麒麟电池(Qilin Battery)为
宁德时代2022年6月23日发布,采用第三代CTP(Cell to Pack)技术的电动汽车电池,面向高端电动车,于2023年3月21日量产上市。
麒麟电池,作为第三代CTP技术,电池包体积利用率从第一代的55%提升到72%,能量密度255 Wh/kg,可实现整车1000公里续航,10分钟快充至80%。
可同时适用当下主流的三元锂和
磷酸铁锂两种体系。相比前两代CTP技术,麒麟电池完全取消模组形态设计,开创性地将横纵梁、水冷板与隔热垫合三为一,集成为多功能弹性夹层,将电芯组成一体化能量单元。并通过冷却结构上的优化,使得电池安全性、寿命、快充性能以及比能量密度进一步提升。
2022年6月23日,
宁德时代发布CTP3.0麒麟电池。2023年3月21日,宁德时代宣布麒麟电池已确认量产,首批合作厂商包括吉利、
华为。
技术演进
2019年起,以宁德时代CTP(Cell to Pack,无模组动力电池包)1.0技术为代表,各大动力电池企业和车企相继推出去模组化、集成化的系统结构创新以推升动力电池的空间利用率和能量密度。
系统结构创新大致可分为CTP、CTB、CTC三种。其中,CTP为电池包技术,而CTB(Cell to Body,电池车身一体化技术)、CTC(Cell to Chassis,电池底盘一体化)则为整车技术。
宁德时代第一、二代CTP的设计方案本质上用大模组替代小模组,但仍保留模组形态布置。相较于传统“电芯-模组-电池包”三级结构,所谓的CTP技术,是省去或减少模组组装环节,将电芯直接集成至更大的模组或电池包,最终达到提高系统层级能量密度、降低成本的目的。
2022年6月23日,宁德时代发布了第三代CTP(Cell to Pack)电池,麒麟电池。相比前两代CTP技术,麒麟电池完全取消模组形态设计,并通过冷却结构上的优化,使得电池安全性、寿命、快充性能以及比能量密度进一步提升。
发展历程
第一代:三元锂电池
宁德时代的主要优势是三元锂电池,麒麟电池便是其中之一。
2005年,宁德时代选择三元锂电池作为技术突破方向。得益于押对技术,早些年前宁德时代弯道超车,甩开老前辈
比亚迪,成为中国动力电池一哥,并于2017年登顶全球动力电池老大,直到现在。
三元锂电池一般指正极材料为 NCM 或 NCA 的电池,即钻锰或镍钻铝电池。这三种金属元素各自起到的作用如下:镍可以提升电池的体积能量密度,是提升续航里程的主要突破口;钴可以提升稳定性和延长电池寿命,提高电池的充放电速度和效率;锰/铝则是提高电池的安全性和稳定性。
实际应用中,根据具体需求可以适当调整三者的混合比例来让锂电池表现出不一样的特性。
目前国内多数使用的三元锂电池主要是镍钴锰( NCM )电池。
三元锂电池优势在于能量密度更高、体积小、低温环境下充放电性能更稳定。痛点在于热稳定性偏差、循环寿命略短、成本高,在极端高温环境下容易爆燃。
虽说这是三元锂电池特性,但各家电池厂的三元锂电池表现也分高低。
相较其它电池厂,
宁德时代三元锂电池在保证优秀性能的同时,品质更为出众,为各主机厂、终端用户所青睐。
中国汽车动力电池产业创新联盟提供的数据显示,1-7月,宁德时代三元锂电池装机量累计36.19GWh,行业占比61.82%,可以说“独孤求败”。
第二代:钠离子电池
2021年7月29日,宁德时代正式对外发布其第一代钠离子电池。同时,发布亮相了创新的锂钠混搭电池包。宁德时代钠电池已应用在
奇瑞新能源车上,成为主流市场上的高性价比选择。
钠离子电池有着与
锂离子电池相似的工作原理,主要通过钠离子在正负极之间的嵌入、脱出实现电荷转移,并且有取代锂电之势。
在正极材料方面,钠电池采用克容量较高的普鲁士白材料,对材料体相结构进行电荷重排。在负极材料方面,
宁德时代开发具有独特孔隙结构的硬碳材料,其具有克容量高、易脱嵌、优循环的特性。
基于材料体系的一系列突破,
