鉅大LARGE | 點擊量：390次 | 2023年03月06日
電池結(jié)構(gòu)創(chuàng)新比拼 到底哪家技術(shù)更強？
最近，廣汽集團公布的新型鐵鋰電池技術(shù)引來行業(yè)的廣泛關(guān)注，該技術(shù)被命名為突破型復(fù)合電池技術(shù)基于微晶技術(shù)的新一代超能鐵鋰電池技術(shù)。該技術(shù)在提升電池能量密度的同時，還延長了電池續(xù)航壽命、低溫性能和快充性能，優(yōu)于普通的磷酸鐵鋰電池。
就在上周，CATL推出的麒麟電池揭開神秘面紗，這款電池最大的核心亮點是可實現(xiàn)整車1000公里的超長續(xù)航。這也就意味著，搭載這款電池的純電動汽車續(xù)航可以媲美燃油車，用戶幾乎可以實現(xiàn)完全沒有里程焦慮了。
其實，除了廣汽、CATL外，整車公司如TSLA、比亞迪、上汽、長城等都擁有自己的動力鋰電池研發(fā)技術(shù)，在電池新材料尚未突破之際，各家重要是以優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)來提高動力鋰電池的高性能和安全性。那么，這些百花齊放的電池技術(shù)究竟怎么樣，它們各自的優(yōu)勢又有什么？
CATL麒麟電池
亮點：能量密度提高，續(xù)航可達1000公里
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
2019年，CATL在全球首創(chuàng)無模組電池包，也就是第一代CTP技術(shù)，該技術(shù)讓電池包體積利用率突破50%。如今CTP技術(shù)發(fā)展到第三代，也就是前不久公布的麒麟電池，體積利用率達到72%，最直接的效果就是將三元鋰電池的能量密度提升至255Wh/kg，磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)能量密度提升至160Wh/kg。
其實，CATL的麒麟電池也沒有對電芯材料做改變，而是進一步改進了電池組集成工藝，本質(zhì)上是CTP3.0技術(shù)的應(yīng)用之作。
傳統(tǒng)的電池采用電芯-模組-電池包的裝配模式，而CTP則跳過了模組步驟，直接將電芯集成為電池包，因此也被稱為無模組電池包。由于取消了包裹在電芯外的模組，電池包有了更多空間排列電芯，系統(tǒng)能量密度得以新增，從而提升車輛的續(xù)航里程。
同時，麒麟電池CTP3.0技術(shù)保留了電池上蓋板和托盤，將橫縱梁、水冷板和隔熱墊合三為一，集成為多功能彈性夾層，最終達到降低成本、有效阻隔熱失控的效果。
通過全球首創(chuàng)的電芯大面冷卻技術(shù)，還能實現(xiàn)5分鐘的快速熱啟動及10分鐘快充功能，改進后的電池成組技術(shù)，不僅適配磷酸鐵鋰電池，還適配于三元鋰電池。
也就是說，除了能量密度更高以外，麒麟電池還實現(xiàn)了續(xù)航、快充、安全、壽命、效率、以及低溫性能的全面提升。
從CATL公布的視頻里，一組數(shù)據(jù)也直接反映了麒麟電池和TSLA4680電池性能的差別。CATL首席科學家吳凱表示：在相同的化學體系、同等電池包尺寸下，麒麟電池包的電量，相比4680系統(tǒng)可以提升13%。
據(jù)了解，CATL的麒麟電池將于2023年量產(chǎn)裝車，采用該電池的電動汽車續(xù)航里程將輕松突破1000公里。截至目前，包括理想汽車、路特斯汽車、哪吒汽車等多家車企相繼以各種方式透露將采用麒麟電池。
日前，CATL董事長曾毓群在重慶車展上透露，在技術(shù)路線上，CATL在做全固態(tài)電池、半固態(tài)電池，還有凝聚態(tài)電池。他表示，動力鋰電池化學體系的創(chuàng)新、結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新、制造的創(chuàng)新，再加上商業(yè)模式的創(chuàng)新，整合在一起，才能推動新能源汽車行業(yè)的發(fā)展。
