比亞迪刀片電池
目前動力電池市場寡頭競爭格局愈發(fā)明顯，無論是全球動力電池裝機量TOP10還是動力電池出貨量TOP10，TOP10企業(yè)在總體市場份額中占比都在9成左右。
與此同時，越是強大，責任越大，壓力也越大。2020年2月，我國動力電池企業(yè)裝機量TOP10中，出現(xiàn)了松下和LG化學的身影，且排名分別躍升到第二和第三，而在2018年和2019年，國內(nèi)動力電池裝機量排名前10的企業(yè)中，都沒有外資企業(yè)。
面對外資電池開始發(fā)力爭奪市場份額，以及國內(nèi)其他企業(yè)的加速追趕，2020年開始，在新一輪電池爭霸賽中，單純的價格戰(zhàn)已難以為繼，國內(nèi)動力電池頭部企業(yè)不約而同地選擇從技術方面突圍。
動力電池領域三元材料和磷酸鐵鋰兩強爭霸
近期，“刀片電池”、“零衰減電池”、“無鈷電池”、“四元電池”等電池“黑科技”紛至沓來，這些“黑科技”主要圍繞高安全、低成本、長壽命、長續(xù)航等展開新一輪的博弈。
“作為電池材料的發(fā)展方向高容量、高電壓平臺，穩(wěn)定的電化學性能，長的循環(huán)壽命，簡化的工藝低廉的成本是所有材料的追求的目標，但要想一種材料具備以上所有優(yōu)點目前還沒能實現(xiàn)，所以新材料的開發(fā)研究還有較大的進步空間?！倍砹_斯圣彼得堡彼得大帝理工大學特聘教授、中俄新能源材料技術研究院院長王慶生對電池網(wǎng)表示，不同材料性能存在著差異化，功能特點也各有長短，具體采用哪種材料作為電池材料，可謂要量體裁衣對癥下藥，應結合具體的應用要求和市場需求來選擇匹配合適材料和相應的電池體系與結構設計，方能達到最佳性能。
在動力電池領域，單從材料方面來看，“百花爭鳴”的潮水正慢慢退去，鈷酸鋰、錳酸鋰等動力電池隨著時間的遞延都漸漸淡出動力電池市場，動力電池技術呈現(xiàn)三元材料和磷酸鐵鋰兩強爭霸的格局：三元鋰電池能量密度較高，低溫性能優(yōu)越，但在安全性和穩(wěn)定性上略遜一籌，多應用于乘用車；磷酸鐵鋰電池雖然能量密度較三元鋰電池略低，但其穩(wěn)定性和長壽命優(yōu)勢明顯，廣泛應用于新能源大巴等商用車。
王慶生分析稱，目前市場上迫于追求高比能量和成本壓力普遍偏向采用NCM811/NCA高鎳低鈷材料作動力電池，但高鎳材料的熱穩(wěn)定性與Li/Ni離子混排問題一直未能得到很好的解決，特別是在動力電池上使用存在一定的安全隱患，為解決此問題高鎳三元材料必須進行表面改性優(yōu)化材料性能，所以高鎳低鈷化目前還需要時間（要看技術進步的速度）。
在前幾年的技術路線中，由于新能源補貼政策偏向高能量密度路線，以磷酸鐵鋰的偃旗息鼓而告終。但由于過分地追求能量密度，導致三元鋰電池在能量密度取得突破的同時，安全性能更難保障，再加上補貼退坡帶來的成本壓力，磷酸鐵鋰逐漸被業(yè)界重新重視。
去年底，世界IEEE電池組主席張正銘在作《全球鋰電安全現(xiàn)狀、新機理及解題方法》的專題報告時指出，在2019年各類電池起火事故中，NCM三元體系占了57%，而鐵鋰僅占10%。
此外，由于動力電池行業(yè)“去鈷化”呼聲高漲，也帶來了磷酸鐵鋰的高調(diào)回潮。從資本市場的整體表現(xiàn)來看，2020年開年以來，磷酸鐵鋰電池概念崛起，鈷概念則回落。
