吉利带「刀」,势平叛乱

原创 焉知新能源汽车 2024-06-21 20:13

「新势力卷智能,传统大厂卷智能和电池」,这是大厂的经验所在,掌握核心技术和零部件的优先级很高。

吉利当然也是这么做的。

吉利汽车集团 CEO 淦家阅近日在内部会议中提到,将于 6 月底发布吉利自研自产的新一代「刀片式」磷酸铁锂电池 —— 神盾短刀电池。

新款电池,在安全性、循环寿命、快充能力和低温放电表现等方面均实现了技术突破。

新一代神盾短刀电池通过更短、更紧凑的尺寸体积设计,实现更高的安全性,也进一步提升了整包布置的灵活性,同时将「刀片式」磷酸铁锂电池的能量密度提升至近 200Wh/kg。

并且,新一代电池会在新款纯电 SUV 车型「银河 E5」上率先搭载。

这个新闻里有三个细节:

一,新一代神盾刀片电池的尺寸更短;

二,新一代神盾刀片电池的能量密度提升至近 200Wh/kg;

三,首款搭载这款电池的车是银河 E5。

下面展开聊聊。

01

从需求出发

「电池」一直是一个大话题,在传统汽车产业结构里没有任何一个零部件的成本可以占到整车成本的三分之一,这也导致了电池相比其他零部件有了与生俱来的「高贵」。

电池的相关话题每一个单拎出来都能讲个几千字,所以这次我们并不想从电池的发展史去和大家分享,我们从需求出发去看电池可能的轨迹。

所谓「从需求出发」,其本意是指,一款款新能源产品到满足用户那些需求,以及企业如何造出这款车。

一款优秀的新能源汽车需要具备的能力是多样的,特别是动力/性能、舒适性、续航、智能化这些高频使用的基础能力。

而电或者说电池这样的能量源,构筑了一个优秀新能源汽车的基本底座。

简单理解就是,在一款新能源汽车里,电池依旧是一个独立在其他零部件之外的存在,没有电池以锂电为基本动力的电车将不成立。

为什么要说这些大家都明白的概念?

第一个是电池将是我们今年分享内容的主角;第二个是我们通过这个基本概念可以理清楚电池发展的核心诉求。

动力电池的核心诉求一句话就能概括:在单位电池包标准之下,用最小的成本实现最大的电量,满足最长的续航需求。

就是这么看似简单的一句话,却忙坏了电池领域全球范围内的科学家。

这里面有三个看似不可能三角:成本、能量密度、长续航

这就讲到了我们今天的核心,事实上,对于用户而言它需要的是一款可以满足长续航的电动车。这里面如果抛开混动,纯电想要实现长续航一般有两个方案,一是提高电芯能量密度;二是增加 Pack 带电量。

这两个方案都同时有两个非常难跨越的鸿沟:工程技术和成本。

工程技术比较好理解,如果对于具体的技术难点你不好理解,你只需要知道,动力电池技术考验的是材料科学,化学材料之间的配比、材料化学反应的热控能力。

其核心依然是材料,提到材料那又是另一个话题,但材料可以反映出一个国家、企业的数学科学和工业能力,因此,材料科学的进步一直是世界难题。

所以,工业界一直在用工艺创新和材料上的微创新,来提高能量密度同时降低成本。

材料上采用的方案主要有:

  • 钠电池
  • 磷酸锰铁锂

事实上从 2015 年开始,国内外所有电池厂商都在努力实现降低成本提高能量密度这一任务,但总体还是以工艺创新为主,工艺创新的方向则是电芯标准化、底盘标准化。

讲这么多想表达什么?

在淦家阅的讲话里,我们可以串联一个逻辑,这一代神盾刀片的能量密度来到了 200Wh/kg,而通常铁锂刀片 195kW/kg 已经是一个极限数字,同时这款电池要首搭载在银河 E5 上,因为 E5 定位 15 万级别车型。

所以,新一代神盾刀片会具备长续航、低成本的特点,这和官方披露的吻合。

02

吉利的反攻开始

吉利的神盾端刀片电池技术是其在电池领域的最新产品。

主要体现在以下几个方面:

电池类型和能量密度:吉利新一代的「刀片式」磷酸铁锂电池被称为「神盾短刀电池」。

这种电池采用了磷酸铁锂材料,具有较高的安全性。

而这里面有一个小变化,相比长刀片吉利采用了短刀片方案,那么为什么长刀片电池的内阻会比较大呢?

