在说这个话题之前,先(xian)问大家一个问题:
对于新能源汽车来说,你(ni)觉得最重要的是什么?
对,没错,就(jiu)是电池。
我们可以做个这样(yang)的比喻:
汽(qi)车也有"心脏",燃(ran)油车的心脏就是内燃机,而电动车(che)的心脏就是电池(shi)。
"心脏"的(de)好坏决定了车辆行驶的长(chang)短。
作为电动汽车界的(de)领军者-特斯拉,在2020年1月份宣布中国版的Model 3系列将在下半年生产中,搭载中国企业宁德时代生产(chan)的磷酸铁锂电池。
看到这个消息,肯定有(you)同学会疑问了:
宁德时代是什(shi)么样的公司?它的技术有多厉害,能被(bei)特斯拉采用?
今(jin)天咱们就来说说这(zhe)个。
宁德时代宁德时代(dai)是由被称为“中(zhong)国电池大王”的曾毓群在(zai)2011年成立(li)的公司。
成立6年,就晋升为动力(li)电池行业龙头,2017年(nian)销量全球第一,2018年更是迅速登陆(lu)A股创业板,目前市值(zhi)大约是4600亿人民(min)币。
到今天(tian)为止,中美欧以及日韩地(di)区的主流车企几乎都成了宁德时代的(de)客户,其中包括(kuo)特斯拉、宝马、大众、丰田、现代、上汽、蔚来等品(pin)牌。
能做成这么大的成(cheng)就,必定有两把刷子的。
宁德时(shi)代的"武器"有两把,除了常见(jian)的“磷酸铁锂”电池之外,还拥有一(yi)个领先全行业的(de)秘密武器—三元锂电池(shi)。
那这(zhe)两种电池有啥区别呢?
锂电池首先咱们先来了解(jie)锂电池。
锂电池主要分(fen)为软包形、圆柱形、方壳形。
虽然它们的形状(zhuang)不一样,但是工作原理都是一(yi)样的。
锂离子电池是(shi)以碳材料为负极,通常是石墨;以(yi)含锂的化合物作正(zheng)极,没有金属锂存在(zai),只有锂离子,它工作原理主(zhu)要依靠锂离子在正极(ji)和负极之间移动来工(gong)作。
具体来说是这样的(de):
当对(dui)电池进行充电时,电(dian)池的正极上有锂离子生成,生(sheng)成的锂离子经过(guo)电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状(zhuang)结构,它有很多微孔,达到负极的(de)锂离子就嵌入到碳层的微孔中,嵌(qian)入的锂离子越多,充电容量越(yue)高。
同样,当对电池进行放(fang)电时,也就是我(wo)们使用电池的过程。嵌在负极碳层中(zhong)的锂离子脱出,又(you)运动回正极。回正极的锂离子越多,放电容量越高。
锂电池爆炸但是之前我们总看(kan)到这样的消息,说某品牌手机锂(li)电池会爆炸。
这是因为什么原因呢?
我们知道电池中的锂金属化(hua)学性质十分活跃,是(shi)易燃物质。
一旦和空气接触,就(jiu)会跟空气中的水发生猛烈的化学反应(ying),瞬间产生大量的氢气,并释放出热能,极易引起燃(ran)烧和爆炸。
用高中化学的知识就是这样的一(yi)个方程式:
2Li+2H2O=2LiOH+H2
而现在锂电池中的锂,经过处理后会降低活(huo)性。在锂电池正负极之间,还(hai)有一层金属薄膜,可以防止电(dian)池内部短路。
再加上我们使用(yong)的电池都是密封的,锂离子根本没有机(ji)会和空气直接接触,从而(er)有效的保证了电池的安(an)全。
磷酸铁锂VS三元锂电池那什么是磷(lin)酸铁锂电池,什么又是三元锂(li)电池?
其实它们都只是正极材(cai)料不同而已。因为(wei)不同类型的锂电池负极都是石(shi)墨,正极材料不同。所以用(yong)正极材料来区分不同类型的锂电池。
也就是说:
磷酸铁锂电池就是用磷酸铁锂(li)做正极,三元锂电池也叫三元聚合物锂(li)电池,主要是由镍钴铝(lu)或者是镍钴锰 做(zuo)正极。
那么这两种(zhong)电池有什么区别呢(ne)?
