探访比亚迪刀片电池工厂:所有汽车品牌都来谈过
前阵子,唯电新能源汽车社区带上群友的一些高频提问,探访了位于重庆璧山的比亚迪弗迪刀片电池超级工厂。
刀片电池低温性能如何?循环寿命如何?产能如何?能量密度还有多少提升空间?会做三元刀片电池吗?
直接戳图看看:
【文字版如下】
1、刀片电池的低温性能怎么样?
经刀片电池专家验证,在零下10℃的环境下,从0%-100%的充电时间,811三元电池为98分钟,刀片电池为110分钟,系统整体差距仅为10%。
在零下20℃的环境中,刀片电池的放电能力为常温的90%;在低温低电量工况中,刀片电池的放电功率远胜于811三元电池。
根据唯电新能源汽车社区现场与刀片电池专家交流,汉EV在牙克石的冬测中,全程开暖风的情况下,续航可以达到400km。
2、刀片电池的循环寿命如何?
三元电池的循环寿命为2000次,刀片电池的循环寿命为5000次。
3、刀片电池的产能如何?
弗迪重庆工厂目前产能为2GWh,到2020年年底可达到12GWh,2021年年底达到设计总产能20GWh;长沙和贵阳工厂明年投产,2021年底均可达到10GWh产能,最大设计产能均为20GWh。
弗迪将视比亚迪汽车自身需求和其他客户需求决定刀片电池投产进度。
4、刀片电池能量密度还有多少提升空间?
三元电池的体积利用率为40%,刀片电池的体积利用率为60%。相比于三元电池,刀片电池的零件数量减少了40%,体积利用率增长了50%。
目前刀片电池依然有工艺改进空间,依据现有的技术储备,即使没有重大技术进步,未来两年内也有望达到NEDC续航里程800km。
5、刀片电池的应用车型有哪些?
今年确定的是汉EV和宋PLUS EV这两个车型,明年开始逐步应用于更多EV纯电和DM双模车型。
比亚迪集团总裁兼弗迪电池董事长何龙表示:“几乎你能想到的所有汽车品牌,都在和我们探讨基于刀片电池技术的合作方案。”
6、比亚迪会做三元刀片电池吗?
刀片电池是一种工艺和结构上的创新,理论上三元材料也可以开发刀片电池,但基于三元电池的材料特性,需较长研发时间,目前暂时没有开发三元刀片电池的计划。
目前磷酸铁锂刀片电池的能量密度已经有望支持NEDC续航里程800km,基本可以满足乘用车的需求。但如果未来市场有NEDC续航里程1000km以上的需求,不排除会继续开发三元材料的刀片电池。
弗迪已经独立运作,未来的技术研发和投产主要依据总体的市场需求,而非单独考虑比亚迪自己的需求,弗迪未来有望独立上市。
7、刀片电池有多安全?
三元材料从200℃左右开始分解,而磷酸铁锂从500℃左右才开始分解;三元材料的放热速率远远大于磷酸铁锂,容易产生剧烈的热失控;三元的总放热量远大于磷酸铁锂。
针对刀片电池的各种测试,除了大家熟知的针刺试验外,面对挤压、300℃加热和2.6倍过充等严苛测试,刀片电池的表现均为不起火,不爆炸。
以上问题均选自唯电新能源汽车社区交流群群友提问。
本文来源于汽车之家车家号作者,不代表汽车之家的观点立场。
最近,国内两大动力电池制造商比亚迪与宁德时代在网络上关于电池安全性能的明争暗斗让吃瓜群众过足了瘾。比亚迪的刀片电池问世以来,就因出众的安全性能而备受关注,成功挑战“电池安全测试的珠穆朗玛峰”针刺试验之后,刀片电池名声大噪,这对市面上处于主流位置的三元锂电池无疑是个巨大的挑战。
那么,比亚迪的刀片电池是如何生产出来的呢?除了安全,它还有什么别的优势吗?这次比亚迪弗迪电池重庆工厂探秘活动,就为我们揭开了刀片电池的神秘面纱。
比亚迪刀片电池基本信息
在正式介绍刀片电池生产的各个工序之前,我们需要先了解一些关于刀片电池的基本信息。比亚迪的刀片电池本质上是磷酸铁锂电池,电池从结构上是由正极、负极、隔膜、电解液和壳体构成的,而我们通常所说的磷酸铁锂电池、三元锂电池都是以其正极材料命名的,因为正极材料对电池性能的影响是最大的,在电池成本中的占比也是最高的。
而刀片电池之所以被称为刀片电池,是因为它不同于常见的圆柱形或方形电池,它的单体电池的形状是长条形的,尺寸远比常见的单体电池大得多,其外形尺寸为:长96厘米、宽9厘米、高1.35厘米,就像长长的刀片。
比亚迪的刀片电池使用CTP无模组技术,单体电池通过阵列的方式排布在一起,组装成为电池包,所以能够有效提高体积能量密度,也就是说同样体积的电池包,使用刀片电池能具有更大的容量。目前比亚迪汉搭载的刀片电池电池包总容量为138.5Ah,总电量为77kWh,电池包体积利用率约为60%,体积能量密度为237-275Wh/L,质量能量密度约为140Wh/kg。
刀片电池是如何生产的?
