外購電池成本似乎越來越成為新能源車企的“不能承受之重”，近段時(shí)間以來，廣汽埃安、吉利、蔚來等紛紛注冊(cè)成立電池公司。實(shí)際上，車企造電池并不是新事，就國內(nèi)來看，比亞迪、上汽、廣汽已經(jīng)在研發(fā)和生產(chǎn)電動(dòng)汽車電池的道路上摸爬滾打多年，業(yè)已形成了自己的招數(shù)。
(相關(guān)資料圖)
在近日于上海舉辦的第七屆動(dòng)力電池應(yīng)用國際峰會(huì)(CBIS2022)上，來自比亞迪、上汽、廣汽的相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹了各自的“刀片電池”、“魔方電池”以及高比能硅負(fù)極電池等在集成度、高低溫性能方面的優(yōu)勢，而毫無意外，電池的安全性也成為各家強(qiáng)調(diào)的重點(diǎn)。
比亞迪混動(dòng)舞“短刀”
今年以來，比亞迪(弗迪電池)成為了全球電動(dòng)車電池裝車量增長速度最快的企業(yè)之一。在今年下半年的單月排名中，其多次超過韓國企業(yè)LG新能源，位居全球第二。實(shí)現(xiàn)這一業(yè)績，比亞迪的刀片電池功不可沒。
2020年3月，比亞迪刀片電池正式發(fā)布。所謂刀片電池，是指鋰離子電池電芯外形像刀片一樣細(xì)長扁平(如典型尺寸13.5mm*90mm*960mm)，內(nèi)部采用疊片工藝，電芯直接集成到電池包底部，取消了模組結(jié)構(gòu)。
據(jù)深圳弗迪電池有限公司上海開發(fā)中心總監(jiān)周貴樹在此次峰會(huì)上介紹，目前，刀片電池已廣泛應(yīng)用在比亞迪漢EV、海豚、秦、唐、宋等全品牌多系列車型上。
據(jù)介紹，弗迪電池已經(jīng)形成了刀片電芯平臺(tái)，刀片電芯根據(jù)形狀可分為長刀(長度大于700 mm)、短刀(長度400-700 mm)、方刀(高度大于150 mm)，利用不同類型的刀片電池成組的電池包可滿足不同車型的空間要求和電壓要求。
關(guān)于刀片電池的主要優(yōu)勢，周貴樹說，刀片電池的核心是極簡設(shè)計(jì)，最大化利用了電池包空間，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高續(xù)航。具體而言，刀片電池具有高體積利用率，體積利用率達(dá)到了75.6%；電芯尺寸定制化，排布方向靈活，能夠高度兼容；電池體積能量密度超過310 Wh/L，最高續(xù)航里程達(dá)1000km以上；極簡化設(shè)計(jì)，生產(chǎn)效率提升60%；零部件減少45%，綜合成本降低30%以上。
而在混動(dòng)汽車(DM)領(lǐng)域，受限于汽車電池空間，電池包目前主要以短刀電芯為主，并有單串刀片電池超級(jí)包和多串刀片電池超級(jí)包等不同組合形式，可以滿足混動(dòng)汽車在純電的情況下實(shí)現(xiàn)50—250KM的續(xù)航要求。
而混動(dòng)刀片電池的性能也表現(xiàn)出了跟純電刀片電池不一樣的特點(diǎn)。在功率方面，目前搭載混動(dòng)刀片電芯的相關(guān)車型幾乎均已實(shí)現(xiàn)了5.9秒、4.9秒百公里加速?！皹O致的加速要求電池要具備超強(qiáng)的充放電能力，而超級(jí)充放電能力是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要從材料、導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)、載流和散熱等多方面進(jìn)行升級(jí)。”周貴樹說。
以電池的導(dǎo)電劑材料為例，據(jù)了解，比亞迪在2012年完成了新型導(dǎo)電劑碳納米管的研發(fā)，2013年在行業(yè)里率先使用了碳納米管作為導(dǎo)電劑，2015年完成了石墨烯作為導(dǎo)電劑材料的使用。
