文 | 胡啦圈
锂电池技术是不是接近了瓶颈期？
新能源渗透率已经突破四分之一的当下，对电动车及电池行业未来道路的担忧也在浮现。电动车市场的迅速壮大，高度依赖于锂电池技术的发展进度。而锂电池在过去二十年间，各方面性能经历了早期的“弹射起步”，到近年来也渐渐趋于“小步慢跑”。
那么自然会有人开始思考，当前的锂电池技术水平，距离锂电池乃至整个化学电池的潜力极限还有多远？如果这个“边界”确实存在，是不是有必要寻求其他类型的新能源技术？
“无止境”的CTP
在三年前，使用锂电池尤其是三元锂电池的电动车，电池系统都是由整包、模组、电芯三层结构组成。在发展初期，这种结构提高了电动车电池系统的稳定性、可靠性，但当锂电池技术逐渐成熟化，多层结构就成了继续提升能量密度的阻碍。
于是在2019年，宁德时代在全球范围首创了无模组电池，也就是今天人们熟知的CTP，Cell-to-Pack电池技术。模组这一中间环节被去除，直接由电芯构成电池包。
借助“去中间化”的CTP方案，宁德时代将电池体积利用率提高到了50%以上，显著提高了整个电池包的能量密度，进而让车辆可以实现更大带电量，这也是近两年一批长续航电动车得以诞生的基础。
宁德时代开启了动力电池的CTP时代，今天CTP已经成为了全行业的主流趋势。这并不是结束，反而是个开始，电池系统集成化、高效化、去中间化的序幕，已经由此拉开了序幕。在CTP“1.0”三年之后，宁德时代正式发布了第三代CTP电池系统——麒麟电池。
已经去掉了电芯-模组-整包中间的“多余”，电芯“之上”便是整包，如何在CTP的基础上进一步提高空间利用率呢？宁德时代在审视近年来在核心工艺、智能算法、创新材料等方面的进步之后，重新思考了电池结构的设计思路。
麒麟电池借助三合一多功能夹层、独创底部空间共享方案、电芯大面积冷却技术等创新设计，将电池系统体积利用率从50%提升到了72%！使用三元锂电芯时能量密度可达255Wh/kg。
这也意味着使用麒麟电池系统，理论上仅500kg的电池包便可拥有127.5kWh的超大电量，即便150kWh电池包重量也不到600kg。这样的超高能量密度，将让电动车可以轻松实现1000km续航梦，进一步推动替代燃油车的节奏。
同时，麒麟电池的一系列结构与设计创新，还提高了电芯的全生命周期可靠性、改善了电池包的抗振动抗冲击性能、缩短了电芯控温时间、增强了极端情况下的热稳定性和安全性。甚至在未来，还可以适配升级更高能量密度的电芯材料。
当所有人以为今天的CTP已经是终点，宁德时代用持续创新、自我超越告诉世人，那不过是个开端。
“再思考”的创造
如何在CTP的基础上，让空间利用率再创新高？
CTP将电芯直接组成电池包，但电池包内部除了电芯还遗留有横纵梁结构，用于支撑电池包壳体、在各方向上增强加固。因为电芯在工作中存在一定程度的膨胀收缩，即所谓电芯呼吸效应，在电芯之间需要布置隔热缓冲垫等等。
电池包的体积利用率大幅提升之所以不易，就是因为大量空间是由各种功能性部件所占据。麒麟电池则摒弃了原有结构，将横纵梁、水冷板与隔热垫合三为一，代之以集成化的多功能弹性夹层，置于电芯与电芯之间。
这种弹性夹层内部搭建有微米桥连接装置，可以配合电芯呼吸作用进行伸缩，替代了缓冲隔热垫的作用。同时夹层与电芯组合，形成了一体化能量单元，共同承受垂直方向上的应力作用，提高了整个电池包的抗振动抗冲击能力。
在垂直方向上，麒麟电池大胆采用了电芯倒置的独创设计，由此带来了6%的空间释放。
在传统电池包中，电芯正向放置电极朝上，高压连接布置于电池包上层。用于热失控排气的通道结构也布置于上层，而电池包下层还需要布置球击防护结构。这些功能模块上上下下如同三明治，增加了垂直方向尺寸，挤压了电芯可用空间。
麒麟电池将电芯倒置，是为了让高压连接线路、防球击结构、热失控排气通道等复杂功能模块，可以通通集成于电芯下方、电池包底部的共享空间中，从而减少功能模块的空间占用，把空间留给电芯或是减少电池包外部尺寸。
