文 | 胡啦圈
鋰電池技術(shù)是不是接近了瓶頸期？
新能源滲透率已經(jīng)突破四分之一的當(dāng)下，對(duì)電動(dòng)車及電池行業(yè)未來道路的擔(dān)憂也在浮現(xiàn)。電動(dòng)車市場(chǎng)的迅速壯大，高度依賴于鋰電池技術(shù)的發(fā)展進(jìn)度。而鋰電池在過去二十年間，各方面性能經(jīng)歷了早期的“彈射起步”，到近年來也漸漸趨于“小步慢跑”。
那么自然會(huì)有人開始思考，當(dāng)前的鋰電池技術(shù)水平，距離鋰電池乃至整個(gè)化學(xué)電池的潛力極限還有多遠(yuǎn)？如果這個(gè)“邊界”確實(shí)存在，是不是有必要尋求其他類型的新能源技術(shù)？
作為行業(yè)領(lǐng)軍者的寧德時(shí)代，此時(shí)給出了自己的回答：麒麟電池。
“無止境”的CTP
在三年前，使用鋰電池尤其是三元鋰電池的電動(dòng)車，電池系統(tǒng)都是由整包、模組、電芯三層結(jié)構(gòu)組成。在發(fā)展初期，這種結(jié)構(gòu)提高了電動(dòng)車電池系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，但當(dāng)鋰電池技術(shù)逐漸成熟化，多層結(jié)構(gòu)就成了繼續(xù)提升能量密度的阻礙。
于是在2019年，寧德時(shí)代在全球范圍首創(chuàng)了無模組電池，也就是今天人們熟知的CTP，Cell-to-Pack電池技術(shù)。模組這一中間環(huán)節(jié)被去除，直接由電芯構(gòu)成電池包。
借助“去中間化”的CTP方案，寧德時(shí)代將電池體積利用率提高到了50%以上，顯著提高了整個(gè)電池包的能量密度，進(jìn)而讓車輛可以實(shí)現(xiàn)更大帶電量，這也是近兩年一批長(zhǎng)續(xù)航電動(dòng)車得以誕生的基礎(chǔ)。
寧德時(shí)代開啟了動(dòng)力電池的CTP時(shí)代，今天CTP已經(jīng)成為了全行業(yè)的主流趨勢(shì)。這并不是結(jié)束，反而是個(gè)開始，電池系統(tǒng)集成化、高效化、去中間化的序幕，已經(jīng)由此拉開了序幕。在CTP“1.0”三年之后，寧德時(shí)代正式發(fā)布了第三代CTP電池系統(tǒng)——麒麟電池。
已經(jīng)去掉了電芯-模組-整包中間的“多余”，電芯“之上”便是整包，如何在CTP的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高空間利用率呢？寧德時(shí)代在審視近年來在核心工藝、智能算法、創(chuàng)新材料等方面的進(jìn)步之后，重新思考了電池結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路。
麒麟電池借助三合一多功能夾層、獨(dú)創(chuàng)底部空間共享方案、電芯大面積冷卻技術(shù)等創(chuàng)新設(shè)計(jì)，將電池系統(tǒng)體積利用率從50%提升到了72%！使用三元鋰電芯時(shí)能量密度可達(dá)255Wh/kg。
這也意味著使用麒麟電池系統(tǒng)，理論上僅500kg的電池包便可擁有127.5kWh的超大電量，即便150kWh電池包重量也不到600kg。這樣的超高能量密度，將讓電動(dòng)車可以輕松實(shí)現(xiàn)1000km續(xù)航夢(mèng)，進(jìn)一步推動(dòng)替代燃油車的節(jié)奏。
同時(shí)，麒麟電池的一系列結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)創(chuàng)新，還提高了電芯的全生命周期可靠性、改善了電池包的抗振動(dòng)抗沖擊性能、縮短了電芯控溫時(shí)間、增強(qiáng)了極端情況下的熱穩(wěn)定性和安全性。甚至在未來，還可以適配升級(jí)更高能量密度的電芯材料。
