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腾三毛
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前不久，“三元锂电池和磷酸铁锂电池技术之争”成了汽车圈最大的瓜。我们知道，现阶段汽车动力电池主要有两种形式：三元锂电池和磷酸铁锂电池。而在过去的很长一段时间，乘用车领域很多企业陷入了“唯续航里程论”的怪圈，凭借着较高的重量能量密度，三元锂电池长期占据着市场“强势地位”，即便三元锂电池出现了众多极其严重的安全事故，还是让不少人一度认为电动车电池依旧会“三元锂”化。不过今年3月，比亚迪刀片电池的正式推出，让这一趋势有了度的转变。比亚迪表示，基于磷酸铁锂研发的刀片电池，续航里程达到了三元锂电池的同等水平，而且顺利通过了令后者望而生畏的“针刺测试”。这在动力电池界引起了不小的轰动。要知道，通过这一安全测试的难度堪比登顶珠穆朗玛峰。日前，笔者代表车图腾参观了比亚迪位于重庆的弗迪电池超级工厂，了解到了不为人知的秘密。▍技术之争电动车用户最大的两个痛点在于续航里程和电池安全。而相较于隐性的电池安全，用户可以更直观地体验到续航里程的长短。因此，不少汽车厂商便“投用户所好”，在续航里程方面下足了功夫，方法之一就是采用高能量密度的三元锂动力电池；磷酸铁锂电池纵使有着较高的安全属性，但碍于能量密度、低温放电等问题，过去几年在上一波与三元锂电池的路线之争中，还是败下阵来。可是三元锂电池却一次次让人神经紧绷，起火、爆燃事故不断。天性热稳定性差、安全性差是行业公认的事实，先天劣势频繁被触发，常常挑战用户的安全底线，严重打击了计划购买电动车用户的信心。（某品牌电动车充电时意外自燃）有意思的是，比亚迪年宣布跨界生产汽车之前，就已经开始了汽车动力电池的研发。实际上，比亚迪从年即开始对磷酸铁锂电池投入研发，年比亚迪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，创业界之先河。即便是比亚迪后来开始了三元锂电池的研发，但磷酸铁锂的技术路线也并未停滞，反倒是得到了进一步加强，这背后有一个核心驱动力——磷酸铁锂的先天安全性。在当时看来，磷酸铁锂电池确实有一定的短板，不过如果比亚迪能把短板补起来，那么磷酸铁锂电池的安全等优势则是三元锂电池难以企及的。▍安全、性能才是王道对于汽车而言，安全是先决条件，是基础架构，也是最高标准，这其中电动车的电池安全尤为引人瞩目。过去多年，有关电动车电池安全的案例比比皆是，历历在目。实际上，电池安全可以从两个角度分析：一，内部因素电池内部安全问题，一般是指电池的热失控。对比目前电动车常用的两种主流电池，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不易起火四大优势。而三元锂电池天生即热稳定性差、安全性差。此番参观比亚迪刀片电池超级工厂，工程师现场给我们演示了电池安全领域的“珠穆朗玛峰”般的试验——针刺测试。针刺测试是一种传统的模拟电池内部短路的测试手段，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。针刺测试业界公认是所有电池安全测试中最严酷的、最顶端的性能检测。其实，电池中的电芯内部短路是电动车发生燃烧的最主要的因素，特别是在停车和行驶过程中的自燃，基本上都是由电池内短引起的。内部短路发生的原因很复杂，可能发生的短路点也很多，随着能量密度的提升，电芯内部留给设计优化的空间也越来越少，所以市场上内短引发车辆燃烧的情况时有发生。在重庆工厂实验室，工作人员为我们对比了比亚迪刀片电池和三元锂电池在国标GB/T标准要求下的针刺测试，让针贯穿极板，模拟电池内部短路，以便观察电池的热失控情况，结果令人大吃一惊。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，场面一度吓人，温度传感器显示，这时的三元锂电池内部长时间保持-℃的高温；而在之后的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，数据显示穿刺表面温度只有30-60℃。“在℃的温度下，磷酸铁锂材料结构都非常稳定，但三元锂材料在℃左右就会发生分解，且化学反应较剧烈，会释放氧分子，这些氧分子会快速与内部的铝箔等其他材料结合燃烧，更容易引发热失控。”比亚迪旗下弗迪电池公司副总经理孙华*表示。（三元锂电池针刺测试，瞬间起火爆燃）实验是理性的，但同时也是感性的，对比之下比亚迪刀片电池的内部短路安全让人看到了磷酸铁锂回归的大趋势。