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特斯拉4680、甯王麒麟、比亞迪刀片,究竟誰能笑到最後?

東漢末年,皇帝昏聩,宦官專權,民不聊生,在此等背景之下,爆發農民起義,亂世之中,衆位英雄人物競相湧現。自東漢被篡後,三國鼎立局面正式而來,鬥争且限制。

特斯拉4680、甯王麒麟、比亞迪刀片,究竟誰能笑到最後?

2022年,說起新能源電池領域,确有不同技術浮現,但對更多普通使用者來說知之甚少,如果說在行業内起到革命性意義的風毛菱角,真正能夠被大家耳熟能詳的,分别有三個品牌推出,分别是特斯拉于2020電池日推出的4680電芯,比亞迪刀片電池以及在電動車百人會論壇上,甯德時代推出的麒麟電池。

三足鼎立,很多使用者面對此局面,都會有一個疑問,究竟誰能笑到最後?筆者今天帶着大家逐個分析。

4680電池的窘境

此前筆者也做過有關于4680電芯的内容,今日在分析三家電池的各自特色中,筆者帶着諸位看官重新回顧。

今年2月19日,特斯拉官方在推特平台發文慶祝,稱第100萬個4680電芯成功落地,意味着馬斯克在2年前吹過的牛,也終于成為現實。

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4680電芯因自身規格命名,46為電池直徑,80為電池高度,機關均為毫米(mm),4680是特斯拉将在汽車搭載動力電池的第三代電芯,最初特斯拉上采用的電池電芯為18650,現在18650也依舊活躍在衆多消費領域,比如:充電寶、電動自行車等,18650電芯依舊能夠給衆多消費者在多領域提供便利需求;第二代電芯為2170電芯,也是目前特斯拉産品線上正在使用的電芯,相比18650,2170電芯也在直徑和高度上,有了一定的增加,使得整體體積也會比18650更大。

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根據此前馬斯克所言,4680電芯,相比2170電芯,電池能量提升五倍,功率提升6倍,以及搭載4680的車型,可以将續航裡程提升16%;從馬斯克的言論中,證明4680可以提升整體動力電池組的能量密度,并且可以有效提升電池性能,究竟有何特點能夠擁有如此大的提升?

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正常圓柱電芯,在電池内部的正負極、隔膜處理完成後,需要在電池上焊接一個導電媒體,将電芯和殼體連接配接起來,這個導電媒體的連接配接,就是所稱之為的極耳;可能聽起來比較難懂,把一個圓柱電芯比喻成平時使用的卷紙,在卷紙的内部中間,在單獨“插入”一片紙巾,這個紙巾就是電池的“極耳”。

極耳的作用就是電流經過極耳與電池外部連接配接,并且通過極耳,将更多電芯連接配接起來,組成完整的動力電池包,而極耳不僅僅起到連接配接作用,也決定着電芯充放電的性能。

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此前特斯拉圓柱電芯,源于每節單電芯的能量和體積有限,是以一直采用單極耳方式,4680電芯在整體的體積有大幅度的提升,如果依舊采用單極耳,就會影響電池導電性能和散熱效果,因為電阻,關于這個問題,後文會講。

因為照顧到性能,是以4680電芯采用“無極耳”方式,雖然定義為“無極耳”,但行業内喜歡稱之為“全極耳”,意思是4680電芯内部,在導電媒體這一環,擁有N個極耳設計,為何4680要采用如此設計?

了解圓柱電芯的小夥伴們都知道,圓柱電芯采用“卷繞”方式,直徑越大的電芯,證明卷繞長度越長,如果卷繞長度過長,依舊采用單極耳設計,電子需要更遠的導電距離,才能到極耳位置傳輸給電池外部,不僅僅會徒增電池内部損耗,也會加大電池的内阻,電子需要跑更遠的距離才能傳輸電能,固然會大大降低效率。

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還是打個比方,為了更多小夥伴能夠聽懂,一個圓形的操場,每個點位都有一個同學,而學校食堂處在圓形操場的某一個點位,當老師說下課的一瞬間,所有同學都要跑步到食堂去就餐,源于圓形操場的每個學生的點位,距離食堂的距離各有差别,是以在老師說放學的一瞬間,到達順序就有差别,而到食堂速度慢的同學,不是不餓,隻是因為距離遠,是以導緻速度慢,而不同學生到食堂的速度,就代表圓柱電池的極耳效率;是以,為了增大電池能量以及性能,但還要不降低效率的情況下,特斯拉采用了全極耳設計,為了就是能夠将4680電芯的性能更好的發揮出來。