中國社會科學院世界經(jīng)濟與政治研究所副研究員萬軍近日也表示，技術進步大大提升了磷酸鐵鋰電池的性能。經(jīng)過多年的持續(xù)攻關，比亞迪提出的“刀片電池”和寧德時代提出的無模組CTP技術，在提升體積能量密度的同時，還能夠進一步降低制造成本，拓展了磷酸鐵鋰電池的發(fā)展空間。技術進步使貌似式微的磷酸鐵鋰電池又煥發(fā)了青春，一些有實力的電池企業(yè)在研發(fā)領域的長期投資正在開花結果。
今年1月份，比亞迪董事長王傳福公開宣布，將在今年3月推出全新一代的刀片電池。這款全新的動力電池也將會和比亞迪漢EV一同發(fā)布。在搭載了全新的刀片電池之后，比亞迪漢EV的純電動續(xù)航里程將超過600公里。
一石激起千層浪，兩個多月以來，刀片電池引發(fā)了全行業(yè)的猜想，磷酸鐵鋰“再度上位”的消息也傳得沸沸揚揚。
比亞迪集團董事長兼總裁王傳福
3月29日下午，比亞迪在線上主辦“刀片電池 出鞘·安天下”超級發(fā)布會，刀片電池正式亮相。
比亞迪刀片電池挑戰(zhàn)“針刺測試”
我們注意到，就在本次發(fā)布會的前兩周（3月13日），比亞迪官宣已成立了弗迪電池、弗迪動力、弗迪視覺、弗迪模具和弗迪科技等5家弗迪公司，進一步加快新能源汽車核心零部件的對外銷售。其中，弗迪電池有限公司于2019年5月5日注冊完成，其前身是比亞迪鋰電池有限公司，早在1998年就已成立。
弗迪公司的成立，標志著比亞迪電池事業(yè)部獨立性增強，同時比亞迪將動力電池剝離、獨立上市的可能性也在加大，更有助于其贏得整車客戶的訂單。
電池網(wǎng)從發(fā)布會上獲悉，刀片電池是比亞迪最新研發(fā)的超級磷酸鐵鋰電池，也是弗迪電池成立后發(fā)布首款電池產(chǎn)品。刀片電池不對電池材料動刀，而是通過改變結構來滿足高安全性的需求，將電芯做成了“刀片”形狀，在成組時可以直接跳過“模組”，直接組成電池包，完全無模組化，集成效率大幅提高。
目前，“刀片電池”已由弗迪電池全資子公司重慶弗迪鋰電池有限公司量產(chǎn)下線。重慶弗迪是一家從事鋰離子電池及配套材料的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售于一體的公司，公司為璧山項目鋰離子電池及配套材料生產(chǎn)項目總投資100億，項目占地面積約1500畝，總建筑面積約95萬平方米，新建生產(chǎn)車間，購置相關設備958臺套，建設鋰離子電池生產(chǎn)線8條，項目達產(chǎn)后形成鋰離子電池20Gwh生產(chǎn)能力，年產(chǎn)值200億元。
眾所周知，作為直面終端消費者的產(chǎn)品，在動力電池各種性能的考量中，安全性始終是第一位，比亞迪集團董事長兼總裁王傳福認為，在新能源乘用車領域，很多企業(yè)陷入到對續(xù)航里程的攀比之中。這種攀比的壓力會轉(zhuǎn)嫁到動力電池身上，讓行業(yè)對動力電池的“能量密度”產(chǎn)生非理性追求，并徹底帶偏了動力電池行業(yè)的發(fā)展路線，讓新能源乘用車的安全口碑付出了極其慘重的代價。
“真正對電動車的發(fā)展能帶來顛覆性影響就是安全性”，王傳福表示如果電動車不把安全做好的話，電動車的健康發(fā)展就是一句空話。而比亞迪就是要用刀片電池捍衛(wèi)安全底線。
一直以來，在業(yè)界針對動力電池的測試，行業(yè)及企業(yè)林林總總制定了超過300多種測試方法。而在眾多的測試實驗中，針刺實驗是最嚴苛的測試方法。
