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又要便宜幾萬?為了成本,特斯拉和比亞迪都“

時間:2020-03-04 17:47來源:網(wǎng)絡(luò)整理 瀏覽:
2月中下旬,一則新聞讓新能源車行業(yè)炸開了鍋——特斯拉正與寧德時代共同研發(fā)『無鈷電池』,或?qū)⒂糜趪a(chǎn)Model 3車型。它直接造成幾家有涉鈷業(yè)

2月中下旬,一則新聞讓新能源車行業(yè)炸開了鍋——特斯拉正與寧德時代共同研發(fā)『無鈷電池』,或?qū)⒂糜趪a(chǎn)Model 3車型。它直接造成幾家有涉鈷業(yè)務(wù)的上市公司直接跌停,但是對于消費者而言,可能不太理解這個消息背后的深刻意義。


那么,『無鈷電池』到底是什么呢?它真的很重要嗎?



什么是無鈷電池?


這里簡單科普一下,純電車使用的動力電池,根據(jù)正極材料的不同分為幾大類,目前市場最主流的兩條技術(shù)線路就是『三元鋰電池』和『磷酸鐵鋰電池』。這兩種電池的隔膜、電解液以及負(fù)極材料基本都相同,唯一不同的是正極材料。


從廣義上來看,電池的正極材料中含有鈷元素的電池,都可稱作『有鈷電池』,正極材料中不含鈷元素的電池,都可稱作『無鈷電池』。


從狹義認(rèn)知來看,『三元鋰』指的是包含鎳(Ni)、鈷(Co)、錳(Mn)或鋁(Al)三種金屬元素的聚合物,其中“NCM”、“NCA”中的C就代表鈷元素,所以它們都屬于『有鈷電池』;而磷酸鐵鋰電池的正極是橄欖石結(jié)構(gòu)的LiFePO4材料,所以我們通常會認(rèn)為『無鈷電池』就是磷酸鐵鋰。



為什么要用無鈷電池?


再進(jìn)一步說,為什么特斯拉突然要改用『無鈷電池』呢?


其實,這些年來特斯拉一直都在致力于降低鈷的使用量。2009年,在Roadster上,特斯拉用的是鈷酸鋰電池。2012年,在Model S上,鈷的使用量是11千克/輛車。2018年,在Model 3上,鈷的使用量為4.5千克/輛車。到如今。2020年,特斯拉打算使無鈷電池。而鈷的使用量逐步遞減,最終目的還是因為『成本』。


我們都知道,電動車的核心部件是三電系統(tǒng)。三電系統(tǒng)中,以電池的成本最高,可占到整車成本的35%-40%;在三元鋰電池中,又以鈷材料的成本最高,可占整個電池包成本的30%-40%。而在磷酸鐵鋰電池中,正極材料只占電池成本約13%-15%。



在前一段世界召開的電動車百人會上,中國科學(xué)院院士歐陽明高提到,現(xiàn)階段新能源車的動力電池的成本在0.6~1.0元/Wh之間,其中下限是相對更便宜的磷酸鐵鋰電池,上限是成本更高的三元鋰電池。換裝無鈷電池,特斯拉又可以繼續(xù)降本放量。


使用『無鈷電池』,除了價格的下降,還包括價格與供應(yīng)的穩(wěn)定。因為鈷通常是銅或鎳開采的副產(chǎn)品,它容易受到這些金屬的需求和價格波動的影響。


除此之外,很容易被人忽略的一點是:特斯拉與寧德時代采用新的電池技術(shù),其實也是在擺脫核心供應(yīng)商的桎梏。在此之前,我們都知道特斯拉與松下建立起了非常緊密的合作關(guān)系,但是在Model 3產(chǎn)能爬坡時,松下的電池供應(yīng)速度被馬斯克多次吐槽,傳出不少“緋聞”。換句話說,當(dāng)最關(guān)鍵的核心供應(yīng)商只有一家的時候,對特斯拉的生產(chǎn)制造而言,是冒著極大的風(fēng)險的。



增加供應(yīng)商、開拓新的技術(shù)線路,將雞蛋放在不同的籃子里,這在商業(yè)競爭中才是一個更加聰明的方案。就在筆者的落筆之時,又有新的消息傳出特斯拉準(zhǔn)備自產(chǎn)電池,這也佐證了這一點推測。


