能量密度最高的电池(能量密度最高的电池材料)

近期四川地区,尤其是成都的电动车车主一定难受了一波,这次四川地区的局部限电可以说狠狠的打击了电动车车主的自信心。在成都车展的那几天,只要看到关于限电的报道,就能看到一长串电动车等待充电的视频,视频中还夹杂着燃油车主的幸灾乐祸。

能量密度最高的电池(能量密度最高的电池材料)

电动车发展到今天,如果用木桶效应来看,和传统燃油车对比,有且只有一个短板,就是续航问题,续航问题说白了就是电池问题,电池的能量密度远远不如汽油,汽油能量密度大约是12~17MJ/kg,锂离子电池是0.46~0.72MJ/kg,而汽油机的效率通常在30%~70%,所以100kg的锂电池充满电的带电量大约只相当于3kg汽油的发电量,虽然这么说不严谨,但是也基本可以表达二者之间质的区别。

  • 麒麟电池是什么?

造燃油车时,造个油箱可能是最简单的事情之一,但是造电动车时,最难的就是这个“油箱”,所有厂家都想在这个“油箱”上做出突破,无论是特斯拉的4680、还是比亚迪的刀片电池,它们解决的核心问题就是如何把“油箱”做大,今天我们要说的就是中国动力电池界的“牌面”,目前市场占有率第一的宁德时代所推出的:麒麟电池

能量密度最高的电池(能量密度最高的电池材料)

在说麒麟电池之前,先要讲清楚宁德时代的CTP技术。什么是CTP技术,简单且不严谨的说,宁德时代的CTP技术和零跑的CTC、特斯拉的4680一样,都是将电动车的电池与底盘做融合的技术,英文全称为cell to pack,也就是无模组动力电池包,但是这里要强调说明,无论是宁德的CTP还是其他国产厂商的无模组动力电池包技术,和特斯拉的4680还是有很大区别的,这点稍后再展开。为什么要做无模组动力电池包呢?本质上就是为了在车身中塞下更多的电池,在没找到更高效电池材料的前提下,尽量把“油箱”做大。

能量密度最高的电池(能量密度最高的电池材料)

什么是CTP讲完了,目前宁德时代推出的麒麟电池是宁德时代第三代CTP技术的产物,它的体积利用率突破72%能量密度可达255Wh/kg,如果装车的话,可以使整车突破1000km续航。这么说没有概念,举两个例子:特斯拉4680的体积利用率为63%,电池组能量密度为217Wh/kg;比亚迪全新的CTB刀片电池体积利用率为66%,电池组能量密度为200Wh/kg。就目前各家的公布的数据来看,宁德时代推出的麒麟电池是目前市面上能量密度最高的量产电池包,换句话说,如果没有虚标,谁先用上了麒麟电池,谁家的电动车先突破1000km大关。

  • 宁德时代怎么做到的?

“牛”吹完了,我相信所有人都和我一样好奇宁德时代怎么做到的?

首先第一个问题,麒麟电池在电池电芯的本质上有突破吗?很遗憾没有。麒麟电池组依旧还是使用的三元高镍版的三元锂电池,且在电池本身的阴阳极等结构方面也没有什么突出的技术突破,依旧保留着三元锂电池高能量密度低稳定性的特点。并且没有像特斯拉4680那样的“无极耳”设计,电芯体积的增大,电池阻抗也同步增大的物理问题依旧没有解决。

那么宁德时代做了什么?

能量密度最高的电池(能量密度最高的电池材料)

首先采用了电芯倒置的设计,在电池模组结构上面做了创新,之前宁德时代VDA、590模组时代,电池电芯是正置状态,就和我们装电池一样,阳极在上阴极在下。而麒麟电池组则是倒立的电池,也就是电芯倒置。使用电芯倒置的排列之后,麒麟电池组让失控排气和底部球击空间共用,也就是我们常说的电池排气和安全空间做到了一体。这样在整包空间来看,会给电芯多留了6%的空间,从而提高电池组的空间利用率。

能量密度最高的电池(能量密度最高的电池材料)

第二麒麟电池采用了集成式的多功能弹性夹层,宁德时代将电池包中的横纵梁、水冷板和隔热垫集成成了多功能的弹性夹层,将支撑、冷却、隔热、缓冲功能四合一,并且在多功能弹性夹层内搭建了微米桥连接装置,可以配合电芯在充放电的过程中产生的轻微形变而进行自由伸缩。

能量密度最高的电池(能量密度最高的电池材料)

