锂电池前浪与后浪——1根针引发的比亚迪、宁德时代之争

来源:凤凰网财经 编辑:jianping 比亚迪宁德时代

近日围绕电池安全,作为国内动力电池的龙头企业比亚迪和宁德时代爆发了一场口水战。在近期连续出现新能源电动汽车起火的背景下,这一争论受到关注。


3月份比亚迪将钢针插入了自家新推出的“刀片电池”,5月份也有人将钢针插入了宁德时代的三元电池。于是,围绕“针刺测试”是否能验证电池安全、磷酸铁锂电池和三元锂电池谁更安全等技术问题,比亚迪和宁德时代展开了一场争论。宁德时代董事长曾毓群、比亚迪销售公司副总经理李云飞、以及汽车自媒体,都是争论的参与者。


在多位业内人士看来,技术之争背后其实是二者的商业之争。比亚迪是动力电池的鼻祖,宁德时代则是目前国内动力电池领域的半壁江山,随着比亚迪动力电池从自产自销不断扩圈,二者的市场交锋可能刚刚开始。


但值得一提的是,当二者交锋时,在全球市场上,日韩电池制造商却在壮大。韩国SNE Research发布的最新报告显示,2020年一季度,韩国LG化学以27.1%的市场占有率跃居首位,终结了宁德时代连续三年的“第一”。第二名仍是日本松下,宁德时代以17.4%的市占率位列第三,比亚迪则从去年第三下滑至第六。


回顾口水战:一根针惹的祸


会扎针的不只有容嬷嬷,还有动力电池制造商们。近日,“扎针”成了新能源电动汽车圈的热门话题。


事情还要回到2020年3月29日,比亚迪召开了一场“刀片电池”的技术发布会。“刀片电池”号称具有超高强度与超高安全两大优势,足以改变行业。该电池基于磷酸铁锂电芯采用全新的制造工艺,将电池包的空间利用率提高50%,有效弥补磷酸铁锂电池包的低能量密度的缺点。


据了解,刀片电池是比亚迪今年主推的产品,也是将锂电池业务单独分离并对市场开放后的重要产品。


为了验证刀片电池的安全性,比亚迪还在发布会上演示了一段对三元锂电池、普通磷酸铁锂块状电池、刀片电池的针刺实验。实验结果是,三元锂电池,剧烈燃烧,表面温度超过 500 ℃;普通磷酸铁锂电池无明火、有烟,表面温度达200-400℃;而比亚迪的刀片电池,无明火、无烟,表面温度维持在了 30-60 ℃。

 

一个多月后的5月11日,目前国内动力电池市场老大的宁德时代,在网络业绩说明会上被问及如何看待比亚迪的刀片电池。宁德时代董事长曾毓群称,刀片电池是宁德时代2016年已量产的CTP电池结构创新概念中的一种,宁德时代已经选择并量产CTP结构创新里最优的几种。而对针刺试验,曾毓群表示:“电池安全和电池滥用测试是两回事,但有些人把滥用测试的通过等同于电池的安全。”

 


滥用测试是指超出正常使用范围条件下的测试,业内测试电池安全性还有加热、温度循环、挤压、过度充电放电试验等等。这引来比亚迪方面的反弹。当天夜里,比亚迪销售公司副总经理李云飞在其微博上表示:“不服?那你也来扎一下吧!”


微博认证为汽车博主的“小鱼锂电”马上把给宁德时代“扎针”一事儿安排上了。5月13日,他在微博上公开众筹购买宁德时代单体电池。5月21日,小鱼锂电发布了对宁德时代811三元电池的针测实验结果与视频。钢针刺入电池内部后,电池短时间内膨胀并剧烈燃烧。


宁德时代的回应,是官方微博在随后的两天亦上传了2段针刺测试的视频。第一段视频中,钢针无法穿透电池箱体,直接折断。但这个测试是电池包而非电芯。第二段视频中,宁德时代又发布了对其5系、8系三元电芯的针刺。根据视频显示,电池被针刺后并没有起火和爆炸。


在第二段视频的最后,宁德时代表示其早在2017年就已掌握了三元电芯通过针刺测试的技术,并且留下了一个反问:“针刺测试=电池安全吗?”


