麒麟电池太贵,普通三元充电慢,宁德时代4C铁锂电池刚刚好
宁德时代继续延续了“字少事大”的发布会风格。8月16日,宁德时代发布全球首款4C磷酸铁锂电池——神行超充电池,这款电池最大的特点是极大提升了充电效率,按照官方数据,常温状态下,神行超充电池充电10分钟可将电池从20%充至80%,可实现“充电10分钟,续航400公里”,再加上最长续航可达700公里,可以极大缓解消费者的里程焦虑和补能焦虑。
实际上,随着电动车企这两年的大力推广,消费者对于800V高压快充已经不陌生了,但要想实现800V高压快充可并不容易,需要有800V高压快充平台,还需要有大功率超充桩,如果还想要长一点的续航里程,那么还必须得用三元锂电池,而这一切落点到消费者可感知的层面就是“贵”。
所以人人都知道800V高压快充的好,但碍于成本问题,想普及非常难,而宁德时代神行超充电池的最大意义就是让高压快充可以以更低的成本普及开,让更多消费者可以买得起、用得上。
解决两方面问题,改变铁锂电池劣势
众所周知的是,磷酸铁锂电池相比三元锂电池的优势是成本低、热稳定性更好,劣势则是能量密度比较低、导电率差(快充表现差)、低温表现不佳等。所以如果同样想实现800V高压快充+长续航里程,选择三元锂电池更合适。
磷酸铁锂电池要想在这种情况下替代三元锂电池,也就需要在充电效率和能量密度两方面下功夫,这正是神行超充电池解决的问题,而解决了这两方面问题后,磷酸铁锂电池的成本优势就会进一步凸显出来。
充电效率方面,神行超充电池可以实现4C的倍率,即1/4小时即可充满,电量从20%充至80%仅需要10分钟,对应续航里程可达400公里,这样的补能效率就基本与燃油车差不多了,对于纯电动车普及有很积极的意义。
磷酸铁锂电池提升充电倍率的最核心难点在于如何提升其导电率,这一点只能从电化学材料上去下功夫。按官方的介绍,为提升锂离子脱出速度,神行超充电池采用了超级电子网正极技术、充分纳米化的磷酸铁锂正极材料;为提升锂离子附着效率,采用了第二代快离子环技术,对石墨表面进行改性,增加锂离子嵌入通道并缩短嵌入距离;为降低锂离子传导阻力,研发了超高导电电解液,优化了超薄SEI膜。
同时,宁德时代还采用了电芯温控技术,解决了磷酸铁锂电池低温表现不佳的问题,在-10℃的低温环境下,也可实现充电30分钟电量从20%充至80%,且低温亏电状态下零百加速不衰减。
在活动现场的演示中,神行超充电池的充电功率可以超过400kW,电流可超过600A,电压大约在660V左右,即800V高压快充的概念。但是这样的充电效率只能在支持800V高压快充的超充桩上才能实现。
如果是在国网快充桩上使用,神行超充电池的优势是,可以“顶着”国标快充桩目前最大的180kW充电功率一直充到80%SOC,也就是说充电效率还是会比非4C电池更高。
能量密度方面,宁德时代磷酸铁锂电芯的能量密度已经能达到180Wh/kg,这基本也是目前磷酸铁锂电芯能量密度的上限了,所以关键是如何提升整包能量密度,这就要在电池的结构创新上想办法了。
神行超充电池是在宁德时代CTP3.0基础上升级的电池包结构,采用一体成组技术,实现了高集成性、高成组效率。从现场展示出的电池包结构看,神行超充电池分了两大模组,取消了横纵梁,但在两个模组中间有一道比较窄的固定梁,可以与车身底部以螺栓方式紧固,在两大模组中方壳电池紧密排布,底部有一整块液冷板,电池用结构胶固定,整体利用率的确很高。
据官方研发人员介绍,神行超充电池整包能量密度大约在145Wh/kg-150Wh/kg,作为对比,目前比亚迪刀片电池的整包能量密度大约在140Wh/kg的水平,其余厂家的磷酸铁锂电池整包能量密度则更低。
因为有较为明显的能量密度的提升,神行超充电池才能实现长达700km的续航里程。
成本优势凸显,超充普及才有基础
上述两方面的升级,让神行超充电池作为磷酸铁锂电池的劣势得到了明显的弥补,其成本低廉的优势也就更凸显了,那么在实际应用中,神行超充电池到底有什么意义?
