電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
近日，汽車圈被一根針攪動，引發了一系列連鎖反應。寧德時代與比亞迪“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寧德時代斷掉的鋼針，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，以及新能源汽車將來的發展前景。
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實驗視頻。
從針刺實驗的結果來看，三元鋰電池出現劇烈燃燒，聲明溫度超過500℃，電池表面的雞蛋筆直被炸飛；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。據知道，之前電動車動力鋰電池緊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，外界常常說的“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組（Pack）里，形成了“電芯-模組-電池組”的模式。刀片電池的創新之處在于電池加工和工藝的迭代與進化，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。
依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，計劃在將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，由此能夠使得單位加工成本下降30%。
不甘示弱的寧德時代，發展到什么水平了？
在2019年度業績說明會上，寧德時代對外界關心的刀片電池和針刺實驗作出了說明。寧德時代董事長曾毓群表示：“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探測是兩回事，但有些人把濫用探測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，寧德時代為了自證三元鋰電池安全——證明三元鋰電池能夠通過針刺實驗，也公布視頻作為回應。
在寧德時代公布的第一段三元電池組針刺實驗視頻中，鋼針以25mm/s刺向電池組，接觸后鋼針竟然斷了。隨后，寧德時代又公布了三元電芯通過針刺探測的視頻。并表示其實，寧德時代在2017年就公布了5系和8系電池通過針刺實驗的視頻。由于兩次針刺實驗都沒有模擬出電池內部短路的情況，只是證明了能夠戒備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試驗中，寧德時代的電池在被刺穿的瞬間著起大火。有業內人士推測，或許寧德時代并未將該技術使用到市售版本中，安全技術最緊要的落腳點在于能否使用于量產。
隨后，寧德時代在官方微博公布了《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，寧德時代的不甘示弱來自于在與同一技術路線的方形電芯比較中，其已實現NCM811電芯的量產，能量密度與其他三元電池廠商相比具有優點。除此之外，寧德時代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，正逐步收窄與松下NCA的能量密度的差距。寧德時代現有的三元NCM523電芯搭載CTP技術后，電池組的能量密度也可從140Wh/kg提升10%-15%，至154-161Wh/kg。
“比寧”大戰，爭的有哪些？
為甚么兩大龍頭公司對針刺實驗如此敏感？說究竟，還是觸到了新能源汽車產業發展的神經——電池安全問題。針刺實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，則可以判定通過探測。
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，隔膜破碎、過充過放、極端過熱等各種各樣的原由都可能出現不同類型的內短路。至于針刺實驗，則是曾毓群提到的電池“濫用探測”中的一個小環節。擠壓、短路、過充等都屬于“濫用探測”的范圍。因此，電芯通過了針刺實驗，并不代表電動車電池的絕對安全的；電芯通不過針刺試驗，也不能說明不安全。
在清華大學動力工程與工程物理博士張抗抗看來，討論電動車電池安全性的時候，要分為電芯、模組、電池組、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，寧德時代的核心技術聚集在三元鋰電，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。
寧德時代與比亞迪的“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與到我國動力鋰電池市場的競爭中了。依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，寧德時代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。很分明，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寧德時代在內的公司得到更長遠的發展。三元鋰電池與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。針對不同的場景使用不同的技術路線，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知道。最后，除了吃瓜，有關電池的知識你get到了嗎？
聲明： 本站所發布文章部分圖片和內容自于互聯網，如有侵權請聯系刪除