當(dāng)所有人以為今天的CTP已經(jīng)是終點(diǎn)，寧德時(shí)代用持續(xù)創(chuàng)新、自我超越告訴世人，那不過是個(gè)開端。
“再思考”的創(chuàng)造
如何在CTP的基礎(chǔ)上，讓空間利用率再創(chuàng)新高？
CTP將電芯直接組成電池包，但電池包內(nèi)部除了電芯還遺留有橫縱梁結(jié)構(gòu)，用于支撐電池包殼體、在各方向上增強(qiáng)加固。因?yàn)殡娦驹诠ぷ髦写嬖谝欢ǔ潭鹊呐蛎浭湛s，即所謂電芯呼吸效應(yīng)，在電芯之間需要布置隔熱緩沖墊等等。
電池包的體積利用率大幅提升之所以不易，就是因?yàn)榇罅靠臻g是由各種功能性部件所占據(jù)。麒麟電池則摒棄了原有結(jié)構(gòu)，將橫縱梁、水冷板與隔熱墊合三為一，代之以集成化的多功能彈性夾層，置于電芯與電芯之間。
這種彈性夾層內(nèi)部搭建有微米橋連接裝置，可以配合電芯呼吸作用進(jìn)行伸縮，替代了緩沖隔熱墊的作用。同時(shí)夾層與電芯組合，形成了一體化能量單元，共同承受垂直方向上的應(yīng)力作用，提高了整個(gè)電池包的抗振動(dòng)抗沖擊能力。
在垂直方向上，麒麟電池大膽采用了電芯倒置的獨(dú)創(chuàng)設(shè)計(jì)，由此帶來了6%的空間釋放。
在傳統(tǒng)電池包中，電芯正向放置電極朝上，高壓連接布置于電池包上層。用于熱失控排氣的通道結(jié)構(gòu)也布置于上層，而電池包下層還需要布置球擊防護(hù)結(jié)構(gòu)。這些功能模塊上上下下如同三明治，增加了垂直方向尺寸，擠壓了電芯可用空間。
麒麟電池將電芯倒置，是為了讓高壓連接線路、防球擊結(jié)構(gòu)、熱失控排氣通道等復(fù)雜功能模塊，可以通通集成于電芯下方、電池包底部的共享空間中，從而減少功能模塊的空間占用，把空間留給電芯或是減少電池包外部尺寸。
寧德時(shí)代通過精準(zhǔn)計(jì)算與AI模擬仿真，得到了各個(gè)模塊最優(yōu)的智能分布方式，從而實(shí)現(xiàn)了不影響各模塊功能的前提下（如依然滿足底部球擊等國標(biāo)測(cè)試要求），將原先各占一方的多個(gè)模塊，整合為底部空間共享方案。
基于電芯和電池包結(jié)構(gòu)的變化，麒麟電池冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)同樣打破了原有邊界。傳統(tǒng)電池包多采用置于底部的水冷板進(jìn)行冷卻，而麒麟電池將水冷板集成在了電芯與電芯之間的多功能彈性夾層中。冷卻部位的改變，讓麒麟電池的熱交換面積擴(kuò)大四倍。
更大的冷卻面積，在正常使用時(shí)讓溫度更容易控制，對(duì)于電芯的控溫時(shí)間縮短至原有冷卻體系下的一半。麒麟電池可以支持5分鐘快速熱啟動(dòng)，大幅改善低溫環(huán)境下的使用體驗(yàn)；對(duì)于快充發(fā)熱的強(qiáng)大冷卻能力，使得10分鐘快充可以成為現(xiàn)實(shí)。
而在極端情況下，四倍于以往的熱交換面積，對(duì)于熱失控、熱擴(kuò)散的抑制能力大大增強(qiáng)。位于電芯之間的水冷板，能夠更有效地阻隔電芯間熱量傳導(dǎo)，從而讓整個(gè)電池系統(tǒng)更加穩(wěn)定、安全。控溫能力更大的余量，也意味著麒麟電池未來還可以適配更高能量密度的新型電芯。
打破“4680神話”
麒麟電池將在2023年正式量產(chǎn)上市，不可避免地會(huì)成為新一代電池系統(tǒng)的代表之一。而一旦提到近未來的新型電池技術(shù)，特斯拉剛剛在海外投產(chǎn)的4680電池系統(tǒng)，過去一直占據(jù)著行業(yè)和市場(chǎng)的眼球。