长刀片动力电池内阻过大的原因主要包括工艺、材料和使用条件等因素。

工艺方面:

正极配料导电剂过少:由于锂钴本身的导电性较差,如果导电剂添加不足,会导致材料之间的导电性不好,从而增加内阻。

正极配料粘结剂过多:粘结剂通常是高分子材料,具有较强的绝缘性能,如果使用过多,会增加电池的内阻。

负极配料粘结剂过多:同样是因为粘结剂的绝缘性能较强,过多使用也会导致内阻增加。

材料方面:

正极材料电阻大:例如磷酸铁锂等材料本身导电性较差,会增加电池的内阻。

隔膜材料影响:隔膜的厚度、孔隙率和孔径都会影响电池的内阻。如果隔膜材料的孔隙率小、孔径小,会导致内阻增加。

电解液材料:电解液的离子电导率和活性材料的电子电导率也会影响电池的总电导率,进而影响内阻。

使用条件方面:

温度:温度对电池内阻有显著影响。低温环境下,电池内阻会增加,导致性能下降。

放电倍率:放电倍率的变化会影响电池的内阻。一般来说,放电倍率越高,内阻越小;放电倍率越低,内阻越大。

充放电状态(SOC):电池的充放电状态也会影响内阻。随着电池的使用,容量衰减会导致内阻增加。

刀片电池的集流体电阻

刀片电池与普通电池相比,最大的区别就是特别长,接近 1m 的长度。

作为对比,CATL 普通的方型铝壳电池,由于极耳在高度方向,其长度一般不超过 0.2m,而 LG 给大众 MEB 平台提供的软包电芯,长度达到了 0.54m,已经快到极限了。

电芯的长度主要影响的是集流体的电阻,刀片电池由于其极片较长,导致其欧姆电阻相对较大。例如,单个铝箔的电阻为 6.71mΩ,而单个铜箔的电阻为 7.98mΩ。

这种较大的电阻在低温环境下尤为明显,因为低温会增加电阻值,从而影响电池的加热效果和整体性能。

尽管刀片电池的集流体电阻较大,但其低温性能优于普通铁锂电池。这是因为较大的集流体电阻带来了一定的加热效应,类似于内置镍片加热的方式,只不过电阻更小(不到 1mΩ),远低于镍片的 56mΩ。

这种加热效应有助于提高电池在低温环境下的性能。

为了进一步优化刀片电池的性能,可以采用复合集流体。这种材料的核心作用是降低集流体面密度和成本,减少电压降,并减轻极耳侧的发热。

集流体不仅起到承载活性物质的作用,还将电化学反应所产生的电子汇集起来导至外电路,实现化学能转化为电能的过程。

目前运用于电芯生产的正极铝箔集流体厚度在 10~20um,负极铜箔厚度在 6~8um。这些材料的选择和厚度对电池的导电性和整体性能有重要影响。

刀片电池的集流体电阻虽然较大,但通过优化材料和结构设计,可以有效降低其负面影响,提升电池的整体性能和安全性。

CATL 早些年有一款 LFP 电池,其容量为 120Ah 左右,比刀片电池的 138Ah 还要低一些(预示着内阻应该更大一点)。

其型号是 48 x 175 x 165mm,正极片尺寸 136 x 135mm,厚度为 16µm,共 32 片;负极片尺寸为 141 x 137mm,厚度为 9µm,共 33 片。电池的厚度增大,高度降低,其电阻也会相应变小,所以说短厚胜于细长。