除了性能,如果采用單極耳設計,電子需要跑更遠的路才能到達極耳位置釋放電能,不僅僅會徒增距離降低效率,還會因為内阻增加而加大發熱量,對于電芯和動力電池的安全也會受到影響;因為圓柱電池的繞組長度更長,就會增大電阻,增大内阻消耗;還用剛才操場和食堂的方式來比喻,如果圓形操場每個學生身邊都設立一個單獨的食堂,這樣就保證了所有學生跑進食堂就餐的時間是一緻的,也會減少浪費掉的時間;而在全極耳設計的電芯上,雖然體積和繞組長度增大,但卻讓電阻降低,并且也讓内阻消耗降低,增大效率的同時,也減少了發熱量,對電芯安全也更有利。

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如果在發熱量上有所控制,那固然能夠進一步的拓展電芯單體能量密度,進而增加動力電池能量密度。

目前,特斯拉在高性能車型上,搭載的均為三元锂電池,而三元锂電池的正極材料中,采用鎳钴錳三元,而鎳钴錳的配比直接決定了能量密度的上限,目前,行業内采用的三元锂電池多為811、523、622等配比方式,而行業内也對下一代有所定義,9鎳0.5钴0.5錳,進一步增加單體電芯能量密度,增加動力電池能量密度,直接增加電動車續航。

除此之外,由于4680體積增大,隔膜等更多電芯材料上,包括電芯的金屬外殼用料上,都大幅度降低,電芯體積增大,反而降低了動力電池組的成本,原本4400個2170電芯才能組成的動力電池組,僅僅需要950個4680電芯即可,增加功率和性能的同時反而降低了成本,對于馬斯克這麼“聰明”的人,的确是百利而無一害。

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但目前而言,4680電芯的良品率依然是特斯拉最大的問題,目前良品率雖然能夠達到92%,但在電池行業卻依舊隻能屬于落後的水準,是以,特斯拉目前需要更快的突破良品率,無論是工藝水準還是各次元,都要迅速提升,畢竟對于全極耳電池,在揉平、包膠、入殼等焊接工藝上,都直接決定4680電芯的良品率,良品率提高才能更快的實作量産和裝車。

而這個看似百利而無一害,但就是卡在良品率的4680電芯,就是特斯拉在未來幾年繼續馳騁電動車市場的重要利器,也因為4680電芯,大家戲稱甯德時代很可能要面臨“危險”。

未知的甯德時代麒麟電池

在今年3月25-27日,召開中國電動汽車百人會論壇(2022),本屆大會中,甯德時代作為電動車電池行業的龍頭企業,官宣了一則消息:通過不斷技術疊代,推出第三代CTP(Cell to PAC)技術,内部稱之為麒麟電池。

對于麒麟電池,目前還未有更多細節公布,并且甯德時代也表示,将在今年4月份正式釋出,根據此前消息,甯德時代首席科學家吳凱先生表示,麒麟電池系統重量、能量密度以及體積能量密度均繼續領先行業最高水準,在相同的化學體系、同等電池包尺寸下,麒麟電池包的電量,同特斯拉4680電芯相比,可以提升13%電量。

從吳凱先生的透露來看,麒麟電池在動力電池組的能量密度上,要比4680電芯組成的動力電池組有更高的電量提升,并且也給出具體的數字就是13%,如果按照同體積下,4680電芯組成的動力電池組可以達到100kWh電量,則麒麟電池可以做到113kWh,對于電動車領域,在不提升重量和體積的前提下,提升電量确實是非常難做的,可見麒麟電池的确有“過人之處”。

麒麟電池應該依舊采用811三元锂電池配比基礎上,繼續使用甯德時代的方形電池PACK方式,在方形電池下,甯德時代更要做好關于電池的散熱,因為方形電池和圓柱電池不同,圓柱電池的單節電芯如果能夠很好的控制發熱量,就更有助于後期BMS和熱管理系統做文章,而方形電池原本的體積就比較大,在體積不變的情況下,繼續增加内部電量,發熱量相對也會要有一定的增加,是以甯德時代的麒麟電池,目前的難題就是如何解決電池内部發熱和未來的安全問題,當然,筆者也期待4月份甯德時代麒麟電池釋出的“好消息”。

從目前的資料來看,甯德時代的“牛”已經吹了出去,也在資料上要碾壓4680,如果能夠解決後期的使用者“擔憂”,依舊會牢牢占據電池霸主之位。

比亞迪刀片電池還能“笑”多久?

