锂电池
一文看清:麒麟电池PK特斯拉4680电池谁更强?
来源:爱游戏app官方网站 发布时间:2024-07-25 06:44:10
- 产品特点
特斯拉前脚才公布要将4680电池大规模量产装车的消息,宁德时代后脚就推出了自家第三代CTP技术——麒麟电池。
据宁德时代方面介绍,麒麟电池的体积利用率突破72%,单位体积内的包含的能量可达255Wh/kg,可以使整车突破1000公里续航。
除此之外,这麒麟电池还通过全球首创的电芯大面积冷却技术,可支持5分钟快速热启动和10分钟快充。
而在麒麟电池发布后,理想汽车与哪吒汽车相继转发了麒麟电池发布的消息,而宁德时代官微也随后回复了两家企业的消息,理想与哪吒也成为首批确认将搭载麒麟电池的新能源企业。
关于这款电池,根据宁德时代官方的描述:在相同的电化学体系、电池包尺寸下,材料用三元高镍版的麒麟电池,比同体积的特斯拉4680高出13%的单位体积内的包含的能量,性能远超特斯拉4680。
其实,麒麟电池和4680电池是两个不同的技术概念。麒麟电池是电池系统技术的迭代,而而特斯拉4680则是电芯技术的迭代。
先来看麒麟电池,其本质上并没改变电芯的内部结构和材料,改变则是电池系统的结构。其主要创新如下:
与站立的宁德时代VDA、590模组和躺着的上汽魔方电池不同的是,CTP3.0真麒麟电池则是倒立的电池,也就是电芯倒置,这样的设计能让电池包的空间利用率更高。
从排列方式来看,麒麟电池的电芯倒置后,能够让失控排气和底部球击空间共用,就给电芯多留了6%的空间,从而带来更高的空间利用率。目前麒麟电池的空间利用率高达72%,较第一代CTP高出17%。
宁德时代开创性的横纵梁、水冷板与隔热垫原本各自独立的设计,集成为多功能弹性夹层,使支撑、冷却、隔热、缓冲功能四合一,有效的提高了空间的利用率。
并且,在多功能弹性夹层内搭建微米桥连接装置,灵活配合电芯呼吸进行自由伸缩,提升电芯全生命周期可靠性。
此外,电芯和多功能弹性夹层组成了一体化的能量单元,在垂直于行车方向上构建稳固的受力结构,提高了电池结构强度和抗冲击能力。
首先,宁德时代从热交换本质着手,重构了水冷系统,将其置于电芯大面之间,极大的提升了电芯的换热效率,其换热面积能扩大四倍。
其次,宁德时代将电芯控温时间缩短至原来的一半,更高效的维持电芯安全、适宜的工作时候的温度,从而适应更大电流,更高电压快充。据悉,目前麒麟电池可支持5分钟快速速热启动及10分钟快充至80%。
在极端情况时,电芯可急速降温,有效阻隔电芯间的异常热量传导,有很大成效避免电池非正常工作时候的温度造成的不可逆损伤,有效提升电芯的寿命和安全性。
一句话来总结就是,麒麟电池实现了续航、快充、安全、寿命、效率、以及低温性能的全面提升。
想必稍微对特斯拉知道的朋友都知道,特斯拉的动力电池命名方式向来简单粗暴。4680电池,顾名思义就是单体电芯直径为46mm、高度为80mm的圆柱形电池。
对比过去的“1865”以及如今的“2170”,从命名来看,4680似乎只是电池变大了,由此前的“5号电池”变成了“2号电池”。
当然不只是有这么简单。除了变大之外,4680电芯在结构上也有很多创新和改进。
随着随着电芯体积的增大,电池阻抗也同步增大。对这个问题,特斯拉的解决方式是采用创新性的“无极耳”设计。
极耳是从正负极集流体中引出了的金属导电体,电流正是通过极耳才能与电池外部连接。但是过于细长的极耳不利于电流传导,如果电流过大,就会出现发热,能量损失增大,而且会影响安全性能。
特斯拉的4680电池去掉了原有的极耳,选择了在集流体末端留白未涂覆正/负极材料。简单来说不是没有极耳了,而是整个一端面都变成了极耳,这种设计大幅降低了电池的阻抗,解决了圆柱电池的发热问题。
特斯拉4680电池使用干电池电极工艺,不使用溶剂,而是将少量(约5-8%)细粉状PTFE粘合剂与正/负极粉末混合,通过挤压机形成薄的电极材料带,再将电极材料带层压到金属箔集电体上形成成品电极。这项工艺将会提高电池的能量密度,并且使生产能耗降低10倍。
阳极材料方面,特斯拉将从硅材料入手。硅可以储存比石墨多出十倍的电能,但由于其在充放电过程中体积变化可达400%,容易破碎,因此一直难以取代石墨。
特斯拉计划从根本上改变硅表层的延展性,使其不容易破碎,这项技术可以使电池的续航能力增加20%。特斯拉将研制的新材料命名为“特斯拉硅”,成本为1.2美元/KWh,仅为现有的结构化硅工艺的十分之一。
阴极材料方面,特斯拉通过改进阴极生产过程,减少水的使用和废水的产生,降低了电池阴极生产线%的生产成本。同时,特斯拉推出电池回收服务,未来新电池都将通过回收的旧电池生产。
结合这些改进,特斯拉将增加54%的电池续航,降低56%的每千瓦时成本,减少69%的投资生产成本,能量密度提升之余,生产成本大大降低。