降低集流体内阻的短刀思路

除了内阻较大,1m 左右长度的电芯,在生产效率、良品率等方面也面临较多问题,比亚迪的刀片电池除了适用于自己的汽车产品之外,对其他车企的适配性并不好。

同时,比亚迪在申请的刀片电池专利中涵盖了 600-2000mm 长度的电芯,为了提高适配性以及避开专利纠纷,蜂巢能源更偏爱 600mm 左右的电芯,并且把 300~600mm 长度的电芯统一俗称为「短刀」。

如果短刀电池的长度为 480mm 的话,其正负极片的总电阻减半,约为 0.285mΩ. 同时为了提高容量,还需要增加电芯厚度,增加并联的极片数量,最终的极片电阻还要减半,大概是 0.143mΩ. 可见降低长度增加厚度可有效降低电芯的电阻。

这一点也说明,即使以后全固态电池实现了,也不能指望只有几颗电池就组成一个电池包,那样的话由于电子传输路径变长,会导致电池包整体内阻偏大很多,更加不利于电池功率性能的发挥。

综上所述,长刀片动力电池内阻过大的原因是多方面的,包括工艺不当、材料选择不合理以及使用条件的变化等。通过优化工艺参数、选择合适的材料以及控制使用条件,可以有效降低电池的内阻,提升其性能。

神盾电池安全系统是吉利独创的技术,专为吉利银河系列车型设计。

该系统通过了行业内公认最严苛「电池针刺」试验,并且还通过了「电池包海水腐蚀浸泡」等测试,证明了其卓越的安全性能。

此外,神盾电池在针刺测试过程中未起火、未爆炸、未冒烟,测试过程中全程最高温度未超过 40 度。

架构设计:神盾电池安全系统在架构层上采用了底部三重防护结构、潜艇式整车架构和车包一体结构,进一步提升了电池的安全性和可靠性。

续航能力:搭载神盾短刀电池的吉利银河 E5 车型,配备 49.52kWh 和 60.22kWh 的电池,CLTC 工况下续航里程分别为 440km 和 530km。

吉利神盾短刀电池的磷酸铁锂材料与传统磷酸铁锂电池相比有哪些具体优势?

  • 更高的能量密度:新一代神盾短刀电池通过更短、更紧凑的尺寸体积设计,将「刀片式」磷酸铁锂电池的能量密度提升至近 200Wh/kg。

  • 更好的安全性:虽然传统磷酸铁锂电池本身具有较高的安全性,但吉利的神盾短刀电池在此基础上进一步提升了安全性。

    例如,吉利银河专属的「神盾电池安全系统」在中汽研的安全测试中表现出色。

  • 更灵活的布置:由于其更短、更紧凑的设计,神盾短刀电池在整包布置上更加灵活,能够更好地适应不同的车型和应用场景。

  • 更长的循环寿命:传统磷酸铁锂电池的循环寿命已经较长,但神盾短刀电池在此基础上进行了优化,进一步延长了使用寿命。

  • 更快的充电能力:在快充方面,神盾短刀电池也有所提升,能够在较短时间内完成充电,从而提高用户的使用体验。

  • 低温放电性能:神盾短刀电池在低温环境下的放电性能也有所提升,能够在寒冷天气中保持较好的性能。

「电池针刺」试验和「电池包海水腐蚀浸泡」测试是如何进行的,以及它们对电池安全性的影响是什么?

「电池针刺」试验和「电池包海水腐蚀浸泡」测试是评估锂离子电池安全性的两种重要方法,它们对电池的安全性有着显著的影响。

电池针刺试验

电池针刺试验是一种模拟异物刺入电池内部的测试方法,旨在观测动力电池在热失控后的反应。

具体步骤如下:

将锂离子蓄电池固定在针刺装置夹具上,并将热电偶置于电池大表面中心。

启动装置电源开关,进行针刺操作。

在不同荷电状态(SOC)、针刺速度、针刺深度和针刺位置条件下进行实验,记录并分析锂电池在针刺过程中载荷、温度和电压等参数的变化情况及其作用规律。

这种试验的主要目的是,通过模拟针刺这种极端滥用条件,可以有效评估电池在受到物理冲击时的安全性能。如果电池在针刺后能够保持稳定,不发生热失控或爆炸,则说明其具有较高的安全性。

