研究报告
2019年——三元电池及磷酸铁锂电池实现进步的一年
2019-12-26

2019年,市场大环境所驱,我国新能源汽车行业产销跌到了低谷。覆巢之下安有完卵?相应的,我国动力电池行业也不好过。

不过,在电池技术研发方面,我国还是取得了不错的成绩。以宁德时代与比亚迪为首的动力电池巨头企业,皆有所收获。

今年,我国动力电池成本大概在0.6元—1元/瓦时之间,磷酸铁锂最低大概为0.6元/瓦时。市场上,磷酸铁锂已达到100美元/千瓦时。此外,磷酸铁锂能量比也在提升,300瓦时/公斤的产品今年已推向了市场。

1、“取消”模组化

从电池包方面来看,宁德时代与比亚迪做的较为出众,两家企业皆从原来的单体电池,到电池模块,再到电池PACK三个层次电池包,达到了两个层次,直接从单体到了PACK。其中,宁德时代主攻的是三元电池,比亚迪则主攻磷酸铁锂电池。

今年9月,宁德时代与北汽新能源共同推出了全球首款CTP电池包,北汽新能源EU5成为首款搭载该款电池包的电动车型。

通俗地讲,电动汽车上搭载的电池包,大多是先把电芯集成为模组,再将模组装到电池包里。而CTP则省去了电池模组,直接由电芯集成为电池包。

从实践来看,取消模组后的电池包,效果还是不错的。

宁德时代数据显示,能量密度上,传统的电池包能量密度平均为140-150Wh/kg,而CTP电池包能量密度可达200Wh/kg以上;成本上,和目前市场上的电池包相比,CTP电池包零部件数量减少40%。

要注意的是,目前CTP方案也并不是完全没有模组,而是分为大模组与完全无模组两种形式。

与现在常见的小模组电池包相比,CTP电池包因为没有标准模组的限制,可以用在不同车型上,使用范围更广泛。

此外,因为少了一些内部结构组件,CTP电池包提高了电池包体积的利用率,系统能量密度也间接提升。另外CTP电池包的散热效果要高于比目前小模组电池包好。

不过,电池包的质量跟大小模组并没有关系,关键还是看电芯本身的一致性。因为以往的小模组,如果有电芯坏掉,更换那颗电芯所在的模组就行了。而CTP电池包一旦损坏,维修成本比一般电池包还高。

CTP电池包在系统方面,重量能量密度提升了10%—15%,体积能量密度提升15—20%,零部件减少了40%。

比亚迪推出的最新磷酸铁锂电池包技术——“刀片电池”,已经申请了专利,国外很多厂家都对此技术很感兴趣。

“刀片电池”技术最大的特点在于,车有多宽,这款电池包就能做多宽,以往的电池都很短,而“刀片电池”之所以叫刀片,就是因为它像一把长刀片,高度不变,但宽度可以变。

电池包放到汽车底盘底下,一片片叠起来,叠起来高度、强度非常好,还可以做结构件,而且电池单体制造成本还可以进一步下降,因为原来切的,现在不用切了,这个是很重要的创新。

由于比亚迪的这种新电池包提高了体积能量密度,所以很多人认为这款磷酸铁锂电池包跑不了500公里,因为装不了那么多电池。

关于这个问题,现在是可以解决的,一个A级车装下60度电没有问题,因为磷酸铁锂电池主要的不是重量比能量,是体积比能量,而比亚迪的这款电池包现在体积比能量偏低,因为它的材料压实密度偏小,所以这一问题可以解决。

2、使用寿命与安全性提升

在汽车寿命里程方面,比亚迪推出的电动大客车现在已经提出了10年100万公里的质保,在商用车领域这已经非常好了。

在轿车方面,宁德时代的电池包技术也可以解决。轿车分为两种,一种是运营车,一种是家用车。

宁德时代推出的是5年50万公里电池包,可解决运营车寿命问题,因为运营车跑的多,而家用车则推出的是8年15万公里车用电池包,因为15万公里已经差不多了,一般情况下,家用车一年也就跑1万公里,也就是说搭载宁德时代电池的家用车可跑15年。

在低温方面,宁德时代也做了一种新的自加热技术,可以加热2度/分钟,不需要其他东西,靠电机里的电缆、电容、电路,来进行高频振荡,自行加热,所以低温的问题也有很大进步。

此外,安全理念也在升级,首先是系统安全性,不是简单的单体安全性,以前把所有精力都放在单体上,现在更多的是放在系统上,例如只要把热蔓延防止住,就不会有事故,现在热蔓延的法规已开始实施。

在使用安全方面,电池系统、整车、充电桩整个系统更多的是预警,而不是报警,一报警事情就不好办了,更多的是预警。

例如,电压的监测、内短路、自放电都可以监测,所以现在电池厂更多的在电池管理上做文章,而不是在改变材料方面,因为一改变材料要么就增加成本、要么就会产生副作用,过程非常复杂。

(本文根据中科院院士欧阳明高在中国电动汽车百人会论坛(2020)媒体沟通会上的演讲素材整理,未经本人审阅。)

 
标签:三元锂电池 , 磷酸铁锂电池
相关推荐