刀片电池的生产过程共有8大工艺:
一、配料:采用先进的全自动混料系统,将活性物质、纳米导电材料,溶剂、粘结剂、按照预设的比例自动进行混合以形成均匀稳定的电极浆料;
二、涂布:采用高精度全自动高速涂布设备,将浆料均匀地涂敷在集流体的表面,通过干燥系统使溶剂定量挥发,形成均匀的电极片;
三、辊压:采用高精度轧辊将电极片按照预设的厚度进行辊压,以得到预设的极片厚度及体积密度;
四、叠片:采用比亚迪完全独立自主开发的裁切方案,高速叠片方案,完美实现了刀片电池的长尺寸,高精度,高效率的叠片工艺;
五、装配:采用比亚迪自主研发制造的全自动装配设备,自动输送结构件并实现精准定位,经绝缘、焊接、入壳、密封等工序组装成电芯;
六、烘烤:采用接触式隧道烤箱对电池进行烘烤除水,保证电芯注液前的内部水含量达到要求,以保障后期电池的电性能的稳定;
七、注液:采用比亚迪自主研发的整体加压式注液系统,真空负压及罐体加压方式,将泵入杯体中的电解液充分注入电芯并快速完成吸收过程;
八、检测:根据不同生产工艺,自动将组盘后电池通过滚筒线、提升机或堆垛机送入不同库位或不同设备,自动完成化成,充放电,分容,自放电等后段的工艺操作。
从各个工艺的介绍中我们可以看到,弗迪电池重庆工厂使用了很多比亚迪自主研发制造的设备,这是因为刀片电池实在是太长了,根本没有现成的标准设备可以用,并且比亚迪母公司本身就有强大的设备研发制造团队,所以关键工序的设备都能自己开发。换句话说,别的动力电池厂家短期内想做刀片电池几乎是不可能的,不仅专利上很难绕过去,而且还得花时间去研发设备。
弗迪电池公司副总经理孙华军表示:“将近1米长的极片,能够实现公差控制在±0.3mm以内、单片叠片效率在0.3s/pcs的精度和速度,在国际上我们都属于首创。这种叠片采用的是比亚迪完全独立自主开发的设备和裁切方案,这是其他任何人想抄都抄不来的。”
刀片电池生产过程的产生的难点主要也是因为它实在是太长了,其他电池极片长度最多也就500mm,而刀片电池的极片长度达到了1000mm,因此对涂布、切片时的精度和叠片时的垂直度要求很高,辊压时还需要解决极片两端与中间厚度不均的问题。为了解决这些问题,保证产品品质和生产效率,比亚迪的工程团队花费了大量的精力,通过使用大量的高精度传感器、工业机器人等设备保障生产精度,改善生产工艺,建立符合IATF 16949和VDA 6.3控制标准的品控体系等措施,使得厂房设备硬件的自动化,设备与设备之间的信息化,控制层面的智能化成为刀片电池生产高效、品质稳定的最强后盾。
与此同时,弗迪电池重庆工厂对生产环境的要求也是非常严苛。厂房内常年保持25℃恒温,湿度控制在1%以下。为了最大程度降低电池的短路率,他们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。
除了安全,刀片电池还有什么优势?
