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关键因素|比亚迪-刀片电池

Z链研究员|韩蕾 编辑|LZ

刀片电池是比亚迪的“封神秘器”,风头甚于宁德时代CTP、国轩高科JTM,亦是比亚迪核心竞争力之一。

工艺:

2020年3月29日,比亚迪推出具备100%自主研发和设计能力的“刀片电池”,因为其状似刀片,所以得名,这是比亚迪电池技术巅峰之作。

生产刀片电池最大难点和亮点,主要集中在“八大工艺”。这八大工艺包含了配料、涂布、辊压、叠片、装配、烘烤、注液、检测等生产环节,从原材料进入生产开端,到生产各个零部件的步骤,直至最后的检测出品。

在生产电池之前,刀片电池对生产环境有着十分严苛要求,比如车间无粉尘设计、26摄氏度的恒温控制、以及1%以下湿度控制。

为了最大程度降低电池短路率,比亚迪提出了一个粉尘分级管控的概念,在一些关键工序上,能够做到一立方米空间内,5微米(头发丝1/20粗细)的颗粒不超过29个,这达到了与液晶屏生产车间相同的标准。

在配料环节,配料系统的精度需要控制在千分之二,以保证浆料的稳定性;配料的水需经八道过滤,最后得到的高纯水里除了水分子分离出来的氢离子和氢氧根离子之外,没有任何杂质离子。

涂布环节,则要求将浆料快、宽、匀、准地涂敷在集流体表面。即双面同时涂布,涂布最大宽度达1300mm、单位面积涂敷重量偏差小于1%。

辊压环节,需要用高精度轧辊将电极片按照预设的厚度进行辊压,要求1200mm超大幅宽的辊压速度达到120m/min,厚度控制2μm以内,确保宽尺寸极片厚度的一致性。

叠片环节更是考验电池生产工艺的时刻,需要将长度将近 1000mm的极片进行叠片,公差控制在±0.3mm以内、单片叠片效率在0.3s/pcs的精度和速度。

刀片电池采用材料体系与传统磷酸铁锂电池无太大差异,由于其拥有独特长条形电芯,对生产工艺要求极高,对于传统方形电池厂商而言是一个全新挑战。

刀片电池每一块刀片其实是一种“微模组”,类似于未封装的电芯,称为极芯组,在刀片内部使用隔离膜袋装起来,并封装到刀片内部。单个刀片不仅是整个电池包结构一部分,而且还为内部电芯提供结构支撑。

刀片电池是目前全球唯一可以安全通过针刺测试的动力电池。

针刺测试模拟电池内短路,触发热失控。热失控是动力电池爆燃根本原因。同时做针刺实验时候扎破的极片数量少,涉及短路范围小,发热偏少,有利于对热失控有效控制。而且刀片长条型结构设计使得相对散热面积较大,内部回路长,电池局部升温的问题得到缓解。

对比:

三元电池优势在于单体能量密度及低温环境下使用性能,但是在电池安全性和商用经济性方面有所欠缺;刀片电池是利用整包设计对三元电池续航里程和低温性能进行追赶,在电池安全性、使用寿命和成本控制方面表现更佳。

刀片电池长 96 厘米、宽 9 厘米、高 1.35 厘米单体电池,通过阵列方式排布在一起,就像“刀片”一样插入到电池包里面,电芯由立放变为侧放,在成组时跳过“模组”,减少了冗余零部件后,形成类似蜂窝铝板结构,最终达成在同样空间内装入更多电芯设计目标,空间利用率高达60%,而传统电池空间利用率只有40%。

整体而言,三元电池与刀片电池各有所长,分别代表了市场中两种不同的主流诉求——高性能和高性价比。因此,主机厂可根据自身价格定位和消费者群体画像来选择更为契合的电池产品,未来动力电池领域仍将围绕着这两条主要路线进行迭代优化,二者之间的不可替代性也仍将持续。

弗迪电池:

刀片电池与宁德时代 CTP 技术类似,均是将电池包集成由电芯(Cell)-模组(Module)-电池包(Pack)三级改为电芯(Cell)-电池包(Pack)两级结构。由于去掉了“模组”这一层中间结构,使得电池系统复杂度大幅下降,由此带来更高产品稳定性和更低故障率。

刀片电池偏向电芯工艺创新,有利于比亚迪“电芯”产品外供其他整车企业。宁德时代 CTP 技术侧重于电池系统创新,有利于宁德时代直接参与整车厂电池包设计分工,强化在产业链话语权。

2021年,比亚迪宣布旗下纯电车型全系搭载刀片电池,同年开始外供动力电池。其中,负责旗下电池业务的弗迪电池有限公司2019年5月注册完成,前身是比亚迪锂电池有限公司,早在1998年成立。该公司在电池领域具备100%自主研发、设计和生产能力。

比亚迪动力电池除了自用,也开启外供,产能快速扩张。

2021 年首批公告新能源车型中,一汽集团旗下红旗E-QM5及奔腾E05两款车型均搭载弗迪LFP电池,成为比亚迪外供版刀片电池第一批客户。

除了原有的广东惠州、深圳坑梓、西安高新、青海西宁电池生产基地外,公司规划产能快速增长,接连在宁乡、贵阳、蚌埠、无为等地签约设厂,现有电池生产基地数近20个,规划产能超 400GWh。

应用:

2022年将推出搭载刀片电池技术的Cube K36新型储能产品,面积能量密度超过标准集装箱产品145%,占地面积却减小50%,等效40尺集装箱面积的电池容量可以超过6MWh,基建费、全周期成本都将大幅降低,迎来GWh储能时代。

截至北京时间2022年5月30日,比亚迪电网级储能产品BYD CUBE T28(2019年研发)今年以来在北美地区整体供货规模已达1.6GWh+。

评价:

唯一公开具名评价刀片电池的是中国科学院院士欧阳明高,他认为刀片电池的设计使得它在短路时产热少、散热快,表现“非常优异”。

注解与参考:

【1】《时代领跑者,进入收获期》,来源:申港证券

【2】《比亚迪深度:中国“智”造》,来源:海通国际

【3】《厚积薄发,成就新能源时代的王者》,来源:信达证券

【4】《比亚迪:北美地区GWh级太阳能储能电站项目顺利交付运行》,来源:爱集微app

【5】《刀片电池生产的八大工艺不简单》,来源:易车

睿蓝财讯出品

文章仅供参考 市场有风险 投资需谨慎

来源:蓝筹企业评论(ID:bluechip808)


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