此外，在耐低溫方面，據(jù)周貴樹介紹，目前比亞迪電芯自加熱技術(shù)已經(jīng)在絕大部分超級(jí)混動(dòng)(DMi)車型里應(yīng)用，電芯可以實(shí)現(xiàn)在低溫環(huán)境下保持90%的放電電量。
而在安全性上，刀片電池也都成功地通過了電池包針刺實(shí)驗(yàn)和碾壓實(shí)驗(yàn)。
不過，值得注意的是，據(jù)國內(nèi)媒體統(tǒng)計(jì)，2022年上半年比亞迪自燃事件共計(jì)18例(包括“疑似”案例)，其中海豚1例、秦PLUS DMi 2例、秦Pro EV 1例、宋Pro EV 1例、唐 3例、唐DMi 9例，自燃車型均搭載的是刀片電池，又以超級(jí)混動(dòng)車型(DMi)居多。
2022年6月的《消防科學(xué)與技術(shù)》雜志發(fā)表了一篇題為《一起刀片電池因撞擊受潮起火事故的調(diào)查》的文章，作者來自?？谑邢谰仍ш?duì)，其指出，2021年10月9日，一輛搭載刀片電池的純電新能源出租汽車起火，調(diào)查結(jié)果顯示，火災(zāi)的主要原因是刀片電池下護(hù)板設(shè)計(jì)存在缺陷，抗擊撞擊的性能弱，發(fā)生碰撞后易受損；電池塑料密封蓋的耐火性能不足；電池包電芯之間缺少短路保護(hù)裝置。
另據(jù)一些業(yè)內(nèi)人士介紹，相對(duì)于純電動(dòng)汽車，混動(dòng)汽車對(duì)電池功率、續(xù)航、充放電、低溫、安全、壽命等要求會(huì)有所區(qū)別，安全防護(hù)難度會(huì)更高。而短刀電芯相較于長刀電芯，在安全性上有一定的先天不足，為此比亞迪也在每個(gè)短刀電芯外包覆了一層鋁塑膜。如何進(jìn)一步提高電池系統(tǒng)的安全性，對(duì)比亞迪以及所有新能源汽車而言，或許仍然是一大考驗(yàn)。
上汽電池玩“魔方”，電芯“臥”設(shè)計(jì)
今年8月，上汽發(fā)布了“魔方電池”，主打超高集成度、超長壽命和“零熱失控”安全防護(hù)，支持車電分離?！澳Х诫姵亍笔且豢顦?biāo)準(zhǔn)電池包，電池包的長和寬固定——1300mm＊1690mm；高度有三種：110mm、125mm和137mm。
電池包采用LBS躺式電芯和CTP技術(shù)(Cell To Pack無模組技術(shù))，電池整包厚度低至110mm，電池質(zhì)量成組效率能達(dá)到75%—80%，體積成組效率能達(dá)到59%—62.3%，效能得到大幅提高。
此外，電池包電芯可以采用不同化學(xué)材料體系——低能量密度體系的磷酸鐵鋰、鈉離子、M3P等材料；中能量密度體系的5系三元、6系三元和高鎳三元材料；高能量密度體系中的硅碳負(fù)極材料、半固態(tài)電解液材料都在可應(yīng)用范圍之內(nèi)。根據(jù)不同材料體系，上汽的魔方電池包電量范圍為44—150kWh，適應(yīng)A0級(jí)到D級(jí)車型。
上汽捷能高級(jí)總監(jiān)葛海龍?jiān)诖舜畏鍟?huì)上介紹了上汽“魔方電池平臺(tái)”的誕生背景。2018年，隨著電動(dòng)車領(lǐng)域的高速發(fā)展，電池電芯技術(shù)進(jìn)步，在平臺(tái)化、集成效率和安全性三方面的要求下，上汽推出了“魔方電池平臺(tái)?！?/p>
“上汽整個(gè)電池開發(fā)過程，經(jīng)歷了單包應(yīng)用開發(fā)、單包自主開發(fā)，再到平臺(tái)自主開發(fā)，技術(shù)從一開始的標(biāo)準(zhǔn)模組，發(fā)展到深度CTP技術(shù)集成?！备鸷｝堈f。
