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不懂這些知識,"電池技術"之爭的瓜你可能都吃不明白

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2023年10月08日  

近日,汽車圈被一根針攪動,引發了一系列連鎖反應。CATL和比亞迪"隔空互懟",讓車圈人士吃了一連串的瓜。不可否認,比亞迪完好無損的雞蛋和CATL斷掉的鋼針,可能會在廣大消費者心中留下一些疑問。而在這背后,是備受關注的動力鋰電池安全問題,以及新能源汽車未來的發展前景。


吃瓜前先了解下什么是三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池和刀片電池?


這顆為吃瓜大戲埋下的種子,要先從三月份比亞迪的"刀片電池"公布會說起。為了證明刀片電池的安全性,比亞迪公布了三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池和刀片電池的針刺試驗視頻。


從針刺試驗的結果來看,三元鋰電池出現劇烈燃燒,表明溫度超過500℃,電池表面的雞蛋直接被炸飛;傳統磷酸鐵鋰電池無明火出現,表面溫度達到了200~400℃,雞蛋被烤焦;比亞迪刀片電池沒有明火出現,溫度僅在30-60℃之間,雞蛋依舊完好如初。這場公布會成功讓消費者記住了比亞迪刀片電池上完好無損的雞蛋,更收獲了刀片電池性能安全的好印象。


其實,"刀片電池"這個稱呼,是在比亞迪公布會上的提出的。據了解,之前電動汽車動力鋰電池重要是以磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池為主,兩者的差別在于正極材料的不同。磷酸鐵鋰電池,采用磷酸鐵鋰(LiFePO4)作為正極材料;三元鋰電池,一般是指采用鎳鈷錳酸鋰(NCM)或鎳鈷鋁酸鋰(NCA)三元正極材料的鋰電池,外界經常說的"523"、"811"則代表鎳鈷錳三種元素的配比。


至于刀片電池,通俗點兒說,就是超級磷酸鐵鋰電池。新能源汽車上的電池,是把電芯(Cell)組裝成為模組(Module),再將模組安裝在電池包(Pack)里,形成了"電芯-模組-電池包"的模式。刀片電池的創新之處在于電池生產和工藝的迭代和進化,取消了模組,在同樣的空間內可以裝入更多像刀片相同的單體電芯,能量密度自然就得到了提升。它的橫空出世,讓外界意識到,動力鋰電池在滿足安全,低成本的前提下,還能將能量密度顯著提高。這給磷酸鐵鋰電池帶來了高光時刻。


根據比亞迪的官方消息,首個搭載"刀片電池"的比亞迪漢EV純電動轎車,電池系統能量密度達到了140Wh/kg。比亞迪股份有限公司董事長兼總裁王傳福曾透露,計劃在未來兩年內規劃單體能量密度提升至180Wh/kg,系統能量密度提升至160Wh/kg,由此能夠使得單位生產成本下降30%。


不甘示弱的CATL,發展到什么水平了?


在2019年度業績說明會上,CATL對外界關心的刀片電池和針刺試驗作出了說明。CATL董事長曾毓群表示:"刀片電池是我們2016年量產的CTP(CellToPack)結構創新概念中的一種,我們已經選擇并量產CTP結構創新里最優的幾種,比如CTP-0、CTP-1、CTP-2。"他還提到,電池的安全和電池的濫用測試是兩回事,但有些人把濫用測試的通過等同于電池的安全。


這兩句看似稀松平常的話被吃瓜群眾看作是比較亞迪的"隔空互懟"。三元鋰電池的安全問題,本身就比較敏感。在雙方一來一回的"互懟"后,CATL為了自證三元鋰電池安全——證明三元鋰電池能夠通過針刺試驗,也公布視頻作為回應。


在CATL公布的第一段三元電池包針刺試驗視頻中,鋼針以25mm/s刺向電池包,接觸后鋼針竟然斷了。隨后,CATL又公布了三元電芯通過針刺測試的視頻。并表示其實,CATL在2017年就公布了5系和8系電池通過針刺試驗的視頻。由于兩次針刺試驗都沒有模擬出電池內部短路的情況,只是證明了能夠防止外部碰撞等不利因素,這讓一部分消費者紛紛表示不買賬。


