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正在加速刷“奇观”的小米汽车,这次把目标瞄准了纽北。身为后发车企,小米的一系列连招并不让人意外。不过在刷记录的过程中,小米似乎还透露了动力电池的新发展方向。小米SU7 Ultra赛道版本,配备了来自宁德时代的麒麟Ⅱ电池。作为几乎垄断高端新能源车装车的麒麟电池,小米率先使用的这款,会是二代麒麟电池的雏形吗?新技术落地,会给之后的新能源车带来哪些变化呢?
跑纽北也只能准900V,千里续航已经过时?
首先需要强调的是,小米搭载的这块二代麒麟电池,是专为赛道提供的高功率版本。所以在曝光的技术细节中,我们会发现这块电池基本不强调使用寿命。且不说最大1330kW的最大放电功率,在电量进入最后20%时,这块电池还可以支撑800kW的放电功率。简单来说,电池的管理系统客观上放任了电池过放的存在,这显然不利于电池全生命周期健康。
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但这块二代麒麟电池,对民用技术也并非没有参考价值。比如说它的峰值电压,也只能达到897V。这就好比燃油车时代,去刷纽北全速的车,用V8、V12发动机。同时代的民用车封顶也只能达到形似的水平。换句话来说,在一定时间内,纯电动车的高压平台,将会聚焦在准900V这个天花板之内。至于所谓的1200V高压平台,暂时还属于和固态电池绑定的期货。
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仅以电压表现往下推算,小米SU7 Ultra赛道版本搭载的这块二代麒麟电池,可能大约串联了240颗三元锂电池单体(按麒麟电池一排6个单体来推算)。这是什么概念呢?现款麒麟电池单体电芯最多的版本,即140kWh总容量,一共有216颗电芯。但它们并非全部串联,而是串并联存在。所以在电压平台上,其实仅仅是400V水准。其优势当然是续航长,在部分车型上可以轻松实现千里续航。但缺点便是充电慢、自重大。现阶段只能在极氪009这种特殊定位的MPV车型上找到一定生存空间,而极氪009换新之后,实际上也是在朝着800V高压大踏步前进。
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简而言之,无论是市场还是车企和供应商,最终都选择了高压快充优于单次续航的选项。那么答案也很简单,动力电池包就要尽可能高电压。但问题还在这,为什么竭尽全力用来刷圈速的小米,也没法越过900V的红线?答案恐怕是,200枚左右的电芯串联,已经是内阻控制、电池管理的极限水平。所以,现行的麒麟电池,串联单体最多也不过是理想MEGA所使用的198颗方案。同时,这一方案也是现阶段麒麟电池充电速度最快的,达到5C倍率。
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这里就回到了前面的电压推测部分,小米SU7 Ultra赛道版本,真的可以在车身尺寸没有核心变化的情况下,大幅将原本量产车192颗电芯的数量,增加至240颗的水平吗。要知道,由于量产的首款车型,即对电池高度极为敏感的轿车。所以小米SU7用上了倒立电芯,以及仅有120mm高度的CTB电池包。那么对更敏感的小米SU7 Ultra赛道版本而言,显然不可能为了冲高电压,去堆砌电池单体。更大的脑洞,还有减少单体容量,以堆砌更多电芯,但这基本属于是开技术的倒车了。简单来说,就是动力电池大单体电芯容量,降低内阻和电池管理压力,与串联高压,提升整车充放电功率、性能潜力以及整车高效率之间的矛盾。
三元正极加压,再掺磷酸铁锂,主打稳定快充
那么,这个矛盾二代麒麟电池克服了吗?答案是显而易见的。在没有发布具体电池容量的情况下,作为定位赛道专用的高功率版本,却单独强调了5.2C的充电倍率。要知道,小米SU7配备的麒麟电池,本就不是立足快充的版本。在披着全能型的外衣下,实际上藏着最大1000匹马力的放电功率(宁德时代披露)。所以,在最早的民用版本上,小米SU7就是冲着耐用度以及高性能来定制的。只不过其充电速度方面,峰值充电倍率大约也就3.2C。
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从3.2C到5.2C,更高的电压水平是肉眼可见的。现阶段量产版采用麒麟电池的小米SU7,其电池电压为726V。相较小米SU7 Ultra赛道版本使用的二代麒麟电池,要少171V。那么,不靠堆砌电芯式的大力出奇迹,又要提升电池包的电压水平,能怎么做呢?很显然就只能从电芯技术想办法,更明确地说,就是从正极材料入手。
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众所周知,镍钴锰三元锂的正极电压,要高于磷酸铁锂电池。但前者也就不过3.6V左右的水平。想要再提升,就得用上高电压三元材料。更明确地说,就是在镍材料上做文章,比如更耐高压的6系三元材料和单晶三元颗粒。理论上,更高的镍含量可以提升电池的能量密度。但如今的技术,已经可以通过单晶中镍+高压的方式,使能量密度接近传统的多晶高镍技术路线。当然,接近这一形容也就意味着高镍三元的能量密度“军备竞赛”告一段落。
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不过技术细节上还有疑问,单晶中镍与高压的组合虽然可以避免用堆砌电芯的方式,提升电池包的整体电压。但由于单晶正极材料的颗粒比多晶更大,离子传输路径更长,其实并不利于单体电芯的倍率性能表现。这时候,我们或许还得把视角拉回到小米的这块功率型二代麒麟电池身上。
既然是功率型,且功率密度高达3075W/kg。那么假设其高压效果,是通过单晶中镍+高压的方式实现的,又如何兼容超高功率放电的呢?答案只可能是在电极极片工艺上做文章。即采用超薄的极片制造工艺,提升电池的功率密度。甚至更薄的极片,也可以适当提升电池单体的电压。其缺点也很明显,那便是明显缩短电池的循环寿命。极端情况下,也会影响电池的安全性。
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简单来说,宁德时代有通过极片工艺,改善单体电芯倍率性能的能力。只是说,相对小米使用的这块功率型电池,在民用版身上,肯定要搭建更好的安全性。“不凑巧”的是,宁德时代还真有这方面的技术储备。这便是在三元正极材料的基础上,掺入磷酸铁锂材料。
其实行业内有不少串联三元锂与磷酸铁锂电芯的做法,这也是看中了两者在安全性、能量密度、低温效果等方面的互补特性。而宁德时代的技术方案,则是按比例混合两种材料,并最终实现均匀制浆,形成混合正极浆料。最终得到一个同时具备高能量密度、高功率性能,并兼顾低温表现,以及安全冗余的电池正极方案。
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以小米SU7 Ultra赛道版本5.2C的倍率性能来看,在收缩极限性能表现,以及结合不同麒麟电池方案的差异化取舍。在新一代的宁德时代麒麟电池民用版技术中,大范围实现6C倍率,也就是所谓10分钟充满电的极限补能效率,应该非常值得期待。至于高压平台,在固态电池落地之前,即便是依托大圆柱电池的串联,恐怕也很难突破900V的安全天花板。因此,在满足高压平台的需求下,大部分现款麒麟电池徘徊在100kWh附近的电池容量,在下一代电池技术中,应该也还是“甜点位”的存在。