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刀片电池怎么诞生,“针刺实验”争论过后,动力电池改何去何从
刀片电池怎么诞生,“针刺实验”争论过后,动力电池改何去何从
  • 发布时间:2020-06-12 14:40

刀片电池怎么诞生,“针刺实验”争论过后,动力电池改何去何从

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近期一段时间内,一场动力电池“针刺试验”让比亚迪和宁德年代这两家头部动力电池公司进行了屡次隔空对垒。我们重视的焦点也再一次回到了新能源轿车产业中避不开的磷酸铁锂电池和三元锂电池的道路纷争。
 
尽管这场争辩因针刺试验而起,但在这背面,怎么去前进动力电池安全才应是整个业界研讨、沟通的真实价值所在。
 
动力电池的纷争   
依据《中国轿车产业开展陈述(2018)》中,将新能源轿车产业链划分为四大板块,其间产业链中上游资料的电池是由“正极”、“负极”、“隔阂”、“电解液”构成,在要害部件一栏中,储能则为“动力电池管理系统”。
 
现在,在方针和商场的引导下,国内企业在磷酸铁锂、锰酸锂、三元资料前驱体、石墨负极资料、钛酸锂负极资料、电解液、PP/PE隔阂等动力电池要害资料方面,现已根本完成国产化。国内头部企业现已近乎彻底把握了化学电池的全产业链布局。
 
其间运用最为广泛的化学电池技能中,由于动力电池功能指标需求满意储能密度、循环寿命、充电速度、抗凹凸温和安全性五个维度,一起还要满意制作本钱等,磷酸铁锂和三元锂电脱颖而出,别离成为客车和乘用车商场的绝对主力。不过,由此也拉开了磷酸铁锂和三元锂电的“纷争”。
 
在功能特性方面,磷酸铁锂和三元锂电并没有真实意义上差异,也是平分秋毫。
 
首要,在能量密度上,三元锂电的标称电压范围为3.6~4.3V,相较于磷酸铁锂3.2-3.3V较高。而且,三元锂电能量密度现已打破300WH/kg,而磷酸铁锂电池仍较难打破200WH/kg大关。
 
其次,在运用环境方面,三元锂电池低温限值为-30°,比较磷酸铁锂电池-20°更有优势,一起在相同低温条件下,三元锂电池冬天衰减不到15%,显着高于磷酸铁锂电池衰减高达30%以上,愈加契合我国电动轿车用户的运用环境。可是,磷酸铁锂电池的热失控温度遍及在500°以上,这远比三元锂电池低于300°的参数,更为安全。
 
在循环次数和制作本钱之间,数据显现,磷酸铁锂电池充放电循环次数大于3500次后才会开端衰减,而三元锂电池充放电循环次数则仅为2000次。一起,由于磷酸铁锂电池出产制作并不触及宝贵金属,其出产本钱较低,反观三元锂电池则由于选用钴金属,其资料价格一向高企。
 
简而言之,三元锂电平等单位体积的能量密度比磷酸铁锂电池更高,且耐低温(寒冷区域续航路程更长);磷酸铁锂则耐高温(安全性更好)、循环寿命长、制作本钱低,两者各有优缺点,因此运用领域也有所不同。
 
单单罗列完两种电池技能途径的各项参数仍是不行的,究竟动力电池企业终究是要将电池组搭载在新能源轿车上,安全性在轿车这一消费品品类就尤为重要。
 
“针刺试验”究竟刺什么   
让我们回到早前比亚迪和宁德年代的对垒论题之上。3月份比亚迪发布了一段磷磷酸铁锂“刀片电池”经过素有电池安全“珠穆朗玛峰”之称的针刺试验的视频,验证其在极点状况下电池的安全功能。
 
 
但宁德年代却认为这是在“乱用”针刺试验。随后,因网友“小鱼锂电”对从商场收购宁德年代NCM811和NCM523两款电池自行进行针刺试验均呈现起火焚烧状况,而不得不也进行了相应针刺试验。
 
不过,第一次试验宁德年代针对整个电池包进行,直接导致钢针崩断。第二次试验显现,针对NCM523和NCM811电池电芯进行针刺,画面显现没有呈现冒烟起火等现象。
 
依据美国国家公路交通安全管理局(NHTSA)查询显现,在自燃率方面,电动车比燃油车呈现的理论几率更低。不过跟着全球轿车产业电动化趋势,新近一批次的电动轿车却频频呈现了自燃事端,例如前两年频频曝出的电动轿车高速充溢后的自燃事端,其间不乏特斯拉、蔚来等知名车企。
 
大都自燃事端的原因就在于,电池内部化学反应的产热速率远高于散热速率,大量热量在电池内部积累导致电池温度急速上升,终究引起电池起火或爆破。
 
而动力电池针刺试验则是被称为电池试验界的“珠穆朗玛峰”。针刺试验要求将测验电池为满电状况,用直径为5-8mm的耐高温钢针,从垂直于电池极板正上方的进行贯穿,贯穿点位于贯穿面的几何中心,当钢针穿透电池后,工程师经过各项指标观察电池1小时。如果所测电池没有发作起火或爆破则契合试验的要求。
 
依据2015版别的强制性国标《电动轿车用锂离子动力蓄电池安全要求》(GB/T31485-201)显现,国标就模组级别安全试验、电芯针刺试验、电芯下跌试验、电芯低气压试验、电芯海水浸泡试验、电池包下跌试验以及电池包翻转试验。
 
而在2019年1月,工信部发布的3项强制标准征求意见稿的通知,其间一项是关于GB《电动轿车用锂离子动力蓄电池安全要求》。意见稿中GB单体电池的要求,过放、过充、短路、加热、温度循环、挤压,一共五项安全测验,跟GB/T31485-2015的10项测验要求比较,削减了4项。其间,单体电池的针刺要求也在GB里边取消了。也便是说企业可以自行挑选针刺试验,并不作为强制性试验项目。
 
