比亚迪,特斯拉两者是当前新能源市场的两大霸主。各自都有其核心技术和产品竞争于世,提到比亚迪,都知道其电池做的好,刀片电池,目前市面上能找到的最安全的汽车动力电池,也是唯一掌握新能源车三电一芯的车企。特斯拉,集各种高科技于一身,无人驾驶,电控超牛,能独立发射火箭的男人,不得不说各种主角光环于一身。那么今天咱们就来聊聊两者的动力电池。对比不分高下,只做了解。
特斯拉前阵子开了个发布会,宣布了一直被传说,一直未被证实的事件即其4680电池即将在2022年底进入大规模量产阶段,旗下特斯拉车型将于明年起全部换装4680电池,什么是4680电池,这里解释下,4680电池即直径 46 mm、高 80 mm 的圆柱电池,目前特斯拉使用的 18650 和 2170 电池也符合这一命名规则,其中 18650 电池最后一个「0」的含义是圆柱,只不过 2170、4680 电池省略了。不要简单的以为只是尺寸变大了而已,根据其推出的数据显示,4680电池相较于目前在使用的2170电池其容量增加了5倍,相应车型的续航里程提高了16%,而由于能够标准化生产,成本在2170的基础上降低了14%。很多朋友很容易把容量理解成电池的能量密度,以为4680电池的能量密度相较于2170提高了5倍,这是胡扯的啊,为什么这么说呢,咱们接着往下看。
首先是电池一些基础知识,今天的锂电池,一般包括,正极材料,负极材料,电解质,隔膜,和包装,
正极材料,常见的包括磷酸铁锂和三元锂电池,三元又分为镍钴铝,镍钴锰两种类型。镍钴锰下面,又分为,NCM532,NCM622,NCM811,这是主流的分类,其他的,还有锰酸锂,钛酸锂,磷酸铁锰锂(磷酸铁锂的变种),硫(锂硫电池,基本还在实验室),镍钴锰铝(即将大规模工业化),富锂锰基(容量比三元更高,循环寿命上不去,实验室研究多年)等等,
负极材料,主要是石墨,包括天然石墨,人造石墨,其他的,包括软碳,硬碳,等,不是主流。
电解质,主要分,液态电解质,固态电解质,液态电解质,
其他是隔膜,铜箔,等等,
因为长期以来,负极材料基本是石墨,电解质,隔膜变化不大,所以正极材料,决定了电池的容量。电池分类也基本是按照正极材料的区别来划分。
由于特斯拉不生产电池,其动力电池一直使用松下的为主,其4680电池,应该还是镍钴铝电池的改进,这里猜测的依据是4680电池正是在松下和特斯拉联手之下推出的。所以其改进的基础应该就是松下的2170电池。根据网上公开资料显示,其中一个改进是负极的石墨里掺了硅,硅的比容量是石墨的十倍,所以只要掺一点点硅,就能提高电池的容量,但是主要这个提高只是负极材料的提高,整个电池,提高没那么多,其次,这个技术对磷酸铁锂和三元电池是一样的。三元电池能用硅负极,磷酸铁锂也能用。
所以看到这应该就明白了,发布会的数据是提高了5倍的容量,而不是提高了5倍的能量密度,由于其正负极材料没本质变换,所以咋可能提高这么多,具体的是说提高了16%,减少了14%的成本。
再来看比亚迪的刀片电池,刀片电池的原材料是磷酸铁锂,比亚迪对磷酸铁锂路线的坚持,不仅仅是因为安全 便宜的问题,而是从材料战略上看,如果没有颠覆性的技术进步,那么磷酸铁锂估计要用到这个世纪末。因为地球上有种元素是很少的,那就是钴元素。
这里简单普及下动力电池常用的几个元素,一个是锂,一个是镍,另一个就是钴了,其中目前地球上已探明的锂储量根据USGS美国地质调查局,截至2020年,全球锂探明储量达8600万吨,其中百分之60左右都在锂三角也就是玻利维亚,阿根廷和智利这三个南美国家,中国,美国,澳大利亚也都有上千万吨,所以有理由推测,地球上锂的储量应该在上亿吨。而镍是铜和铁的伴生矿,镍的探明储量上亿吨这个也没问题,有问题的就是这个钴了,目前已探明的储量是700万吨,其中百分之70都在刚果金,这个国家可不太和平,常年内战!开采更是难上加难。我们以一辆典型的三元锂电池汽车,参考对象就选特斯拉的MODEL3 ,需要30公斤的镍(也许是35公斤,这不重要,总之镍很多),6公斤的锂,6公斤的钴。我们以一辆车大概带60度电的情况,那么700万吨钴,大概能满足10亿辆汽车的需求,乍看还不少对不对,目前全球的汽车保有量大概是20亿辆左右,如果保持当前市场需求在不增长的情况下,要把这20亿台燃油车替换成新能源汽车那么这点资源连5成都做不到,这不符合当前各国特别是中国的新能源战略,所以比亚迪从一开始就选择了磷酸铁锂电池来作为新能源车动力电池的发展方向。这里也不得不佩服船夫哥的眼光和执着!
比亚迪的刀片电池,本质是磷酸铁锂电池的包装形式革新,直观的理解是把电池做的很大,内在的原因是改善了电池的散热,因为钢壳的应用,增加了电池的强度,这对电池封装成电池包有非常重要的意义,因为磷酸铁锂电池,能量密度是170WH/kg, 说更简单就是100公斤的电池有17度电,正是由于刀片电池的优秀设计,封装成电池包后,能量密度还有140WH/kg。当然还有很重要的差别是,磷酸铁锂耐高温,磷酸铁锂大概可以在600度的高温下不起火,所以比亚迪的电池可以过穿刺试验,甚至用大卡车压。安全性还是非常强的。单位密度的电池包性能上能和特斯拉的4680一较高下,而其在成本和安全性上则有着更高的把控。目前比亚迪网上也一直在传准备推出最新的第二代刀片电池,其在成本和能量密度上有更好的提升,根据前一阵子王传福在新能源大会上的讲话,比亚迪对新能源动力电池的研究方向依然是安全性 成本和能量密度上,这里我们有理由推测,第二代的刀片电池依然会引领动力电池的发展,毕竟深耕这个行业二十多年了,期待有更好更高性价比的产品推出。