據(jù)王慶生介紹，針刺測試是電池安全測試的一項嚴苛指標，因眾多廠家檢測不能通過后被取消或淡化了，但就針刺檢測實驗是對電池安全測試的一個重要環(huán)節(jié)，通過針刺實驗破壞模擬內(nèi)短路可以了解集流體的截面設計合理性，電池散熱結構的合理性，電池材料匹配的合理性，以及電池體系設計的更高要求等，是對電池綜合性能高要求的檢測項。車輛發(fā)生碰撞，刺破電池（組）不發(fā)生著火爆炸，對動力電池的應用具有實際的意義。
刀片電池向針刺實驗發(fā)起了挑戰(zhàn)
3月29日比亞迪發(fā)布會現(xiàn)場，官方播放的一則完整版視頻顯示，刀片電池向針刺實驗發(fā)起了挑戰(zhàn)，分別選取當下動力電池市場裝機量最高兩種電池——三元鋰電池、傳統(tǒng)塊狀磷酸鐵鋰電池與刀片電池一起來做對比針刺實驗。
實驗結果表明，同樣的測試條件下，三元鋰電池在在針刺瞬間出現(xiàn)劇烈的溫度變化，表面溫度迅速超過500℃并開始劇烈燃燒。相比之下，傳統(tǒng)塊狀磷酸鐵鋰電池的安全性要稍微好一點，在被針刺穿的瞬間，磷酸鐵鋰并沒有發(fā)生起火燃燒的現(xiàn)象，但是電池表面的溫度卻高達200-400℃，雖然沒有明顯的起火，但是這種高溫有可能快速引燃附近可燃物，進而引發(fā)大火。
表現(xiàn)最為搶眼的是刀片電池，刀片電池在被刺穿的時候，并沒有任何的異常表現(xiàn)，甚至連冒煙都沒有，結構依舊穩(wěn)定。通過溫度傳感器顯示，電池表面的溫度只有30℃-60℃，低于夏季北京地面最高70℃的溫度。
歐陽明高做客比亞迪刀片電池發(fā)布會超級直播間
中國科學院院士歐陽明高認為，刀片電池在安全方面的優(yōu)異表現(xiàn)，主要原因是“刀片電池”的設計使得它在短路時產(chǎn)熱少、散熱快。
“刀片電池”將引領全球動力電池技術路線重回正道，“把‘自燃’這個詞從新能源汽車的字典里徹底抹掉?！卑l(fā)布會現(xiàn)場，王傳福信心滿滿。
成立逾25年，以電池起家的比亞迪始終把安全放在首位，雖然在電池制造上相對有些保守，但在這樣的保守策略下，取得了驚人的成績：2003年比亞迪收購秦川汽車，并著手研發(fā)新能源汽車；2005年比亞迪第一款磷酸鐵鋰動力電池上市，成為國內(nèi)動力電池領域的老大，并一直致力于動力電池和新能源汽車的研發(fā)；截止于2019年，比亞迪動力電池累計裝車量超過了70萬輛，并沒有發(fā)生一起電池安全事故。
刀片電池續(xù)航里程提升超50%
對于未來動力電池的發(fā)展趨勢，歐陽明高的預判一是進一步在電池材料和電化學方面進行創(chuàng)新；二是向智能化方面發(fā)展；三是在設計和產(chǎn)品工程方面進行創(chuàng)新。他認為刀片電池在單體的時候安全性好，在電池成組的時候也很有優(yōu)勢，在體積利用率可以最大化，提升比能量的同時，也簡化了電池結構和工藝，成本也會下降。
資料顯示，傳統(tǒng)電池包的生產(chǎn)包含將電池組裝成模組，再將組裝好的模組排布，組成電池包。其中，電池模組中，電池的空間利用率約為80%。從模組到電池包，由于要承載幾百公斤的模組重量，需要在模組之間布置許多梁來保證電池包的強度，使得電池模組在電池包里的空間利用率僅為50%。綜上，意味著傳統(tǒng)電池包留給電池的空間只有40%。