據(jù)介紹，“魔方電池”系統(tǒng)可以覆蓋不同車型400km—800km的續(xù)航里程需求。目前上汽正在開發(fā)超過1000km超長續(xù)航的“金標(biāo)電池”，以及基于800V電壓平臺(tái)的超級(jí)快充“黑標(biāo)電池”，電池能夠?qū)崿F(xiàn)充電5分鐘、滿足200km續(xù)航。超級(jí)快充電池項(xiàng)目已經(jīng)進(jìn)入試樣階段，明年6月量產(chǎn)。
葛海龍也重點(diǎn)介紹了魔方電池在安全性上的表現(xiàn)?！半姵仉娦镜陌踩⒉淮碚麄€(gè)電池包的安全，電芯只是第一步。”葛海龍說，“還要考慮在使用過程中可能會(huì)產(chǎn)生的一些過充過放，包括車輛在行駛過程中可能會(huì)產(chǎn)生的碰撞、涉水等，為此就需要做一些主動(dòng)防護(hù)，主要是通過軟件層面實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)，同時(shí)在硬件結(jié)構(gòu)上提供非常魯棒性的結(jié)構(gòu)防護(hù)?！?/p>
“主動(dòng)防護(hù)以外，還要考慮被動(dòng)安全的防護(hù)。即使某個(gè)電芯熱失控觸發(fā)，也要保證整個(gè)電池包不會(huì)進(jìn)入熱失控的狀態(tài)?！备鸷｝堈f。
而上汽魔方電池的安全設(shè)計(jì)理念，可以用“預(yù)、導(dǎo)、臥、隔、疏”五個(gè)字來總結(jié)。
以“臥”字為例，魔方電池采用的是電芯躺式布置的方式，能夠最大限度地減少相鄰兩顆電芯之間熱失控的傳導(dǎo)路徑，確保單個(gè)電芯熱失控不會(huì)發(fā)生骨牌效應(yīng)。同時(shí)躺式布置，電芯的防爆閥朝向兩側(cè)，能夠天然降低電芯熱失控時(shí)物質(zhì)噴發(fā)時(shí)的傷害。
“使用同樣的電芯和防護(hù)材料的情況下，躺式布置的安全性遠(yuǎn)好于立式布置的電芯?！备鸷｝堈f。
此外，魔方電池的其他安全性特征還包括：“預(yù)——7*24h遠(yuǎn)程監(jiān)控體系，自學(xué)習(xí)功能使熱失控可提前監(jiān)測，防患于未然；導(dǎo)——系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測到熱失控，熱失控醞釀期即開啟最大功率散熱；隔——?dú)饽z阻燃材料對(duì)所有電芯物理隔離，確保單個(gè)電芯熱失控后不影響周邊相鄰電芯；疏——自動(dòng)泄壓防爆閥主動(dòng)泄壓，釋放電池包內(nèi)壓力，使過熱氣體降溫，防止氣體噴射。
葛海龍說，“魔方電池”系統(tǒng)從材料、電芯、系統(tǒng)等各層級(jí)進(jìn)行了復(fù)雜設(shè)計(jì)，如針對(duì)特定特性的電芯，開發(fā)特殊的隔熱和防火材料，再通過系統(tǒng)集成，以達(dá)到其設(shè)定的系統(tǒng)安全標(biāo)準(zhǔn)，“在每一個(gè)層級(jí)我們通過設(shè)計(jì)到仿真，再到測試，不斷地修正完善迭代。”
此外，據(jù)了解，上汽的“魔方電池”也是上汽和全球動(dòng)力電池龍頭寧德時(shí)代深入合作的產(chǎn)物。2017年，上汽集團(tuán)與寧德時(shí)代共同投資在江蘇省溧陽高新區(qū)注冊(cè)成立了上汽時(shí)代動(dòng)力電池系統(tǒng)有限公司。公司注冊(cè)資金3億元，其中，上汽集團(tuán)占比51%，寧德時(shí)代占比49%。目前，公司已具有36萬臺(tái)鋰離子電池系統(tǒng)的年產(chǎn)能。
而具體到魔方電池上，寧德時(shí)代方面表示，寧德時(shí)代將相關(guān)CTP技術(shù)授權(quán)給時(shí)代上汽，雙方合作完成了生產(chǎn)。
廣汽埃安加速電池產(chǎn)能落地，主打高比能硅負(fù)極電芯