麒麟電池的誕生，有望為CATL帶來更多的機遇。從市場來看，麒麟電池給行業(yè)帶來很大的改變，有望促進新能源汽車對傳統(tǒng)燃油車的加速替代。
TSLA4680電池
亮點：性能和成本兼顧
TSLA的4680電池呈圓柱形，單體電芯直徑為46mm、高度為80mm，所以直接命名為4680電池。該電池材料上采用三元正極，電池組結(jié)構(gòu)采用的是CTC方法，直接將圓柱電芯排列，形成電池艙。
和過去的1865和現(xiàn)在的2170電池相比，似乎4680電池體積變大了，但不只是這么簡單，4680電芯在結(jié)構(gòu)上也有很多創(chuàng)新和改進。
因為電芯體積增大，電池的阻抗也同步增大，于是TSLA采用了無極耳技術(shù)，選擇了在集流體末端留白未涂覆正/負極材料，這種設(shè)計大幅降低了電池的阻抗，解決了圓柱電池的發(fā)熱問題，且安全性和快充性能都有所提升。
另外，TSLA的4680電池使用干電池電極工藝，不使用溶劑，而是將少量（約5%-8%）細粉狀PTFE粘合劑和正/負極粉末混合，通過擠壓機形成薄的電極材料帶，再將電極材料帶層壓到金屬箔集電體上形成成品電極。這項工藝將會提高電池的能量密度，并且使生產(chǎn)量耗降低10倍。
除了以上幾個特點外，TSLA的4680電池還在陽極材料、陰極生產(chǎn)過程方面進行優(yōu)化，將電池的續(xù)航能力新增20%，成本還會降低。
經(jīng)過改進，TSLA將新增54%的電池續(xù)航，降低56%的每千瓦時成本，減少69%的投資生產(chǎn)成本，能量密度提升之余，生產(chǎn)成本大大降低。也就是說，TSLA的4680電池可以做到性能和低成本兼得。
最近，海外版TSLAModelY搭載了4680型電池，電池容量僅50KWh，續(xù)航里程只有450公里，價格更低，適合大部分用戶。而那些對性能有要求的，可以選擇ModelY性能版或長續(xù)航版。
其實，TSLA的4680電池也有短板，在空間占用尚不具備優(yōu)勢，并且大批生產(chǎn)并不容易，重要難點在于極耳激光焊接的難度極高帶來的低良品率，另外就是產(chǎn)量有限，不然TSLA也不會大量采購CATL的方形電池了。
比亞迪刀片電池
亮點：能量密度升級，安全性提高
比亞迪的刀片電池可謂是響當當?shù)拇嬖?，該電池本質(zhì)上是磷酸鐵鋰電池，比亞迪通過對電芯外形、布局排列重新進行設(shè)計，還有生產(chǎn)工藝上的改進，讓電池看起來更薄，有刀片的既視感，而電池容量卻得到大幅提升。
比亞迪的刀片電池通過國內(nèi)最嚴苛的針刺測試和重卡碾壓測試，官方更是喊出刀片電池永不起火自燃的口號，安全性絕對屬于國內(nèi)一流的水準。
從結(jié)構(gòu)上來看，比亞迪的刀片電池通過陣列方式排布在一起，就像刀片相同插入到電池包里面，電芯由立放變?yōu)閭?cè)放，在成組時跳過模組，減少冗余零部件，形成類似蜂窩鋁板結(jié)構(gòu)，最終達到同樣空間裝入更多電芯的設(shè)計目標，并且電芯之間互不干擾，安全性也得到增強。
刀片電池使用的是磷酸鐵鋰電池，能量密度大約為140Wh/kg，考慮到電池管理系統(tǒng)及其他組件，在空間利用率方面高達60%，遠高于傳統(tǒng)電池空間利用率，這樣不僅提升了能量密度，還延續(xù)了磷酸鐵鋰電池的安全優(yōu)勢。
在最新量產(chǎn)的海豹上，比亞迪通過CTC技術(shù)將電池和車身融合，進一步加強電池的安全性，打造出撞不斷的電動汽車。
從業(yè)界口碑和汽車銷量來看，比亞迪刀片電池有著亮眼表現(xiàn)，就連蘋果都主動尋求和比亞迪的合作，目前已經(jīng)有不少車企成為比亞迪刀片電池的客戶，包括一汽紅旗、長安汽車、豐田、福特、戴姆勒等。
