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麒麟、刀片、弹匣、魔方……动力电池创新之战

时间:2023-04-14 11:02来源:新民周刊 作者:刘朝晖
点击: 次
 
       电动汽车的竞争，从动力电池争锋开始。
 
       自从2020年特斯拉的4680电池发布后，国内电池企业及整车企业也不甘被特斯拉抢了风头，不断发布自己新的电池技术，创造出新的电池名字。什么刀片电池、弹匣电池、魔方电池、麒麟电池……让电动车消费者“不明觉厉”，很是抢了一波眼球。
动力电池名称花样不少
 
       除了宁德时代这样的电池企业外，整车企业如特斯拉、比亚迪、广汽、上汽、长城等都拥有自己的动力电池研发技术。在电池新材料尚未突破之际，这些带着不同名称的电池技术，实际上主要是在电池结构上进行创新，这也是新能源车企的重要抓手之一。各家车企希望通过电池结构的优化创新，来提高电动汽车续航能力、快充速度和性能表现，以及电池的安全性。那么，这些百花齐放的电池技术究竟怎么样，它们各自的优势又有哪些？
 
       目前国内乃至全球的动力电池“龙头老大”宁德时代，2019年在全球首创无模组电池包，也就是第一代CTP技术。传统的电池采用电芯-模组-电池包的装配模式，所谓CTP，就是直接将大量电芯串并联在一起集成为电池包，省略了模组。
 
       由于取消了包裹在电芯外的模组，电池包有了更多空间排列电芯，提升了电池包体积利用率，系统能量密度得以增加，从而提升车辆的续航里程。当时，该技术让电池包体积利用率突破了50%。此后，CTP已经成为国内电池企业布局的重点。
宁德时代的3.0版麒麟电池
 
       如今宁德时代的CTP技术发展到第三代，也就是去年发布的麒麟电池，体积利用率达到72%，最直接的效果就是将三元锂电池的能量密度提升至255Wh/kg，磷酸铁锂电池系统能量密度提升至160Wh/kg。其续航、快充、安全、寿命、效率、以及低温性能得到全面提升，并宣称在某些性能上“打脸马斯克，超过4680”，引发业界强烈关注，也助推了宁德时代股价的飙升。
 
       作为对比，在相同的化学体系、同等电池包尺寸下，麒麟电池包的电量，相比特斯拉4680电池，可以提升13%。据了解，在续航方面，搭载三元锂麒麟电池可实现整车1000公里续航。在快充方面，麒麟电池首创电芯大面冷却技术，支持5分钟快速热启动，而且10分钟可以快充至80%。
 
       而特斯拉的4680大圆柱电池有两大卖点，一个是续航能力强，另一个是成本更低。与之前特斯拉2170电池相比，4680电池能量是过去的5倍，功率为过去的6倍，能量密度高达300Wh/kg。同时，4680电池较原来电池的成本降低14%。这也是特斯拉敢于掀起电动车降价战的底气之一。
特斯拉的4680圆柱电池
 
       比亚迪推出的“刀片电池”，因为形似刀片而得名，指的是电芯像刀片一样扁平且长条，且和口香糖的形状极其相似，主打的是安全性。用比亚迪董事长王传福的话来讲，“刀片电池是比亚迪彻底终结新能源汽车安全痛点的决心，要让全球动力电池技术路线重回正轨，让“自燃”的标签从新能源车的字典里彻底抹掉”。
 
       在2020年3月正式发布刀片电池之后，比亚迪逐渐在全系车型中应用刀片电池，实现了刀片电池的大规模应用落地。
比亚迪推出的刀片电池
 
       针刺试验的结果显示，三元锂电池在针刺瞬间表面温度超过500度，传统块状的磷酸铁锂电池被穿刺后表面温度达到200-400度，而比亚迪的刀片电池表面温度只有30-60度。对此，中国科学院院士欧阳明高分析指出，刀片电池的设计，让它在短路时产热少、散热快，表现 “非常优异”。
 
