3月29日,比亚迪为其最新产品——“刀片电池”专门举行了一场线上发布会,董事长王传福在台上全面介绍了这个可以让电动汽车续航达到600公里,安全性又超高的刀片电池。配置新款刀片电池的比亚迪汉在续航里程和百公里加速方面的表现可与宝马新晋推出的i4相媲美。在动力电池竞争进入白热化之际,比亚迪这把“宝刀”出鞘能否改变动力电池的产业格局?
挥刀斩断“自燃”恶名
2019年底,比亚迪就透露出即将发布新一代动力电池的消息,因为其电芯采用扁平式设计,电芯长度被拉长,最长甚至达到1米,并且形态酷似刀片,所以被称之为“刀片电池”,其官方全称为“超级铁锂电池”。究其本质来看,刀片电池是一种制造工艺,其核心技术依然属于磷酸铁锂电池的范畴。不过刀片电池外形上大幅改变不是为了看起来美观,而是为了安全性能的考虑。
3月29日比亚迪举办的刀片电池新品发布会的主题是“出鞘·安天下”,说明刀片电池将主打“安全牌”。对此,比亚迪在发布会现场分别对一般磷酸铁锂电池、三元锂电池和刀片电池进行针刺实验,以此证明刀片电池的高安全性。
某三元锂电池电动汽车在行驶过程中突然起火
在三组实验中,三元锂电池——在被针刺穿后,其不仅立刻冒烟,并且短路产生的高热量使其迅速燃烧并爆炸,表面温度超过500℃。表现较好的是一般磷酸铁锂电池,不过,其虽然只冒出了白烟,但并未燃烧爆炸,不过高达200-400℃的表面温度却足以将生鸡蛋烤焦。而新发布的刀片电池,在被针刺穿后不仅连白烟也没有产生,并且其表面温度甚至可以维持在30-60℃。由此来看,刀片电池横空出世后可以将“自燃”与新能源汽车千丝万缕的联系一刀斩断。
此外,刀片电池虽然在单体能量密度上仍为190Wh/kg,不如三元锂电池的245Wh/kg的能量密度大,也并未摆脱磷酸铁锂的特性,但通过电池结构设计的创新,其系统能量密度可以达到152Wh/kg,与普通三元电池160Wh/kg的平均系统能量密度相差无几。根据消息,刀片电池可使电动汽车的续航里程提供50%以上,搭载刀片电池的“比亚迪汉”,其续航甚至可达到605公里,这对于许多搭载磷酸铁锂电池的车企来说,是一个十分振奋人心的消息。
同时,刀片电池由于本身就是磷酸铁锂电池,所以材料成本相对较低,再加上其采用了CTP(cell to pack)技术,对电池包结构优化,大大简化了电池模组设计结构,其体积利用率可以提高15%-20%,零部件数量将减少40%,生产效率会提升50%。所以,刀片电池在投入应用后会大幅拉低动力电池的制造成本。
(*ps:CTP技术——即直接把电芯放在整个PACK里进行安装,尽可能简化电池模组,省掉一切不重要结构的连接。)
兜兜转转的艰难转型
比亚迪对于锂电技术的选择可谓兜兜转转,从磷酸铁锂开始到被迫进入三元锂领域然后在重回磷酸铁锂。看似转了一个圈,好像是浪费了不少时间,但实际上每一次技术路线的选择,都与当时的时代背景、政策背景有重要的牵连。
其实比亚迪从1995年成立起,就一直在做磷酸铁锂电池,至今已有25年时间,可以说是其看家本领。此后,随着电动汽车产业风口到来,磷酸铁锂电池市场异常火爆,作为国内电池龙头和电动汽车先行者,比亚迪一时间风头无两。
但在2015年前后,国家相继出台多项政策扶持电动汽车产业。由于其中涉及动力电池的补贴政策直接与电池能量密度、续航里程挂钩,所以曾经垄断动力电池市场的磷酸铁锂电池,因为能量密度达不到要求,而在短短几年内便被乘风而起的三元锂电池迎头赶上。2016年,磷酸铁锂电池在动力电池的装机比高达70%,而2019年仅为32%。比亚迪作为动力电池的龙头企业必须要抓住政策和技术的热点,技术转型是不得不做出的选择。
