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不懂这些知识,“电池技术”之争的瓜你可能都吃不明白

作者:赵琼 来源:中国汽车报 发布时间:2020-05-31 浏览:
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近日,汽车圈被一根针搅动,引发了一系列连锁反应。宁德时代与比亚迪“隔空互怼”,让车圈人士吃了一连串的瓜。不可否认,比亚迪完好无损的鸡蛋和宁德时代断掉的钢针,可能会在广大消费者心中留下一些疑问。而在这背后,是备受关注的动力电池安全问题,以及新能源汽车未来的发展前景。

吃瓜前先了解下什么是三元锂电池、磷酸铁锂电池和刀片电池?

这颗为吃瓜大戏埋下的种子,要先从三月份比亚迪的“刀片电池”发布会说起。为了证明刀片电池的安全性,比亚迪发布了三元锂电池、磷酸铁锂电池和刀片电池的针刺试验视频。

从针刺试验的结果来看,三元锂电池出现剧烈燃烧,表明温度超过500℃,电池表面的鸡蛋直接被炸飞;传统磷酸铁锂电池无明火产生,表面温度达到了200~400℃,鸡蛋被烤焦;比亚迪刀片电池没有明火产生,温度仅在30-60℃之间,鸡蛋依旧完好如初。这场发布会成功让消费者记住了比亚迪刀片电池上完好无损的鸡蛋,更收获了刀片电池性能安全的好印象。

其实,“刀片电池”这个称呼,是在比亚迪发布会上的提出的。据了解,之前电动汽车动力电池主要是以磷酸铁锂电池和三元锂电池为主,两者的区别在于正极材料的不同。磷酸铁锂电池,采用磷酸铁锂(LiFePO4)作为正极材料;三元锂电池,一般是指采用镍钴锰酸锂(NCM)或镍钴铝酸锂(NCA)三元正极材料的锂电池,外界经常说的“523”、“811”则代表镍钴锰三种元素的配比。

至于刀片电池,通俗点儿说,就是超级磷酸铁锂电池。新能源汽车上的电池,是把电芯(Cell)组装成为模组(Module),再将模组安装在电池包(Pack)里,形成了“电芯-模组-电池包”的模式。刀片电池的创新之处在于电池生产和工艺的迭代与进化,取消了模组,在同样的空间内可以装入更多像刀片一样的单体电芯,能量密度自然就得到了提升。它的横空出世,让外界意识到,动力电池在满足安全,低成本的前提下,还能将能量密度显著提高。这给磷酸铁锂电池带来了高光时刻。

根据比亚迪的官方消息,首个搭载“刀片电池”的比亚迪汉EV纯电动轿车,电池系统能量密度达到了140Wh/kg。比亚迪股份有限公司董事长兼总裁王传福曾透露,计划在未来两年内规划单体能量密度提升至180Wh/kg,系统能量密度提升至160Wh/kg,由此能够使得单位生产成本下降30%。

不甘示弱的宁德时代,发展到什么水平了?

在2019年度业绩说明会上,宁德时代对外界关心的刀片电池和针刺试验作出了说明。宁德时代董事长曾毓群表示:“刀片电池是我们2016年量产的CTP(Cell To Pack)结构创新概念中的一种,我们已经选择并量产CTP结构创新里最优的几种,比如CTP-0、CTP-1、CTP-2。”他还提到,电池的安全和电池的滥用测试是两回事,但有些人把滥用测试的通过等同于电池的安全。

这两句看似稀松平常的话被吃瓜群众看作是对比亚迪的“隔空互怼”。三元锂电池的安全问题,本身就比较敏感。在双方一来一回的“互怼”后,宁德时代为了自证三元锂电池安全——证明三元锂电池能够通过针刺试验,也发布视频作为回应。

在宁德时代发布的第一段三元电池包针刺试验视频中,钢针以25mm/s刺向电池包,接触后钢针竟然断了。随后,宁德时代又发布了三元电芯通过针刺测试的视频。并表示其实,宁德时代在2017年就公布了5系和8系电池通过针刺试验的视频。由于两次针刺试验都没有模拟出电池内部短路的情况,只是证明了能够防止外部碰撞等不利因素,这让一部分消费者纷纷表示不买账。