5月24日,李云飞再度发博表示,针刺试验的核心目的是让电池短路,以便观察电池的热失控情况,电池没短路的话,针刺试验就失败了。


5月25日,自称是宁德时代工程师的博主“David工科男”针对李云飞的话称,针刺测试时模拟电池被金属物刺入的场景,一般情况下电池会发生内短路。但针刺测试的核心目的不是一定要让电池出现内短路。


同一日,宁德时代官博发布“关于动力电池标准的一些认识”,表示2017年其团队在欧洲某车企的要求下做了大量的针对 性开发,攻克了高能量密度三元电池针刺问题,并由客户送到TUV检测认证。


5月26日,小鱼锂电在微博上质疑宁德时代TUV针刺测试的一些数据,并指出宁德时代针刺试验的材料非商用材料。“三元电池通过掺杂一些提高稳定性的材料可以使三元电池通过针刺测试。只不过能量密度比较低,并不适合商用。”


但也有人士向记者表示,比亚迪的刀片电池仍是实验室产品,并未实现量产。但李云飞在微博评论中则透露比亚迪即将面试的汉EV将搭载刀片电池。


针刺试验:能否验证电池安全?


看上去,这场口水战的导火索,是围绕一个技术问题展开——针刺试验是否能验证电池安全?


针刺试验是指将充满电的电池放在一个平面上,用钢针沿径向将电池刺穿,以此来测试在形成可能的内外短路后,电池是否会起火和爆炸。


首先要回到锂电池的工作原理。目前可充电的锂电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。根据正极材料,锂电池可分为磷酸铁锂、钴酸锂、镍钴锰酸锂三元电池等。其中,磷酸铁锂电池和三元电池是主流的汽车使用的动力电池。


一位有多年汽车研究与开发经验的资深人士告诉记者,无论哪种锂电池,锂离子都会从正极通过隔膜到达石墨负极以实现放电,锂离子回到正极以充电,理想状态下充电效率与放电效率对等,但现实中,会有一部分锂离子停留在负极一端形成结晶,随着时间推移,结晶会累积越来越多,影响内阻和安全性;此外,结晶累积形成尖状,时间久了会将隔膜刺穿,导致区域性的高发热,就会产生发热、产生气体等现象,若热量和气体没有及时散出云,接下来可能会造成胀气、漏液,接着可能是燃烧和爆炸。针刺试验就是模拟这种情况所做的极端测试。


一位业内观察人士告诉记者,针刺试验本是一种传统的实验方法,磷酸铁锂热稳定性好,能量密度(可理解为续航里程短)低,扎进去热失控后不容易爆炸起火,只是冒烟;三元锂电池能量密度高,热稳定性就差,容易起明火。而比亚迪的“刀片电池”是组装升级的磷酸铁锂电池,被用于针刺的宁德时代的电池是三元锂电池。


5月18日,中国电动汽车动力电池领域的第一份强制性国家标准《电动汽车用动力蓄电池安全要求》(以下简称“新国标”)中明确取消了针刺测试,在该标准中也不再单独对针刺试验进行评价。起草组称,调研IEC 62660-2、IEC 62660-3等标准,发现均未采用针刺试验来评价电池安全性。经工作组讨论,一致认为针刺试验与实际失效模式不相符。因此,取消针刺试验。


新国标调整了电池单体、模组测试的要求,强化了电池系统热安全、机械安全、电气安全以及功能安全等要求。行热扩散乘员保护分析和验证中,新国标要求电池单个单体发生热失控后,电池系统在5分钟内不起火不爆炸,为乘员预留安全逃生时间。但在触发热失控的推荐方法中提供了加热触发和针刺触发两种方法。


宁德时代的一位内部人士表示,从技术上说,国外整车厂对于整车安全的共识已由单体安全转向系统安全,而宁德时代的重点是在电池的整体安全上,包括电池的单体设计、系统集成、动态监控和系统防护等等。


