钜大LARGE | 点击量:1186次 | 2019年12月20日
它能解决新能源汽车续航里程和安全性的问题吗?
2014年的一天,宁德时代的电芯工艺研发部门突然抽调走了几名骨感工程师,他们随即被组建成一支秘密小组。很快,这支秘密小分队接到总部安排的一个机密任务:研发软包电池。
这让所有人都始料未及,因为这群人才用了整整两年的时间,呕心沥血地把BMW提供的德文版的800多页动力电池生产工艺资料啃下来,前几批合格的方形电池产品也刚刚完成对华晨宝马的第一款电动车之诺的配套。当前仅有的这条生产线的工艺流程还没彻底地磨合出来,怎么就突然要上软包了呢?
全球方形动力电池的龙头老大,就此拉开了量产软包电池的大幕。这是一个明确的信号,也是一个格局改变的开启。或许就如同前面所说的,洗牌已经开始。
锂离子电池,经过或卷绕或叠加这两种不同的结构工艺完成内部组织的生产之后,在外壳封装的材质和形状上走了三条不同道路:圆柱、方形和软包。虽然本质上三种路线的电化学原理都一样,材料组成也基本相同,但就是这不同的封装形式和形状特征,决定了三种电池和背后生产厂商迥然的命运。
1997年12月,日本爱知县的丰田工厂里,一辆内部代号为NHW10的第一代普锐斯缓缓驶下生产线,如同歌里唱的那样,全球汽车产业走进新时代。
虽然是弱混合动力车型,但动力电池还是必需的。第一代普锐斯装载的正是1996年丰田和松下合资(松下和丰田分别持股60%和40%)成立的PEVE(松下电动汽车能源公司,PanasonicEVEnergyCo)生产的圆柱形镍氢电池。这一代普锐斯在全球畅销12.3万辆,成为混合动力汽车乃至新能源汽车的代名词。与之相对的,动力电池的世界,是圆柱的天下。
2010年6月,PEVE更名为PrimearthEV能源公司(PrimearthEVEnergyCo.),名字缩写还是PEVE。原因是丰田成了这家合资公司的控股大股东(所持股份上升到80.5%)。2013年,第二代普锐斯上市前夕,其电池包里的圆柱电池被换成了方形镍氢电池。丰田这么做的目的是为了优化电池包的内部空间,从而在很大程度上提升了系统能量密度。
2010年,在美国加州试驾了一圈Roadster之后,丰田章男就做了向特斯拉投资5000万美元的决定。替特斯拉解决了燃眉之急的同时,丰田提出的条件是要马斯克替第二代RAV4EV开发锂电池系统。
丰田这么做都是被逼的。
底特律巨头通用在2006年就早于丰田推出了纯电动汽车EV1,却在市场上被RAV4EV打败。所以通用干脆将持有镍氢电池专利的子公司Ovonics卖给了美国一家石油巨头雪佛龙,后者随即起诉了丰田、松下和PEVE的侵犯专利诉讼。虽然最后达成和解,但结果是丰田不能在纯电动车上使用镍氢电池。
因为商用车(特别是客车)对动力电池包的容量要求很大,动辄数百Ah,圆柱电池显然满足不了这么大的容量,对于新能源汽车发展初期,在电池管理和模组技术上经验不足的中国车企来说,大规模使用圆柱电池显然是一项巨大的技术难关。同理,软包电池在内部胀气和外部穿刺的时候最容易漏液,对电池模组和电池包在安全方面的考量也最重,对于当时的中国车企来说也属于利用难度最大的。
所以方形动力电池,就成为那个年代中国车企的首选。
软包电池先天具有的高能量密度和安全性,正好契合了未来市场对续航里程和汽车安全性这两项硬性需求不断提升的期待。
动力电池企业承压日久,在当前现有的材料体系和技术条件没有质的突破之前,只能从不同的封装技术路线方面寻找突破口。
虽然2020年实现单体300Wh/kg和系统250Wh/kg不是国家规定的硬性指标,但却是市场对动力电池厂商的真实企盼,更何况率先达到这一标准的,无疑就会抢占市场先机。而截至到现在的情况来看,在现有的材料体系之下,无论是圆柱还是方形达到单体300Wh/kg都是不可能的。而采用软包形式封装的三元电池是最有希望率先达到的。
这也就可以解释,为什么宁德时代、天津力神和国轩高科这三家承担国家新型锂离子动力电池项目的企业,都不约而同地选择了软包技术路线,来实现300Wh/kg的单体比能量的目标了。
自2010年推出以来,遍布全球的34万辆日产Leaf共计行驶了超过70亿公里,至今并未出现一起动力电池方面的严重事故,这可以从很大程度上验证软包电池的安全性。
而与另外两种形式的电池相比,软包电池曾经具有的一致性较差、成组效率较低以及导入高镍正极材料时容易胀气的问题,也随着生产工艺的提升、生产效率的提高以及技术水平的不断进步,相较于过去有了极大的改善,这也是为什么越来越多的电池企业开始生产,以及越来越多的车企开始导入软包电池的原因。
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