而在消费者购买同款电池做的实验中,宁德时代的电池在被刺穿的瞬间着起大火。有业内人士猜测,或许宁德时代并未将该技术应用到市售版本中,安全技术最重要的落脚点在于能否应用于量产。

随后,宁德时代在官方微博发布了《关于动力电池标准的一些认识》,内容包括三元和铁锂电池分别满足不同市场的需求;目前国际认知从电池单体安全转向电池系统安全;中国标准的重心在转向电池系统安全等三点内容。

或许,宁德时代的不甘示弱来自于在与同一技术路线的方形电芯对比中,其已实现NCM811电芯的量产,能量密度与其他三元电池厂商相比具有优势。除此之外,宁德时代已具备量产条件但尚未配套车型的电芯的能量密度达到304Wh/kg,正逐步收窄与松下NCA的能量密度的差距。宁德时代现有的三元NCM523电芯搭载CTP技术后,电池包的能量密度也可从140Wh/kg提升10%-15%,至154-161Wh/kg。

“比宁”大战,争的是什么?

为什么两大龙头企业对针刺试验如此敏感?说到底,还是触到了新能源汽车产业发展的神经——电池安全问题。针刺试验是目前模拟锂离子电池内短路最常用的一种手段,通过将5mm的钢针插入到锂离子电池内部,引起正负极之间的短路,在局部产生大量的热量,从而实现对锂离子电池内短路的模拟。若电池被刺穿后5分钟内未发生燃烧或爆炸,则可以判定通过测试。

在中国科学院院士欧阳明高看来,新能源汽车安全事故的本质是电池热失控问题。其中,内短路又是电池热失控的共性环节,机械变形、挤压、撕裂,隔膜破裂、过充过放、极端过热等各种各样的原因都可能产生不同类型的内短路。至于针刺试验,则是曾毓群提到的电池“滥用测试”中的一个小环节。挤压、短路、过充等都属于“滥用测试”的范围。因此,电芯通过了针刺试验,并不代表电动汽车电池的绝对安全的;电芯通不过针刺实验,也不能说明不安全。

在清华大学动力工程与工程物理博士张抗抗看来,讨论电动汽车电池安全性的时候,要分为电芯、模组、电池包、功能安全4个层面。其中,电芯本体安全只是其中一个层面,而针刺安全性更只是其中的一个方面。

目前,宁德时代的核心技术集中在三元锂电,而比亚迪在磷酸铁锂方面积淀更多,两种动力电池的性能各有侧重。磷酸铁锂电池材料本身热稳定性好,但能量密度低于三元锂电池;三元锂电池(镍钴铝电池或镍钴锰电池)能量密度比较高,低温性能出色,但化学性质不够稳定。因此,两种电池的性能是由材料本身的特性所决定的。

宁德时代与比亚迪的“较量”已经由来已久,在外界看来,这场“比宁”大战可以理解为是动力电池路线之争。其实,自从去年国产动力电池行业结束了5年的“白名单”准入制度之后,包括LG化学、松下、三星SDI等海外对手已经深度参与到中国动力电池市场的竞争中了。根据中国汽车动力电池产业创新联盟公布的2020年4月份动力电池月度数据,前四个月,宁德时代和比亚迪分别排名第一和第二,装机量分别为4.56GWh、1.52GWh,松下和LG化学紧随其后,装机量为0.76 GWh和0.72 GWh。很明显,目前我国动力电池行业竞争局面已经从“比宁”之争,转变为中日韩电池之争。

从新能源汽车产业发展来看,做大做强整个产业,才能使包括比亚迪和宁德时代在内的企业得到更长远的发展。三元锂电池与磷酸铁锂电池这两条技术路线,在产业发展过程中,除了竞争关系,也是互补。针对不同的场景应用不同的技术路线,双管齐下或许是更好的选择。趁着这次机会,消费者对动力电池技术发展情况也有了更多了解。最后,除了吃瓜,有关电池的知识你get到了吗?

关键字:动力电池

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