一方面,比亚迪自身的磷酸铁锂电池技术十分成熟,在国内外都处于领先地位,并且,由于比亚迪公司是电动汽车领域少有的、拥有从电池到整车的整套技术的企业,其三电系统(电池、电机、电控)一直是“量身打造”。突然改变技术路线,不仅意味着电池系统要有所改变,其整车的设计也要随之调整。这对于比亚迪来说是个不小的考验。但另一方面,在购车补贴、电池补贴等政策的强力加持下,造车新势力一批又一批兴起,电动汽车产业一度成为资本市场的宠儿。动力电池作为电动汽车的核心部件,占到整车成本的40%,所以电池产品能否拿到补贴将直接决定整车成本的高低。而比亚迪如果选择继续搭载磷酸铁锂电池,那就意味着,其不得不面对比其他车企高得多的生产成本。最终,纵使再有不甘,比亚迪也不得不在资本的大潮下忍痛转做三元锂电池。
尽管比亚迪下了很大的工夫进入三元锂领域,其在行业的出货量占比也没有达到预期。再加上近年来三元锂技术的电动汽车自燃事件频发和动力电池补贴接连退坡,三元锂电池的安全性差和成本较高的问题引起了比亚迪管理层的重视,如果可以改进磷酸铁锂技术,使其满足电动汽车续航的要求,比亚迪很愿意在自己擅长的领域再精耕细作。
但是,要想发展磷酸铁锂电池,比亚迪首先需要解决的就是系统能量密度的问题。据国际能源网记者了解,目前市场上的磷酸铁锂电池系统能量密度经过改进后大都可以达到90Wh/kg,但能做到120Wh/kg的寥寥无几。如果以120Wh/kg的系统能量密度、300kg的电池包重量以及6.6km/kWh的平均电耗计算,其续航里程仅为237.6公里,而且这还未将电池损耗计算在内。
但是,刀片电池却将续航里程提高到605公里。所以,比亚迪在此时推出刀片电池,可以说是准确地捕捉到了市场风向的转变。同时,国内动力电池在经历过大洗牌后,目前已经形成了比亚迪和宁德时代的双寡头局面,而此前宁德时代宣布与特斯拉联手打造无钴电池,无疑也给比亚迪带来不小的压力。比亚迪需要在恰当的时机推出新产品以此应对市场竞争的压力。
正如前文所述,刀片电池采用了前沿CTP技术,系统能量密度可以达到与三元电池相媲美的142Wh/kg,搭载刀片电池的比亚迪汉,综合工况下的续航里程能达到605km。所以我们也可以看出,比亚迪发布刀片电池,正是看准了目前市场上高能量密度磷酸铁锂电池的空白状态。
“刀片”技术是把双刃剑
虽然比亚迪的刀片电池在安全性、成本上具有很大优势,并且系统能量密度也已经十分接近普通三元锂电池,但是,要想在短时间内的出货量超越三元锂电池,依然存在一定困难。
比亚迪电池工厂
首先,刀片电池依然是磷酸铁锂电池,并不是原材料上的革新,而是一种比较前沿的CTP技术。因此,磷酸铁锂电池的某些固有短板仍然被毫无保留地继承了下来。比如磷酸铁锂电池的电压测量不够稳定,会给控制策略造成一定干扰。这对于目前越来越重视三电系统一致性的车企来讲,无疑是影响很大的技术漏洞。
其次,CTP技术本身的技术门槛很高,尤其是在吊装、固定和维修方面。而刀片电池采用超常规的长电芯设计,这就导致其在制造和应用上的技术难度比一般CTP技术更大。而如此高的技术门槛的影响是双方面的。一方面,对于电池企业来说,高技术门槛无形中增加了产品质量把控以及后续技术改进的成本,如果技术改革急于求成,将会让公司面临巨大财务风险。而另一方面,对整车企业来说,由于CTP技术的电池包设计与常规电池包不同,每个电池包的参数也不尽相同,所以一旦发生故障,无法像常规电池包那样分模组进行维修,不仅其维修成本较高,而且维修难度也更多依赖于电池厂商。所以,车企如果采用CTP电池,其在供应链上的主导权就必将被削弱。
综上所述,因为比亚迪的特殊身份(既是整车厂,又是电池厂),所以刀片电池对于其自身来讲,无疑是一次里程碑式的革命。但是,这种技术要想被市场认可,不仅需要电池企业的努力,还需要整车企业的认可。因此,从宏观角度来看,这把双刃剑能否被大规模推广,尚需时间检验。
比亚迪既然决定重拾磷酸铁锂,并且放出了刀片电池这样的大招,那么相信其后续还会有其他动作。结合其在发布会上放出的消息——已有多家车企与其洽谈刀片电池合作事宜,笔者认为,比亚迪大概率会在6月份搭载刀片电池的“比亚迪汉”下线后,密集发布一系列动力电池新技术,有可能会针对各大车厂量身定做电池,以此为未来动力电池业务分拆上市做准备。对此,国际能源网记者将持续关注。