作者簡(jiǎn)介：目前在韓國(guó)留學(xué)的電池博士

2022年6月23日，寧德時(shí)代發(fā)布第三代CTP 3.0——麒麟電池，系統(tǒng)集成度創(chuàng)全球新高，體積利用率突破72%，能量密度可達(dá)255Wh/kg，輕松實(shí)現(xiàn)整車1000公里續(xù)航。在相同的化學(xué)體系、同等電池包尺寸下，相比4680電池，麒麟電池包的電量可以提升13%，實(shí)現(xiàn)了續(xù)航、快充、安全、壽命、效率、以及低溫性能的全面提升。

事實(shí)上，早在2019 年，寧德時(shí)代與北汽新能源共同推出全球首款CTP電池包，開(kāi)啟了電池結(jié)構(gòu)的“無(wú)模組時(shí)代”。這次發(fā)布的電池包是更新迭代到第三代CTP 3.0版本。

可以簡(jiǎn)單回顧下CTP的發(fā)展歷程：

第1代CTP解決方案類似定制大模組的意思，在原有的模組結(jié)構(gòu)上重組大小，然后去掉模組的側(cè)板，形成大模組。通過(guò)去掉部分結(jié)構(gòu)件減輕了整個(gè)電池包的重量，體積利用率首次突破50%達(dá)到55%，提高了動(dòng)力電池的系統(tǒng)能量密度。第一代電池包搭載于北汽新能源EU5車型，這是該項(xiàng)技術(shù)發(fā)布后落地的首個(gè)乘用車項(xiàng)目。

第2代CTP 優(yōu)化掉模組的兩個(gè)端板（起到加壓的作用），利用電池箱體上的縱橫梁來(lái)代替端板，最大程度使用現(xiàn)有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并且不去破壞電池殼體的強(qiáng)度。據(jù)寧德時(shí)代年報(bào)披露，基于磷酸鐵鋰的第二代CTP產(chǎn)品在2021年已實(shí)現(xiàn)大批量交付。

第3代CTP就是下面要介紹的麒麟電池包。

CTP技術(shù)全稱為Cell To Pack，也叫無(wú)模組技術(shù)，電芯直接集成到電池包內(nèi)。現(xiàn)有的電池包結(jié)構(gòu)，通常由“電芯-模組-整包”的三級(jí)結(jié)構(gòu)組成。若干個(gè)電芯組合在一起，被稱為“模組”；若干個(gè)模組組合在一起，再加上BMS、配電模塊等零部件，就成為“電池包”。比如特斯拉是將7000多支電芯預(yù)先集成若干個(gè)模塊，最后安裝在電池箱體內(nèi)部。

此次發(fā)布的麒麟電池包（CTP 3.0）有哪些亮點(diǎn)呢？有哪些創(chuàng)新呢？

材料創(chuàng)新和結(jié)構(gòu)創(chuàng)新是發(fā)明制造高性能電池的主要途徑。更先進(jìn)的電化學(xué)體系，讓活性物質(zhì)具備更大的能量。更精簡(jiǎn)的的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，幫助電池包發(fā)揮最強(qiáng)效力。眾所周知，各大電池廠商現(xiàn)在是在材料層級(jí)的創(chuàng)新迭代趨緩的趨勢(shì)之下，不斷在結(jié)構(gòu)層面加速創(chuàng)新。從4680電池等創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，到CTP、CTC技術(shù)主導(dǎo)的系統(tǒng)層面，動(dòng)力電池不斷進(jìn)行技術(shù)革命。此次寧德時(shí)代發(fā)布的麒麟電池亦是從結(jié)構(gòu)層面出發(fā)，該麒麟電池包主要有三大技術(shù)革新：

1.3效合1，化繁為簡(jiǎn)；

2.4倍冷量，急速控溫；

3.空間共享 打破常規(guī)；

1、3效合1，化繁為簡(jiǎn)

麒麟電池突破功能邊界，整合使用需求，將橫縱梁、水冷板與隔熱墊合三為一，集成為多功能彈性?shī)A層。在夾層內(nèi)搭建微米橋連接裝置，靈活配合電芯呼吸進(jìn)行自由伸縮，提升電芯全生命周期可靠性。而電芯與多功能彈性?shī)A層組成的一體化能量單元，在垂直于行車方向上構(gòu)建更穩(wěn)固的受力結(jié)構(gòu)，提高了電池包抗振動(dòng)、沖擊能力。麒麟電池完全取消模組形態(tài)設(shè)計(jì)，這樣使原本留給模組的空間變成了電池，有效地增加了能量密度。

