新材云創(chuàng)·新型鋰電材料

在當(dāng)前新一代信息技術(shù)、新能源、智能制造等新興產(chǎn)業(yè)迅速崛起的背景下，疊加中國“雙碳”目標(biāo)對新材料市場需求的拉動，鋰離子電池材料的需求猛增。隨著中國“雙碳”目標(biāo)從戰(zhàn)略到落地，各行業(yè)開始施行減碳措施，碳排放占全中國終端碳排放1*%的交通領(lǐng)域勢必要率先做出改革。新材云創(chuàng)專研新材料行業(yè)，應(yīng)用利用數(shù)字技術(shù)，破解企業(yè)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的難題。特此推出《寧德時代CTP*.0麒麟電池技術(shù)淺談》上、下兩篇，展望中國新型鋰電材料技術(shù)及創(chuàng)新生態(tài)發(fā)展。

使用電能、氫能代替?zhèn)鹘y(tǒng)化石能源的新能源汽車是交通領(lǐng)域減碳的首選方案。目前已經(jīng)廣泛使用的鋰離子電池和極具應(yīng)用前景的氫燃料電池是新能源汽車的核心，其材料發(fā)展決定了中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，地位的重要性顯而易見。鋰電材料產(chǎn)業(yè)生態(tài)逐漸成熟，低成本、高性能、高安全性成為主要發(fā)展方向。

近日，寧德時代第三代CTP技術(shù)麒麟電池的發(fā)布引起了電池行業(yè)極大關(guān)注。雖然麒麟電池的量產(chǎn)要等到202*年，而其亮眼的技術(shù)實(shí)力卻已然引起了整個產(chǎn)業(yè)鏈的軒然大波。麒麟電池將熱管理技術(shù)帶到新高度，從麒麟電池發(fā)布的核心信息來看，其電池包體積利用率從第一代CT技術(shù)的**%提升到*2%，創(chuàng)下系統(tǒng)集成度新高；能量密度達(dá)2**Wh/kg，可實(shí)現(xiàn)整車1000公里續(xù)航，支持*分鐘快速熱啟動，10分鐘快充至80%。

麒麟電池不將水冷板放在底部，而是插入電芯間，水冷效果極大加強(qiáng)，好處為：1）大幅提高安全性，水冷板附加隔熱作用，可實(shí)現(xiàn)無熱擴(kuò)散；2）提升快充性能，電芯雙面水冷，4C充電產(chǎn)品2*年亮相；*）提升循環(huán)壽命，電芯加緊后壽命會短一半，也就是放松一點(diǎn)的話，循環(huán)壽命能長一倍，水冷板附加緩沖作用；4）提高比能量：水冷、隔熱、緩沖功能三合一，空間得到大幅節(jié)省，磷酸鐵鋰可達(dá)160Wh/kg、2*0Wh/L，三元高鎳可達(dá)到2*0Wh/kg，4*0Wh/L，比4680多裝1*%的電量。

圖表：麒麟電池官方展示圖

麒麟電池創(chuàng)新點(diǎn)

水冷板代替電池包橫縱梁，疊加雙層冷卻通道設(shè)計，同時具備支撐、水冷、隔熱、緩沖四大功能。此外電芯采取雙排背對背方式側(cè)立排布，因此可放入更多電芯，更有利于快充技術(shù)，同時安全性、體積利用率大幅提升。

根據(jù)寧德時代專利“箱體結(jié)構(gòu)，電池及用電裝置”，授權(quán)公開號：CN2166484*4U，我們可發(fā)現(xiàn)麒麟電池包的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，其主要創(chuàng)新如下：

1

方殼電芯采取背對背側(cè)立方式排布于箱體內(nèi)，而非原本直立方式，可放入更多單體電芯，更有利于快充，提高體積利用率；

2

冷卻板替代橫縱梁，使支撐、冷卻、隔熱、緩沖功能四合一，有效提升空間利用率。新冷卻板以加強(qiáng)體的方式插入電池排間，同時連接上蓋和下箱體，起到傳統(tǒng)橫縱梁支撐保護(hù)作用；兩排電芯共享一個冷卻通道，相比一排電芯使用一個水冷板，減少冷卻板數(shù)量，降低BOM成本，有輕量化的效果，更有利于快充時散熱；立式冷卻板打造橫向相對隔離空間，縱向電芯間有膨脹補(bǔ)償片+絕熱氣凝膠，有效隔熱實(shí)現(xiàn)“零熱失控”；冷卻板采用內(nèi)外兩層冷卻通道，可吸收電池充放電及老化時產(chǎn)生的膨脹，減少電池單體擠壓，提升電池循環(huán)壽命；此外新水冷板轉(zhuǎn)移至箱體內(nèi)部，可避免因碰撞易出現(xiàn)破損而導(dǎo)致漏液風(fēng)險。

下箱體有定位/限位槽，用于冷卻板的安裝及電芯組的固定，該設(shè)計可提高電芯組安裝穩(wěn)定性，避免相互碰撞損壞，但仍需導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)膠保證強(qiáng)度及優(yōu)化散熱。