这次活动比亚迪分别给我们演示了刀片电池和三元锂电池的针刺试验,从上面的视频我们可以看到,三元锂电池针刺瞬间起火爆燃,而刀片电池却没有明显的反应。安全性能孰优孰劣,一目了然。当然,这个试验只能用于单体电池间的安全性能对比,组合成电池包之后的安全性还受到能量管理系统和结构防护系统的影响,但是单体电池更安全,对提升电池包的安全性能肯定是只有好处没有坏处的。
与此同时,比亚迪还对电池受到挤压、炉温、过充、热扩散时的安全性进行了验证,均能保证电池不起火、不爆炸。在电池包的强度方面,比亚迪也经过严密的验证,保证电池包受到振动、碰撞、挤压时的安全性能。不仅如此,因为电池包的强度足够、安全性能有保障,下一步比亚迪还将探讨用电池包充当车身安全结构件的设计,以进一步降低白车身的重量,弥补磷酸铁锂电池质量能量密度较低的劣势。
除了安全性能,比亚迪还为刀片电池总结了另外几大优势,分别是续航长、低温性能好、寿命长和放电功率大。
续航长自然不用多说,比亚迪汉已经将结果摆出来了,使用77kWh的电池包,这台车长达到4米98的纯电中型轿车的NEDC续航达到了605km。作为参考,车长4米69的特斯拉Model 3国产后驱长续航版使用75kWh的电池组,NEDC纯电续航是664km。
低温性能方面,根据比亚迪官方的数据,刀片电池除了在高SOC区间低温充电功率不如三元锂电池,其他方面的表现与三元锂电池没有太大的差距,甚至在低SOC区间低温放电功率还要优于三元锂电池。
电池寿命方面,磷酸铁锂电池本身就优于三元锂电池,刀片电池在25℃实验环境下的循环寿命可达5000次,远远超过整车的使用年限要求。充电功率方面,比亚迪称刀片电池从10%充至80%最快仅需33分钟,下一步还将宣传0-100%的充电时间,因为磷酸铁锂电池耐高温性能好,所以充电发热时电控系统对充电功率的抑制会更小。放电功率方面,刀片电池搭载到比亚迪汉上瞬间最大放电功率可达363kW,所以可以支撑起汉EV四驱高性能版3.9s破百的高性能。
Q&A
这次活动的QA环节,与会的媒体对于刀片电池的问题非常多,技术出身的弗迪电池公司副总经理孙华军也几乎是无问不答,由于篇幅原因,这里只能节选4个重点问题,如果你还有其他问题,欢迎在评论区提问。
Q:刀片电池安全是因为用的是磷酸铁锂材料吗?
A:不全是,磷酸铁锂电池本身安全性好,但是也过不了针刺试验,刀片电池在结构上进行了众多优化,使其安全性能更好。
Q:三元锂电池可以做成刀片电池吗?
A:可以,但是技术难度比用磷酸铁锂高,安全、力方面的设计要改变,要留更多的空间做防火墙,而且还要预留三元锂电池充电膨胀的空间等。
Q:刀片电池产能多少,会给哪些外部厂商供货?
A:目前重庆工厂只投产了一条生产线,今年产出能到2-3GWh,产能能到12GWh,重庆工厂规划产能为20GWh,明年能达到最大产能,但是要完全达到20GWh的产出需要到2022年。此外,明年还会有贵阳、长沙两个工厂投产,规划产能都是20GWh。比亚迪具备一年完成建厂、两年达到最大产能的能力,如果市场需求旺盛,会继续提升规划产能。
“今天,几乎你能想到的所有汽车品牌,都在和我们探讨基于刀片电池技术的合作方案。”明年将批量供货一家自主品牌厂家(猜测是长安),丰田与比亚迪合资的公司也将使用刀片电池。同时,目前还有一家国际知名商用车企在和比亚迪谈合作。
Q:刀片电池会用到DM车型上吗?会用到10万级别的车型上吗?
