短刀電池成為動(dòng)力電池主流方向

吉利汽車最近正式發(fā)布了自研自產(chǎn)的最新一代“刀片式”磷酸鐵鋰電池——神盾短刀電池。

從比亞迪提出刀片電池以后，蜂巢能源、極氪還有大眾其實(shí)都在長(zhǎng)條形的電池設(shè)計(jì)方面持續(xù)投入。從整體來(lái)看，短刀（600mm以內(nèi)的長(zhǎng)條方形電池）在安全性能、循環(huán)壽命、快充能力和低溫放電等方面展現(xiàn)出自己的價(jià)值，現(xiàn)在也有望成為未來(lái)新能源汽車動(dòng)力電池的主流選擇。

1、尺寸和特點(diǎn)

短刀電池的主要的特點(diǎn)包括：

◎ 首先尺寸較小，長(zhǎng)度為580毫米，比傳統(tǒng)長(zhǎng)刀電池（960mm）縮短了約40%。

◎ 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)越，長(zhǎng)度更短、內(nèi)阻更小且電芯發(fā)熱量低，顯著降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

◎ 電池采用濕法雙涂層隔膜，柔韌性更佳，在穿刺時(shí)不易斷裂，且破損孔徑和短路面積都較小。

◎ 電池涂層采用了氧化鋁等耐熱材料，類似在正負(fù)極之間添加了一道“隔離帶”，大大提高了隔膜的熱收縮性能，從而在嚴(yán)苛條件下有效防止熱失控。

梳理一下幾個(gè)特點(diǎn)：

●?快充特性

從尺寸的變化直接的特點(diǎn)，就是內(nèi)阻的變化。短刀電池具有超快充電性能，可在17分鐘內(nèi)充電至80%，平均充電倍率達(dá)到2.45C。這得益于其獨(dú)特的物理特性，內(nèi)阻更小，并對(duì)材料體系進(jìn)行了優(yōu)化升級(jí)，顯著提升了快充性能。

電池采用管徑更細(xì)、長(zhǎng)度更長(zhǎng)的碳納米管，使負(fù)極連結(jié)更緊密，為離子傳輸提供了“高速公路”。在電解液中加入了成膜阻抗更低的添加劑，減少了鋰離子的擴(kuò)散阻抗，使鋰離子更易進(jìn)入負(fù)極。

相比之下，如果電池比較長(zhǎng)，內(nèi)阻很難做下來(lái)，從10%充電至80%需要26分鐘，平均充電倍率為1.61C，且由于內(nèi)阻較大，易發(fā)生析鋰現(xiàn)象，發(fā)熱量也較高。

●?安全性

這里由于是磷酸鐵鋰配合較薄的電芯，所以相對(duì)容易針刺。所以吉利的電芯通過(guò)了中汽中心的“8針同刺”試驗(yàn)，使用8根直徑5mm的鋼針同時(shí)穿刺電芯，并靜置1小時(shí)，電芯未冒煙、未起火、未爆炸。

為了讓電池安全顯化，吉利在電池系統(tǒng)層面還做了6大串行試驗(yàn)，包括動(dòng)態(tài)海水腐蝕浸泡、高原極寒、高頻次刮底、26噸超重往復(fù)式碾壓、單包側(cè)柱碰撞和烈焰炙烤。

這個(gè)電池系統(tǒng)通過(guò)“田字格”框架專利設(shè)計(jì)，整體模態(tài)提升2倍以上，加入了吸能型腔，電芯與箱體預(yù)留超大空間，全方位防護(hù)。在設(shè)計(jì)層面采用液電分離、電氣隔離、熱量排疏、導(dǎo)熱多重防護(hù)設(shè)計(jì)。底部防護(hù)層面使用三層復(fù)合材料+DP980鋼“三明治”結(jié)構(gòu)底護(hù)板，厚度2.6mm，專用電池防撞梁，降低正向刮底時(shí)的損傷。

●?循環(huán)壽命

從循環(huán)壽命上來(lái)看，1500次、2500次和3500次的循環(huán)壽命是不錯(cuò)的。

◎?尺寸小、內(nèi)阻小、發(fā)熱量低：內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)速度減緩，延長(zhǎng)了電池壽命。

◎?正極材料多元素?fù)诫s：提高了能量密度和離子電導(dǎo)率，穩(wěn)定材料結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)循環(huán)性能。特殊包覆技術(shù)進(jìn)一步隔離電解液，抑制金屬離子溶解，減少副反應(yīng)，增強(qiáng)導(dǎo)電性。

