探秘弗迪电池重庆工厂,揭开刀片电池背后的故事 | 新时汽车网

探秘弗迪电池重庆工厂,揭开刀片电池背后的故事

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  1997年之前,燃油车在强劲动力和较低能耗之间的矛盾几乎是无解的。彼时的汽车市场,美系、日产主推大排量自吸,德系开始走涡轮路线,走出石油危机阴影的车企们都忘记了曾经的阵痛,以性能论而忽视燃油经济性,直到丰田双擎的出现。

  这种全新的混合动力,通过发动机和电机的共同作用,兼顾了强动力和低能耗,以普锐斯为起点,卡罗拉、凯美瑞、雷克萨斯等一些列双擎车让丰田一战成名,并由此开启了本田乃至更多世界一流车企对低能耗的追逐。

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  再来看如今的新能源市场,动力电池的能量密度和安全性矛盾一如燃油车的动力和油耗矛盾。过去的几年,政策的倾斜加上消费者偏爱,唯高能量密度论甚嚣尘上,在这方面有突出优势的三元锂电池出货量迅猛攀升,可随之而来的是高居不下的自燃事故。

  今年3月比亚迪刀片电池横空出世,比亚迪表示:

  刀片电池体积能量密度将比传统铁锂电池提升50%,安全性大幅提升。和丰田双擎一样,刀片电池的出现也大有改变动力电池世界格局的潜力。

  近日,天涯君前往比亚迪位于重庆的弗迪电池超级工厂,了解了刀片电池背后的故事。

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  为什么要造刀片电池?

  “为什么要攀登?因为山就在那里”。

  和乔治・马洛里一样,对于比亚迪来说彻底解决电动车安全问题就是他心中的珠峰。所以从一开始,比亚迪就确立了在安全方面有着天然优势的磷酸铁锂作为核心研发方向。

  早在2002年比亚迪开启了LFP磷酸铁锂电池的研发,2008年比亚迪又实现了全球首创将动力电池引入到纯电动车型e6和双模车型F3DM上,创行业之先;即便是随后几年,在高能量密度的三元锂电池被广泛推崇的市场环境中,比亚迪也从未放弃对磷酸铁锂电池的再研发。

  也正源于此,18年的技术突破,12年的结构创新,让比亚迪在动力电池长宽比、体积利用率等核心技术层面取得了长足进步,可以说刀片电池的出现正是比亚迪毫不动摇将“安全”放在首位,功到自然成的结果。

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  另一方面也是政策和市场驱动。

  在中国市场,动力电池技术路线的选择,一直与政策紧密相连。从2012年国家出台新能源汽车产业规划中对电池能量密度提出明确指标开始,在当时的技术条件下,几乎已经决定了三元电池对磷酸铁锂的全面压制。

  可是近年来三元锂一次又一次让人担忧、顾虑的电动车起火、自燃、爆炸事故,一再挑战消费者心理底线,数据显示搭载三元锂电池电动车起火事故率高达88.9%。市场和新能源车企又重新燃起对磷酸铁锂的兴趣。

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  刀片电池有哪些核心优势?

  “在500℃的温度下,磷酸铁锂材料结构都非常稳定,但三元锂材料在200℃左右就会发生分解,且化学反应较剧烈,会释放氧分子,更容易引发热失控。”弗迪电池公司副总经理孙华军表示。

  很明显,以磷酸铁锂作为材料的刀片电池最核心的优势就是安全性。在参观电池工厂的过程中,工程师也现场演示了电池领域所有安全测试中最严苛、最尖端的性能检测――针刺试验。

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  它是通过一个金属针刺穿电池,模拟电池内部发生短路时的电池表现,而电芯内部短路也是电动车发生自燃最主要的因素。从试验中我们可以看到:三元锂电池在钢针穿刺电池的一瞬间,随即出现爆裂喷火燃烧,并伴随有白烟出现,温度传感器显示电池内部长时间保持在600-700℃高温;而之后比亚迪磷酸铁锂刀片电池测试中,现场并无明火,也没有白烟,穿刺表面温度只有30-60℃。