钠离子电池具备高能量密度、高倍率充电、优异的热稳定性、良好的低温性能与高集成效率等优势。其电芯单体能量密度高达160Wh/kg;常温下充电15分钟,电量可达80%以上;在-20°C低温环境中,也拥有90%以上的放电保持率;系统集成效率可达80%以上;热稳定性远超国家强标的安全要求。
此外,钠成本足够低。锂在地壳中属于十分稀缺的一种资源,虽然海水中锂元素含量很多,不过提取起来步骤复杂,且需要付出的成本高昂,但钠不仅在海水中的含量更胜一筹而且提取简易,与锂离子电池呈现相互兼容互补之势。
既然
钠离子电池有如此多的优点,为什么商用还是被制衡,主要有以下原因:
1、相较锂离子,钠离子体积较大,在材料结构稳定性和动力学性能方面要求更严苛;
2、循环寿命短,
磷酸铁锂电池循环寿命可达6000次左右,三元锂电池循环寿命可达3000次左右,但是钠离子电池的循环寿命仅1500次左右;
3、能量密度低:能量密度仅160wh/kg,但是磷酸铁锂电池能量密度可以达到200wh/kg。简单点来说相同重量的电池,
钠离子电池续航里程远不及磷酸铁锂电池和三元锂电池。
目前,钠电池给大家的印象是安全,不自燃。但根据一些博主从网上购买钠电池做的测试来看,穿刺后的钠电池依旧会冒烟、着火,乃至爆炸。至于
宁德时代钠电池的装车表现如何,还需再观察。
第三代:麒麟电池
2022年6月23日,宁德时代发布CTP3.0麒麟电池,作为第三代CTP技术,电池包体积利用率从第一代的55%提升到72%,能量密度255 Wh/kg,可实现整车1000公里续航,10分钟快充至80%。
宁德时代麒麟电池被《时代》周刊评为2022年度最佳发明。
2023年3月21日,宁德时代宣布麒麟电池已确认量产,首批合作厂商包括吉利、
华为。其中,
极氪009为麒麟电池全球量产首发车型,创造中大型MPV 822km续航记录;
极氪001为全球首款搭载麒麟1000公里电池的量产车型,将于2023年二季度推出。
AITO问界M9搭载麒麟版车型续航预计将提升10%,并与宁德时代签署五年长期战略合作协议。
特点
相比前两代CTP技术,第三代麒麟电池完全取消模组形态设计,并通过冷却结构上的优化,使得电池安全性、寿命、快充性能以及比能量密度进一步提升。
相比于市场上的其他电池,麒麟电池的特点主要有:
1、可实现4C快充倍率,支持5分钟快速热启动,及10分钟快充;
2、能量密度高,体积利用率高:系统能量密度为255Wh/kg,体积利用率达到了72%;
3、续航里程长,支持1000km续航里程。
结构
结构创新
宁德时代第三代CTP技术,其取消了横纵梁、水冷板、隔热垫原本各自独立的设计,集成为多功能弹性夹层,使得体积利用率达到了72%,能量密度达到了255wh/kg,在相同的化学体系、同等电池包尺寸下,麒麟电池包的电量相比
特斯拉4680电池提升13%。搭载麒麟电池的车型续航里程超过1000km。
在业内人士看来,宁德时代的麒麟电池,是电池包结构创新和电芯材料创新的结合体。相较于传统“电芯-模组-电池包”三级结构,所谓的CTP技术,是省去或减少模组组装环节,将电芯直接集成至更大的模组或电池包,最终达到提高系统层级能量密度、降低成本的目的。
宁德时代第一、二代CTP的设计方案本质上用大模组替代小模组,但仍保留模组形态布置。
麒麟电池完全取消模组形态布局,开创性地将横纵梁、水冷板与隔热垫合三为一,集成为多功能弹性夹层,将电芯组成一体化能量单元,不仅具备支撑、水冷、隔热、缓冲四大功能,也极大地提升了电池系统集成效率。多功能弹性夹层设计也可在电芯膨胀时起到一定缓冲作用,相比电芯贴电芯的设计,电池循环寿命延长。
安全性
在安全性方面,由电芯与多功能弹性夹层组成的一体化能量单元,在垂直于行车方向上构建了更稳固的受力结构,提高电池包结构强度与抗冲击能力,使新能源汽车的安全性就能得到大幅提高。
麒麟电池重塑空间结构,独创底部空间共享方案,将结构防护、高压连接、热失控排气等功能模块进行智能分布,释放了6%的能量空间。
冷却技术
