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扁矮胖长,动力电池奇形怪状演进史

发布时间:2023/6/20 23:00:34   

圆的,方的,扁的,长的,车用动力电池形状差异巨大。

尺寸的种类更加繁多。仅年,中国国家推荐标准中的《电动汽车用动力蓄电池产品规格尺寸》就多达种。

与之相对应的是,欧洲的VDA标准,年左右出台的标准尺寸为10种,其中方形电池5种、圆柱1种、软包电池4种。

这么多电池规格,多年来各自发展,到现在,仍然还纷繁复杂。

不过,熙熙攘攘之间,仍然可见流向。

随着电池产业和汽车产业的合作加深,对于车用动力电池场景、需求的把握,以及高标准电池制造工艺的引入,动力电池在形态上,出现了几个明显趋势:

电芯变大:比如圆柱从,到,再到演进;方形电池要么走向长薄条(比亚迪的刀片和蜂巢的短刀),要么走向又厚又长的方块;软包从适用VDA模组,到MEB的模组……

结构变强:像特斯拉的,以及比亚迪、宁德时代、蜂巢的电芯或者采用CTP,甚至考虑CTC,电芯成为整车的结构件。

能量密度和成本、安全拉锯:随着续航里程的提升,车企不再一味追求能量密度,而试图在成本和安全性上均衡考虑。

为什么有这些趋势?电芯会一直变大吗?

《电动汽车观察家》特地访谈了业内十余位专家和企业相关负责人,试图还原出动力电池单体规格的演进历程,并尝试总结其中规律,帮我们预判未来电池规格进化方向。

注:本文中尺寸单位皆为mm。

01

圆柱:消费类电池的直接应用

电动汽车其实比燃油车更早被发明出来,但是,由于内燃机的高速发展,电池驱动的车辆被抛在了历史车轮之后。

不过,车企从未放弃电动汽车。上世纪90年代,标致、通用、日产等企业还在不断尝试用电池驱动汽车。(具体内容参见“车用动力电池简史”,配合食用更佳。)

到了21世纪,初步竞争有了结果。能够量产,并有一定影响力的只有日产和特斯拉。而日产和特斯拉,一开始都将圆柱电池作为首选形状。

日产的电动汽车大家会想到聆风。其实,更早的日产电动汽车叫PrairieJoyEV,也用圆柱电池,只是远没有特斯拉量产的Roadster名气大。

Roadster

就从特斯拉开始讲起。

(1)圆柱——特斯拉的首选

特斯拉首款车——电动超跑Roadster,在众多电池中,选中了稳定性和成本最优的电池。

年,日本索尼公司发明了电池。这是全球首个商用锂离子电池。为了节省成本,索尼将这种锂离子电池型号定为,其中18表示直径为18,65表示长度为65,0表示为圆柱形电池。

圆柱电芯是电池领域最为古老的形状,其工艺当时最成熟、成本也最低。

这一型号电池的诞生,或许是偶然,但是赶上3C、小家电产品市场的爆发,该型号的流行则成为了必然。

该型号一经面世,就被日韩各大电池企业竞相量产,成为消费电子领域最畅销的电池型号之一。

特斯拉的创始人之一马丁·艾伯哈德,是一个跑车爱好者,同时对于美国石油对中东的进口依赖以及对于全球气候变暖有着深刻的担忧。这最终促使他与马克·塔彭宁共同创立特斯拉。

两位创始人对电池并没有自研和生产的能力,唯一的选择就是去市场上选取合适的电池。经过神农尝百草般的试用,选中了圆柱电芯。

经过仔细对比,当时的特斯拉电池技术总监KurtKelty认为,松下的电池在能量密度、循环稳定,以及批次重复性上有绝对优势。

但是松下方面则认为,笔记本电脑根本无法应用在汽车领域,进而拒绝了特斯拉。

不死心的特斯拉将电芯拼成组,拿去给松下看。

松下方面虽然看到了可行性,但是仍然认为电池成组后,安全隐患很大,再次拒绝特斯拉。

直到特斯拉拿出了电池的冷却方案,松下才勉强答应,但同时约法三章:1.特斯拉不能对外宣称电池供货商是松下;2.出现问题概不负责。

年,松下押注的离子电视业务失败,损失了40亿美元。急于通过新业务将自身拉出泥潭的松下,坚定了与特斯拉的合作意愿。

从这番拉扯可以看出,松下方面,根本不认为消费类电池真能够用在车上。

好在特斯拉凭借强大的电池成组技术,基本做到安全和性能兼顾,从而一炮打响。

随着松下对特斯拉之间的合作越加深入,双方开始在电池设计层面和材料层面进行改进。

毫无疑问,从消费电池直接拿过用的,有太多改进空间。一个简单的逻辑就是将电池尺寸放大,减轻成组的复杂程度,提升能量密度,同时还要保证原有的良品率。

另外,材料方面,负极材料改用含硅的硅碳复合材料,以提升能量密度。

由此,电池便随之诞生,相比更“胖”了许多,个子也略高。

如果将比喻成“小学生”,进入到“中学生”阶段,体积、容量和能量密度都明显提升。

年一季度开始,美国内华达州建造超级工厂Gigafactory开始生产。

当时松下为Model3独供这款电芯。特斯拉Model3通过采用这款电芯,有效提高了能量密度和容量,减少了电芯数量和PACK附件,轻量化升级从而带动了整车成本和价格下降。

松下最先为特斯拉提供的电池受限于体积和关键组件,容量普遍在2.2-3.6Ah之间,而初代就能做到4.8Ah,并向着5—5.3Ah的容量发展。

相比于电池,提高了约20%能量密度,接近Wh/kg。

而随着特斯拉逐渐做大,松下的产能和利润都没能跟上,积怨已深的双方,发生了龃龉。年,特斯拉和松下的口水战成为舆论

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