长久以来,电动车有几大痛点:第一,续航不够长;第二,充电不够快;第三,电池安全。想解决这些痛点,电池是最关键的因素。目前,新能源汽车主要采用的电池有两种:磷酸铁锂电池和三元锂电池,当下比较成熟的动力电池依然还是磷酸铁锂电池和三元锂离子电池,他们各有优缺点。

新能源电动车更换电池费用(车主看点安全和效率)(1)

三元锂电池全称是“三元材料电池”,一般是指采用镍钴锰酸锂(Li(NiCoMn)O2,NCM)或镍钴铝酸锂(NCA)三元正极材料的锂电池,把镍盐、钴盐、锰盐作为三种不同的成分比例进行不同的调整,所以称之为“三元”,三元锂电池包含了许多不同比例类型的电池。具有体积小、密度高、耐高温、循环性能好等多方面的优势,应用非常广泛。


磷酸铁锂电池:以磷酸铁锂为正极材料的锂离子电池。主要有锂钴酸、锂锰酸、锂镍酸、三元材料、磷酸铁锂等。其中钴酸锂是大多数锂离子电池的正极材料。磷酸铁锂最大的优势就是安全稳定,循环使用寿命高,缺点就是低温性能差,能量密度相对较低。高端三元锂电池的单体能量密度达到或超过250Wh/kg的已较为普遍,而目前国内的磷酸铁锂电池单体的能量密度大约为180Wh/kg左右。也就是说,相同重量的电池,三元锂电池的能量密度是磷酸铁锂电池的 1.7 倍


简单来说,三元锂离子电池能量密度更高(同样体积更大容量更长续航)、充电更快,但是安全性不够高。磷酸铁锂电池电量密度不够高、充电不够快,但是安全性高。续航和充电速度很关键,但安全性是电动车的底线。


三元锂效率优先,曾经的主流选择


目前大多数电动车都使用三元锂离子电池,2019年以前,三元锂电池占据了电车市场的大部分份额。即使之后几年,对磷酸铁锂电池感兴趣的车企逐渐增多,但高端品牌对其的使用占比还是偏低。从市场看,铁锂占低端,三元占高端几乎已成定局。即使是在2021年最先提出使用磷酸铁锂电池的特斯拉,也仅仅是在全球范围的标准版车型产品上采用磷酸铁锂电池,而其它高性能车型如高续航版,以及高端车型如Model X和ModelS等仍将使用高镍少钴的三元锂电池,尤其是其4680大圆柱电池即将在2022年上线正式使用。

新能源电动车更换电池费用(车主看点安全和效率)(2)

特斯拉新能源车使用的是三元锂电池,看着像是普通的5号电池,这种电池的优点是续航能力很强大。对于消费者而言三元锂电池适合用车环境多样,尤其是低温地区的车主较为友好;且充电速度会更快,续航更长,能量密度更高,适合经常长途自驾或者对极限性能有要求的车主。


虽然说通过各种技术手段提高了三元锂离子电池的安全性,但电动车的电池安全事故依然不少,自燃是事故的主要体现,此前均出现了特斯拉自燃、威马自燃、蔚来自燃等。有数据显示,在电动车起火事故中,近六成是因为电池问题,而电动车事故中,接近90%的事故车辆搭载三元锂离子电池,只有7%搭载磷酸铁锂电池。


磷酸铁锂更稳定,装车量后来居上


新能源汽车有一点让车主谈之色变,那就是自燃,每年都有不少新能源汽车自燃的事故,而很多时候,这也与电池的稳定性有关。从这方面来说,磷酸铁锂电池是目前热稳定性最好的动力电池,在安全性上相较于三元锂电池有着绝对的优势。磷酸铁锂电池的电热峰值高达 350℃,电池内部的化学成分需要达到 500~600℃才会开始分解;而三元锂电池的热稳定性表现就很一般了,它在 300℃左右就会开始分解。

新能源电动车更换电池费用(车主看点安全和效率)(3)

此外,稳定的化学特性,磷酸铁锂在充放电循环寿命上远高于三元锂,比如广汽的弹匣电池磷酸铁锂版本可以达到4000次左右的循环寿命,相对于普通三元锂1000-2000次的循环寿命翻了一翻。


刀片电池,比亚迪能兼顾安全与效率么?


比亚迪的新能源汽车一直使用磷酸铁锂电池,但能量密度低导致的续航不够高依然困扰着比亚迪。比亚迪拿出来自己的方案——刀片电池。

新能源电动车更换电池费用(车主看点安全和效率)(4)

刀片电池就是形状像刀片的磷酸铁锂电池,将电芯在一定体积下合理扁长化,兼具提高电池能量密度及增加电芯散热面积的优点,由于电池较传统方形电池更加呈现“扁平”和“长条”形状。刀片电池长度最长可以达到2500mm,是传统普通磷酸铁锂电池的10倍以上,极大的提升电芯的成组效率,并且可以基于不同需求调节尺寸。


刀片电池并不是化学技术的突破,而是物理结构的优化。第一,它依然是磷酸铁锂电池,而不是其他新兴材料;第二,刀片电池相比其他磷酸铁锂电池只有形状上的差异。那它是如何提高能量密度并提升续航的呢?


电动车的电池并非是直接放在车上某个位置的,而是要先由电池组成模组,再由模组组成电池包。所以整个电池包除了包含电池之外,还有其他组成电池包的构件,包括电池管理模块、结构件等。既然如此,要想提高续航就要增加电池容量,但又不能增加电池包的体;而在不增加电池包体积的情况下要增加电池,就必须要尽量减小除电池以外的其他组成部分所占的空间。


比亚迪的刀片电池为了提高提高了电池包的空间利用率,只要电池和电池管理模块。消结其他构件,便可以腾出空间安放更多的电池,但电池就要承担起结构件的作用。刀片电池通过细长且薄的结构特征,使得其在主要受力方向上有非常坚固的表现。就像一把刀,你以拍蒜的方式用力拍打,是有可能把刀拍断的,但是以正常切菜的方式切砍,刀不会有任何问题。这就保证了单个刀片电池的结构刚性,而当把很多的刀片电池排列放开,那电池包整体的结果刚性都将得到提高。


相比传统方式,刀片电池节省了50%的空间,能量密度也有所提升,可达到180Wh/kg,最终的结果自然是续航里程的提升。


所以比亚迪虽然大费周章的搞出了刀片电池,为电动车动力电池的发展提供了新的思路和解决方案,事实上,确实已经有一些知名车企正在与比亚迪商讨关于刀片电池的技术问题,可见这项技术是得到认可了的。然而电池未来的发展方向,最重要的还是在新材料的寻找上,三元锂离子和磷酸铁锂并非最佳的选择,一定会有更好的电池,能完美解决三大痛点,真正实现电动汽车的革命。


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