1 直擊行業(yè)痛點，寧德時代新一代麒麟電池性能實現(xiàn)突破

新能源汽車行業(yè)發(fā)展邁入后半程，性能越發(fā)追求極致化。2022 年我國新能 源汽車滲透率已經(jīng)超過了 25%，各大傳統(tǒng)燃油車品牌陸續(xù)下場布局，新能源車企 也不斷推出新的車型填補細分市場。從消費端來看，“安全性焦慮”、“充電焦慮”、 “里程焦慮”仍有待進一步優(yōu)化。相關方面的性能提升是以技術創(chuàng)新為主要驅動 力的新能源汽車行業(yè)的長期發(fā)展訴求。

快充需求、續(xù)航需求和安全性需求要求產(chǎn)業(yè)鏈多維度技術升級。從動力電池 層面來看，更快的補能速度要求電池在更短的時間內(nèi)接受更高的功率輸入，更長 的續(xù)航里程要求動力電池有更大的帶電量和更輕的車輛自重，而安全性能的保障 則要求電池能夠有效的疏散電池充放電時產(chǎn)生的熱量、抑制副反應發(fā)生并且具有 更高的抗沖擊、防止形變能力。然而這些需求本質上來看，是相互矛盾的，比如 電池容量增大，充電時間卻要縮短。這種關系決定了無法通過單一技術的改進來 滿足這些需求，而是需要在多個性能上實現(xiàn)突破才能夠真正解決痛點，推動行業(yè) 的發(fā)展。

寧德時代麒麟電池 2023 年量產(chǎn)裝車，支持 4C 快充和 1000 公里續(xù)航。2022 年 6 月 23 日，寧德時代在麒麟電池發(fā)布會上發(fā)布新技術電池技術——麒麟電池。 將電量快充至 80%的時間縮短到了 10min，實現(xiàn)了 4C 充電倍率，同時麒麟電池系 統(tǒng)能量密度為 255Wh/kg，體積利用率達到了 72%，續(xù)航里程超過 1000km。搭載了 CTP3.0 技術的麒麟電池不但性能相對于前兩代 CTP 電池有較大的提升，對比市 面上其它較為有競爭力的動力電池產(chǎn)品，如比亞迪刀片電池、特斯拉 4680 電池 也有突出的優(yōu)勢。近期，寧德時代麒麟電池已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn)，首裝車型為極氪 009ME 版，電池容量 140kwh，CLTC 續(xù)航里程 822km。另外，在 2023 年上海車展上，理想汽車透露其第一款純電動汽車也將搭載寧德時代的 4C 麒麟電池。

1.1 亮點一：15 分鐘充電，更短的充電時間

麒麟電池的 4C 充電倍率，在動力電池環(huán)節(jié)解決了補能效率的難題。根據(jù)易 觀分析的調(diào)研報告顯示 2022 年我國 82%的新能源車主充電時長介于 0.5-2.0 小 時之間，超過四分之一的車主充電頻率達到了一天一次，充電時間和排隊時間長 成了困擾 50%以上用戶的問題。4C 充電倍率代表著麒麟電池可以在 15 分鐘內(nèi)完 成整個充電周期，其快充區(qū)間縮短到了 10 分鐘，并能夠在分鐘之內(nèi)進行熱啟動 達到適宜的充電溫度，針對性解決了新能源汽車充電時間相較于傳統(tǒng)燃油汽車平 均 5 分鐘左右的補能時間過長的消費痛點。

在單體電芯層面上，動力電池充放電倍率的提高主要通過優(yōu)化鋰離子脫嵌效 率來實現(xiàn)，因此負極材料對快充性能有較大影響。在鋰電池的主要組成材料中， 正極材料主要決定電池能量密度和成本，相對于負極材料發(fā)展更為成熟；負極材 料則主要影響鋰離子電池的首次效率、充放電倍率、循環(huán)性能等，技術迭代相對 緩慢。傳統(tǒng)石墨負極材料占據(jù)了 90%以上的市場份額。目前，石墨負極材料實際 比容量已經(jīng)達到了 360-365mAh/g，接近理論比容量 372 mAh/g；石墨層狀結構也 決定了鋰離子脫嵌時傳輸路徑較長，效率相對較低，在大功率充電時鋰離子積聚 形成鋰枝晶，刺穿電池隔膜，引發(fā)短路等安全問題，繼續(xù)采用石墨負極難以達到 進一步壓縮充電時間的目標。