在安全性和使用壽命方面，比亞迪刀片電池確實有著突出優(yōu)勢，而續(xù)航和快充，可能是其目前的最大短板了。目前純電車續(xù)航突破1000km已經(jīng)成為車企宣傳的最大賣點，而刀片電池在能量密度方面較低，所以比亞迪急需帶來性能更強的刀片電池2.0版本。
廣汽微晶超能鐵鋰電池
亮點：提升性能，延長電池壽命
廣汽集團在科技日公布了一款微晶超能鐵鋰電池，通過在磷酸鐵鋰電池中引入第二相正極微晶，以及三項創(chuàng)新技術(shù)，改善了磷酸鐵鋰電池的能量密度、低溫、快充、循環(huán)等性能。
在電池技術(shù)原理方面，廣汽微晶超能鐵鋰電池在傳統(tǒng)磷酸鐵鋰電池的基礎(chǔ)上，引入了更高容量的第二相正極微晶活性材料，在提升能量密度的同時，通過離子多通路分流技術(shù)、陰極電勢能緩沖技術(shù)、OCV三維空間響應(yīng)面重構(gòu)技術(shù)全面提升了磷酸鐵鋰電池的性能。
通過這些調(diào)整，這款電池相比市面上的量產(chǎn)磷酸鐵鋰電池，單體質(zhì)量能量密度由185Wh/kg提升到了210Wh/kg，電芯質(zhì)量能量密度提升13.5%；微晶超能鐵鋰電池的體積能量密度由400Wh/L提升到了480Wh/L，體積能量密度提升20%。
同時，這一電池還改善了磷酸鐵鋰電池低溫性能比較差的問題，將零下20度的容量保持率提升了10%，充電時間也有了25%的提升。
此外，微晶超能鐵鋰電池的續(xù)航壽命也更優(yōu)秀，在循環(huán)4000次之后容量保持率還可以維持在80%以上，電池壽命可以達到150萬公里。這一數(shù)據(jù)甚至超過了比亞迪刀片電池可充放電3000次以上，電池壽命為120萬公里的成績。
可以說，廣汽的微晶超能鐵鋰電池將磷酸鐵鋰電池的各項性能都提升了一大截，甚至要超越比亞迪的刀片電池。據(jù)了解，該電池技術(shù)將率先搭載到埃安旗下最新車型上，預(yù)計最早明年上車。
其實，近幾年廣汽在電池研發(fā)方面一直都比較超前，去年年底推出的海綿硅負極片電池技術(shù)，核心原理讓電池內(nèi)部的硅負極片變得像海綿相同柔軟有彈性，使硅在充放電過程中的膨脹收縮被限制和緩沖，不會碎裂，充分發(fā)揮大容量的優(yōu)勢，儲存更多的能量。
而搭載海綿硅負極片電池技術(shù)的廣汽埃安AIONLXPlus作為首款續(xù)航超1000km的純電車型，也已經(jīng)在年初上市。
還有彈匣電池也將電池的安全等級提升了一個新的高度，以及廣汽還具備3DG石墨烯制備技術(shù)，以及將石墨烯材料應(yīng)用到快充鋰電池、超級電容、鋰硫電池和輕量化車身材料等領(lǐng)域的能力。
不論是基于微晶技術(shù)的新一代超能鐵鋰電池，還是石墨烯技術(shù)，都是廣汽在電池技術(shù)方面的進步，不過具體表現(xiàn)如何還要等該技術(shù)搭載在量產(chǎn)車上才能驗證。
上汽魔方電池
亮點：電芯超薄純平，支持換電
上汽的魔方電池，采用了LBS躺式電芯和先進CTP技術(shù)，電池整包厚度低至110mm，這樣就可以極大地新增整車的空間利用率，提升車廂內(nèi)的空間并新增乘坐的舒適性，在電池結(jié)構(gòu)上有了一定創(chuàng)新。
在能量密度方面，魔方電池的能量密度高達180Wh/kg，效能大幅度提升。能量密度越高，意味著相同的電量電池重量更輕，而減重素來是提升電動汽車續(xù)航里程的捷徑，能夠有效降低電動汽車的百公里電耗，進一步新增電動汽車的環(huán)保性。
單純從數(shù)據(jù)上來看，比亞迪刀片電池的能量密度140Wh/kg，廣汽埃安的彈匣電池的能量密度在160Wh/kg。所以在能量密度方面，上汽的魔方電池還是有一定優(yōu)勢的。