比亞迪“刀片電池”通過結構創(chuàng)新，將電芯拉長做成了“刀片”長條形狀，在成組時可以跳過“模組”，大幅提高體積利用率。與此同時，固定在邊框上的電池同時亦是結構件，成為支撐電池包的梁，兼顧解決電池固定及強度的問題。
比亞迪集團副總裁、弗迪電池董事長何龍
“一提到刀片，大家可能首先想到的就是太薄，強度不夠，其實恰恰相反，就好像刀片沿著刀片的大面，是可以彎折的，但沿著側面彎折卻很難。傳統(tǒng)的電池包只有4-5個梁，而比亞迪刀片電池包里有超過100個電池，每個電池充當一個梁，100個電池就是100個梁，這個強度大家可想而知。”比亞迪集團副總裁、弗迪電池董事長何龍表示。
據(jù)了解，相較傳統(tǒng)的方殼電芯有模組電池包，刀片電池的體積利用率提升了50%以上，體積能量密度與811三元鋰電池接近，續(xù)航里程達到了高能量密度三元鋰電池的同等水平。
“刀片電池肯定是在電芯設計上的改進，有利于提高電池包的成組效率，提升電池包的能量密度，尤其是體積能量密度”，伊維經(jīng)濟研究院研究部總經(jīng)理吳輝對電池網(wǎng)表示，“凡是有助于提升能量密度的技術方案肯定都是有市場前景的?！?/p>
以首款搭載比亞迪“刀片電池”的車型，比亞迪漢EV為例，其綜合工況下的續(xù)航里程可達到605公里。王傳福還在會上透露，刀片電池只在比亞迪漢純電車型搭載應用，其他車型暫無規(guī)劃。
比亞迪“漢”
值得注意的是，除了安全性與能量密度的提升，以及磷酸鐵鋰自帶的“無鈷”屬性，在循環(huán)壽命上，刀片電池也達到了“充放電3000次以上，行駛120萬公里”的高標準，而這些特性，正契合了王傳福對于未來汽車電動化發(fā)展的判斷：“電動汽車在大規(guī)模替代燃油車的過程中，高安全、長續(xù)航、長壽命、對稀有金屬依賴程度下降是趨勢。”
不難發(fā)現(xiàn)，比亞迪刀片電池，彌補了磷酸鐵鋰與三元材料在能量密度上的弱勢，強化磷酸鐵鋰的安全性，以期在新能源乘用車這一新能源汽車最大的增量市場中，通過技術創(chuàng)新徹底解決新能源車安全與續(xù)航難以兼顧痛點，助力磷酸鐵鋰“重新上位”，同時也為公司電池外供鋪路，贏得更大的動力電池市場蛋糕。
“在產(chǎn)品和技術創(chuàng)新的道路上，所有解決用戶問題和產(chǎn)品痛點的創(chuàng)新都值得尊敬、喝彩！” 中關村新型電池技術創(chuàng)新聯(lián)盟秘書長于清教表示，“對于耕耘十數(shù)載動力電池的全行業(yè)人來說，目前行業(yè)已經(jīng)到了蛻變、安全、品質(zhì)、價值的新轉(zhuǎn)折點，期待比亞迪不斷創(chuàng)造新的產(chǎn)品價值和用戶價值，不斷攀登迭代創(chuàng)新和技術驅(qū)動產(chǎn)品和用戶價值的新高峰！”
比亞迪刀片電池
結語
比亞迪在新能源汽車領域取得的成就無可爭議：聯(lián)姻戴姆勒、牽手豐田，比亞迪的電動化能力早已得到全球頂級同行的認可。但是，比亞迪動力電池外供之路，才剛剛開始邁步。刀片電池主打“安全牌”的同時，續(xù)航里程也達到了高能量密度三元鋰電池的同等水平，且有了自家的新能源車型“比亞迪漢”先試水開路，更容易獲得車企客戶及消費者的信賴，有望重新切分動力電池市場蛋糕。
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