一文看清:麒麟電池PK特斯拉4680電池,誰更強?

2022年07月05日

特斯拉前腳才公布要將4680電池大規模量產裝車的消息,寧德時代後腳就推出了自家第三代CTP技術——麒麟電池。

據寧德時代方面介紹,麒麟電池的體積利用率突破72%,能量密度可達255Wh/kg,可以使整車突破1000公里續航。

除此之外,這麒麟電池還通過全球首創的電芯大面積冷卻技術,可支持5分鐘快速熱啟動和10分鐘快充。

據悉,該電池計劃於2023年量產上市。

而在麒麟電池發布後,理想汽車與哪吒汽車相繼轉發了麒麟電池發布的消息,而寧德時代官微也隨後回復了兩家企業的消息,理想與哪吒也成為首批確認將搭載麒麟電池的新能源企業。

關於這款電池,根據寧德時代官方的描述:在相同的電化學體系、電池包尺寸下,材料用三元高鎳版的麒麟電池,比同體積的特斯拉4680高出13%的能量密度,性能遠超特斯拉4680。

麒麟電池真的要比特斯拉4680電池還強?下面我們就來詳細看看兩者之間的區別和差距。

外在升級VS內在升級

其實,麒麟電池和4680電池是兩個不同的技術概念。麒麟電池是電池系統技術的疊代,而而特斯拉4680則是電芯技術的疊代。

一、麒麟電池

先來看麒麟電池,其本質上並沒有改變電芯的內部結構和材料,改變則是電池系統的結構。其主要創新如下:

1、採用電芯倒置的設計

與站立的寧德時代VDA、590模組和躺著的上汽魔方(參數丨圖片)電池不同的是,CTP3.0真麒麟電池則是倒立的電池,也就是電芯倒置,這樣的設計能讓電池包的空間利用率更高。

從排列方式來看,麒麟電池的電芯倒置後,能夠讓失控排氣和底部球擊空間共用,就給電芯多留了6%的空間,從而帶來更高的空間利用率。目前麒麟電池的空間利用率高達72%,較第一代CTP高出17%。

2、集成為多功能彈性夾層

寧德時代開創性的橫縱梁、水冷板與隔熱墊原本各自獨立的設計,集成為多功能彈性夾層,使支撐、冷卻、隔熱、緩衝功能四合一,有效的提高了空間的利用率。

並且,在多功能彈性夾層內搭建微米橋連接裝置,靈活配合電芯呼吸進行自由伸縮,提升電芯全生命周期可靠性。

此外,電芯和多功能彈性夾層組成了一體化的能量單元,在垂直於行車方向上構建穩固的受力結構,提高了電池結構強度和抗衝擊能力。

3、重構水冷系統

在冷卻方面,麒麟電池對冷卻系統進行了全新的排布設計。

首先,寧德時代從熱交換本質著手,重構了水冷系統,將其置於電芯大面之間,大大提升了電芯的換熱效率,其換熱面積可以擴大四倍。

其次,寧德時代將電芯控溫時間縮短至原來的一半,更高效的維持電芯安全、適宜的工作溫度,從而適應更大電流,更高電壓快充。據悉,目前麒麟電池可支持5分鐘快速速熱啟動及10分鐘快充至80%。