通过模拟针刺这种极端滥用条件来评估电池的安全性能,确保在类似情况下电池不会发生热失控或爆炸。

电池包海水腐蚀浸泡测试

电池包海水腐蚀浸泡测试是用于评估电动汽车动力电池在海水环境中的耐久性和密封性的测试方法。

具体步骤如下:

按规定方法充电,将测试对象以实车装配状态与整车线束相连,然后以实车装配方向置于 3.5% NaCl 溶液中(模拟常温下的海水环境)。

在 1 米的深度下持续浸泡 24 小时。

这种测试的主要目的是验证电池包在海水浸泡后的密封性和耐腐蚀性,确保其在潮湿环境中仍能保持良好的性能和安全性。

总之,这两种测试方法各有侧重,但都对提高锂离子电池的整体安全性起到了重要作用。

吉利神盾电池的安全系统具体包括以下技术细节,这些技术共同实现了未起火、未爆炸、未冒烟的性能:

  • 基础安全:采用低反应活性电解液、耐热涂层涂覆技术和 Pack 层「田字型」电池结构保护等新材料和新技术。

  • 整车安全:从架构十宫格专利到整车笼式防护,确保电池在各种极端条件下的安全性。

  • 智能安全:行业领先的 BMS 3.0 电池医生智控系统,能够实时监控电池状态,及时预警和处理潜在风险。

  • 健康安全:通过 24 小时星睿智算中心云端守护,提供全天候的电池健康管理服务。

新一代神盾将会在更多性能上有所进步。

03

吉利新能源全面转型引擎

在公开资料里,我们注意到一个关键信息:银河 E5 并未继续使用 E8 等电车共用的 SEA 架构,而选用新的 GEA 架构。

在集团新能源转型历程中,银河E5的推出是一个重要的里程碑。这款纯电 SUV 集成了吉利全球研发能力和设计力量,体现其对电动化、智能化未来的承诺。

作为银河系列的首款全球车型,E5 设计灵感与银河 E8 一脉相承,源自中国瓷器,以减法设计寻找跨文化的审美共性。

E5 的外观设计,如虎式前脸、光之涟漪品牌符号、飞檐虎视前大灯等,强调力量与美感的结合,彰显高辨识度的设计理念。这些设计细节让E5在视觉上呈现出独特的中式美学风格。

新车 4615×1901×1670 毫米的车身尺寸和 2750 毫米的轴距,虽是 A 级车的尺寸,但为能带来 B 级车的空间感受,内饰设计上着实下了一番功夫。

新车以人体工学和空间舒适性为核心,提供了宽敞的乘坐空间和多功能的储物解决方案。

车内使用面积达到 4.03 平方米,后排腿部空间宽敞,坐垫长度 505 毫米,宽度 1345 毫米,全车 33 处储物点,包括 10.8 升的隐藏式桥洞储物舱和后排 14 升的收纳箱,后排放倒后最大储物空间可达 1877 升,配备了大开口电动尾门。

新车的车内空间设计,兼顾实用与舒适。

此外,新车还配备了照明技术、智能算法支持的视觉效果,提升乘坐仪式感的科技联动。车身和内饰的色彩设计灵感来源于全球都市生活和世界时钟概念,反映地域特色和时间变化。

整体来说,E5 以其设计理念、东方美学与现代设计交融、人体工学的演绎、科技配置智能体验等,展现了一款定位全球智享纯电 SUV 的设计巧思。

写在最后

银河 E5 定位于 15 - 20 万级的纯电 SUV 市场,这一市场竞争日益激烈,但银河E5凭借其原创设计、先进技术和高效能电动驱动系统,有望成为市场的新标杆。

同时,E5 也是吉利汽车在平价新能源领域的一次重要尝试,它不仅展现了公司在设计和技术上的实力,也体现了其对市场需求的深刻理解和快速响应。

随着市场的进一步发展和消费者对新能源车型的接受度提高,银河 E5 有望在纯电 SUV 市场中占据一席之地。

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