文 | 胡啦圈

鋰電池技術是不是接近了瓶頸期？

新能源滲透率已經(jīng)突破四分之一的當下，對電動車及電池行業(yè)未來道路的擔憂也在浮現(xiàn)。電動車市場的迅速壯大，高度依賴于鋰電池技術的發(fā)展進度。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”。

那么自然會有人開始思考，當前的鋰電池技術水平，距離鋰電池乃至整個化學電池的潛力極限還有多遠？如果這個“邊界”確實存在，是不是有必要尋求其他類型的新能源技術？

作為行業(yè)領軍者的寧德時代，此時給出了自己的回答：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車，電池系統(tǒng)都是由整包、模組、電芯三層結構組成。在發(fā)展初期，這種結構提高了電動車電池系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，但當鋰電池技術逐漸成熟化，多層結構就成了繼續(xù)提升能量密度的阻礙。

于是在2019年，寧德時代在全球范圍首創(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。模組這一中間環(huán)節(jié)被去除，直接由電芯構成電池包。

借助“去中間化”的CTP方案，寧德時代將電池體積利用率提高到了50%以上，顯著提高了整個電池包的能量密度，進而讓車輛可以實現(xiàn)更大帶電量，這也是近兩年一批長續(xù)航電動車得以誕生的基礎。

寧德時代開啟了動力電池的CTP時代，今天CTP已經(jīng)成為了全行業(yè)的主流趨勢。這并不是結束，反而是個開始，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的基礎上進一步提高空間利用率呢？寧德時代在審視近年來在核心工藝、智能算法、創(chuàng)新材料等方面的進步之后，重新思考了電池結構的設計思路。

麒麟電池借助三合一多功能夾層、獨創(chuàng)底部空間共享方案、電芯大面積冷卻技術等創(chuàng)新設計，將電池系統(tǒng)體積利用率從50%提升到了72%！使用三元鋰電芯時能量密度可達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，將讓電動車可以輕松實現(xiàn)1000km續(xù)航夢，進一步推動替代燃油車的節(jié)奏。

同時，麒麟電池的一系列結構與設計創(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抗沖擊性能、縮短了電芯控溫時間、增強了極端情況下的熱穩(wěn)定性和安全性。甚至在未來，還可以適配升級更高能量密度的電芯材料。

當所有人以為今天的CTP已經(jīng)是終點，寧德時代用持續(xù)創(chuàng)新、自我超越告訴世人，那不過是個開端。

“再思考”的創(chuàng)造

如何在CTP的基礎上，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構，用于支撐電池包殼體、在各方向上增強加固。因為電芯在工作中存在一定程度的膨脹收縮，即所謂電芯呼吸效應，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，就是因為大量空間是由各種功能性部件所占據(jù)。麒麟電池則摒棄了原有結構，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行伸縮，替代了緩沖隔熱墊的作用。同時夾層與電芯組合，形成了一體化能量單元，共同承受垂直方向上的應力作用，提高了整個電池包的抗振動抗沖擊能力。

在垂直方向上，麒麟電池大膽采用了電芯倒置的獨創(chuàng)設計，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構也布置于上層，而電池包下層還需要布置球擊防護結構。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、防球擊結構、熱失控排氣通道等復雜功能模塊，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。

寧德時代通過精準計算與AI模擬仿真，得到了各個模塊最優(yōu)的智能分布方式，從而實現(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測試要求），將原先各占一方的多個模塊，整合為底部空間共享方案。

基于電芯和電池包結構的變化，麒麟電池冷卻系統(tǒng)的設計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大四倍。

更大的冷卻面積，在正常使用時讓溫度更容易控制，對于電芯的控溫時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，大幅改善低溫環(huán)境下的使用體驗；對于快充發(fā)熱的強大冷卻能力，使得10分鐘快充可以成為現(xiàn)實。

而在極端情況下，四倍于以往的熱交換面積，對于熱失控、熱擴散的抑制能力大大增強。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，從而讓整個電池系統(tǒng)更加穩(wěn)定、安全?？販啬芰Ω蟮挠嗔?，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，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)和市場的眼球。

因為有特斯拉“背書”，4680這個名字對于很多人而言，市場有神化，行業(yè)有陰影。而實際上大可不必，4680只是一種物理規(guī)格不說，即便是特斯拉的4680電池包，寧德時代的麒麟電池也擁有13%的電量優(yōu)勢。

眾所周知，4680代表著直徑46mm、高度80mm的圓柱電芯。實際上，圓柱電芯今天已經(jīng)不算是主流，除特斯拉以外的應用中并非多數(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72%的體積利用率，明顯優(yōu)于4680系統(tǒng)的63%，從而實現(xiàn)了同等電池包體積下13%的電量優(yōu)勢。同時，高達4C的充放電倍率、更高的單位重量能量密度、更強的熱傳導性能，也均超越了4680系統(tǒng)。

多年來，寧德時代在高性能電池技術的豐富經(jīng)驗再次得到了收獲。借助行業(yè)首創(chuàng)CTP技術的創(chuàng)新方法，打破原有邊界重新思考、重塑設計，最終通過麒麟電池做到了事半功倍，實現(xiàn)了再一次自我超越。

結語

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三大技術革新，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，同時實現(xiàn)了續(xù)航、快充、安全可靠等全方面性能提升。

寧德時代將在2023年將麒麟電池推向市場，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，讓寧德時代又一次擴大了自己在電池行業(yè)的優(yōu)勢，鞏固了自己的行業(yè)龍頭地位。

而在CTP引領行業(yè)潮流之后，第三代CTP麒麟電池又一次說明，寧德時代早已不只是一家電芯生產(chǎn)商，更是具備了整個電池系統(tǒng)的技術創(chuàng)新實力，能夠直接幫助整車企業(yè)迅速提高競爭力的創(chuàng)新科技公司。

寧德時代自我超越的再創(chuàng)新之舉，使得車企能夠擁有一個更堅實的能量基礎。正是因為有了麒麟電池這樣，打破舊邊界的新一代電池技術，新能源車才能以更快的節(jié)奏替代燃油車，全球可持續(xù)化的歷史轉變才得以近在眼前。

而寧德，將是這一切的奠基者。