“刀片电池”针刺试验过程为了向外界进一步证明试验的真实性,界面新闻记者近来在比亚迪弗迪重庆工厂现场观看了针刺试验全过程。和早前的试验成果相同,三元锂电池在针刺瞬间,电池包内部呈现剧烈的温度改变,外表温度敏捷攀升至500℃,并发作极点的电池热失控,导致剧烈冒烟焚烧现象。随后进行的比亚迪“刀片电池”在穿刺后无明火,无冒烟,电池外表的温度在30-60℃左右。在静置一段时间之后也未有显着冒烟爆燃现象发作。
 
对此,比亚迪轿车出售公司副总经理李云飞早前在微博上发文表明,针刺试验的意图便是为了让电池内部发作短路,以便在这种状况下看电池的热安全性。
 
“刀片电池”怎么诞生的?  
实际上,“刀片电池”是一种选用全新结构的“超级磷酸铁锂电池”。界面新闻记者查阅专利局资料后发现,“刀片电池”是将磷酸铁锂电芯长度阵列式排封装在600mm ≤ 第一尺度 ≤ 2500mm 的电池包中,经过阵列式排布的大电芯,经过阵列的方法排布在一起,就像“刀片”相同堆叠在电池包里边。这种结构性规划方案不仅可以有效前进动力电池包的空间利用率,添加同一单位体积中的能量密度;而且还能保证电池内部的热扩散功能,然后到达安全的意图。
 
据比亚迪官方介绍,对比传统的磷酸铁锂电池,“刀片电池”的最主要的升级便是将电芯内部完成无模组规划,电芯直接集成为电池包(即CTP技能),然后大幅前进集成效率。
 
“刀片电池”经过结构创新,在成组时可以越过“模组”,大幅前进了体积利用率,终究达成在相同的空间内装入更多电芯的规划目标。相较传统的有模电池包,“刀片电池”的分量比能量密度可到达180Wh/kg,比较此前有模电池组前进大约9%,电池在平等体积下能量密度上比传统铁电池前进了约50%,而搭载了刀片电池的纯电动轿车续航体现可以到达约600公里,本钱还能下降约30%。
 
对此,弗迪电池公司副总经理孙华军表明:“由于刀片电池可以大大削减三元锂电池因电池安全和强度不行而添加的结构件,然后削减车辆的分量,所以我们的单体能量密度尽管没有比三元锂高,可是可以到达干流三元锂电池平等的续航才能。”
 
在功能方面,孙华军称:“刀片电池33分钟可将电量从10%充到80%、支撑汉3.9秒百公里加快、循环充放电3000次以上可行驶120万公里,以及超出业内幻想的低温功能等数据体现,也奠定了其全方位碾压三元锂电池的‘超级优势’。”
 
在重庆璧山区的弗迪电池工厂内,孙华军在介绍“刀片电池”出产工艺时表明,出产刀片电池最大的难点和亮点,主要会集在“八大工艺”。首要将近1米长的极片,必须完成公差操控在±0.3mm以内、单片叠片效率在0.3s/pcs的精度和速度。这种叠片选用的是比亚迪彻底独立自主开发的设备和裁切方案,现在是全球创始。
 
之外,刀片电池出产过程中的配料、涂布、辊压、检测等其他工艺也需求到达国际顶尖水平。例如,配料系统的精度在0.2%以内;双面一起涂布,涂布最大宽度达1300mm、单位面积涂敷分量偏差小于1%;1200mm超大幅宽的辊压速度可达120m/min,厚度操控2μm以内,保证宽尺度极片厚度的一致性……
 
除此以外,弗迪工厂内部遍及出产车间、工序、条线的高精度传感器,数以百计的机器人,以及契合IATF16949&VDA6.3操控标准的品控系统等等,使得厂房设备硬件完成高度自动化,设备与设备之间的信息化,操控层面的智能化都是比亚迪对于“刀片电池”的投入。
 
动力电池商场格局   
事实上,无论是磷酸铁锂或仍是三元锂电池本质上并非绝对意义上的天然敌对关系,而是有着各自优缺点的两种不同技能道路产品。早期而言,由于磷酸铁锂电池在续航路程等方面体现不如三元锂电池,在乘用车商场中三元锂电池装车量占有主导地位。
 
跟着“刀片电池”在各项功能上与三元锂电池相差无几,未来磷酸铁锂电池在乘用车商场中的占比得到进一步前进将是大概率事情。
 
6月9日,据Automotive News Europe援引知情人士音讯称,比亚迪和捷豹路虎正在洽谈动力电池协作计划,一旦两边达成协作,比亚迪将在英国建立首个欧洲电池出产中心。一起,该名音讯人士还表明,作为协作计划的一部分,两边也在考察是否要在电驱动技能开发方面开展协作。
 
这也是继福特、丰田之后,又一家国外轿车品牌挑选比亚迪在动力电池方面展开协作。
 
此外,在工信部发布的最新一批新车申请目录中显现,国产特斯拉Model3接下来也将开端装配磷酸铁锂电池。
 
不过,宁德年代也没停歇脚步。其在6月10日宣布,将推出新型长寿命电池。该款电池选用自修正长寿命技能,可完成16年超长寿命或200万公里行驶路程,本钱较现有电池添加不到10%。
 
从商场视点而言,有竞赛才有前进,无论是磷酸铁锂或仍是三元锂电池眼下均还不具有互相革对方命的基础。而是根据各自优势拥有各自细分商场,而商场格局则仍旧将以两种技能道路并存的现状延续下去。
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