麒麟電池利用硅基負極更強的脫嵌鋰離子能力將快充時間進一步縮短。單質 硅得益于正四面體結構能夠從更多方向上嵌入鋰離子，理論比容量達到了石墨負 極的 10 倍以上。但相比于石墨較為穩(wěn)定的層狀結構，晶體硅脫嵌鋰離子時形變 程度更大，可以達到 300%，負極結構容易被破壞，縮短電池使用壽命。因此，主 流的硅基材料主要是指硅氧負極與硅碳負極，其理論比容量雖然低于單質硅但仍 然遠超石墨負極。

對比業(yè)內(nèi)已發(fā)布動力電池的快充性能，麒麟電池處于行業(yè)領先地位。4C 快 充技術意味著帶電量不變的前提下麒麟電池能夠接受更高功率的電能輸入，在車 端促進了相關零部件和技術的迭代，同時也帶動了樁端相關產(chǎn)業(yè)鏈在快速補能方 向上的發(fā)展，800V 高壓架構作為主流的快速補能實現(xiàn)途徑從車端到樁端的環(huán)節(jié)正在逐步完善，麒麟電池作為其中的一環(huán)，在 800V 高電壓平臺的風口上加速推 進快充時代的到來。

1.2 亮點二：255wh/kg，更高的系統(tǒng)能量密度

麒麟電池系統(tǒng)能量密度高達 255wh/kg，代表了目前新能源汽車動力電池系 統(tǒng)能量密度的前沿水準。麒麟電池的系統(tǒng)能量密度比同樣采用高鎳三元正極材料 和硅基負極的特斯拉 4680 電池高出了 14.90%，比中鎳三元材料作為正極和硅碳 負極的上汽魔方電池高出了 30.77%，比使用磷酸鐵鋰正極材料和人造石墨負極 的比亞迪刀片電池高出了 82.14%。系統(tǒng)能量密度的提升主要是為了迎合新能源 汽車整車輕量化和長續(xù)航的趨勢，控制電池自重的同時，提高蓄能容量，解決了 “續(xù)航焦慮”的問題。

寧德時代此次在動力電池系統(tǒng)能量密度上的突破主要得益于更激進的正負 極材料配方和電池結構設計的優(yōu)化。能量密度的提高意味著在電池平均單位體積 或質量內(nèi)能夠儲存和釋放出的更多的電能。電池的系統(tǒng)能量密度主要由單體電芯 的能量密度和電池整體的結構設計決定，前者主要通過電池正負極以及電解液材 料的變革而實現(xiàn)，而后者則主要通過優(yōu)化電池內(nèi)部排布結構設計、采用低密度的 材料以及整車一體化設計實現(xiàn)。

麒麟電池采用的高鎳加硅高比能配方。出于安全性的考慮，我國采用無模組 技術的三元鋰電池普遍采用中鎳配方，能量密度上限低于高鎳正極，成本也相對 較高。另一個同樣突破了 200Wh/kg 系統(tǒng)能量密度大關的特斯拉 4680 電池也是同 樣采用了 811 高鎳三元材料正極和硅碳負極這種對生產(chǎn)技術和安全性能要求較 高的組合。正負極材料相對保守的比亞迪刀片電池由于在現(xiàn)有技術條件下磷酸鐵 鋰電池的單體電芯能量密度較低，系統(tǒng)能量密度難以超越 200Wh/kg。 麒麟電池通過全新的結構設計達到了 72%的系統(tǒng)集成效率。寧德時代基于大 量實車數(shù)據(jù)和 AI 仿真模擬對功能模塊進行了智能排布，并且在前兩代 CTP 的技 術上更進一步將多個功能模塊實現(xiàn)空間共用，是目前市面上新能源動力電池體積 利用率的最高水平，也是方形鋁殼電池結構設計的極致。