麒麟电池还使用了大面冷却技术,使换热面积扩大4倍,将电芯控温时间缩短至原来的一半,热启动时间仅需5分钟,快充至80%只需10分钟。此外,在极端情况时,电芯可急速降温,有效阻隔电芯间的异常热量传导并有效避免电池非正常工作温度造成的不可逆损伤。
麒麟电池颠覆传统水冷,采用全球首创的电芯大面冷却技术,将水冷功能置于电芯之间,双面冷却的设计使换热面积扩大四倍。电芯控温时间缩短至原来的一半,支持5分钟快速热启动及10min充电80%。并且,在极端情况时,电芯可急速降温,有效阻隔电芯间的异常热量传导。可实现全化学体系的热稳定、热安全,从而适配更高能量密度的材料升级。
优势\u0026劣势
优势
电池能量密度和安全性能显著提升
通过高集成的结构设计,麒麟电池的体积利用率提升到72%,能量密度也因此得到显著提升。三元体系的麒麟电池系统能量密度可达255Wh/kg,
磷酸铁锂体系可达160Wh/kg。同时安全性能和快充性能也得到很大提升,导热性能提升了50%,可以做到4C快充的情况下(从10%充到8O%SOC只需要10分钟)安全无热扩散。在相同的化学体系、同等电池包尺寸下,麒麟电池包的电量,相比4680系统可以提升13%。
三合一水冷板结构创新
麒麟电池创新地将横纵梁、水冷板与隔热垫三合一集成为多功能弹性夹层,提高了电池包内部整体的空间利用率。在夹层内搭建微米桥连接装置,使得夹层可以随着电芯的形变进行自由伸缩,提升电芯全生命周期可靠性。而电芯与多功能弹性夹层组成的一体化能量单元,在垂直于行车方向上构建更稳固的受力结构,提高了电池包抗振动、冲击能力。同时,将水冷板置于电芯之间,使换热面积扩大四倍,电芯控温时间缩短至原来的一半。麒麟电池还独创了底部空间共享方案,将结构防护、高压连接、热失控排气等功能模块进行智能分布,释放了6%的能量空间,也能满足底部球击等国标电池安全测试要求。
劣势
由于取消模组限制,一体化、大容量也给麒麟电池带来以下劣势:
1、将电池组与底盘进行一体化操作,导致无法换电;
2、一旦单个电芯发生故障,就会涉及到更换整个电池包,而不是之前只需更换某一个模组,维修成本会大幅增加;
3、为了实现麒麟电池的快充属性,搭载该电池的新能源汽车需要专用充电桩,充电桩的普及率又将带来新的问题。
不过,存在的劣势并不影响其高端的定位。在已经量产的长续航车型中,麒麟电池几乎是“天花板”级别的存在。
应用
麒麟电池CTP电池包因为没有标准模组限制,可以用在不同车型上,使用广泛。
2023年,吉利旗下高端品牌极氪已搭载麒麟电池,理想、问界等多品牌也将陆续搭载使用麒麟电池。理想首款纯电车型将搭载
宁德时代4C麒麟电池,并提供800V超充的解决方案,实现充电10分钟,续航400km。此外,宁德时代与
SERES也已官宣麒麟电池将落地
AITO问界系列新车型,双方已签署五年长期战略合作协议。
2023年3月21日,宁德时代向媒体透露其第三代CTP电池,麒麟电池已经实现量产。随后,极汽车表示在麒麟电池量产后1-2个月左右,作为麒麟电池的全球量产首发车型,纯电中大型MPV
极氪009预计将在今年第二季度交付。根据极氪官网的信息,搭载140kwh麒麟电池的极氪009ME版的CLTC综合工况续航里程可以达到822km,电量从10%充到80%只需要28分钟。
麒麟电池的概念最早是由
宁德时代在2022年提出的,新一代CTP电池完全取消了模组形态设计,并通过冷却结构上的优化,使得电池在安全性、快充性能以及能量密度上进一步提升,在相同的化学体系、同等电池包尺寸下,麒麟电池包的电量相比4680系统提升13%。
如今麒麟电池的成功落地对于新能源汽车上下游而言意义重大,一方面将电池包结构创新技术推向了新的高度,为之后的CTC奠定了良好基础。另一方面,它也很好地解决了纯电动车的核心痛点——里程焦虑和安全问题,将有助于新能源车的进一步普及。
宁德时代董事长
曾毓群,在2023年3月24日举行的业绩说明会上曾提到:“无麒麟不高端,高质量发展高端车型将来都是麒麟的优质客群。麒麟具有极大的快充、安全、能量密度等优势。”
参考资料
科技品牌.宁德时代新能源科技股份有限公司.2023-08-23