总结来看,麒麟电池和4680电池虽然电池技术的迭代升级,但是在技术路线上是有所不同。
麒麟电池是在不改变电芯材料的基础上,通过升级电池组结构的“外在升级”,比如改变电芯的排放位置,集成为多功能弹性夹层等等,来提升电池的性能;
而特斯拉4680电池则是通过电芯的“内在升级”,比如扩大电芯体积、改变阳极材料等等,让自己变得更强。
当然,不管是外在升级也好,还是内在升级也好,其最终的结果仍然是为了获得更好的电池性能。
从宁德时代给出的数据看,圆柱4680电池在能量密度、快充性能、集成度以及导热性能上,与麒麟电池相比,仍然略显不足。下面我们一一来看。
从数据来看,4680单体能量密度约300Wh/kg,电池组能量密度为217Wh/kg。相较之下,麒麟电池组的能力密度能够达到255Wh/kg。也就是说,在相同电芯化学体系和同等电池包尺寸下,麒麟电池包的电量比4680电池提高了13%。
除此之外,麒麟电池的电池包的体积利用率已经突破了72%,比4680电池的63%高出9%,刷新了行业记录,成为全球最高集成度的电池。
麒麟电池拥有更高空间利用率,除了集成为多功能弹性夹层、用电芯倒置等方面的结构优化之外,特斯拉的电池因为先天圆柱形,有先天bug,所以只能用到60%左右。
这很好理解,由于圆柱的物理结构,电芯之间存在物理缝隙,而对于方形来说这样的一个问题基本不存在,也就是说同样的电池包,用方形电芯内部更紧凑,能塞进去更多的电量。并且方形电池可以将电芯尽可能做大,从而最大限度节省空间提升单位体积内的包含的能量。
大圆柱虽然在空间利用率方面不如方形电池,但是好处是,大圆柱电池散热空间更大,加之特斯拉为其设计了一层水冷板,因此导热性能要优于普通的方形电池。相较之下,方形电池因为单体电芯比较大,放在底盘上是面与面的接触,散热性先天性是没有圆柱形电池好。
不过,根据麒麟电池的讲法,通过重构水冷结构之后,其导热性能提升50%,并且从对比结果来看,似乎还要比特斯拉4680电池还要好。当然,这可能意味着,企业想要方形电池的散热性做的比圆柱形,那么需要的成本和花的功夫更大。
从查阅的资料数据显示,特斯拉4680电池组仅需15分钟就可以从10%充电至80%,比目前特斯拉的2170电池组快了10分钟。作为对比,目前麒麟电池可支持5分钟快速速热启动,及10分钟快充至80%。可以看到,在充电效率方面,麒麟电池是高于特斯拉4680电池的。
首先,圆柱电池单体小,导致电池包电芯数量多,对热管理和BMS的要求很高,安全性更差一些,理论上自燃起火的风险要大一些。
相较之下,麒麟电池采用的方形电池,单体容量大,单体数量少,BMS系统构成相对简单,稳定性相对较好。
其次,相比4680通过改变电芯材料来提升单位体积内的包含的能量,麒麟电池只是通过结构的升级,理论上也更加安全和稳定一些。
4680电池生产并不容易,要不然,至今也不会拖了快两年了。其中,主要难点在于极耳激光焊接的难度极高带来的低良品率。
据悉,最开始特斯拉制造的4680良品率仅为20%,到2021年10月提升至80%。而现在,其良品率已平均达到了92%,最高的达到了97%,最低的为79%,只是基本达到开始批量生产的水准。
其次,4680电池产能有限,数据显示,特斯拉在2021年销量为93.6万辆。在2022年,特斯拉表示将不推出新车型,选择全力扩产能,这意味着在2022年突破百万销量大关只是一个开始,全年销量达到150万辆也不是没有可能。
如此庞大的销量,特斯拉想要做到雨露均沾,将4680电池实现产品全覆盖显然是不可能的。
根据特斯拉的说法,其1月的产能为100万块,100万仅仅装机了1000台特斯拉,也就是说,每辆Model Y大约需要1000个4680电池,这与特斯拉一年将进100万的交付量相比,显然是杯水车薪 。那么,为了满足特斯拉2022年交付量超100万辆的目标,所以采购友商来弥补产能是必不可少的。
所以,这就是为什么,特斯拉不仅大量采购宁德时代的方形电池,并且占比越来越大。
从上述对比来看,麒麟电池的综合优势可能会更高一些。在单位体积内的包含的能量、快充性能、空间里有率,导热性能上,麒麟电池都要比4680电池更优秀一些。并且,在安全稳定性、产能、成组率等方面,4680电池也要不如麒麟电池。
我们能够正常的看到,从比亚迪推出刀片电池开始,包括宁德时代、长城汽车、广汽埃安等等电池厂商和车企,纷纷通过改进电池包结构,来升级电池性能。既保证了电芯的安全和稳定能力,同时也提升了电池性能,并且徒增成本。由此可见,电池的外在升级,也是电池发展很好的技术路线。
那么问题来了,宁德时代作为特斯拉主要的电池供应商之一,未来特斯拉会使用麒麟电池吗?欢迎各位在下面进行留言评论!
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