1.3 亮點三：1000km，更長的整車續(xù)航里程

當動力電池的系統(tǒng)能量密度提升后，在車輛重量不顯著增加的情況下，搭載 麒麟電池的車型能夠擁有更長的續(xù)航里程。目前，新能源汽車市場進一步拓展的 關鍵除了充電時長之外還有解決“續(xù)航里程焦慮”，1000km 續(xù)航成為了業(yè)界的新 標桿，廣汽埃安以及蔚來汽車等新能源汽車品牌都陸續(xù)開始布局續(xù)航 1000km 的 車型，對于高能量密度的動力電池和輕量化等節(jié)電技術的需求也進一步增大，麒 麟電池在整車續(xù)航里程 1000km 上的突破搶先鎖定了超長續(xù)航新能源車型的市場， 助力新能源汽車市場占有率進一步提升。

2 麒麟電池本質上是一種結構創(chuàng)新

麒麟電池代表了方形鋁殼結構設計的極致。隨著電池材料技術突破和迭代速 度的滯緩，新能源動力電池制造商將目光聚焦在了結構設計的創(chuàng)新上，去模組化 和功能模塊集成化已經(jīng)成為了主要的突破口。麒麟電池所使用的第三代 CTP 技術 是新能源汽車動力電池無模組結構創(chuàng)新最高水準的代表，寧德時代也著重強調(diào)了 麒麟電池在結構設計上的全新思路，通過多功能彈性夾層提高系統(tǒng)集成效率，電 芯倒置空間共享進一步增加能量空間。

2.1 CTP 技術迭代至第三代

無模組技術以整車一體化的思路釋放了動力電池的能量空間，提高了能量密 度。傳統(tǒng)的電池結構是首先將多個電池的最小電能儲存單元-電芯封裝到一個模 組中，通過統(tǒng)一的邊界與外界進行能量交換，多個模組在電池管理系統(tǒng)（BMS）和 熱管理系統(tǒng)的控制和管理下進一步形成了電池包。模組主要對電芯產(chǎn)生固定保護 作用，在其內(nèi)部封裝電芯時所需要框架結構零件以及絕緣組件消耗了相當一部分 的電池空間。以比亞迪、寧德時代為代表的電池制造商開發(fā)出了無模組技術，跳 過了模組封裝的步驟，將電芯直接集成到了電池包中。

目前無模組技術可以主要分為 CTP(Cell to Pack)、CTC（Cell to Chassis）、 CTB(Cell to Body)三種類型。CTP 技術最早由寧德時代在 2019 年提出，采用一 個大虛擬模組結構代替了原有的多個模組。2020 年特斯拉在發(fā)布會上強調(diào)的 CTC 技術與比亞迪在 2022 年 5 月在 CTP 技術上進一步提出的 CTB 集成方案有很多相 似之處，將電池包與汽車底盤集成在一起，集成效率進一步提高。除了已經(jīng)發(fā)展 較為成熟的 CTP 集成方案，寧德時代自 2020 年提出 CTC 概念以來也積極對其進 行布局，并透露將于 2025 年左右推出高度集成化的 CTC 方案。

麒麟電池所使用的 CTP 技術自寧德時代首次提出以來已經(jīng)過三次迭代。 CTP1.0 技術采用虛擬的大模組概念，使用綁帶代替?zhèn)鹘y(tǒng)模組的側板，體積利用率 達到了 55%，系統(tǒng)能量密度達到了 180Wh/kg，能夠支持 500 公里的整車續(xù)航里 程。CTP2.0 技術進一步利用箱體上的縱橫梁來代替端板，體積效率相比于 1.0 方案提升了 30%，同時，整體的能量密度增加至 200Wh/kg，能夠搭載 750V 高壓充 電平臺實現(xiàn) 2.2C 的充放電倍率，可以支持 600 公里的續(xù)航里程。CTP3.0 技術則 是使用多功能彈性夾層替代了原本的橫縱梁和水冷板，擴大換熱面積的同時也增 強了電池的結構強度，能量密度比 2.0 方案提高了 25%，在續(xù)航里程上也有較大 的突破。

