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不懂动力电池?但要知道谁更安全!解读Model 3更换电池技术的秘密

《答题送Q币》是腾讯汽车公众号每周三连载的互动问答栏目,每周三我们会根据稿件内容精选题目,用户朋友可以在评论区留下你的答案与我们互动。全部答对的前5位用户将会获得由腾讯汽车送出的10Q币!(ps:腾讯的Q币可以用来充值腾讯的一切~)

本期题目

1. 三元锂电池通常在电池正极包含了镍、钴、锰三种金属元素,所以被称为“三元”,其中镍的含量越高,则能量密度越大,但稳定性就会越差,因此当前追求高续航的新能源汽车产品都采用了镍钴锰811电池,其能量密度较高,快充效果也很好。

2. 三元锂电池的热稳定性相对较差,在放电过程中产热较多,需要较高的热量管理系统水平,内部温度达到250-300℃便容易发生强烈化学反应,甚至爆燃。

3. 磷酸铁锂相电池对来说成本较低,内部正极材料电化学性质比较稳定,超过600℃时才会发生分解效应,电池的安全稳定性较高,循环寿命也较长,充放电次数在5000次时剩余容量仍可达到84%左右,衰减并不明显。

4. 磷酸铁锂相电池能量密度较低,低温性能较差,在零下20度时电池容量衰减到只剩50-60%,同等条件下三元锂电池仍能够保持在70-80%左右。

5. 全新的“刀片电池”,通过封装技术的改进和单体电池特殊工艺设计,提升了体积能量密度比,“针刺实验”安全表现优异,短路时产热少,散热快,自燃风险低,还能够具备高电压放电能力。

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前不久,特斯拉放出消息称Model 3国产版未来将采用宁德时代供货的磷酸铁锂电池,“一石激起千层浪”,因更换电池后价格有望下探到25万左右,让众多潜在“吃瓜”观众群情激昂,喊出了“买可以再等等”的口号。

而国产品牌中的新能源巨头比亚迪那边也祭出了自己的大招——“刀片电池”,今年3月底发布后便迅速量产,装载到最新旗舰车型“汉”上。

刀片电池仍旧采用磷酸铁锂技术,董事长宣称:“(刀片电池)将改变行业对三元锂电池的依赖”。这些年大行其道的三元锂电池,如今反而开始走向了下坡路,它难道要被市场淘汰了吗?我们还能不能买三元锂电池的新能源车?

//三元锂电池VS磷酸铁锂电池,一场宿敌之争

新能源汽车领域的核心技术之争就是动力电池,不仅要求能量密度大,续航时间长,而且要求电池安全性高,两者缺一不可。

当前磷酸铁锂电池与三元锂电池是两种截然不同的技术路线,不同的新能源汽车厂商都各有侧重。

比如一直以电池技术著称,一直以来就坚持捍卫磷酸铁锂电池的研发与应用,而在此之前长期采用三元锂电池方案。

三元锂电池当前普及程度相对较高,而磷酸铁锂也有其不可忽视的优点,两者几乎是当前动力电池研发领域的一场宿敌。

为何三元锂电池占据了市场优势,而磷酸铁锂电池又如何奋起直追重获新能源巨头们的青睐?这得从两者的特点说起。

其一,三元锂电池通常在电池正极包含了镍、钴、锰三种金属,所以被称为“三元”,而根据不同的金属含量比例,又被划分为532、622、811三种类型。

其中镍的含量越高,则能量密度越大,但稳定性就会越差,因此当前追求高续航的新能源汽车产品都采用了镍钴锰811电池,其能量密度较高,快充效果也很好。

但是缺点也相辅相成,三元锂电池的热稳定性相对较差,在放电过程中产热较多,需要较高的热量管理系统水平,内部温度达到250-300℃便容易发生强烈化学反应,甚至爆燃

同时由于镍、钴金属的稀缺性,三元锂电池的成本也一直居高不下,偏偏钴能够维护电池的稳定性而不可或缺,一辆Model 3就要消耗7公斤的钴

其二,磷酸铁锂相对来说不含稀有金属,所以成本要低很多,而且内部正极材料电化学性质比较稳定,超过600℃时才会发生分解效应,电池的安全稳定性较高,循环寿命也较长,充放电次数在5000次时剩余容量仍可达到84%左右,衰减并不明显。

缺点就在于能量密度较低,低温性能较差,在零下20度时电池容量衰减到只剩50-60%,同等条件下三元锂电池仍能够保持在70-80%左右。低温性能问题现在已经有许多解决方案,比如特异电解液、热泵空调电池温控系统,一旦它能够突破能量密度方面的差距,磷酸铁锂电池就能最终赢下这场战争。

//特斯拉为何也倒向磷酸铁锂?