2、4倍冷量，急速控溫

寧德時(shí)代顛覆傳統(tǒng)水冷技術(shù)，采用全球首創(chuàng)的電芯大面冷卻技術(shù)，基于電芯的變化，將水冷功能置于電芯之間，使換熱面積擴(kuò)大四倍。電芯控溫時(shí)間縮短至原來(lái)的一半，支持5分鐘快速熱啟動(dòng)及10分鐘快充，麒麟電池的充電速度能達(dá)到4C，相當(dāng)于15分鐘充滿電。這樣的快充能力將使電動(dòng)車和燃油在補(bǔ)能效率上的差距進(jìn)一步被拉平。并且，在極端情況時(shí)，電芯可急速降溫，有效阻隔電芯間的異常熱量傳導(dǎo)。

3、空間共享 打破常規(guī)

寧德時(shí)代以精準(zhǔn)計(jì)算與AI模擬仿真探索麒麟電池全生命周期應(yīng)用場(chǎng)景的設(shè)計(jì)邊界。重塑空間結(jié)構(gòu)，獨(dú)創(chuàng)底部空間共享方案，將結(jié)構(gòu)防護(hù)、高壓連接、熱失控排氣等功能模塊進(jìn)行智能分布，開(kāi)創(chuàng)性地讓多個(gè)功能模塊共用底部空間，釋放了6%的能量空間。尺寸之功，見(jiàn)之千里，這一設(shè)計(jì)使得續(xù)航里程再攀高峰。同時(shí)，能滿足底部球擊等國(guó)標(biāo)電池安全測(cè)試要求。 

寧德時(shí)代將系統(tǒng)工程思維貫徹從材料、電芯到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研發(fā)全鏈條。通過(guò)三大技術(shù)革新，麒麟電池可將三元電池系統(tǒng)能量密度提升至255Wh/kg，磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)能量密度提升至160Wh/kg。在相同的化學(xué)體系、同等電池包尺寸下，麒麟電池包的電量，相比4680系統(tǒng)可以提升13%，實(shí)現(xiàn)了續(xù)航、快充、安全、壽命、效率、以及低溫性能的全面提升。

可以說(shuō)寧德時(shí)代第一代CTP技術(shù)給出了動(dòng)力電池發(fā)展新的思路和方向。第二代CTP技術(shù)就是將這個(gè)技術(shù)開(kāi)始逐步規(guī)?；嬲龖?yīng)用到具體車型上進(jìn)行發(fā)展。第三代CTP技術(shù)麒麟電池不僅進(jìn)一步增加動(dòng)力電池續(xù)航里程，更加強(qiáng)了動(dòng)力電池整體的安全性能和壽命。

麒麟電池 VS 4680

在如今中美科技戰(zhàn)打得正熱的時(shí)候，新能源領(lǐng)域自然也不能落下。細(xì)心的朋友可能發(fā)現(xiàn)了，特斯拉前腳才公布要將4680電池大規(guī)模量產(chǎn)裝車的消息，寧德時(shí)代后腳就推出了自家第三代CTP技術(shù)——麒麟電池，如下圖所示，麒麟電池包的性能直接把特斯拉剛剛推出的4680電池包圓了，力壓4680一頭。都是作為下一代的動(dòng)力電池，誰(shuí)能在未來(lái)的動(dòng)力電池市場(chǎng)中獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷呢？

結(jié)構(gòu)差異

其實(shí)與其說(shuō)是特斯拉的4680電池與寧德時(shí)代的麒麟電池之爭(zhēng)，倒不如說(shuō)是圓柱形電池和方形電池之爭(zhēng)。特斯拉采用圓形電芯，寧德時(shí)代則采用方形。大自然告訴我們，方形排列永遠(yuǎn)都比圓形排列，空間利用率要更高效！方形結(jié)構(gòu)的無(wú)論是排列的效率，還是熱管理的設(shè)計(jì)，都比圓柱排列要更高效。更簡(jiǎn)潔，空間利用率，和質(zhì)量利用率更簡(jiǎn)單，更科學(xué)！所以麒麟電池的電池包的體積利用率已經(jīng)突破了72%，比4680電池的63%高出9%，刷新了行業(yè)紀(jì)錄，成為全球最高集成度的電池。

特斯拉從18650，到2170，到4680，都是圓柱電芯，但是除了自己在用，市場(chǎng)上其他車企響應(yīng)者寥寥無(wú)幾，中國(guó)車企更是方形電芯的主要擁躉。目前引領(lǐng)智能電動(dòng)汽車行業(yè)的新勢(shì)力頭部——蔚小理，以及新能源自主品牌領(lǐng)軍者——?dú)W拉、埃安等等也全都是方形電芯。從國(guó)際數(shù)據(jù)方面來(lái)看，2020年，方形電池占比超過(guò)50%，軟包電池在全球電動(dòng)車市場(chǎng)占比27.8%。那么為什么特斯拉一直做圓柱電池而不轉(zhuǎn)型方形呢？很簡(jiǎn)單，因?yàn)槌杀咎?，特斯拉只有圓柱電池技術(shù)積累。搞方形電池，各種成本太高。特斯拉在圓柱電池上有著豐富的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，憑借全球超高的銷量和市場(chǎng)占比，特斯拉的選擇具有規(guī)模效應(yīng)、具備成本優(yōu)勢(shì)，目前一部分車企、電池企業(yè)目前愿意跟隨。所以可以在圓柱電池的路上越走越遠(yuǎn)。事實(shí)上現(xiàn)在的特斯拉，已經(jīng)應(yīng)用了寧德時(shí)代大量的方形電池，而且占比越來(lái)越大，