◎?負(fù)極材料優(yōu)化：采用小顆粒材料，縮短Li+擴(kuò)散距離，增加電解液浸潤(rùn)面積。無(wú)定形碳包覆技術(shù)大幅降低電化學(xué)副反應(yīng)，確保電芯的循環(huán)性能。

建湖耀寧新能源科技公司和貴陽(yáng)閃聚工廠是吉利神盾短刀電池及電池包的關(guān)鍵生產(chǎn)基地。

◎?建湖耀寧新能源科技公司位于江蘇省鹽城市建湖縣，成立于2022年7月，投資102億元，專注于神盾短刀電池電芯的制造。引入了行業(yè)領(lǐng)先的“多層定轉(zhuǎn)子高速分散技術(shù)”，顯著提升了制漿效率，創(chuàng)造了90分鐘/批次的制漿速度。

其生產(chǎn)過(guò)程完全智能化，采用AI智能及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，配備超過(guò)300臺(tái)智能物流設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了100%的自動(dòng)化作業(yè)。品控方面，每條產(chǎn)線設(shè)有超過(guò)6000個(gè)品控點(diǎn)和1000臺(tái)全自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，采用先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性和安全性。

◎?貴陽(yáng)閃聚工廠作為吉利神盾短刀電池包的生產(chǎn)基地，成立于2023年9月，于2024年4月全面投產(chǎn)。工廠采用吉利全新自研的智能MES系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了電池生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化、透明化和數(shù)字化。特別是在快速換型技術(shù)方面取得突破，將電池Pack線的換型時(shí)間從傳統(tǒng)的4小時(shí)縮短至僅6分鐘內(nèi)完成。

工廠的生產(chǎn)線設(shè)計(jì)兼容多種電池包型號(hào)，采用先進(jìn)的AGV柔性輸送系統(tǒng)，確保了生產(chǎn)效率和靈活性的高度結(jié)合。品質(zhì)控制方面，工廠實(shí)施全線質(zhì)量控制，從來(lái)料到最終產(chǎn)品全程實(shí)現(xiàn)智能化、數(shù)據(jù)化管理，保證每個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量安全和生產(chǎn)效率的最大化。

2、短刀電池的趨勢(shì)

現(xiàn)在這個(gè)階段，是很考驗(yàn)成本和降低復(fù)雜性的。

在過(guò)往的設(shè)計(jì)中，方殼電池在同款車型、不同電量的配置往往會(huì)選型不同的電芯尺寸，導(dǎo)致了電芯標(biāo)準(zhǔn)化的分散性。現(xiàn)在的趨勢(shì)是電池的設(shè)計(jì)也在統(tǒng)一，通過(guò)配置不同的電芯數(shù)量從而可以組合成整體電容量不同的電池包。電芯的選擇越合理，越能適用于平臺(tái)化。在極限降本的過(guò)程中，是非常有利的。

而短刀電池，由于調(diào)節(jié)參數(shù)相對(duì)是比較少的，屬于可以通過(guò)統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?，可以通過(guò)非常有限的改動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)化電芯。對(duì)于電池的持續(xù)降本，這是一條非常有潛力的路徑。

這里我們看到：

●?車企進(jìn)入電池產(chǎn)業(yè)，一定要降低電池的復(fù)雜性。吉利在極氪、吉利品牌上推出了自己的電池品牌，但是整體的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了盡可能的統(tǒng)一，所以如果按照46系列去投資，最大的挑戰(zhàn)是結(jié)果不可控。而圍繞短刀這個(gè)系列投資，因?yàn)橛星懊嬉恍┕静瓤?，從?zhǔn)備到拉量的爬坡效果比較好。

●?性能、成本和壽命的平衡，我們?cè)谶@個(gè)過(guò)程中圍繞壽命特性，成本管控還有快充性能來(lái)看，短刀這種300-600mm長(zhǎng)度可以設(shè)計(jì)出不同的方案，總體比較均衡也可以得到一個(gè)讓人滿意的結(jié)果。

我們預(yù)期這一輪中國(guó)車企進(jìn)入電池生產(chǎn)，大部分是圍繞短刀來(lái)做的，一方面避開方殼電池層層疊疊的專利問(wèn)題，也能有一些設(shè)計(jì)的彈性。

小結(jié)

在中國(guó)，電池行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入一片紅海，隨著下一步我們看到整個(gè)電池行業(yè)的發(fā)展，會(huì)有很多車企進(jìn)行垂直一體化進(jìn)行，并且擴(kuò)展到其他領(lǐng)域來(lái)平攤成本。我們看到了這個(gè)趨勢(shì)！