有趣的是,當(dāng)外界紛紛猜測,特斯拉將與寧德時代共同研發(fā)新一代磷酸鐵鋰電池時,『特斯拉上海超級工廠』在抖音回復(fù)網(wǎng)友稱:“請留意四月特斯拉的電池發(fā)布會,無鈷,不代表一定是磷酸鐵鋰”,隨后該條評論被官方刪除。這讓我們對兩者合作的產(chǎn)生了更多的好奇。



但無論是使用不含鈷的磷酸鐵鋰電池的路線,還是采用NCM811高鎳電池向NCMA(鎳鈷錳鋁)四元電池進(jìn)階、并在過程中逐漸以經(jīng)過處理的其他包覆元素來代替鈷的路線。這都是一件好事,因為:


于特斯拉而言,與國內(nèi)動力電池巨頭寧德時代合作,既可進(jìn)一步降低成本,還可以提升效率,同時增加了電池供應(yīng)渠道,還可以保證上海工廠不受電池瓶頸限制,可謂一石多鳥。


于新能源汽車市場而言,特斯拉與寧德時代的合作,或?qū)⑦M(jìn)一步降低國產(chǎn)特斯拉的制造成本,進(jìn)而將國產(chǎn)特斯拉售價空間繼續(xù)下探,進(jìn)一步激活國內(nèi)25萬級別的電動車市場。



比亞迪和特斯拉想到一塊了


無獨有偶,在特斯拉公布前1個月,比亞迪也同時宣布推出新的“無鈷電池”——超級磷酸鐵鋰電池,官方又稱之為『刀片電池』。


什么是刀片電池


所謂刀片電池,是指“長電芯方案”(主要指方形鋁殼),一種通過增大電芯的長度(扁長化設(shè)計),以陣列的方式排布在一起,像“刀片”一樣插入到電池包里面,從而改進(jìn)電池包集成效率的技術(shù)。它不是指某一個特定尺寸的電芯,而是可以基于不同需求制作成不同尺寸的電芯,大致原理如下:



通過刀片電池的方式,比亞迪的磷酸鐵鋰電池的能量密度可達(dá)到180Wh/kg,相比此前提升大約9%,而體積能量密度可以提升50%,同時,通過更改內(nèi)部機(jī)構(gòu)等技術(shù),單位成本可以降低30%。據(jù)比亞迪官方介紹,新的刀片電池壽命可達(dá)百萬公里以上。



比亞迪官宣「漢」將是全球首款搭載「刀片電池」的車型,有望于今年6月上市。


鐵電池的優(yōu)勢?


刀片電池特殊的地方不僅是全新的電池排布結(jié)構(gòu),還有一個重點是,它是一款磷酸鐵鋰電池。這在三元鋰電池方案蔚然成風(fēng)的行情下,也是一個逆勢而行的決斷。


比亞迪選擇它,也是看中了它的幾個優(yōu)點。


首先,磷酸鐵鋰晶體中的P-O鍵穩(wěn)固,難以分解,即便遇到高溫或過充,也不會像鈷電池一樣、結(jié)構(gòu)崩塌發(fā)熱或是形成強(qiáng)氧化性物質(zhì),因此磷酸鐵鋰電池天生就具有更好的熱穩(wěn)定性,即使碰撞破裂也不容易發(fā)生自燃。


熱穩(wěn)定性更差的三元鋰頻發(fā)自燃


其次,磷酸鐵鋰還擁有更好的耐用性,完全充放電循環(huán)次數(shù)大于3500次后電量才會衰減到原有的80%。再來,因為它沒有貴重金屬(鎳鈷金屬元素),所以在生產(chǎn)成本上較低,且生產(chǎn)環(huán)節(jié)更加環(huán)保。


以上優(yōu)點都是三元鋰電池不具備的。


鐵電池有這些優(yōu)點,為什么之前沒有大規(guī)模應(yīng)用呢?