在極端情況時,電芯可急速降溫,有效阻隔電芯間的異常熱量傳導,有效避免電池非正常工作溫度造成的不可逆損傷,有效提升電芯的壽命和安全性。

一句話來總結就是,麒麟電池實現了續航、快充、安全、壽命、效率、以及低溫性能的全面提升。

二、特斯拉4680電池

想必稍微對特斯拉有所了解的朋友都知道,特斯拉的動力電池命名方式向來簡單粗暴。4680電池,顧名思義就是單體電芯直徑為46mm、高度為80mm的圓柱形電池。

對比過去的「1865」以及如今的「2170」,從命名來看,4680似乎只是電池變大了,由此前的「5號電池」變成了「2號電池」。

當然不只是有這麼簡單。除了變大之外,4680電芯在結構上也有很多創新和改進。

1、採用「無極耳」設計

隨著隨著電芯體積的增大,電池阻抗也同步增大。對於這個問題,特斯拉的解決方式是採用創新性的「無極耳」設計。

極耳是從正負極集流體中引出了的金屬導電體,電流正是通過極耳才能與電池外部連接。但是過於細長的極耳不利於電流傳導,如果電流過大,就會出現發熱,能量損失增大,而且會影響安全性能。

特斯拉的4680電池去掉了原有的極耳,選擇了在集流體末端留白未塗覆正/負極材料。簡單來說不是沒有極耳了,而是整個一端面都變成了極耳,這種設計大幅降低了電池的阻抗,解決了圓柱電池的發熱問題。

2、使用乾電池電極工藝

特斯拉4680電池使用乾電池電極工藝,不使用溶劑,而是將少量(約5-8%)細粉狀PTFE粘合劑與正/負極粉末混合,通過擠壓機形成薄的電極材料帶,再將電極材料帶層壓到金屬箔集電體上形成成品電極。這項工藝將會提高電池的能量密度,並且使生產能耗降低10倍。

3、陽極採用矽材料

陽極材料方面,特斯拉將從矽材料入手。矽可以儲存比石墨多出十倍的電能,但由於其在充放電過程中體積變化可達400%,容易破碎,因此一直難以取代石墨。

特斯拉計劃從根本上改變矽表層的延展性,使其不容易破碎,這項技術可以使電池的續航能力增加20%。特斯拉將研製的新材料命名為「特斯拉矽」,成本為1.2美元/KWh,僅為現有的結構化矽工藝的十分之一。

4、改進陰極生產過程

陰極材料方面,特斯拉通過改進陰極生產過程,減少水的使用和廢水的產生,降低了電池陰極生產線66%的投資建設成本和76%的生產成本。同時,特斯拉推出電池回收服務,未來新電池都將通過回收的舊電池生產。

結合這些改進,特斯拉將增加54%的電池續航,降低56%的每千瓦時成本,減少69%的投資生產成本,能量密度提升之餘,生產成本大大降低。

最後,一句話總結一下4680電池的優勢:它可以做到性能與成本兼顧。

總結來看,麒麟電池和4680電池雖然電池技術的疊代升級,但是在技術路線上是有所不同。

麒麟電池是在不改變電芯材料的基礎上,通過升級電池組結構的「外在升級」,比如改變電芯的排放位置,集成為多功能彈性夾層等等,來提升電池的性能;

而特斯拉4680電池則是通過電芯的「內在升級」,比如擴大電芯體積、改變陽極材料等等,讓自己變得更強。

當然,不管是外在升級也好,還是內在升級也好,其最終的結果仍然是為了獲得更好的電池性能。

那麼,麒麟電池和特斯拉4680電池兩者之間性能究竟如何呢?

麒麟電池性能遠超特斯拉4680?

從寧德時代給出的數據看,圓柱4680電池在能量密度、快充性能、集成度以及導熱性能上,與麒麟電池相比,仍然略顯不足。下面我們一一來看。

1、能量密度

從數據來看,4680單體能量密度約300Wh/kg,電池組能量密度為217Wh/kg。相較之下,麒麟電池組的能力密度能夠達到255Wh/kg。也就是說,在相同電芯化學體系和同等電池包尺寸下,麒麟電池包的電量比4680電池提高了13%。

