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特斯拉4680电池还没来就凉了?技术解析宁德时代麒麟电池

2022-09-04 12:33:45 8087

摘要:随着汽车电气化的发展,传统意义上围绕三大件来评价一款车的产品力体系已经过时。面对新能源车,特别是纯电动车,其动力电池技术的先进程度,成为评判它核心竞争力的重要维度。但对于普通消费者而言,无论是熟悉程度还是接受程度来说,面对目前市场上海量的动...


随着汽车电气化的发展,传统意义上围绕三大件来评价一款车的产品力体系已经过时。面对新能源车,特别是纯电动车,其动力电池技术的先进程度,成为评判它核心竞争力的重要维度。但对于普通消费者而言,无论是熟悉程度还是接受程度来说,面对目前市场上海量的动力电池技术宣传,一时间都会容易犯迷糊。如果说在这个毛线团中找到一个线头的话,那它就是在单位体积内的能量密度。换个比喻,就是在一样的建筑面积下,谁能做到公摊面积更小,得房率更高。

我们今天就借着宁德时代正式发布的麒麟电池,来从技术上聊一下动力电池的发展趋势,以及反馈在产品和传递给消费者到底有怎样的变化。

从减一层包装,到拆墙

作为占据国内动力电池装车量近半壁江山的宁德时代,其对于无模组电池技术的运用奠定和巩固了它第一梯队的地位。所谓无模组,即早期的动力电池,是由电芯、模组、电池包三层工序制造的。就像跟多高端雪糕一样,有两层包装。但对于动力电池来说,“包装”多并不是好事。就像房子里的墙多了一样,得房率肯定会变低。

那么既然要减少“包装”,夹在中间的模组肯定是优先考虑的对象。比如特斯拉早期就在动力电池上采用了十多个模组,但后期慢慢也减少到4个大尺寸模组。这还是走圆柱形电芯的特斯拉,对于国内大量采用的方形电芯而言,减少模组的潜力,无疑更大。

根据宁德时代公布的数据显示,在采用CTP技术(Cell to Pack,无模组动力电池包)之后,动力电池组的单位体积利用率提升了15-20%,动力电池组的零部件数量减少约40%,加工效率提升约50%,动力电池组能量密度提升10-15%,即达到200Wh/kg水平以上。由这一组数据也可以看到,无模组除了增加能量密度,客观上还减轻了重量,并且在制造端能够降低成本,提升出货效率等等。

而聊到这次发布的麒麟电池,其实也就是宁德时代的第三代CTP技术。从根本上来说,它似乎没有太多新意,同样也是通过提升集成度,来提高有效动力电池单位体积的利用率。但是从效率上来看,第三代技术的麒麟电池将体积利用率提升到了72%的水平,要知道宁德时代第一代CTP技术电池包的利用率也不过55%。在同样已经是无模组的情况下,麒麟电池是如何把利用率大幅度提升的呢?

墙:我最终还是担负下了所有

首先我们要明确一点,虽然是无模组电池,但并不代表从物理上电芯就是完全一体化了。实际上,电池包内还是会有包括横纵梁、水冷板、隔热垫等结构,主要功能也是保证电池包的强度、效率和安全性等等。而麒麟电池做的,就是将它们合为一体,即只用一类夹层实现以上的多种功能。还是用房子的比喻,就是用更少的墙体,规划出合理的房屋布局,在保证隐私、舒适度、功能性等基础上,收获更大的使用面积。

精简结构得以布置更多的电芯,这一点是CTP技术发展至今的核心。但是支撑第三代技术落地的,还是在强度、热管理方面的技术革新。其中扮演核心角色的是水冷板的调整,即将传统布局在电池包底部的水冷板,改为布局在电池包之中,通过水冷板结构实现电池包的水冷、隔热、支撑以及缓冲效果。

由于电芯是背靠背的模式布局,这种新的水冷板能够提供更大的接触面积,热管理面积增加,并能明显降低两块相邻电芯之间的热传导,控制极端情况下电芯的连锁反应。而冷却组件内部则是采用双通道设计,由一层液冷通道和一层风冷通道共同构成。工作中,由液冷通道主要负责对电芯进行热管理,再由风冷通道对冷却液进行实时散热。同时,风冷通道具备一定的柔韧性,为电池单体膨胀时,提供一定的缓冲区,避免挤压电池。

在该技术的加持下,麒麟电池能够将动力电池的能量密度提升至255Wh/kg(三元锂电池),这也明显领先于特斯拉的4680电池(217Wh/kg)。也难怪宁德时代发布麒麟电池之后,理想、哪吒,甚至是路特斯,都开始与之互动起来。因为按照现行的能耗和技术推断,搭载麒麟电池之后,单次充电之后续航突破1000km大关,或将不再是难事。

固态电池真就是万能的?

但麒麟电池终究还是在CTP技术上的进一步延伸,简单说,就是物理上的进步。要从“根本”上革新动力电池,或许还是得寄托在固态电池技术上。这里也延展一下固态电池的发展,因为宁德时代也是热衷于发展固态电池的企业之一。

所谓固态电池,就是电池内没有液体电解质,转而采用固态电解质。从技术路径上,比较主流的有聚合物、硫化物、氧化物三种。其中,聚合物电解质属于有机电解质,剩下两种属于无机电解质。

从之前公布的专利申请来看,比亚迪在固态电池的研发路径上,或许选择的就是聚合物固态电解质办法。而从宁德时代公布的专利显示,它或许选择的硫化物固态电解质办法。虽然氧化锂与硫化锂作为电解质,并不利于快速放电。但是宁德时代通过添加硼元素,降低对锂离子的束缚,尽可能提升电池的导电效率。不过从目前披露的有限信息来看,宁德时代在固态电池的开发之中,从基础上或许就更为偏重单位体积的能量密度。这也与它在开发麒麟电池时的思路异曲同工。

总之,固态电池理论上能够提供400Wh/kg甚至更高的能量密度,且电池组体积能够更加小型化,相比电解液电池更加安全等优势,一直是新能源汽车在发展过程中的一项重点布局。不过固态电池真正的商业化时间还需要等待,眼前包括宁德时代等一众厂商,在物理结构上的精进,同样也是为了提升能量密度、热管理、安全性等核心产品力。随着新一代技术的应用,当纯电动车续航突破1000km不再是新闻的时候,当制造成本和销售价格还能进一步下探的时候,当安全性更加可控的时候,或许汽车的电气化转型也就水到渠成了。

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