       在续航上，刀片电池将传统的磷酸铁锂电池的能量密度提升了50%。同时，刀片电池因为不使用镍和钴，其成本比较低，比传统三元锂电池便宜很多。
 
       在安全性和使用寿命方面，比亚迪刀片电池确实有着突出优势，而快充可能是其目前的性能弱项，充电80%需要30-40分钟完成，而充满则要1小时左右。
 
       2021年广汽埃安推出的弹匣电池，同样主打安全性。这种电池结构是将多个电芯组成电池模组，再把多个模组组成一整个动力电池包，看起来就像是一个弹匣一样。
 
       该电池技术采用了耐高温材料，并在各个电芯之间采用了隔热材料，即便是其中一个电芯发生热失控，也不会波及到其他电芯。该电池使用最新的电池管理系统，可以对电池系统温度进行调节，既保障电池安全性能，又确保电池续航性能。当时厂家对搭载了弹匣电池系统安全技术的三元锂电池整包进行了针刺热扩散试验。前不久，埃安还对弹匣电池2.0进行了枪击试验，全球首次实现电池整包枪击不起火。
广汽埃安推出的弹匣电池
 
       不过与刀片电池的叠片设计相比，弹匣电池采用的依旧是模组式设计，其电池组的能量密度要比刀片电池低，同等体积的动力电池组，刀片电池可以提供更多的电量更长的续航。同时，由于弹匣电池采用的是模组式设计，其制造成本要高于刀片电池。
 
       作为上汽与宁德时代共同研发的新一代电池，魔方电池首先被搭载在上汽MG纯电动车MULAN上，随后在iMAX 8 EV等车型上陆续装备。上汽魔方电池的着力点在“ONE PACK”这一标准化上，同时具备“超薄、纯平”的特点。
 
       魔方电池是一款标准电池包，有三种规格，长宽统一，高度略有差别，这使得“换电”得以更加方便快捷。其电池包采用LBS躺式电芯和先进CTP技术，电池整包厚度低至110mm，让整车空间利用率更大，同时能将电池能量密度做到180Wh/kg，效能得到大幅提高。
上汽魔方电池
 
       动力电池种类很多，目前来看，还不能说谁家的电池一定具有绝对的优势，或者处于完全的劣势。客观来说，还没有哪一款的性能可以完全满足消费者现今的驾驶需求。因此各大厂家也在竭力去寻求开发一款能量密度更高，但成本更低的电池产品。
 
       眼下，除了在电池结构上进行创新外，各大企业都将目光投向了固态电池产业，固态电池已经成为各大汽车厂商争夺未来纯电动车话语权的核心技术。日产、宝马、宁德时代、蔚来、上汽、广汽等均表示在固态电池的研发中已取得了阶段性进展。
 
       孚能科技董事长王瑀近日在接受媒体采访时表示，动力电池在技术层面依然存在较多问题：一方面是能量密度不够高、续航里程不够长，部分车辆有虚标趋势；另一方面，电池包体积有限，难以大幅提升续航。此外，受成本压制影响，动力电池逐渐向磷酸铁锂倾斜。他认为，锂电池的演变从液态开始，但终极肯定是固态。
蔚来汽车发布的固态电池
 
       固态电池之所以受宠，第一是因为使用固体电解质替代了传统锂电池的电解液和隔膜。与传统锂电池相比，固态电池更安全、能量密度也更高、循环性能更强。第二是固态电池技术被认为将大幅缩减电动汽车的成本，有研究机构认为，量产固态电池的成本仅为目前锂离子电池的40%。
 
      不过，虽然一些企业声称即将有固态或者半固态的电池装车，但目前受限于一些技术原因，固态电池的大规模商业化在短期内还难以实现。
 
       作为新能源汽车最重要的组成部分，动力电池的性能，是消费者最为关心的因素之一，更是新能源汽车品牌在市场上最重要的竞争筹码之一。因此，动力电池各大品牌在电池技术上不断寻求突破与改进，多种技术路线竞争，这场大战还将持续下去。
 
       对于消费者来说，这场大战可以相互激励，加速创新发展，促进动力电池安全性和综合性能不断地进步，同时，不同的电池也让消费者根据自己的需求有了更多的选择。
 
(责任编辑：子蕊)
文章标签： 动力电池
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