“电池包层面有更优化的安全解决方案,单体电池针刺测试的实际需求已不复存在。”宁德时代的人士表示。所以,宁德时代5月22日的测试,就是针对电池包的安全测试。


前述资深研究与开发人士告诉记者,单体锂电池性能是整体锂电池安全可靠的保障之一;此外,还要通过提升保护板、BMS电池管理系统等工艺来保障整体、全周期的电池系统的安全性。


比亚迪与宁德时代:元老与老大的交锋


“两家企业的争论,关键不是电池技术问题,背后还是商业的问题。”多位业内资深研究与观察人士如是认为。


根据工信部的数据,2019年宁德时代和比亚迪占据中国动力电池装机量的前二甲。而宁德时代自己就占据了半壁江山。二者合计占国内市场的68%。


宁德时代的财报显示,截至2019年末,其动力电池系统业务的营收385.84亿元,占营业收入的84.27%。比亚迪财报显示,截至2019年末,二次充电电池及光伏业务收入105.06亿元,占该公司营业收入的8.22%。


对于业务线更丰富的比亚迪来说,电池收入占比并不多。总的营业收入上,比亚迪是宁德时代的2.8倍,但营收的增长率方面,宁德时代远超比亚迪。宁德时代2019年末的净利润为50.13亿,比亚迪21.19亿,宁德时代的净利润是比亚迪的近2.4倍。而在市值上,目前比亚迪的市值为1568亿元,而宁德时代的市场则已高达3263亿元,是比亚迪的2.1倍。


但事实上,比亚迪才是业界公认的锂电池鼻祖——是比亚迪的创始人、董事长王传福将锂电池技术带回中国,并在90年代就开始在电池业务上深耕。这也才有了后来中国锂电池产业的兴起,包括宁德时代。


比亚迪最初是靠做手机电池起家,在智能手机兴起之时,比亚迪凭借较低的价格和较好的质量,拿下了多个大单。比亚迪涉足汽车制造以后,王传福也没有忘记新能源车。2010年比亚迪e6电动车率先成为深圳出租用车,在当年的全国“两会”期间,比亚迪将e6电动车带入北京。掌握磷酸铁锂电池和三元电池技术的比亚迪曾经风头无两,无论是在新能源汽车领域,还是动力电池领域。


比亚迪进京的第二年,宁德时代成立。与王传福一样,宁德时代的掌门人曾毓群在进入动力锂电池领域之前,也曾生产手机电池。公开信息显示,曾毓群在1999年与人组建了新能源科技有限公司(ATL),并出任总裁兼CEO。


业内人士告诉记者,2010年比亚迪电动车亮相后,宝马集团希望从比亚迪购买动力电池遭到拒绝,于是他们找到了ATL。后来,有感于中国对新能源车的大力支持,曾毓群出来二次创业,创建了宁德时代。最初的研发团队由宁德时代与宝马集团共同组成。


在政策补贴下,新能源汽车进入快速发展期,作为动力电池供应商,宁德时代紧紧抓住了这一红利,与国内外车企合作,装机量逐年提高。而比亚迪的动力电池则自产自销,电池装载量由自家新能源车销量决定。宁德时代的客户,包括广汽、北汽、一汽、吉利、长安、戴姆勒、现代、捷豹路虎、沃尔沃等。


记者找到的历史数据显示,截至2016年,动力电池的装机量排名上,比亚迪还领先于宁德时代。但到了2017年,宁德时代就超越了比亚迪。由于在是否向市场供货上犹豫太久,比亚迪未能获得动力电池行业大爆发带来的红利。


在复杂的冲击下,比亚迪也已经调整商业思路,开始向市场供应动力电池,而不再自产自销。2017年,比亚迪通过了《关于调整公司内部组织架构的议案》成立电池事业群,第二事业部划入电池事业群,并在2018年初公开表示将对外销售动力电池。


比亚迪对外销售动力电池的第一个客户是长安汽车。彼时坊间一度传言二者将合资成立锂电池公司。到2018年11月,重庆比亚迪锂电池有限公司成立,由比亚迪全资持股。据悉,目前重庆锂电池生产基地已投入使用,未来将在锂电池扩产中发挥重要作用。比亚迪年报显示,在2019年其二次充电电池及光伏业务的营业收入达105.05亿元,同比增长17.38%。


 

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