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​焦点分析 | 祭出刀片电池,比亚迪的反击战

李勤 · 2020-03-30
“把‘自燃’这个词从新能源汽车的字典里抹掉”

“重新定义行业安全标准”、“把‘自燃’这个词从新能源汽车的字典里抹掉”……3月29日下午,比亚迪刀片电池发布会上,该公司董事长王传福亲自出镜,频繁罗列高亮词汇描述这一新的电池技术。

新能源车财政补贴自2019年退坡超过75%之后,整个行业都直接暴露在残酷的市场竞争之下,保证续航和性能,同时降低成本成为车企的核心诉求。比亚迪的刀片电池技术就是在这个背景下诞生,其通过生产工艺的快速改进,提升了电池系统的空间利用率和能量密度,也兼具了成本优势。

刀片电池产品由弗迪电池公司推出,这是比亚迪拆分动力电池业务后成立的独立实体,王传福在发布会上说,刀片电池也是弗迪公司的首款产品。确切的说,刀片电池不是突破性的材料技术创新,而是一项新的电池生产和加工工艺。

据弗迪电池董事长何龙介绍,传统电池包的生产流程是:电池单体组成模组,模组再排布在托盘上,组成电池包。从电池单体组成电池包,需要大量结构件进行连接和固定,这导致空间利用率只有40%。

刀片电池外观图,来自官方提供

刀片电池依然采用了比亚迪擅长的磷酸铁锂电池,将传统电池单体大幅拉长,长度可以做到2米,厚度为13.5毫米。同时,在刀片电池的侧脊面上安装高强度板,让刀片电池侧面可以承担支撑作用。这一系列设计可以让刀片电池跳过模组环节,直接组成电池包,从而提升空间利用率。

“刀片电池既是能量体,又是结构件,可以成为直接支撑电池包的梁。”何龙说,相较传统电池包,刀片电池的体积利用率提升了50%以上,也就是说续航里程可提升50%以上,达到了高能量密度三元锂电池的同等水平。

不过,即便是在磷酸铁锂这条比亚迪已十分熟稔的技术路线上,宁德时代依然抢先一步,在去年9月的法拉克福车展上发布了CTP(Cell to pack)技术,这一技术与比亚迪刀片电池的思路相似,都是跳过模组,由电池单体直接成组电池包,据路透消息,宁德时代的磷酸铁锂CTP方案将在7月向特斯拉供应。

电池装机量长期被宁德时代领先,新能源车全球销量第一的位置也在去年被特斯拉超越,比亚迪急需一个发起强力反击的筹码,而刀片电池显然承载了这个使命。

打出“安全牌”

新能源车所需的动力电池领域,长期存在三元锂电池和磷酸铁锂电池两条技术路线。前者能量密度较高,在车企普遍追求高续航时,成长为主流技术路线。三元锂电池包的能量密度可以达到160wh/kg左右,而磷酸铁锂的系统能量密度普遍在110wh/kg左右。

宁德时代也正是在这一趋势下突然崛起,成为全球各大车企的供货商。据高工产业研究院(GGII)的数据,宁德时代2019年实现装机电量32.31GWh,同比增长37%,位列第一,而比亚迪位列第二,装机量10.78GWh,同比下降6%。

但三元锂电池的短板在于热稳定性弱,其在对高能量密度的追求中,需要不断提高镍含量,这也让其安全问题逐渐暴露,起火、自燃事件接连发生,相比之下,磷酸铁锂电池能量密度较低,但热稳定性是强项,安全性是其竞争壁垒。

接受穿刺试验是一个明显例证。针对动力电池,行业有300多项检测标准, “针刺穿透测试”是行业内公认的对电池电芯安全性最为严苛的检测手段。这一测试要求用钢针将动力电池电芯刺穿,造成电芯内部的大面积短路。

比亚迪在发布会当天播放了磷酸铁锂刀片电池接受穿刺试验的视频,在同样的测试条件下,三元锂电池在针刺瞬间出现剧烈的温度变化,表面温度迅速超过500℃,并发生极端的热失控——剧烈燃烧现象。而比亚迪“刀片电池”在穿透后无明火、无烟,电池表面的温度仅有30-60℃左右。

图片来自发布会视频截图

中国科学院院士欧阳明高对此评论称,刀片电池的散热面积更大,而且针刺短路的回路比较长,产热能力下降,因此电池热失控的影响更小。

“针刺测试之前国家标准里有,后来因为很多三元电池通过不了,在国家标准里又拿掉了。”弗迪电池公司董事长何龙在发布会上直言。工信部在2019年初发布的《电动汽车用动力蓄电池安全要求》标准中宣布,对于最为复杂和严苛的针刺试验,暂不执行。