2.2 麒麟電池內(nèi)部結構設計獨具匠心

麒麟電池的結構設計主要是在滿足散熱和結構強度的需求下，兼顧空間利用 率，提升電池的集成度。

為了保障電池包的結構強度，麒麟電池還在下箱體上增加了額外的定位結構 來固定電芯和多功能彈性夾層。根據(jù)麒麟電池的專利文件，多功能彈性夾層是通 過自身上設有的第一定位部和下箱體上第二定位部配合安裝于下箱體上，提高了 安裝精度并簡化了原有定位結構。此外，麒麟電池箱體結構的側壁上和下箱體表 面設有限位凹槽，對電芯進行限位抵接，保障了電池組在各個方向上的結構穩(wěn)定 性，防止電芯之間的相互擠壓，便于電芯入箱自動化堆疊。

麒麟電池去除傳統(tǒng)的橫縱梁結構，將隔熱墊、水冷板、橫縱梁集成為多功能 彈性夾層。在麒麟電池內(nèi)部每兩排電芯緊靠成為一組，共享一個冷卻通道，節(jié)約 出了更多空間。多功能彈性夾層替代了原來電池包里的冷卻單板，作為多功能分 總集成式冷卻板主要起到了三個作用： 有效隔絕電芯之間的熱量傳導并疏散電芯的熱量。 還作為橫縱向支撐結構承受外界破壞能量，防止電芯受到擠壓形變，多 功能彈性夾層內(nèi)搭建的微米橋連接裝置能夠靈活自由伸縮，在高密度電 芯排布的前提下保障了一定的形變空間。 此外這種結構設計可以在替代傳統(tǒng)橫縱梁的同時也進一步優(yōu)化掉了傳 統(tǒng)冷卻板的防護底板，起到了輕量化的效果。

麒麟電池結構設計的另外一個關鍵點是電芯倒置。傳統(tǒng)電池包中電芯正向放 置，高壓連接和用于熱失控排氣的通道結構布置于電芯上方，電芯下方設置球擊防護結構。這些功能模塊的疊放，增加了 Z 軸方向的電池包高度，擠壓了電芯可 用空間。當電芯倒置時，位于正極的防爆閥朝下擺放，在熱失控場景下，高溫氣 流向汽車底部排出。高壓連接線束和失控排氣通道從電池上方集成到電池下方， 和底部的球擊空間實現(xiàn)了一體化，電芯節(jié)省出了 6%的空間。在依然滿足底部球擊 可靠性等國標測試要求的情況下，減少功能模塊的空間占用，把空間留給電芯排 放或是電池包外部尺寸的壓縮。

2.3 麒麟電池結構設計促進熱管理性能優(yōu)化

電池的熱管理是提高快充性能和緩解“安全性焦慮”必須要解決的關鍵性問 題。麒麟電池更卓越的熱管理性能配合系統(tǒng)能量密度的提升，是寧德時代對 800V 高壓平臺大功率快充趨勢的戰(zhàn)略性布局。寧德時代對于“充電焦慮”和“安全性 焦慮”給出的解決方案是基于結構設計創(chuàng)新提高熱管理效率。高倍率的充放電時 電池溫度上升較為明顯，熱量不均勻的分布在各個單體電芯上，電芯溫度越高其 壽命衰減越快，電芯間溫度的差異也會導致電池包內(nèi)單體電芯壽命和性能逐漸產(chǎn) 生較大的差別，進一步損害電芯性能。更為重要的是，在高功率充電條件下，電 池的內(nèi)阻大量產(chǎn)熱，導致大功率充電過程電池溫度急劇上升，容易引發(fā)熱失控的 鏈式反應，進而對電池的安全性提出挑戰(zhàn)。