圖表：麒麟電池專利圖

來源：寧德時代專利 注：12*/128分別為冷卻板進(jìn)水口/出水口

*.2.麒麟冷卻板

根據(jù)寧德時代專利“水冷板組件、水冷系統(tǒng)、電池及其箱體以及用電裝置”，申請公布號：CN1144**826A，我們可發(fā)現(xiàn)麒麟冷卻板結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，其主要創(chuàng)新如下：

水冷板具有內(nèi)外兩層冷卻通道，采用口琴管方式，其中外層和內(nèi)層冷卻通道中的一者為液冷通道，另一者為非液冷通道（如外層液冷，內(nèi)層風(fēng)冷），非液冷通道由于不填充冷卻液，通道壁可以適當(dāng)朝內(nèi)變形，吸收電池單體膨脹，避免電池單體擠壓損壞。

圖表：麒麟冷卻板專利圖

來源：寧德時代專利

4

寧德CTP技術(shù)迭代

第一代CTP到最新的第三代麒麟電池，電池包體積利用率從**%提升至6*%。

CTP1.0：去掉模組的側(cè)板，轉(zhuǎn)而用綁帶來替代，代表車型北汽EU*。

CTP2.0：再去掉模組的兩個端板，利用箱體上的縱橫梁來代替端板，代表車型蔚來**度。

CTP*.0：進(jìn)一步去掉箱體上的縱橫梁，利用兩個電芯之間的夾板和電芯本體來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的需求。

寧德CTP*.0 VS 特斯拉CTC

麒麟電池水冷板放置與特斯拉4680電池類似，都是在電芯間夾水冷板，但特斯拉水冷板無需起支撐作用。大圓柱間散熱空間更大，上方還有額外一層水冷板，因此特斯拉CTC散熱效果好于麒麟電池，疊加全極耳設(shè)計，非常利于快充設(shè)計，但空間利用率肯定要低于麒麟電池。

圖表：特斯拉4680水冷板結(jié)構(gòu)

（來源：特斯拉Cyber Rodeo活動）

（來源：公開資料）

6

寧德CTP*.0 VS 比亞迪CTB

比亞迪CTB采用上層直冷板設(shè)計，且電芯間無冷卻設(shè)計，因此其冷卻效果劣于麒麟電池，不利于電池快充時散熱。比亞迪CTB仍保留提供強(qiáng)度/剛度的橫向鋼梁，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度好于麒麟電池，但體積利用率更低。

圖表：比亞迪CTB展示圖

（來源：比亞迪發(fā)布會）

麒麟電池VS上汽魔方電池

魔方電池是上汽和寧德合作產(chǎn)品，麒麟電池和魔方電池相似度較高，均采用立式冷卻結(jié)構(gòu)，但魔方電池采取雙電芯躺式布局而非麒麟的側(cè)立布局，上下電芯間沒有膨脹補(bǔ)償片+絕熱氣凝膠的隔離層，無法做到真正無熱擴(kuò)散，因此麒麟電池控制熱擴(kuò)散效果更好。魔方電池垂直方向厚度更薄，但其體積利用率低于麒麟電池。

圖表：魔方電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

8

結(jié)論

結(jié)構(gòu)進(jìn)一步創(chuàng)新，公司認(rèn)為可進(jìn)一步競爭力，2*年有望放量：麒麟電池的水冷板替代電池包橫縱梁，疊加雙層冷卻通道設(shè)計，同時具備支撐、水冷、隔熱、緩沖四大功能。此外電芯采取雙排背對背方式側(cè)立排布，因此可放入更多電芯，整體安全性、快充性能、循環(huán)壽命及比能量得到較好提升。麒麟電池是寧德時代在現(xiàn)有的方形電池技術(shù)路線下，通過結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，進(jìn)一步提升電池性能重要方式，鐵鋰+麒麟電池可與刀片電池競爭，高鎳三元+麒麟電池可與4680競爭。

在過去的十幾年中，中國的鋰電材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，多種材料產(chǎn)業(yè)從無到有，從弱到強(qiáng)，從進(jìn)口依賴到國產(chǎn)替代，直到現(xiàn)在大部分材料技術(shù)和產(chǎn)能均能與國際同行相匹敵，占據(jù)了全球鋰電材料產(chǎn)業(yè)的半壁江山。隨著中國“碳中和”“碳達(dá)峰”政策的持續(xù)推進(jìn)，新能源汽車再次被推上風(fēng)口浪尖，鋰電材料也隨之進(jìn)入了新的發(fā)展階段。中國鋰電材料技術(shù)展望，鋰電材料將持續(xù)向低成本、高性能、高安全性的方向發(fā)展。

“新材云創(chuàng)”新材料科創(chuàng)大腦場景應(yīng)用根據(jù)“科創(chuàng)大腦+未來實(shí)驗室+未來工廠+未來產(chǎn)業(yè)先導(dǎo)區(qū)”的路徑模式，為專家團(tuán)隊和企業(yè)合作牽線搭橋，切實(shí)打通科研成果到產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的“最后一公里”。

“新材云創(chuàng)” 新材料科創(chuàng)大腦場景應(yīng)用利用數(shù)字技術(shù)，破解企業(yè)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的難題。后續(xù)將根據(jù)新材料企業(yè)實(shí)際需求，不斷優(yōu)化產(chǎn)品和服務(wù)，加強(qiáng)整個產(chǎn)業(yè)鏈和創(chuàng)新鏈協(xié)同效應(yīng)，推動新材料產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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