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朱工解读比亚迪版“大圆柱”锂电池专利

来源:电动汽车观察家 | 作者:admin | 分类:分析 | 时间:2022-08-12 | 浏览:14702
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锂电网讯:近期比亚迪申请的一个很特殊形状的正六棱柱电芯的专利引发业内关注。

这是一个《电池和具有其的电池模组、电池包》的实用新型专利,借鉴蜂巢结构提出一种六棱柱形电池。

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这个专利可能是一种很有意思的脑洞,个人判断,六棱柱形状很可能是比亚迪明修的“栈道”,“陈仓”却还是大圆柱。

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图1 比亚迪会搞大圆柱或者变种吗?


01专利解析

在这份专利里面,电池组由若干正棱柱电池单体组成,每个电池单体都由壳体、盖体组成。在设计中整体的效果确实挺像蜂巢结构,壳体的一端敞开,盖体上设有负极端子和多个正极端子。从这个设计特征来看,确实很像蜂巢,设计的构思是:

1)希望可以通过提高空间利用率来增大极芯的容量,壳体内可以容纳更多的电解液,以延长极芯的使用寿命,从而可以延长电池的使用寿命;

2)在将多个电池连接为电池模组时,有效提高了外部空间利用率,避免电池短路或断路;

3)电池能够满足各种尺寸电池模组的排布需求,以使电池模组适用于各种环境。

在下图中,盖体的周向间隔设置多个正极端子(周围的3个凸起长方体为正极),中心的圆柱为负极,电芯壳体的形状为正六棱柱形,材料为铝合金。

专利描述:壳体1的一端敞开,壳体1的形状为正多棱柱形,盖体2设在壳体1的上述 一端,盖体2与壳体1共同限定出容纳空间,盖体2上设有负极端子22和多个正极端子21,多个正极端子21沿盖体2的周向间隔设置,极芯设在容纳空间内。

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图3 电芯的结构

极芯为圆柱形卷绕极芯,在这个正六边形棱柱的空间内。壳体的高度在60~150mm之间,壳体的内接圆直径在15~60mm之间。对应的特斯拉的4680的高度为80mm,内径为46mm,也在此之间。这个电池的壳体借鉴了蜂巢的结构设计,六棱柱的结构能够提升整个空间的利用率,同时还利用壳体结构,增强了整个电池的结构强度。

我的理解比亚迪这次还是围绕之前的想法,把大圆柱的电池进行外壳改造。由于圆柱单体电池由于外形的限制,当较多的圆柱单体电池一起组合时,相邻两个圆柱单体电池之间的空间较大,使得圆柱电池组的机械稳定性不够,受到外界振动或冲击时容易发生短路或断路,会一定程度上影响了圆柱电池组的工作状态和安全性。

而通过这种结构,可以让电芯进行一定程度的耦合,其实这个壳体就是可以多放一些电解液,也可以采用这种结构+粘胶,让整个电池的机械稳定性变强。整个电芯的制造,还是和圆柱电池的制造相似的。

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图4 大圆柱电芯和外壳


02、新专利或暗合比亚迪高镍方向

比亚迪这波新能源汽车的热销,和它首先采取磷酸铁锂的策略很有关系。从2021年9月,在中国,磷酸铁锂电池开始超越三元电池,在中国以外,磷酸铁锂的使用在逐步加快。因为2022-2023年左右专利到期,这使得中国以外的使用限制得以打开。磷酸铁锂电池的占比会快速提升。由于磷酸铁锂的能量密度较低,大量部署的领域主要为中小型电动汽车

根据测算,磷酸铁锂电池在2021年比三元锂电池便宜10-20%,随着中国逐步取消电动汽车补贴,磷酸铁锂的成本优势在2022年以后变得越来越突出。

不过,磷酸铁锂的市场份额很可能将在 2030 年后开始萎缩,这是由于电池回收市场规模增长导致的。磷酸铁锂电池回收价值明显低于三元电池,导致企业回收意愿不强,整体市场供应就会随之降低,市场将让位于 NCM811/Ni90为代表的三元电池和其他新电池。

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图5 不同化学体系的成本曲线(2021、2025和2025考虑回收)

而在高性能的电池发展方向上,比亚迪一直没有深入太多,在目前刀片电池技术配合高镍三元,在电芯成组过程中会存在一些挑战。因此围绕卷绕的大圆柱方向,比亚迪给我们开了一个脑洞,我是觉得这种方法未必是一个真的东西,后面进入大圆柱领域做46系列的电池是可能的。


03、比亚迪对特斯拉供应规模可期

前段时间比亚迪集团执行副总裁廉玉波在接受媒体采访时表示,“我们现在跟埃隆马斯克也是好朋友,马上也会给他供电池,大家也是一个朋友关系”,而随后比亚迪采访视频删除,但是最近有消息爆出来已经给欧洲供应了。

我们能看到几个点:

1)比亚迪下属的弗迪电池确实在项目开发和供应方面,在进行中,包括型号C112F的型号都是定制的电池。

2)目前特斯拉还没有使用比亚迪的电池,公告上尚未看到。

所以目前的状态来看,特斯拉从一开始和松下绑定,到在中国市场国产化以后导入LG,再使用宁德时代的磷酸铁锂,核心逻辑就是找到多个电池供应商。事实上,特斯拉大规模使用磷酸铁锂,和后续比亚迪大规模应用刀片电池核心的逻辑是一样的,一方面是低成本,一方面是安全性。

随着LG的价格和竞争力问题,宁德时代在特斯拉中国的占比已经达到一个非常高的比例了,基本在80%以上。

这与特斯拉不同续航里程的定价机制有关系,一方面是通过30万这个线来卡标准续航和长续航版本,一方面也是价格和产能交付的情况。2020年,宁德时代对特斯拉供货量为2GWh,到2021年供货14GWh,2022年1-5月大约为5.9GWh。2021年特斯拉全年实现交付新车48.4万辆,其中在国内零售32.1万辆,剩下的16.3万辆主要出口至日本、欧洲等国家。

如果我们估算,2021年实际给特斯拉大约21GWh。因此,在柏林工厂的4680电池出来以前,比亚迪将会在中国为特斯拉生产不少电池,来弥补欧洲市场的需求。

小结:由于目前信息比较少,主要根据专利信息和整体的设计战略上去看问题,供大家参考。

作者:朱玉龙

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