2、體積利用率

除此之外,麒麟電池的電池包的體積利用率已經突破了72%,比4680電池的63%高出9%,刷新了行業記錄,成為全球最高集成度的電池。

麒麟電池擁有更高空間利用率,除了集成為多功能彈性夾層、用電芯倒置等方面的結構優化之外,特斯拉的電池因為先天圓柱形,有先天bug,所以只能用到60%左右。

這很好理解,由於圓柱的物理結構,電芯之間存在物理縫隙,而對於方形來說這個問題基本不存在,也就是說同樣的電池包,用方形電芯內部更緊湊,能塞進去更多的電量。並且方形電池可以將電芯儘可能做大,從而最大限度節省空間提升能量密度。

3、導熱性能

大圓柱雖然在空間利用率方面不如方形電池,但是好處是,大圓柱電池散熱空間更大,加之特斯拉為其設計了一層水冷板,因此導熱性能要優於普通的方形電池。相較之下,方形電池因為單體電芯比較大,放在底盤上是面與面的接觸,散熱性先天性是沒有圓柱形電池好。

不過,根據麒麟電池的講法,通過重構水冷結構之後,其導熱性能提升50%,並且從對比結果來看,似乎還要比特斯拉4680電池還要好。當然,這可能意味著,企業想要方形電池的散熱性做的比圓柱形,那麼需要的成本和花的功夫更大。

4、快充性能

從查閱的資料數據顯示,特斯拉4680電池組僅需15分鐘就可以從10%充電至80%,比目前特斯拉的2170電池組快了10分鐘。作為對比,目前麒麟電池可支持5分鐘快速速熱啟動,及10分鐘快充至80%。可以看到,在充電效率方面,麒麟電池是高於特斯拉4680電池的。

5、安全性

首先,圓柱電池單體小,導致電池包電芯數量多,對熱管理和BMS的要求很高,安全性更差一些,理論上自燃起火的風險要大一些。

相較之下,麒麟電池採用的方形電池,單體容量大,單體數量少,BMS系統構成相對簡單,穩定性相對較好。

其次,相比4680通過改變電芯材料來提升能量密度,麒麟電池只是通過結構的升級,理論上也更加安全和穩定一些。

6、4680電池成組效率低、產能低

4680電池生產並不容易,要不然,至今也不會拖了快兩年了。其中,主要難點在於極耳雷射焊接的難度極高帶來的低良品率。

據悉,最開始特斯拉製造的4680良品率僅為20%,到2021年10月提升至80%。而現在,其良品率已平均達到了92%,最高的達到了97%,最低的為79%,只是基本達到開始批量生產的水準。

其次,4680電池產能有限,數據顯示,特斯拉在2021年銷量為93.6萬輛。在2022年,特斯拉表示將不推出新車型,選擇全力擴產能,這意味著在2022年突破百萬銷量大關只是一個開始,全年銷量達到150萬輛也不是沒有可能。

如此龐大的銷量,特斯拉想要做到雨露均沾,將4680電池實現產品全覆蓋顯然是不可能的。

根據特斯拉的說法,其1月的產能為100萬塊,100萬僅僅裝機了1000台特斯拉,也就是說,每輛Model Y大約需要1000個4680電池,這與特斯拉一年將進100萬的交付量相比,顯然是杯水車薪 。那麼,為了滿足特斯拉2022年交付量超100萬輛的目標,所以採購友商來彌補產能是必不可少的。

所以,這就是為什麼,特斯拉不僅大量採購寧德時代的方形電池,並且占比越來越大。

從上述對比來看,麒麟電池的綜合優勢可能會更高一些。在能量密度、快充性能、空間裡有率,導熱性能上,麒麟電池都要比4680電池更優秀一些。並且,在安全穩定性、產能、成組率等方面,4680電池也要不如麒麟電池。

我們可以看到,從比亞迪推出刀片電池開始,包括寧德時代、長城汽車、廣汽埃安等等電池廠商和車企,紛紛通過改進電池包結構,來升級電池性能。既保證了電芯的安全和穩定性,同時也提升了電池性能,並且徒增成本。由此可見,電池的外在升級,也是電池發展很好的技術路線。

文章來源:一文看清:麒麟電池PK特斯拉4680電池,誰更強?