麒麟電池專題分析：量產(chǎn)裝車，注入產(chǎn)業(yè)升級新活力

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(xì)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(guān)方面的性能提升是以技術(shù)創(chuàng)新為主要驅(qū)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(shù)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(yīng)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(zhì)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(guān)系決定了無法通過單一技術(shù)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(shù)電池技術(shù)——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(dá)到了 72%，續(xù)航里程超過 1000km。搭載了 CTP3.0 技術(shù)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(dá)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(dá)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(fù)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(fù)極材料發(fā)展更為成熟；負(fù)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(shù)迭代相對 緩慢。傳統(tǒng)石墨負(fù)極材料占據(jù)了 90%以上的市場份額。目前，石墨負(fù)極材料實際 比容量已經(jīng)達(dá)到了 360-365mAh/g，接近理論比容量 372 mAh/g；石墨層狀結(jié)構(gòu)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(fù)極難以達(dá)到 進一步壓縮充電時間的目標(biāo)。

麒麟電池利用硅基負(fù)極更強的脫嵌鋰離子能力將快充時間進一步縮短。單質(zhì) 硅得益于正四面體結(jié)構(gòu)能夠從更多方向上嵌入鋰離子，理論比容量達(dá)到了石墨負(fù) 極的 10 倍以上。但相比于石墨較為穩(wěn)定的層狀結(jié)構(gòu)，晶體硅脫嵌鋰離子時形變 程度更大，可以達(dá)到 300%，負(fù)極結(jié)構(gòu)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(fù)極與硅碳負(fù)極，其理論比容量雖然低于單質(zhì)硅但仍 然遠(yuǎn)超石墨負(fù)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(lǐng)先地位。4C 快 充技術(shù)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(guān)零部件和技術(shù)的迭代，同時也帶動了樁端相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈在快速補能方 向上的發(fā)展，800V 高壓架構(gòu)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(fēng)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(dá) 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(zhǔn)。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(fù)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(fù)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(fù)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(fù) 極材料配方和電池結(jié)構(gòu)設(shè)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(zhì)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(jié)構(gòu)設(shè)計決定，前者主要通過電池正負(fù)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(jié)構(gòu)設(shè)計、采用低密度的 材料以及整車一體化設(shè)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(shù)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(guān)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(fù)極這種對生產(chǎn)技術(shù)和安全性能要求較 高的組合。正負(fù)極材料相對保守的比亞迪刀片電池由于在現(xiàn)有技術(shù)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(jié)構(gòu)設(shè)計達(dá)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(shù)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(jié)構(gòu)設(shè)計的極致。

1.3 亮點三：1000km，更長的整車?yán)m(xù)航里程

當(dāng)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(guān)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(biāo)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(shù)的需求也進一步增大，麒 麟電池在整車?yán)m(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(zhì)上是一種結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

麒麟電池代表了方形鋁殼結(jié)構(gòu)設(shè)計的極致。隨著電池材料技術(shù)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(jié)構(gòu)設(shè)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(shù) 是新能源汽車動力電池?zé)o模組結(jié)構(gòu)創(chuàng)新最高水準(zhǔn)的代表，寧德時代也著重強調(diào)了 麒麟電池在結(jié)構(gòu)設(shè)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(shù)迭代至第三代

無模組技術(shù)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)零件以及絕緣組件消耗了相當(dāng)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(shù)，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(shù)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(shù)最早由寧德時代在 2019 年提出，采用一 個大虛擬模組結(jié)構(gòu)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(shù)與比亞迪在 2022 年 5 月在 CTP 技術(shù)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(shù)自寧德時代首次提出以來已經(jīng)過三次迭代。 CTP1.0 技術(shù)采用虛擬的大模組概念，使用綁帶代替?zhèn)鹘y(tǒng)模組的側(cè)板，體積利用率 達(dá)到了 55%，系統(tǒng)能量密度達(dá)到了 180Wh/kg，能夠支持 500 公里的整車?yán)m(xù)航里 程。CTP2.0 技術(shù)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(shù)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)計獨具匠心

麒麟電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是在滿足散熱和結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)強度，麒麟電池還在下箱體上增加了額外的定位結(jié)構(gòu) 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(shè)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(jié)構(gòu)。此外，麒麟電池箱體結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上和下箱體表 面設(shè)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，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(dǎo)并疏散電芯的熱量。 還作為橫縱向支撐結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計的另外一個關(guān)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(jié)構(gòu)布置于電芯上方，電芯下方設(shè)置球擊防護結(jié)構(gòu)。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(dāng)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(biāo)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(jié)構(gòu)設(shè)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(guān)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(jié)構(gòu)設(shè)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(dǎo)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(dǎo)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?zhǔn)椒磻?yīng)，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(shè)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(dǎo)，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?zé)峁芾硇阅艿奶嵘驳靡嬗诟冗M的冷卻板 內(nèi)部結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)圖中，液冷板是一種口琴式結(jié)構(gòu)，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(fēng)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(dāng)?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(cè)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(jié)構(gòu)強度的作用。

3 麒麟電池已實現(xiàn)量產(chǎn)裝車，新技術(shù)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(shù)是基于第三代功率半導(dǎo)體的高壓電驅(qū)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(luò)。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(luò)建設(shè)方面，理想汽車的 4C 超充將達(dá)到 480kw 最大輸出功率。今 年年底將建設(shè)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