将采用宁德时代作为国产版磷酸铁锂电池的供应商,据悉宁德时代从7月1日起就能顺利供货,而换装国产动力电池的Model 3预计十月份便能正式进入市场。

在此之前,Model 3采用的是松下供货的21700电池,能量密度为145Wh/kg,而更换新电池后便会降至125Wh/kg,但是续航里程仍能达到468公里。

如此心切地换装磷酸铁锂电池,有很大的成本考量。当前的入门车型便是国产版Model 3,起步售价为29.18万,国产化后迅速将月销量抬升至万辆左右,已经迅速地成为豪华品牌阵营的热销车型。

如果能进一步拉低入门售价至25万左右,能够持续收割一大波原有豪华阵营和合资阵营的用户,估计到时候连BBA这种龙头都难以坐得住。

除了有成本和车价的考量,也有很多是关于安全性的考虑,近两年随着旗下产品保有量的快速攀升,自燃事件也是频频多发。

即便是在美国本土市场,的电池安全性也饱受诟病,而之前采用三元锂电池固然可以解决焦虑,但是随之而来的安全性问题也是一再扰动的股价。

多起恶劣的自燃事件也阻碍了更多人对产品的热爱,而当前对三元锂电池的冷却系统设计和温控管理谈不上完全没有问题,这也是开始寻求更安全的磷酸铁锂电池方案的原因之一。

//磷酸铁锂的两大巨头之争

当前磷酸铁锂电池供应商主要就是宁德时代和,一个赢得了的供应链合作,未来的业绩增长潜力巨大,而另一个则推出了自家的刀片电池,开始展示自己的技术沉淀,两个巨头之争也成为国内新能源领域押宝磷酸铁锂电池的“重头戏”。

宁德时代当前仍是镍钴锰811三元锂电池市场上的最大供货商,但是由于Model 3动力电池的供货资质,也让人对其内部技术路线选择颇感兴趣。如果结合宁德时代当前的市场表现来看,并不意味着它将全力转向磷酸铁锂电池,而是顺应市场需求的结果。

另外一方面作为坚持磷酸铁锂路线的代表,在市场重压之下推出了全新的“刀片电池”,通过封装技术的改进和单体电池特殊工艺设计,提升了体积能量密度比,不仅能够有着优异的“针刺实验”安全表现,短路时产热少,散热快,自燃风险又很低,而且还能够具备高电压放电能力,当前已经应用到多款旗下新能源车型上,成为当前的核心竞争技术能力。

宁德时代与在5月曾因针刺测试争论,还曾在社交媒体上“隔空交锋”,但宁德时代含糊其辞的“针断了”加上反应过度的表现,让吃瓜群众坐实了针刺实验的重要性,网友自发做的“土实验”也在啪啪打脸。而在强推刀片电池的时候,必定会拿捏当前三元锂电池的安全性来做文章。

// 三元锂电池到底怎么了?

根据网络数据显示,截至发稿当日,2020年内已经发生了20起新能源汽车的自燃起火事件,其中除了3起未确定具体电池类型,其他17起事故车辆均搭载了三元锂电池,而且行驶中自燃占7起,停车后自燃占6起,只有4次来自于充电自燃

三元锂电池当前的自燃风险真的已经到了不容忽视的地步,再多几次这样的新闻和热搜,三元锂电池的发展前景就会彻底暗淡,但是这口锅也不能完全怪在电池身上。

众所周知,当前众多新能源汽车的营销着力点都放在续航上,形成了一种对续航数字的“军备竞赛”,而超过500公里甚至600公里续航的车型比比皆是,这就对动力电池提出了更高的要求,高能量密度的811电池成为许多车企的首选。

动力电池企业不能片面只追求能量密度,还需要在电池电芯、热量管理和自燃风险管理方面加大研发力度,在化学结构本身就极为活跃的三元锂电池身上“做文章”,安全性技术自然需要慎之又慎。

当前钴金属的稀缺性使得其成为战略金属资源,其三分之二产量都来自于刚果(金)的矿产出口,钴矿的采购价格不断上涨而且供应非常不稳定,即使采用811电池也不能忽视钴金属所带来的成本风险,松下、等企业都在致力于“无钴化”的研发目标,但短期内仍没有办法替代。而提升了能量密度的磷酸铁锂电池正在逐渐崛起,市场占比也正在逐步追赶,让三元锂电池有些难以招架。

// 小结

磷酸铁锂电池与三元锂电池之间的路线之争并没有彻底明晰,不过由于刀片电池的崛起,让人看到了更多的希望。

汽车产品不同于寻常数码电子产品,它有着更多、更高的安全性需求,哪怕丢弃一些便利性、续航,我们也希望新能源汽车能够更安全一些,从这个角度来看,磷酸铁锂电池的先天优势便不容忽视,若能够进一步提升电池能量密度,未来发展实在是可期。

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