新能源汽车的跃进式发展往往与动力电池的更迭变换紧密交织。主机厂与供应商的话语权此消彼长。2016年,三元锂电池备受追捧,宁德时代一跃而起,成为万人仰望的“宁王”;2020年,押注磷酸铁锂路线的比亚迪出其不意,以刀片电池立身,扭转行业新航向。技术的革新让刀片电池的能量密度和空间利用率大幅提高,而安全不易爆炸的稳定性又为它增添美德,带来足以媲美三元锂电池的使用效果。
刀片电池伫立潮头,磷酸铁锂电池再次成为行业主流。而比亚迪也一度反超宁德时代,分走不少市场份额,更是依靠这项绝杀登顶新能源的王者宝座。只是当昔日发起挑战的人成为规则定义者,它也要成为被挑战的一方。
现在,随着技术的持续进步,刀片电池的新方向出现了——短刀电池成为一众厂商的新选择。吉利汽车集团副总裁、中央研究院院长李传海谈到,经过反复研究和论证,长刀并不是刀片电池的最优解,短刀才是新一代。
不久前,吉利自研自产的新一代“刀片式”磷酸铁锂电池正式发布。这款名为神盾短刀电池的产品在现有的长刀电池基础上,将电池的各项性能表现全面推到新的高度。
刀片电池,因长方形的外观设计而得名。所谓长刀或短刀电池,都属于刀片电池的类别。最直观的区别是电池长度不同。
如果以比亚迪海豹上拆解的电池包作为参考,长刀电池的尺寸超过900mm——这不是极限,在比亚迪公布的信息中,刀片电池甚至可以达到2.5米。
而短刀电池尺寸通常小于600mm。最新推出的神盾短刀电池长度为580mm,比长刀电池缩短40%。这样做的好处就是,通过将电池的长度变短,使得电池内部锂离子和电子在正负两极之间的运动路径变小,从而减小内阻,引发电池性能一系列的革新变化。
首先是能量密度变高了。神盾短刀电池的功率可以提到192wh/kg,不仅高于长刀电池的180wh/kg,也比传闻中长刀电池的2.0版本略高一筹。而能量密度的提升也意味着电池包的占用体积小、自重轻,实现车型更大的适配范围。
充电速度也变得更快了。电池的充放电过程涉及到锂离子在正负极之间的运动。吉利对材料体系进行优化升级,采用管径更细、长度更长的碳纳米管,为离子的传输打造一条“高速公路”,帮助电流的更快运转。据测算,神盾短刀电池的10—80%SOC的充电时间仅需17分钟,革新充电速度,充电峰值一度超过3C,平均充电倍率为2.45C。
如果这些参数的进阶仍然不够明显,那么场景的拓宽或许更具冲击力。在早期,电池往往在寒冷环境失去“魔法”,效能打折。低温严寒一直是新能源汽车发展中的软肋。
而现在,吉利为电池点亮抗冻属性。在0℃、-10℃、-20℃、-30℃的低温乃至极寒环境下,神盾电池的放电容量保持率始终在90%以上,整体高于长刀电池数值的8.7%。随着环境温度的降低,短刀电池的性能优势也更明显。这同样得益于它正负极之间电荷的传导效率。此外,电解液中的低阻抗成膜添加剂也为离子电子的低温穿梭减少阻力。
当电池性能整体提升,电池寿命自然得到延长。吉利给出循环3500圈的使用承诺。这相当于行驶里程绕地球25圈,超过100万公里。而容量保持率在循环2500圈仍然有接近90%的良好表现。按照普通家用车1年行驶2万公里来计算,这足以支撑两代人使用了。
不仅是消费者受益,更大的意义在于对环保的贡献。一旦电芯的大规模退役时间延后,会有效减少电池退役、拆解和回收过程中产生的碳排放量。有数据显示,每年大约可减少碳排放超过8万吨,相当于种植470万棵树木。
总体而言,恰恰是神盾电池的“短”带来了性能上的全面突破。吉利旗下生产神盾短刀电芯的耀宁科技集团CEO郑鑫谈到,“一寸短、一寸强,如果神盾短刀电池变长,电芯刚度将会降低,更易弯折、变形。”
这并不是吉利一家的选择。蜂巢能源董事长杨红新此前表示,短刀电芯的结构天然契合快充路线,具有温度均匀性更好、PACK体积利用率更高、兼容性更佳等多重优势。
续航焦虑是电动车发展中的核心问题。但最重要的是,没有人会容忍自己坐在一块随时起火的电池上。磷酸铁锂动力路线重新占据上风,也在很大程度上考虑到它的稳定特质。
短刀电池在这个方面有机会做得更好。在一场直播中,吉利完成了电芯“8针同刺”的试验——以8根直径5mm的钢针同时“穿刺”神盾短刀电芯——这会在瞬间导致短路,释放大量热量,而电芯静置1小时没有发生任何变化,不冒烟、不起火、不爆炸。在这项以电池试验界“珠峰”著称的高难度试验中,神盾短刀电池轻松过关。
“相比单针测试,8针对电芯的破坏范围更广”,郑鑫表示,“8针贯穿产生的综合影响并不是简单的叠加,而是相互作用、相互影响的复杂过程,对电池安全的要求更高。”
吉利似乎还不满意。他们进行了一项比针刺更刺激的试验。用5.8mm的子弹射击电池,形成一个拳头大的创面,被如此暴力破坏的电池也没有发生起火和爆炸。目前,这也是全球首个通过真弹枪击贯穿试验的电芯。
至于行业内另一项魔鬼“串行试验”——同一电池包连续通过动态海水腐蚀浸泡、高原极寒、高频次刮底、26吨超重往复式碾压、单包侧柱碰以及烈焰炙烤六个极端场景,神盾电池的状态依然稳定。