廣汽埃安開始自研電池的時(shí)間也不短。據(jù)廣汽埃安新能源汽車有限公司研發(fā)中心電池研發(fā)部部長李進(jìn)在此次峰會(huì)中介紹，在2017年廣汽埃安成立的同年，公司就實(shí)現(xiàn)了首款純電動(dòng)汽車(BEV)自主設(shè)計(jì)的電池包量產(chǎn)并搭載，同時(shí)也開始了自主電芯的開發(fā)。2021年，廣汽埃安已經(jīng)發(fā)布了彈匣電池、海綿硅負(fù)極電池、超倍速電池等電池技術(shù)。
其中，高比能硅負(fù)極電池是廣汽埃安最早自主開始的體系。電池為方型鋁殼電芯，能量密度可達(dá)280Wh/kg。電池電芯采用高鎳正極和硅負(fù)極的材料體系，而硅基負(fù)極材料在克容量上、以及高低溫性能上，相比傳統(tǒng)石墨負(fù)極更具優(yōu)勢。AION LX Plus搭載該款電芯，成為廣汽埃安首款續(xù)航里程超1000公里的純電動(dòng)量產(chǎn)車型。
除了常規(guī)的鐵鋰產(chǎn)品外，廣汽埃安還開發(fā)了微晶鐵鋰電池，核心目的是改善磷酸鐵鋰材料在低溫性能和能量密度上的固有缺陷，同時(shí)保證較好的循環(huán)性能。微晶鐵鋰電池能夠循環(huán)4000次以上，保持80%容量保持率，對(duì)應(yīng)整車?yán)m(xù)航里程整體超過150萬公里。
跟比亞迪和上汽方面一樣，李進(jìn)強(qiáng)調(diào)了廣汽埃安對(duì)電池安全性能的重視?！霸陔娦颈菊靼踩⒅鲃?dòng)安全和被動(dòng)安全三個(gè)層面，廣汽都進(jìn)行了相關(guān)的研發(fā)和改善工作?！崩钸M(jìn)說。
在電芯本征安全的提升上，廣汽在整體材料單晶化，包括阻燃包覆，電解液的阻燃添加劑，隔膜的涂層，新型鋰鹽方面都進(jìn)行了嘗試和開發(fā)。
在主動(dòng)安全方面，廣汽埃安依托電池的大數(shù)據(jù)平臺(tái)，通過車云協(xié)同的大數(shù)據(jù)AI算法，對(duì)電池進(jìn)行故障預(yù)警和安全監(jiān)控。通過大數(shù)據(jù)診斷，可以發(fā)現(xiàn)95%的電池故障，先于用戶的感知。
而被動(dòng)安全是降低電池?zé)崾Э匚：Φ淖詈笠坏榔琳稀?021年，廣汽推出了防止電芯間熱蔓延的安全技術(shù)，開發(fā)了快速散熱電池系統(tǒng)。同時(shí)，通過第五代BMS控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)每秒10次的數(shù)據(jù)采集，對(duì)電池進(jìn)行24小時(shí)監(jiān)控。一旦發(fā)現(xiàn)電池出現(xiàn)異常，系統(tǒng)就進(jìn)行異常狀況啟動(dòng)，對(duì)電池快速冷卻，保證整個(gè)電池的安全性。
不過，跟比亞迪和上汽有所不同的是，廣汽埃安目前的頭等大事是加速首批自產(chǎn)電池產(chǎn)能的落地。目前，廣汽埃安電動(dòng)汽車電池的主供應(yīng)商是中創(chuàng)新航、寧德時(shí)代以及孚能科技。
就在此前12月11日，距離注冊(cè)成立不到一個(gè)月，廣汽埃安旗下的因湃電池科技有限公司正式破土動(dòng)工。根據(jù)規(guī)劃，工廠總投資109億元，將在2023年10月實(shí)現(xiàn)廠房交付，2024年3月前完成首期 6GWh量產(chǎn)線導(dǎo)入，2025年底完成所有36GWh產(chǎn)線導(dǎo)入。屆時(shí)，新工廠將可滿足60萬輛車的裝車需求，年產(chǎn)值將超過210億元。
關(guān)鍵詞： CTP技術(shù) 高低溫性能 AION
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