能量密度

此次寧德時(shí)代發(fā)布的CTP3.0技術(shù)，沒(méi)有在電芯層面有過(guò)多的解讀，只是從電池包層面給了整體的介紹。磷酸鐵鋰電池包的能量密度是160Wh/kg。三元電池包的能量密度更是是達(dá)到255Wh/kg，如此高的能量密度，實(shí)現(xiàn)1000公里續(xù)航，自然是沒(méi)有什么問(wèn)題的！而4680電池包（三元鋰電池）的能量密度只有217Wh/kg。畢竟圓柱電池的集成效率大約只有64%，方形電池的集成效率可以達(dá)到83%。所以如果和4680用同樣或者接近的正負(fù)極材料的情況下，系統(tǒng)能量密度自然高于4680。

4C快速充電

寧德時(shí)代在實(shí)現(xiàn)如此高能量密度的時(shí)候，還實(shí)現(xiàn)了4C快充，10分鐘從10% 充到80%電量的技術(shù)，比4680還快5分鐘，這確實(shí)讓人覺(jué)得非常驚訝。充電速度非常快，很多人都擔(dān)心過(guò)，如此塊的充電技術(shù)，大量車同時(shí)快充，小區(qū)電網(wǎng)，城市電網(wǎng)是否可以承受的住呢？當(dāng)然不會(huì)！前段時(shí)間寧德時(shí)代發(fā)布的鈉離子電池似乎是一個(gè)解決方案，提前做了布局。鈉離子電池相比成本很低，可以作為儲(chǔ)能電站的殺手锏技術(shù)。

4680電芯雖然在能量密度、快充性能等方面有一定優(yōu)勢(shì)，但是安全性挑戰(zhàn)大，生產(chǎn)難度幾何級(jí)上升。而且，對(duì)于車企來(lái)說(shuō)，圓柱電池的成組難度很高，如果不具備圓柱電池的成組技術(shù)，其成本優(yōu)勢(shì)很難發(fā)揮。

散熱方式

目前圓柱電芯都采用的是側(cè)面冷卻。圓柱電芯一般是軸向熱傳導(dǎo)最快，側(cè)面散熱最慢。4680大電芯，這一特點(diǎn)更加明顯。800V高壓充電下，電芯短時(shí)間會(huì)積累大量的熱，側(cè)面散熱速度較慢，長(zhǎng)此以往，會(huì)對(duì)電芯壽命產(chǎn)生較大影響。麒麟電池采用全球首創(chuàng)的電芯大面冷卻技術(shù)，將電芯控溫時(shí)間縮短至原來(lái)的一半。

小結(jié)

安全問(wèn)題是電池不斷創(chuàng)新首先要考慮解決的。最近幾個(gè)月，發(fā)生了多起電車起火等安全事故。這無(wú)疑會(huì)增加消費(fèi)者的擔(dān)憂。而這款麒麟電池會(huì)大大減少電池?zé)崾Э氐娘L(fēng)險(xiǎn)，提高電池安全。因?yàn)轺梓腚姵卦趦蓧K臨近的電芯的中間添加了水冷板，在起到結(jié)構(gòu)支撐的作用的同時(shí)增加了散熱面積，導(dǎo)致相鄰的兩塊電芯之間的熱傳導(dǎo)得以降低，減少了單個(gè)電芯高溫引發(fā)整體動(dòng)力電池失火的風(fēng)險(xiǎn)，打消了消費(fèi)者擔(dān)心電動(dòng)車的自燃痛點(diǎn)。續(xù)航里程已經(jīng)達(dá)到消費(fèi)者心理預(yù)期，能量密度不再是核心痛點(diǎn)。安全才是消費(fèi)者最關(guān)心的問(wèn)題。這是一個(gè)需要不斷改進(jìn)和創(chuàng)新來(lái)解決的問(wèn)題。

目前大規(guī)模商用的電化學(xué)體系依舊，結(jié)構(gòu)創(chuàng)新和材料微創(chuàng)新是主流。在全球的電池企業(yè)中，寧德時(shí)代擁有最多的電芯工程師和技術(shù)資源。不斷推陳出新。在電池包結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化則開(kāi)辟了一條創(chuàng)新路徑，引領(lǐng)電池市場(chǎng)進(jìn)步。