文|速途車酷研究院
多年以后，面對已經(jīng)徹底擊敗燃油車的新能源汽車行業(yè)，希望人們還能回想起一塊塊弱小的電池面對針刺和槍擊的那些遙遠(yuǎn)的下午。
01 “卷王”的誕生
上個(gè)月，廣汽埃安發(fā)布了彈匣電池2.0電池安全技術(shù)，成功通過了“槍擊試驗(yàn)”，讓新能源行業(yè)的電池安全技術(shù)再次迎來突破。
圖源：@埃安AION
從早前的“針刺”，到現(xiàn)在的“槍擊”，不得不說：新能源行業(yè)的歲月靜好，要多虧了電池們負(fù)重前行。
作為關(guān)乎汽車?yán)m(xù)航能力與安全性的關(guān)鍵一環(huán)，動力電池的重要性是毋庸置疑的。而我們知道，論安全性方面，三元鋰電池相較于磷酸鐵鋰電池來說不夠穩(wěn)定——磷酸鐵鋰的電池溫度處于500-600℃時(shí)，其內(nèi)部化學(xué)成分才開始分解，而三元鋰電池在300℃左右就開始分解。這也是行業(yè)里公認(rèn)的痛點(diǎn)。
近年來三元鋰電池在市場占有率上逐漸落于下風(fēng)，這也是重要的原因之一。
但三元鋰“能量密度高”的優(yōu)勢始終是巨大的，車企們當(dāng)然不會輕易放棄，而關(guān)鍵就在于如何提高安全性。
埃安的“彈匣電池”系列，正是探索三元鋰安全性的成果。
早在兩年前，埃安就發(fā)布了初代“彈匣電池”，并通過了“針刺試驗(yàn)”，實(shí)現(xiàn)了行業(yè)內(nèi)首次三元鋰電池整包針刺不起火。它在技術(shù)上主要采用的是類似彈匣安全艙的設(shè)計(jì)，并因此而得名。將每個(gè)電池包的電芯都獨(dú)立放置于安全艙之內(nèi)，便可有效阻止熱失控電芯的蔓延，即便個(gè)別電池出現(xiàn)意外，也無法威脅到周邊的電池。
針刺試驗(yàn)，是國標(biāo)動力電池安全試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)里挑戰(zhàn)性最大的一項(xiàng)，它要求電池在被8mm的鋼針穿刺后5分鐘內(nèi)不起火，十分苛刻。此前比亞迪的“刀片電池”就因通過了針刺試驗(yàn)而以安全著稱。但刀片電池是磷酸鐵鋰材質(zhì)，相比之下，埃安的彈匣電池（1.0）是首個(gè)達(dá)成三元鋰整包不起火的電池技術(shù)，因此其意義絲毫不亞于刀片電池。至今，搭載彈匣電池的車型已售出近40萬輛，但依然保持著“0自燃”的紀(jì)錄。
而此次的彈匣電池2.0又在初代的基礎(chǔ)上，將安全標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步提高為“槍擊”，直接從冷兵器時(shí)代跨越到了熱兵器時(shí)代。相較于針刺試驗(yàn)，槍擊試驗(yàn)對質(zhì)量的考驗(yàn)更加嚴(yán)苛——當(dāng)子彈穿透電芯時(shí)，它的速度可達(dá)針刺的975萬倍，創(chuàng)口直徑是針刺的7至8倍，可瞬間擊穿多個(gè)電芯并造成熱失控和爆裂性破壞，但彈匣電池2.0成功做到了“無起火，無爆炸”。
圖源：@埃安視頻號
究其根本，在于一系列原創(chuàng)技術(shù)的突破。如納米陶瓷材料打造的超穩(wěn)電極界面，在熱失控的情況下電芯溫升速率也能降低20%；與中國航天合作開發(fā)的阻熱相變材料，將隔熱性能提高了40%；電芯滅火系統(tǒng)更是給電池配備了“自助消防功能”，一旦發(fā)生熱失控，大量的滅火劑就會被瞬間精準(zhǔn)噴淋到失控電芯上。
圖源：@埃安AION
在這些技術(shù)的加持下，彈匣電池2.0的安全性又上了一個(gè)臺階。
02 為何這么卷？
如前文所述，動力電池之所以重要，是因?yàn)樗P(guān)乎續(xù)航與安全。而目前兩大主流電池材料——磷酸鐵鋰和三元鋰——恰恰站在了天平的兩側(cè)：前者安全但續(xù)航能力（即能量密度）不足，后者續(xù)航給力但安全性不夠。