安全虽然是车企的核心任务,但是在产业快速成长期,却难免被调低了权重。进入2019年,车企开始普遍冲刺500公里及以上续航,电池能量密度也快速攀升,电池热失控导致的自燃事件密集发生。

据新能源汽车国家监管平台统计,2019年5月到7月,仅3个月,共发现79起安全事故,涉及车辆96辆。引发瞩目的事件有,蔚来汽车短时间内被接连曝出4起电池起火、冒烟事故,同时,特斯拉也发生一起地库自燃事件。明星公司蔚来汽车在电池自燃带来的口碑折损和车辆召回的经济损失中,度过了黯淡的2019年。

“对续航里程的攀比,转嫁到动力电池上,产生不切实际的追求,也让新能源车的安全口碑付出了惨重代价。”王传福说,现在要倒逼新能源车行业做出改变。

据王传福透露,刀片电池只在比亚迪汉纯电车型搭载应用,其他车型暂无规划。首款搭载刀片电池的车型是比亚迪王朝系列的汉EV,其综合工况下的续航里程达到605公里,百公里加速3.9秒。仅从这两项数据来看,与国产特斯拉长续航版Model 3不相上下。

“如果磷酸铁锂电池能让车辆续航超过600公里,其对市场的冲击还是挺大的。”一位新能源车行业人士向36氪表示,“安全性和低成本,可以让其满足大量中低端市场需求。”一向注重性能口碑的特斯拉,也已经为标准版国产Model 3采购了磷酸铁锂CTP方案。

而从比亚迪方面公布的信息来看,刀片电池也在为比亚迪的动力电池业务打开市场局面。“现在大家所知道的几乎所有品牌,都在和比亚迪谈刀片电池的技术合作。”弗迪电池董事长何龙透露。

技术变革前夜,比亚迪的路径依赖

比亚迪在新能源车领域的投入可以追溯到2005年,该公司推出首款磷酸铁锂动力电池,2006年,比亚迪的第一款搭载磷酸铁锂电池的F3e电动车研发成功,此后比亚迪走上电池和整车独家供应的垂直整合路线。

此次刀片电池推出引发的反响,显然是技术积淀的成果,以及准确切中新能源车行业当下的安全命门。从王传福在发言也可以看出,借助刀片电池向三元电池路线发起反击的意味,其表示,过去几年,由于能量密度相对较低,磷酸铁锂电池在新能源乘用车厂商盲目追求续航里程的攀比中,被三元锂电池甩在身后,“刀片电池的发布就是要纠偏。”

但也正如中国科学院院士欧阳明高所说,动力电池有三个发展趋势,第一是在材料和体系方面创新,从有机液态电解质,到无机的固态电解质;第二是借助智能制造、回收和人工智能,发展智慧电池;第三,是在设计和产品工程方面创新,刀片电池正是代表。

换言之,刀片电池目前只是动力电池系统的结构改进,尚未看到材料技术方面的革新和性能改良。理想汽车刚确定与比亚迪进行业务合作,该公司CEO李想在微博中评论称,磷酸铁锂电池在低温下的性能表现依然是短板,而且磷酸铁锂电池的电压测量不够稳定,会扰乱控制策略,因此,对增程式电动车和插电混动车型也是个挑战,“刀片和铁锂最适合的还是中、低端的BEV(纯电动车),以及南方的运营车辆。”

此外,CTP技术对于整车企业来说是诱惑也是毒药,一旦采用,车企在供应链上的主导权也将被削弱——CTP技术下电池包的设计非标准化,每个电池包的参数未必一样。存在的风险是,一旦发生故障,电芯一损俱损,维修难度加大。因此,车企若采用了CTP技术,电池厂商也相当于绑定了对整车电池包前期的设计制造和后续的电池维修过程。

不难看出,兼顾成本、性能、安全的电池技术依然是一个需要结合材料、结构和智能化管理的系统工程。在对电池包进行结构改良的同时,宁德时代、三星甚至特斯拉,都在材料领域寻求突破,对三元电池着手无钴化的研发。

特斯拉宣布,4月份将举办电池开放日,外界普遍猜测,Maxwell的干电极和超级电容,将会是特斯拉自建电池技术方向。2019年5月,特斯拉收购了电容电池公司Maxwell。2019年10月,特斯拉收购了加拿大电池制造设备和工程技术公司Hibar。一旦干电极技术被应用到锂电池上,就意味着特斯拉电池技术向“固态”迈进,可以提高能量密度的同时,兼顾安全性。这一威胁不仅指向比亚迪,也包括整个动力电池生产厂商。

新能源车行业正处在爆发前夜,而动力电池技术也在急剧变革,比亚迪依靠磷酸铁锂技术沉淀,准确捕捉到了市场窗口。但显然,这不应该成为比亚迪的唯一战略选择。

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