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它能解決新能源汽車續航里程和安全性的問題嗎?

鉅大LARGE  |  點擊量:1190次  |  2019年12月20日  

2014年的一天,寧德時代的電芯工藝研發部門突然抽調走了幾名骨感工程師,他們隨即被組建成一支秘密小組。很快,這支秘密小分隊接到總部安排的一個機密任務:研發軟包電池


這讓所有人都始料未及,因為這群人才用了整整兩年的時間,嘔心瀝血地把BMW提供的德文版的800多頁動力電池生產工藝資料啃下來,前幾批合格的方形電池產品也剛剛完成對華晨寶馬的第一款電動車之諾的配套。當前僅有的這條生產線的工藝流程還沒徹底地磨合出來,怎么就突然要上軟包了呢?


全球方形動力電池的龍頭老大,就此拉開了量產軟包電池的大幕。這是一個明確的信號,也是一個格局改變的開啟。或許就如同前面所說的,洗牌已經開始。


鋰離子電池,經過或卷繞或疊加這兩種不同的結構工藝完成內部組織的生產之后,在外殼封裝的材質和形狀上走了三條不同道路:圓柱、方形和軟包。雖然本質上三種路線的電化學原理都一樣,材料組成也基本相同,但就是這不同的封裝形式和形狀特征,決定了三種電池和背后生產廠商迥然的命運。


1997年12月,日本愛知縣的豐田工廠里,一輛內部代號為NHW10的第一代普銳斯緩緩駛下生產線,如同歌里唱的那樣,全球汽車產業走進新時代。


雖然是弱混合動力車型,但動力電池還是必需的。第一代普銳斯裝載的正是1996年豐田和松下合資(松下和豐田分別持股60%和40%)成立的PEVE(松下電動汽車能源公司,PanasonicEVEnergyCo)生產的圓柱形鎳氫電池。這一代普銳斯在全球暢銷12.3萬輛,成為混合動力汽車乃至新能源汽車的代名詞。與之相對的,動力電池的世界,是圓柱的天下。


2010年6月,PEVE更名為PrimearthEV能源公司(PrimearthEVEnergyCo.),名字縮寫還是PEVE。原因是豐田成了這家合資公司的控股大股東(所持股份上升到80.5%)。2013年,第二代普銳斯上市前夕,其電池包里的圓柱電池被換成了方形鎳氫電池。豐田這么做的目的是為了優化電池包的內部空間,從而在很大程度上提升了系統能量密度。


2010年,在美國加州試駕了一圈Roadster之后,豐田章男就做了向特斯拉投資5000萬美元的決定。替特斯拉解決了燃眉之急的同時,豐田提出的條件是要馬斯克替第二代RAV4EV開發鋰電池系統。


豐田這么做都是被逼的。


底特律巨頭通用在2006年就早于豐田推出了純電動汽車EV1,卻在市場上被RAV4EV打敗。所以通用干脆將持有鎳氫電池專利的子公司Ovonics賣給了美國一家石油巨頭雪佛龍,后者隨即起訴了豐田、松下和PEVE的侵犯專利訴訟。雖然最后達成和解,但結果是豐田不能在純電動車上使用鎳氫電池。


因為商用車(特別是客車)對動力電池包的容量要求很大,動輒數百Ah,圓柱電池顯然滿足不了這么大的容量,對于新能源汽車發展初期,在電池管理和模組技術上經驗不足的中國車企來說,大規模使用圓柱電池顯然是一項巨大的技術難關。同理,軟包電池在內部脹氣和外部穿刺的時候最容易漏液,對電池模組和電池包在安全方面的考量也最重,對于當時的中國車企來說也屬于利用難度最大的。


所以方形動力電池,就成為那個年代中國車企的首選。


軟包電池先天具有的高能量密度和安全性,正好契合了未來市場對續航里程和汽車安全性這兩項硬性需求不斷提升的期待。


動力電池企業承壓日久,在當前現有的材料體系和技術條件沒有質的突破之前,只能從不同的封裝技術路線方面尋找突破口。


雖然2020年實現單體300Wh/kg和系統250Wh/kg不是國家規定的硬性指標,但卻是市場對動力電池廠商的真實企盼,更何況率先達到這一標準的,無疑就會搶占市場先機。而截至到現在的情況來看,在現有的材料體系之下,無論是圓柱還是方形達到單體300Wh/kg都是不可能的。而采用軟包形式封裝的三元電池是最有希望率先達到的。


這也就可以解釋,為什么寧德時代、天津力神和國軒高科這三家承擔國家新型鋰離子動力電池項目的企業,都不約而同地選擇了軟包技術路線,來實現300Wh/kg的單體比能量的目標了。


自2010年推出以來,遍布全球的34萬輛日產Leaf共計行駛了超過70億公里,至今并未出現一起動力電池方面的嚴重事故,這可以從很大程度上驗證軟包電池的安全性。


而與另外兩種形式的電池相比,軟包電池曾經具有的一致性較差、成組效率較低以及導入高鎳正極材料時容易脹氣的問題,也隨著生產工藝的提升、生產效率的提高以及技術水平的不斷進步,相較于過去有了極大的改善,這也是為什么越來越多的電池企業開始生產,以及越來越多的車企開始導入軟包電池的原因。


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