因?yàn)橛刑厮估氨硶保?680這個(gè)名字對(duì)于很多人而言，市場(chǎng)有神化，行業(yè)有陰影。而實(shí)際上大可不必，4680只是一種物理規(guī)格不說，即便是特斯拉的4680電池包，寧德時(shí)代的麒麟電池也擁有13%的電量?jī)?yōu)勢(shì)。
眾所周知，4680代表著直徑46mm、高度80mm的圓柱電芯。實(shí)際上，圓柱電芯今天已經(jīng)不算是主流，除特斯拉以外的應(yīng)用中并非多數(shù)。特斯拉投入4680系統(tǒng)更像是沿著自身道路的慣性發(fā)展，并不代表圓柱電芯就是電芯形態(tài)的最優(yōu)解。
相比之前1865、2170規(guī)格的小尺寸圓柱電芯，4680規(guī)格電芯三維尺寸大幅增加。量變產(chǎn)生質(zhì)變，由此帶來了生產(chǎn)、制造、可靠性等諸多困難。像是大圓柱所需的無極耳生產(chǎn)工藝、電解液注液不便等等，這也是特斯拉遲遲難以大規(guī)模量產(chǎn)的主要原因。
相比除特斯拉以外的廠商更偏愛的方形電芯，圓柱電芯多出了圓柱形鋼殼的重量。4680增加了單個(gè)電芯體積，但大圓柱形狀又不利于在電池包內(nèi)緊密排布。體積增大還使得水冷系統(tǒng)散熱壓力更大，這些矛盾使得4680電池需要在電量和快充兩方面做取舍。事實(shí)上，近年來特斯拉也開始越來越多地引入方殼電芯。
麒麟電池高達(dá)72%的體積利用率，明顯優(yōu)于4680系統(tǒng)的63%，從而實(shí)現(xiàn)了同等電池包體積下13%的電量?jī)?yōu)勢(shì)。同時(shí)，高達(dá)4C的充放電倍率、更高的單位重量能量密度、更強(qiáng)的熱傳導(dǎo)性能，也均超越了4680系統(tǒng)。
多年來，寧德時(shí)代在高性能電池技術(shù)的豐富經(jīng)驗(yàn)再次得到了收獲。借助行業(yè)首創(chuàng)CTP技術(shù)的創(chuàng)新方法，打破原有邊界重新思考、重塑設(shè)計(jì)，最終通過麒麟電池做到了事半功倍，實(shí)現(xiàn)了再一次自我超越。
結(jié)語
麒麟電池可以兼容三元鋰與磷酸鐵鋰電芯，通過多功能彈性夾層、底部空間共享方案、電芯大面積冷卻技術(shù)三大技術(shù)革新，讓三元鋰電池包能量密度可提升至255kWh/kg，磷酸鐵鋰電池包提升至160kWh/kg，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了續(xù)航、快充、安全可靠等全方面性能提升。
寧德時(shí)代將在2023年將麒麟電池推向市場(chǎng)，已經(jīng)有理想、路特斯等多家頭部車企表示出興趣。麒麟電池的誕生，讓寧德時(shí)代又一次擴(kuò)大了自己在電池行業(yè)的優(yōu)勢(shì)，鞏固了自己的行業(yè)龍頭地位。
而在CTP引領(lǐng)行業(yè)潮流之后，第三代CTP麒麟電池又一次說明，寧德時(shí)代早已不只是一家電芯生產(chǎn)商，更是具備了整個(gè)電池系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新實(shí)力，能夠直接幫助整車企業(yè)迅速提高競(jìng)爭(zhēng)力的創(chuàng)新科技公司。
寧德時(shí)代自我超越的再創(chuàng)新之舉，使得車企能夠擁有一個(gè)更堅(jiān)實(shí)的能量基礎(chǔ)。正是因?yàn)橛辛索梓腚姵剡@樣，打破舊邊界的新一代電池技術(shù)，新能源車才能以更快的節(jié)奏替代燃油車，全球可持續(xù)化的歷史轉(zhuǎn)變才得以近在眼前。
而寧德，將是這一切的奠基者。
