科技创新 2020-09-23
钢针刺穿刀片电池结果惊呆了 被比亚迪狠狠上了一课
【汽车网 技术频道】当许多人对磷酸铁锂嗤之以鼻的时候,比亚迪默默拿出了新的电池结构成果—

  【汽车网 技术频道】当许多人对磷酸铁锂嗤之以鼻的时候,比亚迪默默拿出了新的电池结构成果——刀片电池,继续坚守磷酸铁锂电芯这条技术路线。刀片电池究竟有什么样的魅力呢?这么说吧,2008年比亚迪推出了搭载磷酸铁锂电池的纯电动车比亚迪e6,电池单体容量是45Ah。而2020年首搭于比亚迪汉的磷酸铁锂电池,在电池单体体积变化不大的前提下电池单体容量为138.5Ah,并且电池包的体积利用率从40%提升到60!这就是刀片电池结构的最直观明显的提升。

  当高安全性的磷酸铁锂电池解决了能量密度低的问题之后,这便意味着,从前磷酸铁锂电池主要用于电动商用车、电动乘用车用三元锂电池的局面将会被打破。

刀片电池是什么

  电动车传统电池包内部采用的是由多个电芯组成的模组,再将模组安装到带有横梁、纵梁的外壳上,组合成电池包,形成了电芯-模组-电池包三级装配模式,从模组到横梁、纵梁都占用了寸土寸金的电池包空间,限制了电池包能量密度的提升。

  而“刀片电池”采用的就是大家既陌生又熟悉的CTP(Cell to Pack)无模组结构设计,省去了中间模组环节,直接将电芯集成为电池包。如果将比亚迪汉的电池包拆解开来,我们可以得到一堆长度1米,宽度10厘米,厚度不到2厘米的电池单体,这些电池单体紧密排在一起,就像“刀片”一样插进电池包,所以才得名刀片电池。

  并且电池包内部几乎没有横梁或纵梁,薄如刀片的磷酸铁锂电池组合起来就能起到提升电池包整体结构强度的作用。于是,寸土寸金的电池包内部得以安装更多块电池单体,体积利用率得到极大提升,电池包总容量也就提上来了。在采用磷酸铁锂电芯的前提下,刀片电池结构将磷酸铁锂电池的容量/续航水平拔高到了和三元锂电池的同一水平线。

  回到我们的第一个问题刀片电池是什么?其实一句话就能说清,刀片电池代表的是一种新的电池结构,其意义就在于通过改变电池结构的方式提高了电池的体积利用率。那么就会有人开始想到,三元锂电池是否也可以采用刀片电池结构呢?

  我们从弗迪电池工程师的口中了解到,在弗迪电池当前技术储备下,三元锂电池也是可以做成刀片电池结构,但弗迪没有采用三元锂电芯路线的主要原因还是耐高温性能不如磷酸铁锂材料,为了弥补三元锂电池的热安全性,在设计电池包时需要预留更多的空间设计防火墙。

  而采用磷酸铁锂正极材料会有哪些优势?在电动车常用的两种主流电池当中,磷酸铁锂材料本身具有放热启动温度高、放热慢、产热少、材料在分解过程中不释放氧气难以起火这四大优势。打个比方,在500℃温度下,磷酸铁锂材料结构还非常稳定,但三元锂材料在200℃左右时就会发生分解,产生剧烈的化学反应释放氧分子,引发热失控。

  从电池材料热安全的角度来看,磷酸铁锂有天然优势,但过去磷酸铁锂电池的能量密度远不及三元锂,最终还是在新能源汽车电池补贴大战敌不过三元锂电。刀片电池结构的出现将扭转这一态势,使得其在发挥热安全优势的前提下,缩小与三元锂电池的能量密度差距甚至持平。

  据弗迪电池介绍,搭载在汉EV的刀片电池包在热扩散试验当中的表现也优秀,在强制引发位于中间的电池热失控至350℃后,邻近电池表面温度最高也才80℃,没有起火、爆炸发生。

  说完优点,其实磷酸铁锂材料也并且没有短板,在极端低温环境下,三元锂的放电容量明显高于磷酸铁锂,在零下20℃的条件下,磷酸铁锂的释放的电量会大打折扣。并且在低温低电量条件下的充电功率,磷酸铁锂要低于三元锂,低温环境简直是磷酸铁锂的天敌。

  不过据弗迪电池的介绍,经过优化后的热管理系统可以保证刀片电池包在-35℃的极端低温环境下仍能够保持在最佳工作状态。

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