无惧“针刺”的刀片电池,是新能源汽车未来的方向吗?
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2020-05-14

认识一个行业/事物最直观的方式就是做一道填空题:得者得天下?括号里填的这个词代表的就是这个行业/事物的核心竞争;如同孟子眼里的“民心”、文创业的“内容”、互联网业的“用户”,那么新能源汽车业的核心竞争是什么呢?国内有关新能源汽车产业的布局最早可以追溯到2001年9月启动的“863”计划电动汽车重大专项,专项明确了新能源汽车使命:节能减排、顺应时代发展。

作为新能源汽车成本占比相对较高的部分,以及新能源汽车技术突破的关键,动力电池是践行新能源汽车使命的关键;但在过去的一段时间里,许多新能源汽车的使命变成了一味追求动力电池的高能量密度、长续航里程;原因无他,换取新能源补贴,通过补贴获得消费者的关注。表面上新能源汽车追求高能量密度、长续航里程并无不妥,但实际上就在2019年,多起引发舆论热议的新能源汽车自燃、着火事件,其本质都与动力电池的安全性相关。就像新能源汽车追求节能减排是目的、顺应时代发展是前提;动力电池追求高能量密度、长续航里程也是目的,但前提必然不是牺牲动力电池的安全性。

从新能源汽车国家大数据联盟的统计数据可以看出,发生起火事故时车辆的状态涵盖了行驶、静止与充电,其中尤以搭载三元锂电池的车型事故率较高达86%,搭载磷酸铁锂的车型事故率仅有7%;三元锂电池与磷酸铁锂电池是目前新能源汽车最主要的两种动力电池种类,前者拥有能量密度高,但化学性质不稳定,特殊情况容易自燃的特质;后者化学性质稳定、寿命长,但能量密度约为三元锂电池的80%左右。由此可见,动力电池朝着高能量密度、长续航里程的急功近利,虽然短期内推动了动力电池的发展,但缺乏安全性支撑的动力电池难以取得长足发展。

3月29日发布的比亚迪刀片电池,它的神奇之处就在于让磷酸铁锂电池在拥有高稳定、高安全、长寿命的前提下,进一步提升安全稳定性,并且在能量密度与体积利用率上补足了传统磷酸铁锂电池的短板。比亚迪刀片电池在针刺试验的完美表现堪称新能源汽车动力电池发展上的教科书级案例,如同比亚迪集团董事长兼总裁王传福所表示的:“‘刀片电池’体现了比亚迪彻底终结新能源汽车安全痛点的决心,更有能力将引领全球动力电池技术路线重回正道,把‘自燃’这个词从新能源汽车的字典里彻底抹掉。”

目前国内有关电动汽车用动力蓄电池安全要求标准正处在过渡阶段,新的标准预计在2020年7月开始执行,当前企业可自主选择依照最新标准,或过去的GGB/T 31485-2015和GB/T 31467.3-2015标准执行;新旧标准最大的变化在于新标取消了模组级别的安全试验、针刺、跌落、海水浸泡等试验项目(针刺试验为暂不执行)。

其实对于电池的过充、燃烧、跌落、海水浸泡等试验,大部分人都见过或有耳闻;但知道针刺试验的人就少之又少了。作为行业公认的最经典且最严苛的电池安全测试方法之一,针刺试验是指模拟异物刺入电池内部导致电池热失控的试验,对于搭载在车上的动力电池,电池的热失控与普通的燃油车起火有着本质上不同;所以暂不执行针刺试验只是标准法规层面上的暂不执行,考虑到产品实际使用中的安全性,企业同样要严格要求,坚持对针刺的试验的研究,就像比亚迪的刀片电池,通过了挤压、炉温、过充测试的它,在针刺试验的表现又是如何?