A:明年会有搭载刀片电池的DM车型。下一款搭载刀片电池的车型将是新款宋的纯电版,新款秦的纯电版可能也会用,后续车型是否用刀片电池要根据电池产能和市场需求而定。我理解的是刀片电池将会优先用在比较高端的车型,产能有富余才可能用到低端车型。
在活动的最后,有媒体谈到了近期比亚迪与宁德时代的安全性能之争,孙华军表示尊重竞争对手,也不惧怕竞争,有强大的竞争对手才能证明比亚迪的实力,竞争有利于大家做得更好。
的确,在新能源车日益普及的今天,公众对于电池安全性能的质疑声从未停止过,动力电池厂家之间关于电池安全性的公开竞争是很有必要的,对厂家积极提升电池安全性能和打消公众疑虑都有好处。身为一个电动车用户,我真心为比亚迪这波操作点赞,像刀片电池安全性能突出的电池,正是现在我们所需要的!
本文来源于汽车之家车家号作者,不代表汽车之家的观点立场。
“刀片电池的成本肯定会比它低,至少是低于600元/KWh的。”
“刀片电池除了自产自供外,目前有没有对外的供货项目?”
“今天,几乎你能想到的所有汽车品牌,都在和我们探讨基于刀片电池技术的合作方案。目前已经落户一家国际品牌,2022-2023年将为一家自主品牌批量供货。”
“那现在的产能够吗?”
“现在的产能是3-4GWh,今年计划提高到10GWh,明年有望出货12GWh。总体来看我们基本能实现一年建设、两年满产的目标,目前的产能还大于需求。”
“刀片电池相比主流的三元锂电池,少拿到多少补贴?”
“即将上市的比亚迪汉EV搭载的是一块76度电的刀片电池,百公里电耗可以做到11度。其能量密度在140KWh/kg,两三年后做到160KWh/kg还是比较容易的。平均来看,磷酸铁锂比三元锂少拿2000元的补贴。”
“如何看待比亚迪的磷酸铁锂与宁德时代的三元锂之间的技术路线之争?”
“我觉得还是相互尊重吧,竞争对手的水平高了,那说明我们的也不差。”
以上对话来自车云菌在参观比亚迪位于重庆璧山弗迪电池工厂时,弗迪电池副总经理孙华军给出的答复。由此可见,比亚迪正在以高性价比的刀片电池快速占领市场,重拾自己在车用电池领域的话语权。
18年始终在干一件事
比亚迪的确在电池领域有足够的话语权。
王传福的“电池大王”的名号可以与马斯克的“钢铁侠”相提并论。一是因为比亚迪是一家以电池业务起家的公司,24年前就能看到锂电池的商业前景,王传福的眼光一如马斯克对硬核科技的执著。
二是因为比亚迪早在2002年就开始启动对磷酸铁锂电池的技术攻关了,彼时特斯拉要在1年后才会成立,宁德时代的出现则要等到9年后了。18年只专注于一件事,这不是人人都能做到的。足见王传福对技术的痴迷,也体现了比亚迪在磷酸铁锂电池领域的领先者姿态。
如今,比亚迪要将自己积累24年的电池技术进行充分地共享,将磷酸铁锂电池分享给行业的每一位同伴,扶正磷酸铁锂电池的话语权地位。
而要夺回磷酸铁锂电池的行业地位,则要展现其技术积淀和遍布全国的产能基地,也是弗迪电池18年如一日积累的家底。
目前,弗迪电池在全国布局了四家研发基地。其中深圳宝龙负责先进电池研发、3C电池研发、装备研发;深圳坑梓主攻动力电池BEV研发和BMS研发;惠州基地则主要研发电解液和隔膜,还有正负极材料、结构件、元器件的研发;上海大基地则专攻大电池xHEV研发和3C电池研发。
可见,比亚迪针对电池的研发覆盖到了产业链的方方面面。
而在电池生产基地方面,弗迪电池已经形成了深圳、西安、青海、重庆、长沙、贵阳等六大生产基地,其总产能在2022年有望做到100GWh。
作为对比,2019年全球动力电池出货量最多的品牌刚刚超过30GWh。而比亚迪在两年后所能达到的产能三倍于这个数。届时一旦动力电池的需求开始暴涨,比亚迪从源头的产能方面就能扳回一局。
而且比亚迪电池业务进入全球第一梯队的信号正在显现。去年,比亚迪与丰田汽车签订合约,共同开发轿车和低底盘SUV的纯电动车型,以及上述产品等所需的动力电池。这是比亚迪宣布开放电池业务的第一笔重要合作。
在全面开放的大战略下,比亚迪电池的拆分上市也已提上日程。王传福此前就曾多次透露,将在合适的时候进行比亚迪电池的IPO。据悉,比亚迪的电池业务正在从比亚迪集团公司剥离出来,形成单独进行财务核算的独立公司,电池板块预计将于2022年左右独立上市。
18年如一日的技术积累,比亚迪的电池正在从技术研发走向全面市场化。
刀片电池的生产线长啥样?