因此，近些年我們看到的電池領(lǐng)域的創(chuàng)新，包括埃安“彈匣電池”、比亞迪“刀片電池”、長城“大禹電池”、寧德時(shí)代“麒麟電池”等，其實(shí)都是通過在結(jié)構(gòu)上做文章，來分別彌補(bǔ)各自的短板。
如刀片電池就是將電池的物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，將電芯進(jìn)行扁平化處理，通過大電芯和去模組來提高空間利用率，使能量密度達(dá)到140Wh/kg，比傳統(tǒng)的磷酸鐵鋰電池增加了大約9%；長城汽車的大禹電池則是貫徹了“堵不如疏”的理念，讓電芯內(nèi)的高溫、高壓氣體與火流分散，或通過專門的通道排出，避免集中在一處爆發(fā)，從而能夠提高三元鋰電池的安全性；寧德時(shí)代去年推出的CTP3.0技術(shù)麒麟電池更是將系統(tǒng)集成度推向了全新的高度，體積利用率超72％，能量密度達(dá)255Wh/kg。
其實(shí)，刀片電池與麒麟電池都屬于CTP（即Cell to Pack）方案，即跳過模組環(huán)節(jié)，直接將電芯集成在電池包上。在它之后還有更加終極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案——CTC技術(shù)（Cell to Chassis），即將電池與底盤進(jìn)行“融合”，電池成為了車身結(jié)構(gòu)的一部分，從而實(shí)現(xiàn)更高程度的集成化。目前，特斯拉、零跑、比亞迪、寧德時(shí)代等廠商在這一領(lǐng)域均已有布局。
圖源：@寧德時(shí)代官方微博
總而言之，面對互有優(yōu)劣的磷酸鐵鋰和三元鋰，提高它們的安全性和空間利用率，是眼下電池行業(yè)的努力方向。
03 還能怎么卷？
顯然，以上這些，都是在電池材料技術(shù)發(fā)展沒有突破的前提下的一種“無奈之舉”。就像《三體》中基礎(chǔ)科學(xué)被鎖死的地球一樣，縱然在技術(shù)的應(yīng)用方面可以繼續(xù)前進(jìn)一段，但遲早都會撞上天花板。
顯然，動力電池的未來創(chuàng)新，必然要從電池結(jié)構(gòu)創(chuàng)新逐步發(fā)展到材料體系的創(chuàng)新。在電池材料上取得突破，是整個(gè)電動汽車行業(yè)翹首以盼的事。而固態(tài)電池或許就是承載著人們期盼的那位“救世主”。
從電解質(zhì)的物理狀態(tài)來看，目前的磷酸鐵鋰和三元鋰都屬于液態(tài)電池，通過正負(fù)極與電解液發(fā)生反應(yīng)從而釋放電能。相比之下，固態(tài)電池則是以固體電解質(zhì)代替了液體電解質(zhì)，而固態(tài)材料不可燃、不漏液，無論是安全性還是能量密度都有了大大提高，因此被很多人視作下一代電池技術(shù)。就像理想CEO李想說的：“磷酸鐵鋰屬于大巴，三元鋰電屬于乘用車，固態(tài)電池屬于未來”。
目前，國外的豐田、大眾、寶馬等企業(yè)，都已經(jīng)在固態(tài)電池的研發(fā)上取得了一定進(jìn)展，特別是豐田，在車規(guī)級固態(tài)電池領(lǐng)域擁有超過1000項(xiàng)專利，并表示第一輛搭載固態(tài)電池技術(shù)的豐田汽車將在2025年左右到來。國內(nèi)的比亞迪、寧德時(shí)代、上汽、衛(wèi)藍(lán)新能源、清陶發(fā)展、國軒高科、贛鋒鋰電等廠商，也都已布局固態(tài)電池的研發(fā)。
但固態(tài)電池畢竟任重道遠(yuǎn)，無論是制造工藝、產(chǎn)業(yè)鏈的完善程度等，都有待繼續(xù)打磨。中科院院士歐陽明高曾表示：“固態(tài)電池真正投入大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用的大概時(shí)間在2025年-2030年之間?！?/p>
雖然尚需幾年的等待，但我們可以肯定的是：固態(tài)電池的問世一定會將新能源汽車取代燃油車的歷史進(jìn)程推進(jìn)一大步。