此次针刺试验严格按照GB/T 31485-2015标准执行,实时监测电池的电压与温度信息。在三元锂电池的针刺试验中,在钢针刺入电池的瞬间,三元锂电池就发生了剧烈的热失控,虽然泄压阀即可被开启,但还是出现了剧烈燃烧的现象,用来观测温度的生鸡蛋直接被炸飞;而从实时温度监测的数据来看,三元锂电池在针刺瞬间出现剧烈的温度变化,表面温度迅速超过500℃,并发生极端的热失控。

三元锂电池针刺失败后,紧接着登场的是普通磷酸铁锂电池;磷酸铁锂材质的热稳定性在针刺试验得到了体现,相比三元锂电池钢针刚刺入电池板即产生剧烈的热失控,继而导致电池板膨胀、泄压阀开启、剧烈燃烧,普通磷酸铁锂电池在钢针完全刺穿后3.1秒才开启泄压阀;过程中只有烟,无明火,但电池板表面温度已经达到了200℃-400℃,并将电池板表面的生鸡蛋直接烤熟。

压轴登场的是比亚迪刀片电池,与三元锂电池、普通磷酸铁锂电池相比,刀片电池的针刺试验显得有些平淡无味;钢针完全穿透电池板6分钟后,呈现的情景是无烟、无明火、也没有电解液喷出,电池电压、电池板温度始终表现稳定(温度维持在30℃-60℃);该状态持续到观察期结束,电池板表面的生鸡蛋始终没有变化。刀片电池在针刺试验中表现出了强悍的稳定性能,电压、温度始终稳定保持,且电池表面没有出现其它两款电池的形变;由此也看出比亚迪刀片电池在安全性上有着前两款电池难以比拟的优势,甚至可以说是引领了全球动力电池安全新高度。

同为磷酸铁锂材质的刀片电池,不仅在安全性能上胜过普通的磷酸铁锂电池,在体积能量密度上更是足以媲美占据能量密度优势的三元锂电池。汽车上搭载的动力电池指的其实是电池包,常规的电池包由模组组成,而模组又由电芯组成;所以电池包与电池其实是两个概念的东西。刀片电池电池包的另一大领先之处在于优化了模组与电池包的设计,优化电池包重量的同时,又增加了电池包的空间利用率;传统的电池包空间利用率约在40%,而刀片电池电池包的空间利用率可以达到约60%;空间利用率高了,能实现的好处就多了,既可以增加体积能量密度,也可以优化车内空间等等。

我们知道新能源汽车的使命是节能减排与顺应时代的发展,节能减排是一项长期的战略目标,需要新能源汽车长足、健康的持续发展来推进。相比通过质押安全性来盲目追求高能量密度、续航里程,比亚迪刀片电池提升体积能量密度的意义更显大国企业、行业引领者的担当;因为不论是新能源汽车还是其它交通工具,安全是亘古不变的发展需求。

对于环保形势日趋严峻的当下,坚持节能减排事业就是对全人类的安全负责;人类命运共同体表明节能减排不是一个区域、城市、国家的义务,而是全世界、全人类的义务。时代的发展需要“开放共享,互利共赢”,作为新能源汽车引领者的比亚迪深谙此道理,这也是为什么比亚迪致力于“安全为本”,致力于从全球开发者大会到e平台开放,再到如今的刀片电池开放。

比亚迪刀片电池在以“安全为本”的基础上为动力电池的发展带来了多大的革新?比亚迪集团副总裁兼弗迪电池董事长何龙的这句话或许是最直接易懂的回答“几乎你能想到的所有汽车品牌,都在和我们探讨基于刀片电池技术的合作方案,相信大家很快就能看到、听到刀片电池更多精彩的消息。”

在3月29日发布会上,比亚迪集团董事长兼总裁王传福就为我们带来了有关刀片电池的最新消息,“目前刀片电池只在比亚迪汉EV车型搭载应用,其他车型暂无规划”。这款汉EV作为统领“王朝家族”的旗舰级轿车,除了在整车设计特别是内饰部分演绎出全新的家族设计语言,描绘了比亚迪品牌朝向豪华与科技不懈创新的未来外,它还拥有综合工况下的续航里程达到605公里,百公里加速3.9秒的强悍实力。

可以说比亚迪刀片电池的创新,以及其在针刺试验中优异的表现,打开了一道解决新能源汽车续航与安全矛盾的全新大门;当许多人还在感叹比亚迪的技术为王时,比亚迪已经开始悄悄改变世界,让世界变得更加美好。


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