位于重庆璧山区的弗迪电池工厂是目前刀片电池唯一的生产基地,工厂总投资100亿元,规划年产能达20GWH。自2019年2月开工,到2020年3月刀片电池正式推出,仅1年时间就从一片空地变身为一个拥有精益化、自动化、信息化制造管理系统的中国专业级电池工厂。
对于看惯了车企隆隆作响的生产车间,初进比亚迪刀片电池工厂的车云菌感觉进入到了另一个世界。
动力电池的生产过程中对环境的严苛程度比汽车制造还要高一个量级。因为空气中一粒粉尘就可能导致电池内部短路。所以比亚迪针对车间做了无尘设计,关键工序达到百级标准。
而且整个车间恒温控制在25±3℃,要做到材料及设备稳定和人体舒适的指标。而车间的整体湿度要控制在RH1%以下, 关键工序的湿度控制更严格,相当于普通环境中水分的万分之五。
“刀片电池在生产环境上的要求就极为苛刻。”孙华军说,为了最大程度降低电池的短路率,他们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。
严苛的环境和条件,只是确保刀片电池高安全性的“基础”。据孙华军介绍,生产刀片电池最大的难点和亮点,主要集中在“八大工艺”。
据了解,刀片电池的生产工序依次为:配料→涂布→辊压→叠片→检测→注液→烘烤→装配。其中不乏有比亚迪自主设计制造的设备和产线。
尤其是叠片工艺,更是刀片电池的精髓。“将近1米长的极片,能够实现公差控制在±0.3mm以内、单片叠片效率在0.3s/pcs的精度和速度,在国际上我们都属于首创。这种叠片采用的是比亚迪完全独立自主开发的设备和裁切方案,这是其他任何人想抄都抄不来的。”孙华军说。
除叠片之外,刀片电池生产过程中的配料、涂布、辊压、检测等其他工艺都达到了先进级别。例如,配料系统的精度在0.2%以内;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%;1200mm超大幅宽的辊压速度可达120m/min,厚度控制2μm以内,确保宽尺寸极片厚度的一致性……
总之,比亚迪刀片电池工厂的先进程度对标的是工业4.0级别的制造、管理系统。比如其符合IATF16949&VDA6.3控制标准的品控体系,其中IATF16949是国际汽车工作组的质量管理体系,VDA则是德国汽车工业联合会制定的德国汽车工业质量标准。可见,比亚迪在开始建设这座工厂时就向世界标准看齐了。
除了安全,刀片电池还有啥?