最后麒麟电池重构了水冷系统,对冷却系统进行了全新的排布设计。麒麟电池的水冷系统置于电芯与电芯之间,紧贴电芯大面,将传统置于顶部的水冷系统做到了电池的侧面,从而使换热面积扩大4倍,电芯控温时间缩短至原来的一半,目前宁德时代官方宣传麒麟电池可支持5分钟快速速热启动及10分钟快充至80%。

一句话概括就是:麒麟电池组本质上并没有改变电芯的内部结构和材料,改变的是电池系统结构,通过高度集成化的电池系统结构,提升电池组整包的体积利用率,从而达到从整包层面来看的能量密度提升。

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那么问题来了,高度集成化的电池系统结构会不会带来一些其他问题?众所周知电池包是非常脆弱的,很多电动车起火的根本原因是底部的电池包受到了超过它承受阈值的冲击,所以所有的电池包都会在底部预留球击空间。上文我们也提到了,麒麟电池组采用了倒置电芯,将失控排气和底部球击空间做成了一体,那么底部球击空间是允许有一定形变的,这种形变会不会影响到有毒气体的排出?我搜遍了全网,甚至问了宁德时代的官方人员,都没有得到准确的答复,只收到了“满足底部球击等国标电池安全测试要求”这样的回答。

其次倒置的电芯设计会使得电池的部分控制单元安置在电池底部,那么当底盘受到冲击后,这些高度集成化的控制单元是否会受到相比正置更严重的影响?这点我也没有得到官方的具体回答。本着工程师一定比我高明的原则,我觉得宁德时代一定有自己的解决方案。

最后就是成本问题了,高度集成化所带来的材料成本一定是上涨的,不过集成化也会带来人工和装配成本的下降,所以当我向宁德时代的官方人员询问后,得到了“成本属于商业机密信息,不便透露”的回答。

  • 和特斯拉4680电池比有什么不同?

在上文我们提到麒麟电池和特斯拉的4680是有很大区别的,我们现在来说具体有什么区别。首先一句话概括:麒麟电池是高度集成化的电池系统技术迭代,特斯拉4680则是改变电芯结构的技术迭代。

能量密度最高的电池(能量密度最高的电池材料)

特斯拉的4680电池最大的升级,或者说和目前其他电池厂家相比最大的升级就是“无极耳”技术。首先要说明,4680的“无极耳”技术不是没有极耳了,而是整个面都变成了极耳。

极耳就是从电芯中将正负极引出来的金属导电体,通俗的说是电池正负两极之间的“金属棒”,电流只有通过极耳才能与电池外部连接。但是当电芯体积的增大,极耳的长度也会增加,而过于细长的极耳并不利于电流传导,如果电流过大,电池阻抗也会同步增大,就会出现发热,能量损失增大,而且会影响电池的安全性能。特斯拉的解决方式就是去掉了4680电池原有的极耳,而是通过在电极一端涂覆导电材料,直接与壳体或专门设计的盖板进行连接,电流直接在电极集流体、盖板、壳体之间进行传导。说的简单点就是,电池包覆的本身就是电池的极耳。

能量密度最高的电池(能量密度最高的电池材料)

利用这种技术,使得特斯拉的4680电池在单体能量密度上能达到约300Wh/kg,但是圆形电池本身在电池仓内的布局有天然劣势,只能用到60%左右的电池舱空间,所以在整包能量密度上来看,特斯拉的4680电池反而比宁德时代的麒麟电池能量密度要低。但是从电芯技术发展的角度来看,4680是要比麒麟电池更加先进的,同样是CTC技术,特斯拉的4680电池带来的技术创新会比麒麟电池更多。

  • 写在最后

最后综合来看,麒麟电池优秀吗?结果是毋庸置疑的,作为目前能量产的最大“油箱”,麒麟电池在产品力上是非常优秀的。虽然麒麟电池在电芯技术上并没有什么突破性的创新,但是胜在技术相对稳定,并且良品率高。要知道特斯拉受限于极耳激光焊技术超高的技术难度,使得4680电池低良品率,导致4680电池组足足跳票了两年,技术再好产能跟不上也是白玩。再说,电池系统技术创新就不是创新了吗?能抓住耗子的就是好猫。

能量密度最高的电池(能量密度最高的电池材料)

对于消费者来说,只要能满足日常续航的需求,谁管你是通过什么技术手段实现的,只要续航能突破1000km,就不用间隔几天就需要去充电桩充电,那么城市爱怎么限电怎么限电,说不定当麒麟电池正真的落地交付后,装载麒麟电池的车型会成为消费者在突发限电中的私人小电站,到时看燃油车主还阴阳怪气不?

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