简单来说磷酸铁(tie)锂电池,它主要的优点是安全性高(gao),循环寿命更长,理论寿命可以(yi)达到7到8年。但是缺点就(jiu)是能量密度低,意味着(zhe)续航能力差。
反观三元锂电池这边呢,它的主要优点是储能密度更高,意味着续航能力高。但是缺点就是(shi)安全性差,寿命差,并且(qie)元素是有毒的。
三(san)元锂电池三元锂电池它的三种正(zheng)极材料都是夹在一(yi)起的。
但是由于(yu)钴离子的半径比较大,所以它们搭在一起的时候会(hui)留出一个固定的空隙,给(gei)那些锂离子自由出入,因此钴酸(suan)锂相对来说比较(jiao)稳定。
而镍离子的半(ban)径要小过锂离子,所以镍酸锂能量(liang)密度会更大,而又由于其(qi)太密实了,就容易出现阳(yang)离子混排的现象。
所以三元锂电池镍(nie)成分不可以太高。
这时就需要添加钴来增加电(dian)池的稳定性,但是钴却是(shi)比较贵的金属,全球的储备量有限。为了降低(di)成本,就用锰和铝元素来作(zuo)为支撑材料,同时也就只能降(jiang)低钴含量。
但是没有钴的话稳定性会比较(jiao)差。
在(zai)2020年又出现了宁德时代(dai)的无钴电池,要说明的是这并不是真(zhen)正的"无钴电池"。它其实就是采用CTP技术设计的磷酸铁锂电(dian)池。
CTP技术(shu)就是把电芯放入设计好的电池(shi)包内,然后按照最佳的排列组合方式,组装成高效的锂电池。
这样优(you)化的结果是,体积利用率可以提(ti)高15%-20%,能量密度可以(yi)提升10%-15%。零部件数(shu)量可以减少40%,生产(chan)效率可以提升50%,投入应用后会大幅(fu)降低动力电池的制造成本(ben)。
作为宁德时(shi)代的竞争对手比亚迪公(gong)司在2020年3月发布了一款刀片(pian)电池。
它的本质还(hai)是磷酸铁锂电池,只(zhi)不过是电池结构设计上有所创(chuang)新。它其实就是直接把电芯宽度无(wu)限拉长,厚度做薄,做成90厘米甚至快1米的超长(chang)电芯,也就是又扁又长,像刀片一样。
这样改造的结果就(jiu)是体积能量密度提升(sheng)明显,较原有电池系统可提升30%以上。并且节省物料、人工(gong)费用等,成本有望降(jiang)低30%,并且刀片电池更薄,因而散(san)热效果更好。
不管是宁德时代的(de)CTP技术,还是比亚迪的(de)刀片电池,最终(zhong)都提高了磷酸铁锂电池的能(neng)量密度,目的是让其能达到三元锂(li)电池的水平。
同时改造后的(de)磷酸铁锂的电池,都能达到400公里以上的续航里程需(xu)求。而整个电池生产的其他材料无(wu)需改变,并且生产线变动也不(bu)大,也就是很快能量产。
简单来说,这两种技术都是通(tong)过提升生产效率来降低电池(shi)的成本。
最后如今新能源汽车和充电装置已经被(bei)列入了国家的“新基建”计划,毫(hao)无疑问,它将会迎来一个巨大、更(geng)加富有挑战性的市场。
汽车产业一(yi)直都是世界上最大的产业之一,面对(dui)新能源革命。
新能源汽(qi)车大概率将会在未来成为(wei)事关国计民生的(de)重要支柱产业,而动力电池恰恰(qia)就是新能源汽车(che)的生命源泉所在。
在三元锂电池领域(yu)宁德时代已经是老大了。
随着CTP技术的(de)无钴电池的出现,宁德时代将磷酸铁锂电池的成本降低到(dao)了600元以内,而三元锂的成本还维(wei)持在1000元左(zuo)右。
正(zheng)是由于宁德时代磷酸铁锂电池(shi)成本的大幅降低,也吸引了迫切想(xiang)要提升销量的特斯(si)拉,两者一拍即(ji)合。为新车装上(shang)了磷酸铁锂电池,这样一来,特斯(si)拉的新车的价格有望进(jin)一步下降。
最终受(shou)益的还是咱们老百姓。