虽然引起行业诸多讨论,但针刺实验终究还是为刀片电池的安全性正了一次名。除此之外,比亚迪说刀片电池还具有超级强度、超级续航、超级低温、超级寿命、超级功率的超级性能及“6S”的技术理念。
孙华军介绍,将单块电池的从400厘米到1000厘米,这是行业想都不敢想的事,其中最难的地方在于怎么保证叠片的一致性。但比亚迪做到了。
比亚迪在过去的12年里将磷酸铁锂电池的长宽比从3.5提升到如今的10.6,体积利用率由40%扩展到60%。这就是首款搭载刀片电池的车型比亚迪汉EV,综合工况下的续航里程已经达到了605公里的重要原因。
“因为刀片电池能够大大减少三元锂电池因电池安全和强度不够而增加的结构件,从而减少车辆的重量,所以我们的单体能量密度虽然没有比三元锂高,但是能够达到主流三元锂电池同等的续航能力。”孙华军透露。
此外,刀片电池33分钟可将电量从10%充到80%、支持汉3.9秒百公里加速、循环充放电3000次以上可行驶120万公里,以及超出业内想象的低温性能等数据表现。
这个超业内想象的低温性能就是:在10度和零下10度的环境下,刀片电池和NCM 811在充电时间方面差距不大,而磷酸铁锂在低温高电量下的充电功率优于NCM。
在低温放电方面,刀片电池在零下20度还能放电90%,低温放电功率优于NCM。
看了这个比较,是否坚定了你选择比亚迪汉EV的决心?
本文来源于汽车之家车家号作者,不代表汽车之家的观点立场。
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阮宜戴芬: 比亚迪宋plus-dmi电池能用20年左右.以下是关于比亚迪的具体说明:1、比亚迪是一家中国汽车品牌主要生产商务轿车和家用轿车和电池.2、由20多人的规模起步,成长为全球第二大充电电池生产商,并且还组建了比亚迪汽车,比亚迪汽车遵循自主研发、自主生产、自主品牌的发展路线,矢志打造真正物美价廉的国民用车,产品的设计既汲取国际潮流的先进理念,又符合中国文化的审美观念. 比亚迪dmi超级混动电池寿命 比亚迪DMI超级混动,用的是比亚迪的刀片电池.这款刀片电池的充放电次数大概在3000次左右,理论上使用十多年是没问题的.
民权县13126601567: 比亚迪叠片车间干活轻松吗 ?
阮宜戴芬: 不累,还算轻松比亚迪叠片车间还是不错的.叠片车间是把叠片电芯叠在一起,是自动化的.相对于卷绕电芯来说,叠片电芯的好处多多,但是就一条,工艺难.首先,极片分切精度和一致性要很高其次,堆叠时对齐精度要很高弗迪工厂的刀片电池,采用的是叠片工艺,而且是比亚迪完全独立自主开发的设备和裁切方案.设计的叠片速度在0.3s/pcs,工厂的介绍说,这是业界最高水平.
民权县13126601567: 西安比亚迪公司生产什么车 - ?
阮宜戴芬: 比亚迪3系,例如F3,L3,G3,F3R,G3R等
民权县13126601567: 比亚迪汽车(工厂)生产基地 - ?
阮宜戴芬: 比亚迪原先是生产电池的,后来进入汽车行业,在深圳、西安都设有生产基地
民权县13126601567: 比亚迪汉电池换一组要多少钱??
阮宜戴芬: 比亚迪汉更换高压电池,预计价格在8万左右.影响电池寿命最大的因素是过度放电,所以车主平常要注意使用习惯,最好在电量剩下20%左右就开始充电了.比亚迪汉电...
民权县13126601567: 比亚迪生产厂家在哪 - ?
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民权县13126601567: 比亚迪股票代码是多少 - ?
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民权县13126601567: 深圳比亚迪那个厂生产汽车?
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民权县13126601567: 你好能介绍下比亚迪工厂的概况么?
阮宜戴芬: 比亚迪现拥有IT和汽车两大产业群.深圳这个叫:深圳市比亚迪锂电池有限公司.这个公司怎么说呢,月薪跟劳动法规定差不多,个别特殊点的职位待遇稍微不同.大致都按劳动法950底薪,平时加班1.5*基本工资,星期六,日2*基本工资,法定假日3*基本工资!·····年底突出员工有奖金! 关于提升方面,我想大部分工厂都一样,下面的普通员工是很难有得升的了,如果是技术类职位,也不排除升职的可能···
民权县13126601567: 比亚迪公司的概况 - ?
阮宜戴芬: 比亚迪汽车是香港上市公司—比亚迪股份的直属子公司.比亚迪股份公司创立于1995年,由20多人的规模起步,2003年成长为全球第二大充电电池生产商,同年组建比亚迪汽车.今天,比亚迪股份公司在全球拥有员工30,000余人,公司市值已...