》中,在针刺贯穿后1小时内,不爆燃、不起火的电池,才算通过测试。

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也因为针刺测试过于严苛、难以通过,自2017年开始,针刺测试不再作为电池安全测试的强制标准。而在新国标中,针刺实验甚至直接被拿下。

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某种程度上,针刺实验可以说有点极端,但其实跟我们日常生活用车很紧密。

比如因生产工艺缺陷、电池过充过放,有可能导致内短路、引发热失控;

比如相邻车辆起火等外部热源的炙烤下,也有可能电池内短路、引发热失控;

比如万一托底、碰撞,电池包受挤压发生变形,有可能伤及电芯,进而导致内短路,引发热失控……

所以测试标准高,绝不是坏事儿。

5、三元锂爆炸,而刀片电池安然无事?

目睹整个实验过程,还是非常震撼的。

实验现场摆着两种电池,一种是三元锂电池,一种是比亚迪的刀片电池。

在测试开始前,先测量了两种电池的电压。现场的三元锂电池电压是4.16V,刀片电池3.42V。

 

做好实验准备之后,先是三元锂电池“上战场”。

直径为5mm的钢针,以25±5 mm/s的速度,从垂直于电池的方向,贯穿电池的几何中心。

在针刺瞬间,三元锂电池表面温度迅速超过500℃,并立刻发生剧烈燃烧,冒起熊熊火焰……

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而刀片电池上场时,除了能看见钢针穿透电池,肉眼几乎看不到任何其他变化。无明火、无烟,电压和温度变化也很小,完全没有三元锂“一刺穿,就爆燃”那么夸张。

 

↑ 红色为电压变化曲线,黄色为针穿点温度曲线,绿色为电池安全阀温度曲线

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↑ 电压变化最小到3.34V,变化幅度不足0.1V,针刺点温度变化1.1℃,电池安全阀最高也才32.9℃

刀片电池为啥会有这样的表现?主要还是得益于它独特的结构。电极极板层数少,钢针穿透的极板数量少,触发内部短路的发热也少。再加上长而薄的设计,散热性能更好,也就不会有那么剧烈的反应了。

6、刀片电池有哪些显著优势?

这一部分是重点,不管是很高的关注度、还是令人震撼的针刺实验表现,这些都是因为刀片电池有一些显著优势,可以简单概况为3点:

> 刀片结构灵活,适合不同车型

每一片刀片电池的单体,都有很强的灵活性。我们本文看到的这块长度是1m左右,其实它的长度是可以自由定制的。

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按比亚迪申报的专利(CN 110165116 B)来看,刀片电池单体的长度可由0.6m拓展到2.5m。这意味着可以根据不同尺寸的车型,专门定制不同尺寸的刀片电池,适用性会非常广。

> 排布方式独特,大幅提高电池包空间利用率

一般的电池排布都是电芯→模组→电池包,而比亚迪通过CTP技术(Cell to Pack,翻译过来是“电芯”到“包”),直接取消了模组这一步,实现电芯→电池包。

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每一片刀片电池既相当于电芯,也相当于结构件,多片电池层叠使用来保证电池包的足够强度。“一根筷子轻轻被折断,十双筷子牢牢抱成团”,就是这个道理。

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↑传统布局方式,体积利用率低

但强度只是一方面,更重要的是,电池内部本身电芯就是用“叠片工艺”把一片片极片叠压而成,已经充分提高了空间利用率。

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而外部造型很规则的电池,又一片一片阵列排布,加上省掉模组结构,整体带来了电池包空间利用率的大幅提升。举个例子,大家可以想象一下,同样的一个箱子,装满可乐瓶和装满书,谁更浪费空间?谁的空间利用率更高?

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官方公布数据显示,相比于传统电池包,刀片电池组成的电池包零件数量减少40%,体积利用率提高50%。传统电池包空间利用率也就约40%,而搭载刀片电池的电池包空间利用率约60%。这又意味着什么?很明显,电池包能量密度提升,利于带来更长的续航里程。

> 续航/性能和三元锂差不多,但更稳定安全、寿命更长

刀片电池因为独特的造型和结构布局,大幅提高了空间利用率和能量密度,续航和整体性能其实都不逊于三元锂电池。

而在安全性方面,磷酸铁锂的材料相比于三元锂本身就占有先天优势,再加上独特的造型也能带来更好的散热/预热性能,都进一步保证了安全(针刺实验已经可见一斑)。另外,磷酸铁锂材料可以实现更多次数的充放电循环,寿命也更长。

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↑ 镍钴锰(NCM)启动温度远远低于磷酸铁锂(LFP),更容易发生分解且分解速度快,而且分解时还会产生氧。

7、刀片电池如何解决磷酸铁锂低温差、能量密度低的劣势?

传统意义来说,磷酸铁锂给人留下了低温性能不太好的印象。

从官方介绍来看,刀片电池采用全新的热管理系统,内置保温材料、保温棉,以实现低温和高温时都达到最佳状态。不过具体搭载刀片电池的实际表现如何,还望后续为大家实际测试。

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能量密度方面,如前面所说,虽然磷酸铁锂材料上不具有能量密度优势,但通过创新结构来提高空间利用率,进而增加整体的能量密度,也算一种讨巧的方式。

8、三元锂可以做成刀片电池吗?

可以的,这个问题我还特意请教了刀片电池工厂的专家。

所谓刀片电池更多是来自结构、布局方式上的创新,而非电池材料的创新。但是如果用三元材料来做刀片电池,出于特殊的安全性防护和空间占用的考虑,可能需要更多的成本。

当然如果有一天需要更长的续航,比如做到1000km的续航,造刀片三元锂也不是不可能。

9、什么车上会应用刀片电池?

全球首款搭载刀片电池的车型是比亚迪汉EV。

它是比亚迪品牌旗下旗舰车型,定位中大型轿车。续航里程达到605km,已经达到高能量三元锂电池的同等续航水平,33分钟可将电量从10%充到80%,百公里加速3.9秒。全国综合补贴后预售价23-28万元,即将于6月上市,感兴趣的朋友可以关注一下。

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据内部人士透露,新改款的比亚迪唐也将搭载刀片电池。另外刀片电池也将不仅仅供给比亚迪,明年将会有另一自主品牌车型量产刀片电池版本的车型。还有此前比亚迪销售公司副总李云飞微博公布的“已正式落户某一国际品牌”,或许未来会有更多车型搭载上刀片电池。

10、刀片电池前景如何?

正如前面所说,刀片电池方方面面还是很有优势的。不管是从最突出的安全性,还是寿命、稳定性,还是比肩高能量三元锂电池带来的续航里程……这些因素加一起,也难怪刀片电池关注度如此之高。而刀片电池发布前后,比亚迪股票的强势上涨更足以说明资本市场的青睐……

所以要说前景如何,个人觉得还是非常值得期待的。至于具体落实到产品上表现怎么样,等我们拿到首款搭载刀片电池的比亚迪汉EV试驾车,再为大家带来更详细的体验分享。

好了,关于刀片电池的10个问题就和大家分享到这里。大家有什么问题,评论区随时交流~

 

(本文来源:58汽车)

(责任编辑:大林)

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