而在消費者購買同款電池做的實驗中,CATL的電池在被刺穿的瞬間著起大火。有業內人士猜測,或許CATL并未將該技術應用到市售版本中,安全技術最重要的落腳點在于能否應用于量產。


隨后,CATL在官方微博公布了《有關動力鋰電池標準的一些認識》,內容包括三元和鐵鋰電池分別滿足不同市場的需求;目前國際認知從電池單體安全轉向電池系統安全;我國標準的重心在轉向電池系統安全等三點內容。


或許,CATL的不甘示弱來自于在和同一技術路線的方形電芯比較中,其已實現NCM811電芯的量產,能量密度和其他三元電池廠商相比具有優勢。除此之外,CATL已具備量產條件但尚未配套車型的電芯的能量密度達到304Wh/kg,正逐步收窄和松下NCA的能量密度的差距。CATL現有的三元NCM523電芯搭載CTP技術后,電池包的能量密度也可從140Wh/kg提升10%-15%,至154-161Wh/kg。


"比寧"大戰,爭的是什么?


為何兩大龍頭公司對針刺試驗如此敏感?說到底,還是觸到了新能源汽車產業發展的神經——電池安全問題。針刺試驗是目前模擬鋰電池內短路最常用的一種手段,通過將5mm的鋼針插入到鋰電池內部,引起正負極之間的短路,在局部出現大量的熱量,從而實現對鋰電池內短路的模擬。若電池被刺穿后5分鐘內未發生燃燒或爆炸,則可以判定通過測試。


在我國科學院院士歐陽明高看來,新能源汽車安全事故的本質是電池熱失控問題。其中,內短路又是電池熱失控的共性環節,機械變形、擠壓、撕裂,隔膜破裂、過充過放、極端過熱等各種各樣的原因都可能出現不同類型的內短路。至于針刺試驗,則是曾毓群提到的電池"濫用測試"中的一個小環節。擠壓、短路、過充等都屬于"濫用測試"的范圍。因此,電芯通過了針刺試驗,并不代表電動汽車電池的絕對安全的;電芯通不過針刺實驗,也不能說明不安全。


在清華大學動力工程和工程物理博士張抗抗看來,討論電動汽車電池安全性的時候,要分為電芯、模組、電池包、功能安全4個層面。其中,電芯本體安全只是其中一個層面,而針刺安全性更只是其中的一個方面。


目前,CATL的核心技術集中在三元鋰電,而比亞迪在磷酸鐵鋰方面積淀更多,兩種動力鋰電池的性能各有側重。磷酸鐵鋰電池材料本身熱穩定性好,但能量密度低于三元鋰電池;三元鋰電池(鎳鈷鋁電池或鎳鈷錳電池)能量密度比較高,低溫性能出色,但化學性質不夠穩定。因此,兩種電池的性能是由材料本身的特性所決定的。


CATL和比亞迪的"較量"已經由來已久,在外界看來,這場"比寧"大戰可以理解為是動力鋰電池路線之爭。其實,自從去年國產動力鋰電池行業結束了5年的"白名單"準入制度之后,包括LG化學、松下、三星SDI等海外對手已經深度參和到我國動力鋰電池市場的競爭中了。根據我國汽車動力鋰電池產業創新聯盟公布的2020年四月份動力鋰電池月度數據,前四個月,CATL和比亞迪分別排名第一和第二,裝機量分別為4.56GWh、1.52GWh,松下和LG化學緊隨其后,裝機量為0.76GWh和0.72GWh。很明顯,目前我國動力鋰電池行業競爭局面已經從"比寧"之爭,轉變為中日韓電池之爭。


從新能源汽車產業發展來看,做大做強整個產業,才能使包括比亞迪和CATL在內的公司得到更長遠的發展。三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池這兩條技術路線,在產業發展過程中,除了競爭關系,也是互補。針對不同的場景應用不同的技術路線,雙管齊下或許是更好的選擇。趁著這次機會,消費者對動力鋰電池技術發展情況也有了更多了解。最后,除了吃瓜,有關電池的知識你get到了嗎?



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