我們看看銷量。2019年,我國動力電池產(chǎn)銷量分別累計為85.4GWh和75.6GWh,其中,三元電池產(chǎn)量累計55.1GWh,占總產(chǎn)量64.6%,累計銷售53.0GWh,占總銷量70.0%。磷酸鐵鋰電池產(chǎn)量累計27.7GWh,占總產(chǎn)量32.4%,累計銷售20.6GWh,占總銷量比27.2%。


從這個比例來看,三元鋰電池的市場表現(xiàn)顯然比磷酸鐵鋰更加強(qiáng)勢,造成這個現(xiàn)象的原因,主要還是鐵電池仍有不少缺點沒被解決。



一是低溫性能差。磷酸鐵鋰電池溫度使用下限值-20℃,且低溫環(huán)境下放電性能差,在0℃ 時的容量保持率約60~70%,-10℃時為40~55%,-20℃時為20~40%。與此相對,三元鋰電池低溫溫度使用下限值-30℃,低溫放電性能好,和磷酸鐵鋰電池相同低溫條件下,冬季時里程衰減不到15%。所以,相較于三元鋰電池組,磷酸鐵鋰更加依賴于電動車的用車環(huán)境和電池溫控系統(tǒng)。



二是能量密度低。受制于化學(xué)特性,磷酸鐵鋰電池的電壓平臺低,普通磷酸鐵鋰電池的能量密度大概在140Wh/kg左右。哪怕是比亞迪的超級磷酸鐵鋰電池,能量密度也就只能達(dá)到180Wh/kg,距離三元鋰電池動輒200Wh/kg以上能量密度,還是有差距。



還有一個大家比較容易忽略的點——補(bǔ)貼因素。之前的三元鋰電池因為能量密度更大,能夠拿到的補(bǔ)貼更多,大家自然走更加輕松的路,但是2019年的補(bǔ)貼全面下跌之后,兩者的差距越來越小,這也是磷酸鐵鋰電池又重回人們的視野的重要原因之一。


如何克服能量密度問題?


低溫性能和政策原因,大家比較容易理解,我們這里重點說說鐵電池的能量密度問題。這一點正是寧德時代和比亞迪攻堅的重點:比亞迪交出的是『刀片電池』結(jié)構(gòu),而寧德時代交出的就是『CTP技術(shù)』。


比亞迪刀片電池的特點


從比亞迪披露的專利來看,刀片電池是把電芯長度拉長,厚度做薄,做成430mm甚至2500mm的超長電芯,其電芯是兩端出極耳。和傳統(tǒng)方形電池相比,呈現(xiàn)“扁平”和“長條”形狀,并且直接省去了電池模組這個環(huán)節(jié)。



在電池包總體積一致的情況下,現(xiàn)有的電池PACK結(jié)構(gòu),多出了各模組的側(cè)板、端板、緊固件、橫梁、縱梁等組件;而采用了新結(jié)構(gòu)的比亞迪電池包,除去電池管理系統(tǒng)、配電箱等組件,包內(nèi)空間利用率大概在62%左右。受到不同的電芯布局方式影響,包內(nèi)空間利用率分別為55%到65%,如有需求甚至可以達(dá)到80%。



由于零部件的減少,帶來重量的減少,因此單位質(zhì)量能量密度也能夠提高,整車?yán)m(xù)航里程也能提高。采用新結(jié)構(gòu)的電池PACK,帶電量約增加20%-30%,續(xù)航里程也能提升20%-30%。


寧德時代CTP的特點


相比比亞迪的刀片電池,寧德時代在技術(shù)上并沒有那么激進(jìn),它還是保留了模組概念,只不過模組的數(shù)量減少了,或者說每一個模組都變大了。


根據(jù)寧德時代的專利,一個大模組里面被若干個塑料材質(zhì)的散熱板分割成一個個小的空間,方殼電芯就像電腦硬盤一樣,可以插進(jìn)這些小空間。



每個電芯的側(cè)面還貼有導(dǎo)熱硅膠墊片,且電芯寬度方向的散熱板留有散熱通道,可以直接于外部的冷卻管路連接。



根據(jù)寧德時代的數(shù)據(jù)顯示,這樣做能夠減少約40%的零部件,這些零部件來自模組之間的連接線束、側(cè)板、底板等。此外,在電池體積不變的情況下,采用CTP技術(shù)的電池Pack包內(nèi)體積利用率也提升了15%-20%。


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寧德時代的CTP技術(shù),比亞迪的刀片電池技術(shù),都大幅提升了磷酸鐵鋰電池的能量密度,當(dāng)這一塊短板被補(bǔ)齊,后補(bǔ)貼時代,我們或許很快就能看到鐵電池的回歸。


其實,無論特斯拉和寧德時代最終決定使用什么技術(shù)線路,它和比亞迪的選擇,都會對現(xiàn)有的三元鋰電池市場造成極大的沖擊。屆時,車型的成本減低,消費者也能用更少的錢買到同樣出色的產(chǎn)品了。

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