此处我们可以以小鹏G9为例,该车有搭配磷酸铁锂电池和三元锂电池的两种版本车型,最大充电功率均可达到480kW。
其中,磷酸铁锂版本电池包78.2kWh,电池能量密度130Wh/kg,电池包重量约600kg,续航里程570km;两驱三元锂版本电池包98kWh,电池能量密度160Wh/kg,电池包重量约610kg,续航里程702km。
也就是说,在电池包重量差不多的情况下,想要实现700km的纯电续航和高压快充,只能选择三元锂电池,而神行超充电池的出现,让车企可以用更便宜的磷酸铁锂就实现同样的性能。
活动现场摆放的搭载神行超充电池的车,电池包大约80kWh,能量密度145Wh/kg-150Wh/kg,重量在550kg左右,即可实现700km续航。
简单以小鹏G9换算一下,如果小鹏G9将普通磷酸铁锂电池换成神行超充电池,在电量差不多的情况下,续航里程可增加130km,车身还可以减重50kg;如果三元锂电池包换成神行超充电池,则可以在续航里程不缩水的情况下,减少18度电池,并减重60kg.
考虑到神行超充电池作为一款全新的电池,成本肯定会比普通磷酸铁锂贵,所以如果是普通磷酸铁锂换成神行超充电池,成本会上升,而换来的是更高能量密度和更好的充电效率,而且即便像小鹏G9这种靠着800V平台和超充桩,用普通磷酸铁锂电池也可实现480kW充电功率的车型,换成神行超充电池后,其能够保持最高480kW充电功率的时间也会比普通磷酸铁锂长一点,也就是超充体验会更好。
跟三元锂电池对比,神行超充电池成本明显更低,如果小鹏G9三元锂版本换了神行超充电池,成本可以明显下降,定价也就可以下降。
双模组设计,或可打破800V平台限制
还有个很重要的细节,那就是神行超充电池是否只能适用于800V平台的车型,如果确实如此,那么其应用的局限性会非常高,而且800V平台的车型本身成本就高,即便用了神行超充电池能够一定程度降低成本,但800V平台的普及程度恐怕不会很乐观。
这样一来,就很难做到宁德时代所宣称的“让超充普及”,所以神行超充电池的优势应该不止于此。
汽车行业资深分析师杨昭提供了一个思路,从电池包结构看,神行超充电池采用了双模组的设计,与前不久发布的可实现电池电压自由升降的凤凰电池结构很相似,而凤凰电池的亮点是可以在300-1000V整车电压平台范围内均可实现极速快充,实现方式是两个400V的模组,在充电时将两者串联即可实现800V高压,行车时将两者并联,输出依然是400V。
神行超充同样也采用了双模组设计,从官方图片看,单个模组96颗电芯,我们以磷酸铁锂单体电池电压最常用的3.2V计算,这一模组电压大约307V,如果采用与凤凰电池同样的技术方案,那么其并联时电压为307V,串联时电压可达614V,也是800V高压快充的概念。
如果神行超充电池也采用这样的思路,那么意味着其与凤凰电池一样,也可以应用于400V电压平台的车型,并可以在使用800V高压超充桩时,实现800V高压超充的体验,这就让其应用范围拓宽了非常多。
当然,这只是一种猜测,并未得到官方认可,但确实更符合官方宣称的让超充普及的概念。
写在最后
麒麟电池去年发布时对市场的震撼还历历在目,但一年多过去了,这个当初结构创新程度令人惊艳的电池包,并没能普及开来,仅有的搭载麒麟电池的车型,也更多让外界感受到了价格的震撼。
在市场价格战不断加剧的2023年,纯电动车企迫切需要降本,而麒麟电池偏偏要应用三元锂电池才能发挥全部实力,所以麒麟电池就显得不合时宜了,但普通磷酸铁锂能量密度和充电效率又有硬伤。
在消费者“既要又要还要”的消费需求下,必须给出新的解决方案,而4C磷酸铁锂电池刚刚好。为了普及神行超充电池,宁德时代也正在补能设施上努力,其旗下的宁德电服和快卜两家充电服务公司已经研发出了600kW液冷超充桩,并正在加速布局高速路网。
无论三元锂还是磷酸铁锂,都是宁德时代的时代
8月16日,宁德时代发布又一款创新电池产品——神行超充电池,行业首次在磷酸铁锂材料上实现了充电10分钟、续航400公里的超充体验。这也预示着宁德时代未来在继续保持三元电池优势的同时,还将在磷酸铁锂电池领域重点发力,与钠离子电池、M3P电池、凝聚态电池等一道,实现全技术路线的领先。
让磷酸铁锂电池实现4C超充
神行超充电池能够实现4C超充,充电10分钟可续航400公里,这样的充电速度已经可以媲美燃油车加油的速度,对于加快新能源汽车的普及应用有着极大促进作用。
尤为值得关注的是,神行超充电池还是基于磷酸铁锂材料研发的,在实现4C超充的同时,磷酸铁锂电池的高安全性、长循环寿命等优点也得到了保留。