從結(jié)構(gòu)上來看，目前市面上幾乎所有電池組件，內(nèi)部采用立式電芯布局，但是缺點是空間局限性較高，采用躺式電芯讓電池包空間利用率大幅提高。也就是說，將原來豎放的電芯，現(xiàn)在平躺放置，不但厚度更小，且重量更低，占用的空間及接觸面很小，帶來空間效率的提升以及零熱失控的安全性。
魔方電池供應(yīng)三種不同的電池模組厚度，110mm、137mm、125mm。在不改變長寬度的前提下，電池厚度越大，可容納的電芯數(shù)量越多，續(xù)航就會越長。未來魔方電池可以推出135kWh乃至150kWh的大容量電池，實現(xiàn)1000公里續(xù)航里程并不是一件可望而不可及的事情。
另外，上汽魔方電池的突出特點是超長的使用壽命，據(jù)介紹，最長的為64kWh的電池包，壽命可以達到12年，100萬公里。
此外，上汽魔方電池采用標準化的ONEPACK電池架構(gòu)，使汽車能兼容50度電到100度電以上的電池。通過ONEPACK平臺化設(shè)計統(tǒng)一尺寸，單獨的專利換電結(jié)構(gòu)，MGMULAN已經(jīng)可實現(xiàn)在同一裝置上所有電池包的快換。
在產(chǎn)品落地方面，上汽乘用車推出的MGMULAN將搭載上汽魔方電池，供應(yīng)51kWh、64kWh和77kWh的電池版本，電化學體系則包括磷酸鐵鋰和三元鋰兩種，電池包厚度均為110mm。而且既支持充電，又支持換電。
長城大禹電池
亮點：提升811高鎳電池安全性
長城的大禹電池的設(shè)計理念就是變堵為疏，采用三元811大容量高鎳電芯，通過熱源隔斷、雙向換流、熱流分配、定向排爆、高溫絕緣、自動滅火、正壓阻氧、智能冷卻技術(shù)實現(xiàn)電芯內(nèi)部熱量被迅速導流，在電池包內(nèi)任意位置、單個或多個電芯觸發(fā)熱失控的情況下均能實現(xiàn)不起火、不爆炸。
從技術(shù)層面來看，大禹電池從電芯、模組、電池系統(tǒng)、整車四層進行匹配，從電芯測試、系統(tǒng)數(shù)據(jù)、安全設(shè)計、虛擬仿真、測試驗證五個維度設(shè)計理念，實現(xiàn)電池熱失控安全防護。
大禹電池技術(shù)一個最根本的優(yōu)勢是解決了未來主流NCM811高鎳電芯的安全性問題。另外還能解決不同化學體系電芯問題，其中就包括能量密度突破190Wh/kg的NCM811三元鋰電池，也包括未來隨著鎳含量提高電池能量密度更高的三元鋰電池，還包括三元鋰電池體系的NCA（鎳鈷鋁）電芯及無鈷電芯等，當然也能覆蓋磷酸鐵鋰電池。
同時，大禹電池技術(shù)還可百搭不同PACK的應(yīng)用技術(shù)，滿足未來CTC（CelltoChassis）電池PACK和融合方式，進一步提升整體剛性。
據(jù)悉，大禹電池技術(shù)首搭車型為沙龍品牌第一款車型，我們也期待該技術(shù)盡快落地，為電動汽車供應(yīng)更安全的駕駛環(huán)境。
總結(jié)
電動汽車生存之戰(zhàn)，從動力鋰電池爭鋒開始。電池技術(shù)競賽是一場攻堅戰(zhàn)，提升性能和降低成本是電池的永久命題，在電池材料短時間內(nèi)難有根本性突破時期，電池結(jié)構(gòu)創(chuàng)新成為車企的重要抓手之一。在有限的底盤空間，最大限度提升電池體積利用率，體積利用率提升也能提升電動汽車的能量密度，關(guān)系著電動汽車續(xù)航能力、快充速度及性能表現(xiàn)。
在電池結(jié)構(gòu)創(chuàng)新競技中，整車公司和電池廠難分勝負。但可以肯定的是，固態(tài)電池有望成為下一個技術(shù)高點，軟包作為和之最匹配的封裝技術(shù)，是電池工藝的未來，期待動力鋰電池行業(yè)能有新的突破。
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