全新的冷卻板排列方式擴大了換熱面積。麒麟電池將液冷系統(tǒng)和隔熱墊集成 于多功能彈性夾層中置于電芯之間，相對于傳統(tǒng)的整塊鋪設在電芯上方的液冷板 方案，換熱面積擴大了 4 倍。得益于更大的冷卻面積，電芯的控溫效率提升了 50%， 麒麟電池能夠在接收高壓大電流高功率輸入的同時保障電芯溫度穩(wěn)定在安全區(qū) 間內(nèi)。在極端情況時，電芯可急速降溫，有效阻隔電芯間的異常熱量傳導，避免 電池在非正常工作溫度下造成的不可逆損傷，有效提升電芯的壽命和安全性。

除了排布方式的創(chuàng)新，麒麟電池熱管理性能的提升也得益于更先進的冷卻板 內(nèi)部結構。從寧德時代專利號為 CN114497826A 的水冷板組件、水冷系統(tǒng)、電池及其箱體以及用電裝置結構圖中，液冷板是一種口琴式結構，有外層冷卻通道和 內(nèi)層冷卻通道，其中一層可以作為非液冷冷卻通道如風冷通道，水冷板組件可以 以兩種冷卻方式對電池單體進行冷卻，從而提高了冷卻效果。該非液冷冷卻通道 由于內(nèi)部不填充冷卻液，因此通道壁可以適當?shù)爻蛲ǖ纼?nèi)部空間變形，從而使 得口琴管板厚度方向的兩個側面可以吸收電池單體的膨脹，避免電池單體受擠壓 損壞。既提高了冷卻效率，也起到了增加結構強度的作用。

3 麒麟電池已實現(xiàn)量產(chǎn)裝車，新技術落地催生投資機遇

3.1 麒麟電池已實現(xiàn)量產(chǎn)裝車

極氪 009ME 版本是寧德時代麒麟電池的全球量產(chǎn)首發(fā)車型，已于 4 月 16 日 開啟交付。4 月 16 日，極氪 009 ME 版正式開啟交付，作為寧德時代 CTP 3.0 麒 麟電池的全球量產(chǎn)首發(fā)車型。極氪 009 定位豪華 MPV，共有兩個版本：ME 版和 WE 版。ME 版搭載麒麟電池，電池容量 140kwh，28 分鐘可實現(xiàn) 10%-80%的充電，CLTC 工況續(xù)航里程 822km，售價 58.8 萬元起。WE 版本采用常規(guī)的三元鋰電池，電池 容量 116km, CLTC 工況續(xù)航里程 702km，售價 49.9 萬元起。

理想汽車純電款將搭載麒麟電池，采用 4C+800V 的配置。在 2023 年上海車 展上，理想汽車發(fā)布純電解決方案，表示：其首款純電車型將搭載寧德時代 4C 麒 麟電的車型，并將提供 800V 超充的解決方案，實現(xiàn)充電 10 分鐘，續(xù)航 400km。 其中核心技術是基于第三代功率半導體的高壓電驅系統(tǒng)，具備 4C 充電能力的電 池、寬溫域的熱管理系統(tǒng)和 4C 超充網(wǎng)絡。到 2025 年，理想汽車將形成 “1 款超 級旗艦+5 款增程電動車型+5 款高壓純電車型”的產(chǎn)品布局 ，面向 20 萬以上的市 場。在充電網(wǎng)絡建設方面，理想汽車的 4C 超充將達到 480kw 最大輸出功率。今 年年底將建設完成 300+高速超充站，覆蓋京津冀、長三角、大灣區(qū)和成渝四大經(jīng) 濟帶，2025 年，理想超充站將建成 3000 座，覆蓋 90%的國家高速里程和主要城 市。

AITO 問界汽車也將采用麒麟電池，雙方已簽訂五年長期戰(zhàn)略合作協(xié)議。2022 年 8 月 27 日，寧德時代與賽力斯共同宣布麒麟電池將落地 AITO 問界系列新車 型，雙方已簽署五年長期戰(zhàn)略合作協(xié)議，AITO 問界車型全面搭載寧德時代動力電 池。

審核編輯 ：李倩