宁德时代通过精准计算与AI模拟仿真，得到了各个模块最优的智能分布方式，从而实现了不影响各模块功能的前提下（如依然满足底部球击等国标测试要求），将原先各占一方的多个模块，整合为底部空间共享方案。
基于电芯和电池包结构的变化，麒麟电池冷却系统的设计同样打破了原有边界。传统电池包多采用置于底部的水冷板进行冷却，而麒麟电池将水冷板集成在了电芯与电芯之间的多功能弹性夹层中。冷却部位的改变，让麒麟电池的热交换面积扩大四倍。
更大的冷却面积，在正常使用时让温度更容易控制，对于电芯的控温时间缩短至原有冷却体系下的一半。麒麟电池可以支持5分钟快速热启动，大幅改善低温环境下的使用体验；对于快充发热的强大冷却能力，使得10分钟快充可以成为现实。
而在极端情况下，四倍于以往的热交换面积，对于热失控、热扩散的抑制能力大大增强。位于电芯之间的水冷板，能够更有效地阻隔电芯间热量传导，从而让整个电池系统更加稳定、安全。控温能力更大的余量，也意味着麒麟电池未来还可以适配更高能量密度的新型电芯。
打破“4680神话”
麒麟电池将在2023年正式量产上市，不可避免地会成为新一代电池系统的代表之一。而一旦提到近未来的新型电池技术，特斯拉刚刚在海外投产的4680电池系统，过去一直占据着行业和市场的眼球。
因为有特斯拉“背书”，4680这个名字对于很多人而言，市场有神化，行业有阴影。而实际上大可不必，4680只是一种物理规格不说，即便是特斯拉的4680电池包，宁德时代的麒麟电池也拥有13%的电量优势。
众所周知，4680代表着直径46mm、高度80mm的圆柱电芯。实际上，圆柱电芯今天已经不算是主流，除特斯拉以外的应用中并非多数。特斯拉投入4680系统更像是沿着自身道路的惯性发展，并不代表圆柱电芯就是电芯形态的最优解。
相比之前1865、2170规格的小尺寸圆柱电芯，4680规格电芯三维尺寸大幅增加。量变产生质变，由此带来了生产、制造、可靠性等诸多困难。像是大圆柱所需的无极耳生产工艺、电解液注液不便等等，这也是特斯拉迟迟难以大规模量产的主要原因。
相比除特斯拉以外的厂商更偏爱的方形电芯，圆柱电芯多出了圆柱形钢壳的重量。4680增加了单个电芯体积，但大圆柱形状又不利于在电池包内紧密排布。体积增大还使得水冷系统散热压力更大，这些矛盾使得4680电池需要在电量和快充两方面做取舍。事实上，近年来特斯拉也开始越来越多地引入方壳电芯。
麒麟电池高达72%的体积利用率，明显优于4680系统的63%，从而实现了同等电池包体积下13%的电量优势。同时，高达4C的充放电倍率、更高的单位重量能量密度、更强的热传导性能，也均超越了4680系统。
多年来，宁德时代在高性能电池技术的丰富经验再次得到了收获。借助行业首创CTP技术的创新方法，打破原有边界重新思考、重塑设计，最终通过麒麟电池做到了事半功倍，实现了再一次自我超越。
结语
麒麟电池可以兼容三元锂与磷酸铁锂电芯，通过多功能弹性夹层、底部空间共享方案、电芯大面积冷却技术三大技术革新，让三元锂电池包能量密度可提升至255kWh/kg，磷酸铁锂电池包提升至160kWh/kg，同时实现了续航、快充、安全可靠等全方面性能提升。
宁德时代将在2023年将麒麟电池推向市场，已经有理想、路特斯等多家头部车企表示出兴趣。麒麟电池的诞生，让宁德时代又一次扩大了自己在电池行业的优势，巩固了自己的行业龙头地位。
而在CTP引领行业潮流之后，第三代CTP麒麟电池又一次说明，宁德时代早已不只是一家电芯生产商，更是具备了整个电池系统的技术创新实力，能够直接帮助整车企业迅速提高竞争力的创新科技公司。
宁德时代自我超越的再创新之举，使得车企能够拥有一个更坚实的能量基础。正是因为有了麒麟电池这样，打破旧边界的新一代电池技术，新能源车才能以更快的节奏替代燃油车，全球可持续化的历史转变才得以近在眼前。
而宁德，将是这一切的奠基者。