在当下磷酸铁锂和三元锂两个主流的电池技术路线上,由于材料本身的特性及技术的限制,前者在超充上的性能表现是不如后者的。
事实上电池充电就是锂离子从正极运动到负极的过程,而宁德时代神行超充电池采用的系列技术就是为了加快这一过程。
宁德时代在电池正极中用纳米化的材料搭建超电子网,降低锂离子脱出阻力,同时对石墨表面进行改性,提供丰富的锂离子交换所需要的活性点位,增加锂离子嵌入通道并缩短嵌入距离,还有全新的超高导电解液配方、超薄SEI膜的优化,都能够降低锂离子运动阻力。
另外,神行超充电池还使用了多梯度分层极片设计,实现快充与续航的完美平衡。
全面而均衡是神行超充电池的最大优势
宁德时代将新电池命名为“神行”,其命名原则一是要让所有人能感知到“快”,二是品牌要平易近人,要有亲和力。但实际上,神行超充电池的优势不止于此。
首先是全温域闪电快充能力。由于磷酸铁锂材料有着低温性能不佳的天然缺陷,宁德时代就在神行超充电池上全面导入了电芯温控技术,在低温环境下可以快速达到最佳工作温度区间,即使在-10℃低温环境下,也可实现30分钟充至80%。这对于中国北方的新能源汽车用户是极度友好的。
神行超充电池还能实现700km以上的长续航。在整包结构上,神行超充电池在CTP3.0无横纵梁、端板的基础上,开创性地提出一体成组技术,实现了结构上的再次突破,最大化发挥整包空间利用率。
在电池安全方面,除了磷酸铁锂材料本身的高安全性之外,神行超充电池还通过改良电解液基因和配备高安全涂层隔膜,进一步减少电池产热、提高耐热,同时通过智能算法对电芯内部全局温场进行实时准确的计算和管控,在超充的同时大幅提高电池安全性。
由于以上优势同时存在,可以说神行超充电池是一款全面而均衡的革命性产品,重新定义了磷酸铁锂电池。
全技术路线领先,都是宁德时代的时代
宁德时代连续6年全球装机量第一,三元锂电池、磷酸铁锂电池都是宁德时代的基本盘,在技术研发上也是在全方位推进。
在三元锂电池市场,宁德时代率先突破高镍三元的技术瓶颈,在兼顾安全性能的同时将三元锂电池的能量密度提升至新的高度。800km、1000km……搭载宁德时代三元锂电池的新能源车续航里程也在不断提升。
在磷酸铁锂电池市场,宁德时代此前主要是在电池结构方面创新,电池材料创新方面外界知之甚少。从宁德时代的行事风格来看,也是在真正有了可以量产的技术成果后,才会正式对外公布。
但事实上伏笔早已埋下,早在2019年,动力电池市场还是三元锂电池主导之时,宁德时代就曾透露其正在研发一种新的磷酸铁锂电池技术,能够实现4-5C的超级超充。
而今宁德时代的技术研发有了突破性进展,以超电子网正极技术、二代快离子环技术、超高导电解液配方等一系列科技创新突破了磷酸铁锂极限,打破磷酸铁锂的刻板印象,真正做出了神行超充电池。
不仅如此,神行超充电池将在2023年底就实现量产,明年一季度消费者就会买到搭载神行超充电池的电动车。快速量产背后的秘诀,是宁德时代业界领先的极限制造能力,其灯塔工厂更是行业标杆。
除了三元锂和磷酸铁锂,宁德时代的全技术路线也在其他材料方向加速推进。今年上海车展,宁德时代发布了创新前沿电池技术凝聚态电池,目前凝聚态航空电池正在进行民用电动载人飞机项目的合作开发,同时宁德时代还将推出车规级应用版本,可在今年内具备量产能力。
钠离子电池方面,宁德时代在4月也已官宣其钠离子电池将首发落地奇瑞车型,并与奇瑞合力打造全新电池联合品牌ENER-Q。
宁德时代的巨量增长新空间
当前磷酸铁锂与三元锂电池装车量的比例已接近7:3,宁德时代神行超充电池解决了磷酸铁锂电池的超充难题,还将进一步助推磷酸铁锂电池的装车量,同时也将助力实现宁德时代在不同材料的电池应用上全面领先。
根据中国汽车工业协会数据,2023年1-7月我国新能源车销量为452.6万辆,同比增长41.7%,新能源车渗透率达到29%,市场已经进入大众用户时代。磷酸铁锂电池在性价比上的优势,对降低新能源汽车的生产制造成本将产生直接影响,这也会对新能源汽车的普及发挥重要作用。
宁德时代在磷酸铁锂电池上实现4C超充后,将成为车企选择超充电池供应商的更优选择。如果磷酸铁锂超充能够普及,按目前磷酸铁锂占动力电池装车量份额接近70%计算,这将是一个数千亿元的潜在市场。或许其他电池企业也会发布磷酸铁锂超充电池,但宁德时代作为率先大规模量产的企业,必然会先于人得到巨量的增长空间。
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