  三元锂电池针刺试验结果

  刀片电池针刺试验结果

  除了安全性,结构上的创新也为刀片电池带来了一系列优势。

  和过去电池Pack(电池包)按照“电池-模组-整包”组装模式不同,刀片电池的“刀片”样式可以让其通过阵列的方式进行排布,直接插入电池包,这种技术类似于宁德时代(300750,股吧)的CTP,不过宁德时代的CTP是将小模组整合成大模组,而刀片电池是完全取消模组环节。

  这有两大利好:一方面减少电池包模组环节的冗余零部件,可以适当为电动车减重,进而一定程度上提升电动车的操控性能,并降低能耗。

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  另一方面,过去磷酸铁锂最大的劣势――单位质量能量密度低,在结构创新之下,可提升电池包体积利用率50%以上,也就说相同大小的电池包,刀片电池能组装更多电芯,来规避之前的短板。

  所以,比亚迪首款搭载刀片电池的车型――汉EV,综合工况续航里程可达到605公里,超越了目前绝大多数电动车,和小鹏P7、特斯拉Model 3长续航版共同跻身超一流续航。

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  此外就是使用寿命优势了。

  以循环寿命为例,普通三元锂电池大概在充放电1000-2000次左右出现容量衰减,而刀片电池材料结构的高稳定性可确保其在3000次之后才出现衰减,折算成公里数使用寿命大约为8年120公里,完全能满足家用车的日常使用。

  刀片电池怎么造出来的?

  那么,这么强大的刀片电池又是如何造出来的呢?

  答案就在重庆弗迪电池工厂身上。这个自2019年2月开工,到2020年3月刀片电池正式推出,仅用时一年的时间,一个拥有精益化、自动化、信息化制造管理系统的世界级工厂便诞生了。

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  如果从生产工序来看,和普通锂电池相比,刀片电池也一样经历配料、涂布、辊压、叠片、装配、烘烤、注液、检测等8道工序,但刀片电池可以能他人所不能,自然有其杀手锏。

  比如严苛的生产环境和条件。孙华军表示:

  为了最大程度降低电池的短路率,他们提出了一个粉尘分级管控的概念,在一些关键工序上,能够做到一立方米空间内,5微米(头发丝1/20粗细)的颗粒不超过29个,这达到了与液晶屏生产车间相同的标准。这是刀片电池高安全性的基础;

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  再比如制造工艺和精度达到了世界顶尖水平:配料系统的精度在0.2%以内;双面同时涂布,涂布最大宽度达1300mm、单位面积涂敷重量偏差小于1%;1200mm超大幅宽的辊压速度可达120m/min,厚度控制2μm以内,确保宽尺寸极片厚度的一致性……

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  不仅于此,刀片电池生产之初,为了严守核心技术,很多关键制造环节比亚迪没有引进外来工艺,都是自主研发。“将近1米长的极片,能够实现公差控制在±0.3mm以内、单片叠片效率在0.3s/pcs的精度和速度,在国际上我们都属于首创。这种叠片采用的是比亚迪完全独立自主开发的设备和裁切方案,这是其他任何人想抄都抄不来的。”孙华军说。

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  可以说每一块刀片电池的诞生,都是源自比亚迪对完美的不懈追求。

  总结

  1997年丰田双擎技术的出现,既成就了自己,让丰田一跃成为当时仅次于大众的世界第二大汽车集团,也让双擎的产品优势成为丰田和雷克萨斯最突出的产品标签;关键是双擎的出现改变了行业,以此为起点,本田i-MMD诞生,中国开始规划新能源弯道超车战略,奥迪、奔驰也先后布局48V轻混技术,来降低困扰的能耗问题。

  如今,将眼光聚焦到动力电池。刀片电池的横空出世,其在安全、寿命上的核心竞争力,加上结构创新、材料创新带来能量密度和超低温充放电性能的提升,让动力电池很好的兼顾了安全性和能量密度,也让市场从续航里程至上回归到安全第一的思考上。

  也许,若干年以后,刀片电池也会和丰田双擎一样改变世界。

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(责任编辑:何一华 HN110)

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