關于比亞迪刀片電池,則和前兩者采用完全不同的路線。前兩者在電芯方案上,均采用鎳钴錳三元锂電池電芯,為了增加能量密度,增大電動車續航,而采用的是高成本材料電池,三元锂電池的優缺點很明顯,就是“脾氣暴躁”,但卻能夠有更高的能量密度來支撐電池更長的續航;而比亞迪則繼續堅持磷酸鐵锂電池開發,磷酸鐵锂電池相較于三元锂電池,在原材料成本上會更便宜,并且安全性有保障,在遇到發生破壞時,沒有三元锂電池那麼“暴躁”,是以使得很多消費者鐘愛磷酸鐵锂電池,畢竟,安全被更多使用者放在首位。

但是,消費者是“貪婪的”,雖然我選擇安全,但是我同樣不想放棄更長的續航裡程,而比亞迪也正是看到了消費者的“貪婪”,開啟了“貪婪之旅”。

比亞迪堅持采用磷酸鐵锂電芯結構,展開電池結構的開創性,此前,主流企業的動力電池都是通過單個電芯組成模組,再将模組組成電池包,而刀片電池的CTP方式,是從電芯直接到電池包的技術路線,從路線上來講,也是基于方殼電芯的特性,再将動力電池包的結構進行簡化,進而提升減少空間不必要的浪費;而這個“空間”正是比亞迪的靈魂所在。

此前,由多個電芯組成模組,再用多個模組去組成動力電池組,在這種一而再的組合方式中,必定會産生空間上的浪費,為何?因為模組的作用下,勢必會帶來所謂的中間商“賺差價”。

依舊用比喻方式,大家都吃過奧利奧餅幹,在奧利奧餅幹中,有一個外包裝袋,為了友善使用者吃餅幹的便利性,内部往往還有一個“餅幹托盤”,而餅幹就被放在托盤的上方;從結構上來講,的确是有助于使用者更友善的吃餅幹的便利性和整潔,但也正因為“友善”之舉,卻縮減了原本可以裝下更多餅幹的内部空間。

這也就是此前,動力電池中,電芯-模組-電池組的結構原理,而比亞迪也正是因為想到了此舉,通過最早的CTP技術,将“奧利奧餅幹”的内部托盤,也就是電芯的模組縮減,進而制作出更大的單體電池,也就是現在的刀片電池,因為刀片電池的體積和結構更為“規矩”,是以也能夠通過更容易的PACK方式,組成動力電池組;通過最初的CTP結構思維,以及削減了不必要的空間浪費,讓原本磷酸鐵锂的能量密度痛點,被巧妙地化解,在動力電池包的整體能量密度中,反而也能做到抗衡主流電動車的水準,讓比亞迪漢車型,在2020年,使用磷酸鐵锂電芯的情況下,也能将續航做到600+km。

而在刀片電池的内部中,也是最特殊的一點,采用了磷酸鐵锂電芯,保障了更好的安全性能,這也是為何比亞迪刀片電池在推出以後,迅速大張旗鼓的搞起了“針刺實驗”,利用使用者的“安全焦慮”,迅速将刀片電池推向了頂峰。

但磷酸鐵锂的單體能量密度是有固定上限的,雖然比亞迪通過巧妙地CTP技術化解,但在未來,如果三元锂電池通過更多方案可以有效的提升整體動力電池包的能量密度,磷酸鐵锂在想繼續追趕,就要面臨更多技術難題,屆時,也期待比亞迪能掏出更多震驚行業的技術。

寫在最後

以上就是關于目前三足鼎立的電池和電芯的技術結構特點的簡要解析,在本内容中,筆者也無法做到面面俱到,隻是幫助使用者了解目前行業内三足鼎立的技術支撐和亮點,在三種技術原理中,都有各自的優點和缺點。

在當下時間節點,4680電芯良品率還無法保障,并且産能也無法保障,是以根據馬斯克的言論,4680将在2024年才會迎來真正的時代,屆時,可能會讓特斯拉的産品和市場迎來新的高光時刻;而甯德時代作為動力電池供應商,如果在麒麟電池釋出時,真的能給行業帶來更多解決使用者痛點的是技術能力,相信也會帶來更多汽車企業的訂單,依舊會繼續引領動力電池行業;而比亞迪身份比較特殊,既是電動車企業,又是動力電池供應商,無論是任何方面的技術突破,都可以達到雙赢的局面,讓自己的産品市場更好,也能帶動更多的市場合作,是以,比亞迪的每一步都走的更加小心和謹慎。

當然,筆者更希望更多國産品牌,無論是車企還是供應商,都能帶來更多震驚世界的技術能力,讓中國成為電動化真正的上司者。

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