二，外部因素外部因素更多聚焦在电动车在发生事故等情况下，动力电池受到挤压变形后的安全表现。以往，汽车厂商对于电池模组的保护大多集中在增强电池外壳的安全，其实说来也简单，无非是用更多的高强度材料包裹电池模组，由此一来也带来另一个问题，电池包总质量的加重。有意思的是，比亚迪刀片电池则“不用”。倒不是说比亚迪刀片电池完全不用保护，而是刀片式的长96厘米、宽9厘米、高1.35厘米的单体电池，通过阵列的方式排布在一起，就像“刀片”一样插入到电池包里面，在成组时跳过模组和梁，减少了冗余零部件后，形成类似蜂窝铝板的结构等等——刀片电池通过一系列的结构创新，实现了电池的超级强度的同时，电池包的安全性能大幅提升，体积利用率也提升了50%以上。“因为刀片电池能够大大减少三元锂电池因电池安全和强度不够而增加的结构件，从而减少车辆的重量，所以我们的单体能量密度虽然没有比三元锂高，但是能够达到主流三元锂电池同等的续航能力。”孙华*透露。如果将这些保护单元一同算入电池的能量密度，结果会怎样呢？来看看首款搭载刀片电池的车型比亚迪汉EV，该车综合工况下的续航里程已经达到了公里。惊不惊喜？意不意外？据了解，未来其能量密度还将从Wh/kg提升至Wh/kg，续航里程会进一步提升。此外，汉EV上搭载的刀片电池33分钟可将电量从10%充到80%，百公里加速3.9秒，循环充放电次以上，可行驶万公里，这些加上超出业内想象的低温性能表现，让比亚迪刀片电池有了“碾压”式的优势。▍保密级别最高的一个电池工厂时至今日，比亚迪电池工厂已经遍布深圳、西安、青海、重庆、长沙、贵阳，而唯独重庆弗迪工厂的保密级别最高，这里也是刀片电池目前唯一的生产工厂，原因不言自明。这里诞生了很多比亚迪独创的刀片电池生产线和生产设备，更“隐藏”着多项高度保密的核心技术。自年2月开工，到年3月刀片电池正式推出，仅1年时间，就从一片空地变身为一个精益化、自动化、信息化制造管理系统的世界级工厂。工厂总投资亿元，建设锂离子电池生产线8条，规划年产能达20GWH。到今年年底，将达到10GWH。能别人所不能，比亚迪在技术层面一定有着过人的黑科技。“首先，刀片电池在生产环境上的要求就极为苛刻。”孙华*说，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。严苛的环境和条件，只是确保刀片电池高安全性的“基础”，而生产刀片电池最大的难点和亮点，主要集中在“八大工艺”。“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*说。实际上叠片技术也是比亚迪刀片电池核心中的核心，以至于此次参观的所有人都没能亲眼见到这一机密，而只能根据工作人员的介绍去理解、去想象。除叠片之外，刀片电池生产过程中的配料、涂布、辊压、检测等其他工艺都达到了世界顶尖水平。比如配料系统的精度在0.2%以内；双面同时涂布，涂布最大宽度达mm、单位面积涂敷重量偏差小于1%；1mm超大幅宽的辊压速度可达m/min，厚度控制2μm以内，确保宽尺寸极片厚度的一致性……（比亚迪弗迪重庆超级工厂涂布工序）每一块刀片电池的诞生，都源自对工匠精神的不懈追求，事实上刀片电池的工艺和程序，还来源于工业4.0级别的制造、管理系统。遍布生产车间、工序、条线的高精度传感器，数以百计的机器人，以及符合IATFVDA6.3控制标准的品控体系等等，使得这间位于重庆璧山的电池工厂实现了硬件设备之间的自动化，设备与设备之间的信息化，控制层面的智能化，赋予工业制造新智能。（比亚迪弗迪重庆超级工厂装配工序）写在最后：刀片电池横空出世后，业内评论认为，跑偏多年的动力电池行业发展路线终于有机会重回正轨。在登顶动力电池安全界的“珠峰”——针刺实验后，比亚迪磷酸铁锂刀片电池获得了无数赞誉。在与工作人员的交谈中笔者了解到，弗迪电池重庆工厂只是刀片电池的全球首个工厂，随着产能的不断扩大，刀片电池将向整个新能源汽车行业开放共享，让行业和消费者受益。这一点既展现出了比亚迪刀片电池的核心技术优势，也展现出了作为一个民族企业的气度与担当。“今天，几乎你能想到的所有汽车品牌，都在和我们探讨基于刀片电池技术的合作方案，”比亚迪旗下弗迪电池公司副总经理孙华*表示。-end-相关阅读宁德时代暗讽比亚迪背后：宁可卑微如尘土，不可扭曲如蛆虫！动力电池革命：刀片一出，一统江湖！全球最大口罩生产企业比亚迪，又做了件大事！比亚迪的“比较优势”中国汽车“新合资时代”
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