中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：外購(gòu)電池成本似乎越來(lái)越成為新能源車(chē)企的“不能承受之重”，近段時(shí)間以來(lái)，廣汽埃安、吉利、蔚來(lái)等紛紛注冊(cè)成立電池公司。實(shí)際上，車(chē)企造電池并不是新事，就國(guó)內(nèi)來(lái)看，比亞迪、上汽、廣汽已經(jīng)在研發(fā)和生產(chǎn)電動(dòng)汽車(chē)電池的道路上摸爬滾打多年，業(yè)已形成了自己的招數(shù)。
在近日于上海舉辦的第七屆動(dòng)力電池應(yīng)用國(guó)際峰會(huì)(CBIS2022)上，來(lái)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(shì)，而毫無(wú)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(lái)，比亞迪(弗迪電池)成為了全球電動(dòng)車(chē)電池裝車(chē)量增長(zhǎng)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(guò)韓國(guó)企業(yè)LG新能源，位居全球第二。實(shí)現(xiàn)這一業(yè)績(jī)，比亞迪的刀片電池功不可沒(méi)。
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(zhǎng)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(kāi)發(fā)中心總監(jiān)周貴樹(shù)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(chē)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(zhǎng)刀(長(zhǎng)度大于700 mm)、短刀(長(zhǎng)度400-700 mm)、方刀(高度大于150 mm)，利用不同類(lèi)型的刀片電池成組的電池包可滿足不同車(chē)型的空間要求和電壓要求。
關(guān)于刀片電池的主要優(yōu)勢(shì)，周貴樹(shù)說(shuō)，刀片電池的核心是極簡(jiǎn)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(guò)310 Wh/L，最高續(xù)航里程達(dá)1000km以上；極簡(jiǎn)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(chē)(DM)領(lǐng)域，受限于汽車(chē)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(chē)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(chē)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)?！敝苜F樹(shù)說(shuō)。
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(shù)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(chē)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(guò)了電池包針刺實(shí)驗(yàn)和碾壓實(shí)驗(yàn)。
不過(guò)，值得注意的是，據(jù)國(guó)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(chē)型均搭載的是刀片電池，又以超級(jí)混動(dòng)車(chē)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(lái)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(chē)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?yè)?jù)一些業(yè)內(nèi)人士介紹，相對(duì)于純電動(dòng)汽車(chē)，混動(dòng)汽車(chē)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(zhǎng)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(chē)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(zhǎng)壽命和“零熱失控”安全防護(hù)，支持車(chē)電分離。“魔方電池”是一款標(biāo)準(zhǔn)電池包，電池包的長(zhǎng)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(wú)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(chē)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(chē)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)?！?
“上汽整個(gè)電池開(kāi)發(fā)過(guò)程，經(jīng)歷了單包應(yīng)用開(kāi)發(fā)、單包自主開(kāi)發(fā)，再到平臺(tái)自主開(kāi)發(fā)，技術(shù)從一開(kāi)始的標(biāo)準(zhǔn)模組，發(fā)展到深度CTP技術(shù)集成?！备鸷｝堈f(shuō)。
據(jù)介紹，“魔方電池”系統(tǒng)可以覆蓋不同車(chē)型400km—800km的續(xù)航里程需求。目前上汽正在開(kāi)發(fā)超過(guò)1000km超長(zhǎng)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?！备鸷｝堈f(shuō)，“還要考慮在使用過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生的一些過(guò)充過(guò)放，包括車(chē)輛在行駛過(guò)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(guò)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)?！?
“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)。”葛海龍說(shuō)。
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(lái)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(shuō)。
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(cè)，防患于未然；導(dǎo)——系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)到熱失控，熱失控醞釀期即開(kāi)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(guò)熱氣體降溫，防止氣體噴射。
葛海龍說(shuō)，“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(kāi)發(fā)特殊的隔熱和防火材料，再通過(guò)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(guò)設(shè)計(jì)到仿真，再到測(cè)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(yáng)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(wàn)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(kāi)始自研電池的時(shí)間也不短。據(jù)廣汽埃安新能源汽車(chē)有限公司研發(fā)中心電池研發(fā)部部長(zhǎng)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(chē)(BEV)自主設(shè)計(jì)的電池包量產(chǎn)并搭載，同時(shí)也開(kāi)始了自主電芯的開(kāi)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(kāi)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(shì)。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(chē)型。
除了常規(guī)的鐵鋰產(chǎn)品外，廣汽埃安還開(kāi)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(chē)?yán)m(xù)航里程整體超過(guò)150萬(wàn)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(shuō)。
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(kāi)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(guò)車(chē)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(guò)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(kāi)發(fā)了快速散熱電池系統(tǒng)。同時(shí)，通過(guò)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(guò)，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(chē)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(wàn)輛車(chē)的裝車(chē)需求，年產(chǎn)值將超過(guò)210億元。（作者：森寧）