为了达到这样的测试效果,吉利在此前花了很多心思来保证电池安全,降低电池爆炸风险。
在电池结构上,神盾电池采取CTB结构,在高强度的“田字格”框架中加入了液电分离、电气隔离、热量拍疏等多重设计,以减少热失控下的各种风险。
此外,“湿法双涂层隔膜”工艺也减缓神盾短刀电池遭受的外部冲击。与干法工艺不同,湿法的柔韧度更好,在发生穿刺时不易断裂,一定程度上减缓短路面积;同时,吉利在电池中采用氧化铝等耐热涂层,达到“隔离带”的缓冲效果,避免发生热失控,帮助隔膜热收缩实现更好性能。
“如果说湿法隔膜像普通雨伞,能够完成基本的隔离和保护功能,湿法涂覆安全隔膜则像升级后的防晒雨伞,通过涂覆特殊材料,不仅保留了隔离和保护功能,还显著提升了高温或极端条件下的稳定性和安全性。”郑鑫称。
而假设电芯真的被刺穿或破坏,神盾短刀电池内部的热熔断技术将发挥作用。铝箔将熔断并形成隔膜坍缩,形成绝缘层以阻断短路,大幅提升电芯安全等级。
吉利控股集团董事长李书福此前多次提到,“汽车的安全很重要,安全是豪华的基本配置”。将动力电池的安全系数持续拉升,是构建车辆安全的第一道防线。
这样一款兼具安全与效率的神盾短刀电池将很快走入市场。其首搭吉利旗下的银河E5车型,预计在8月初上市。
吉利银河系列车型是吉利推出的中高端新能源产品序列,今年上半年售出8.1万辆,超过去年同期销量7倍还多。在强劲的增长势头中,吉利银河发布纯电SUV银河E5,预售价12.3万~15.7万元。
值得一提的是,银河E5百公里制动距离为35米,电机功率160KW,高环极速180公里/小时。与同级别长刀电池上车的车型相比,搭载神盾短刀电池的车型在车辆响应速度、动力性能和极限状态等方面有着更胜一筹的表现。
动力电池技术的革新带动市场增长,这或是神盾电池即将上演的图景。随着神盾短刀电池的量产上线,吉利也以最新一个实现动力电池自研自造整车厂商的身份进入大众视线。而在它身后,一张遍及内外部的、庞大繁杂的电池网络随之浮现。
2015年,在“蓝色吉利行动”的背景下,吉利集团伸出电池业务触角。通过与洪桥集团合作建设浙江衡远新能源,吉利间接获得动力电池生产工厂,为沃尔沃及领克部分车型供应电池包。
2022年,吉利新增旗下子公司耀宁新能源,在全国拥有多个研发及制造基地;同一年,衢州极电也纳入吉利的动力电池版图中;2023年,极电新能源和贵阳闪聚电池有限公司相继成立。
在外部,吉利也与多家公司携手布局电池领域。2018年,吉利宁德时代宣布成立合资公司;2020年,吉利又与孚能科技签署战略合作协议,共同建设动力电池工厂。与电池厂商合作的同时,吉利也要从源头获得资源支持。去年9月,吉利控股联合天齐锂业,共同在上游资源、核心材料、锂电池技术研究等方面进行深入合作。2019年至今,吉利在电池领域的投资已经超过1100亿元,累计规划建设的电池产能超过300GWh。
这张交错庞杂的业务版图还在动态扩张。在湖南岳阳,耀宁新能源计划投资约103.7亿元建设另一座12GWh磷酸铁锂电池项目;不久前,极电新能源的电动电池总成项目在山东顺利投产,这是吉利在北方最大的动力电池制造基地。
可以看出,经过多年布局,吉利从上游的锂矿资源、中游的生产制造,再到整车应用,打通了一套完整的动力电池产业链条。
事实上,就在整个行业高歌猛进,持续扩张的另一面,关注电池环保的行业呼声也日渐高涨。吉利也始终关注废旧电池的处理问题,并在很早就着手建立相关筹划。
在电池回收领域,吉利逐渐形成了以主机厂为核心的产业联盟回收模式,正逐步健全“上游:电池回收+中游:修复、梯次利用与再生+下游:场景应用”的市场化电池回收机制。
目前,吉利的动力电池回收技术已达到行业领先水平,镍钴锰材料回收率超过99%。
在近期公布的“中国ESG上市公司先锋100(2024)”榜单中,吉利连续蝉联中国车企榜首。以实际行动彰显它在新能源汽车发展中的环保责任。
平衡好环保与发展的中间点,吉利需要以最小代价实现动力电池产业扩张。这是源于自身产能需求的现实需要。今年上半年,吉利新能源车型销售32万辆,同比增长117%。到2025年,吉利计划新能源销量达到90万辆,新能源车销量不断增长,动力电池的需求也越来越大。自研自造电池,不仅让吉利降低对于外部供应链的依赖,强化自身的供应链保障能力,也让它能够实现对整车“心脏”安全的风险把控。
而另一方面,这也是参与市场竞争的重要筹码。从卷产品、卷价格再到卷技术,车企贴身肉搏,市场竞争不断升维。在残酷终局之前,牌桌上的车企也要全面升级,竭尽所能争取每一寸市场的推进。而在这种胶着时刻,技术革新就是推动质变的关键变量。以吉利为代表车企们相继打出“短刀电池”这张牌,加速市场竞争格局的又一次变动。
文/车云
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