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体积利用率72%、能量密度255瓦时/千克:中国“麒麟”诠释技术就是力量

文章来源:科技日报 人气:105 发表时间:2022-07-19 09:21:10
最近,宁德时代新能源科技股份有限公司(以下简称宁德时代)以一段不满4分钟的视频发布了其第三代CTP技术产品——麒麟电池,同时宣布麒麟电池将于明年量产上市。 理想汽车CEO李想在微博平台转发了麒麟电池发布的消...
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最近,宁德时代新能源科技股份有限公司(以下简称宁德时代)以一段不满4分钟的视频发布了其第三代CTP技术产品——麒麟电池,同时宣布麒麟电池将于明年量产上市。

理想汽车CEO李想在微博平台转发了麒麟电池发布的消息,同时评论称“明年见”。宁德时代官方微博随后转发了李想的此条微博,同时评论称:“麒麟有理想”。宁德时代向媒体确认,理想汽车旗下的新能源车已确定将搭载麒麟电池。

麒麟电池的发布,被业内认为是宁德时代持续巩固技术优势的体现,更被认为是中国企业引领全球动力电池技术创新的又一标志。

CTP技术可提高能量密度降低成本

“CTP,即cell to pack——电芯直接集成为电池包的无模组电池技术。”宁德时代首席科学家吴凯告诉科技日报记者,相较于传统“电芯—模组—电池包”的三级结构,CTP技术省去或减少了模组组装环节,将电芯直接集成至电池包,从而提高了电池系统的集成效率,提升了系统能量密度,大大降低了制造成本,并适配所有的化学体系电池。

麒麟电池是宁德时代第三代CTP电池包,体积利用率据悉将从第一代的55%提升到72%。

2019年的法兰克福车展上,宁德时代首次发布公司的第一代CTP技术。同年9月宁德时代宣布,CTP电池包将搭载于北汽新能源EU5车型上,这是该项技术发布后落地的首个乘用车项目。随后,宁德时代将CTP技术更新至2.0版本。宁德时代年报披露,基于磷酸铁锂的第二代CTP产品在2021年已实现大批量交付。

“在CTP第一代、第二代技术中,虽然模组被取消,但对电芯依然采用分模块管理。采用CTP第三代技术的麒麟电池,电芯被集成为一体化能量单元,系统集成效率达72%,创下全球新高。”吴凯表示。

众所周知,动力电池是电动汽车最核心的部件,占电动汽车总成本的四成,在原材料价格居高不下的背景下,技术创新成为降本的重要手段,而宁德时代的CTP电池包结构简化无疑开辟了一条新的创新路径。

吴凯介绍道,CTP技术属于结构创新,可适配于三元锂电池、磷酸铁锂电池、钠离子电池等不同材料体系的电池系统。

全方位锂电产业链与资本整合服务平台高工锂电报道称,2021年以来,宁德时代CTP电池包相继成规模地导入小鹏汽车科技有限公司的P7和蔚来控股有限公司的ES6等车型。

“麒麟”在电池结构上有三大创新

作为宁德时代的第三代CTP技术,麒麟电池展示了宁德时代的技术实力。

宁德时代称,麒麟电池对电池结构进行了三大颠覆创新。

在功能边界创新上,麒麟电池突破结构功能边界,打造一体化能量单元。麒麟电池整合功能需求,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。

“这一创新,不仅大大节省了结构件数量,提升了空间利用率,还通过多功能弹性夹层的内部斜筋设计,消化电芯使用过程中轻微膨胀而带来的挤压力,让电芯自由呼吸,提高电池全生命周期可靠性,优化电池寿命。”吴凯表示。

与之同步,麒麟电池又设计了底部空间共享方案,将电芯倒置,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,并满足了底部球击等国标电池安全测试要求。

“结合以上两大创新,我们将电池系统集成效率提高到72%,并将系统能量密度提升至255瓦时/千克,轻松实现1000公里续航。”吴凯称。

针对电池热管理问题,吴凯特别强调了水冷板技术的优势:在两块电芯的中间加水冷板,使相邻两块电芯的热传导降低,可极大提高电池寿命,满足高压快充,4C(15分钟充满电)充电不是难事。

具体来说,传统电池包中,水冷系统位于电池底部,与电芯接触的换热面积有限。而在麒麟电池中,水冷系统被置于电芯与电芯之间,换热面积扩大了4倍,直接提升热管理效率,电芯控温时间缩短为原来的一半,可支持5分钟快速热启动,并可减少电池快充带来的升温,支持10分钟快充。此外,该水冷系统还可有效阻隔电芯间的异常热量传导,提升了全化学体系电池的热稳定性和热安全性。

我国动力电池整体水平得到提升

据媒体统计,去年国内销量前十的新能源汽车车型中,有4款车型采用了CTP技术。

宁德时代目前已向海外输出CTP技术。去年10月,宁德时代与韩国现代摩比斯公司签署战略协议,授权后者使用其CTP技术,在全球范围内供应CTP相关电池产品。今年5月,宁德时代授权泰国国家石油公司(PTT)的全资子公司ArunPlus使用CTP技术,双方将向泰国电动汽车品牌Horizon Plus供应电池产品。

在宁德时代2019年首次提出CTP无模组电池技术并实现量产之后,很多电池的结构变化均是基于该技术集成化、模块化的电池结构设计思路延展出来的,“只要是电池包内无模组的设计,都属于CTP技术及其延展,其本质区别在于集成效率的不同,麒麟电池刷新了全球电池集成度的纪录。”吴凯分析。

其中,比亚迪股份有限公司(以下简称比亚迪)于2020年3月推出的刀片电池迅速在市场“走红”,也成为磷酸铁锂电池在乘用车市场回暖的一大因素。

刀片电池直接采用了无模组的设计,大幅度减少了内部的线缆和结构,电池体积利用率相较于传统电池包提升了50%以上,并且零部件数量减少了40%、生产效率提升了50%、最终成本下降了30%。同时,比亚迪正在加速第二代刀片电池技术开发,规划2025年实现能量密度大于180瓦时/千克、体积能量密度达到300瓦时/升。

此外,蜂巢能源科技股份有限公司、中创新航科技股份有限公司也推出过CTP技术相关产品。公开信息显示,与传统590模组相比,蜂巢能源利用CTP技术生产的第一代电池减少了24%的零部件;第二代电池成组效率提升5%—10%,空间利用率提升5%,零部件数量再减少22%。

业内分析,麒麟电池横空出世,使动力电池行业产生新的变化趋势。虽然宁德时代目前的电池装机量在国内处于领先地位,但是动力电池行业的竞争已经变得愈发激烈,除了电池企业,整车企业也在不断推陈出新。仅从今年来看,相关成果就有上海汽车集团有限公司推出的躺平式结构的魔方电池技术、比亚迪的CTB技术、合众新能源汽车有限公司哪吒汽车的天工电池技术等。

无论如何,国内企业的“比武竞技”将极大提升中国动力电池的整体水平。7月4日,韩国市场调研机构SNEResearch发布数据,今年1—5月全球动力电池装机总量为157.4吉瓦时,同比上升77.3%,已连续23个月呈增长态势;其中,宁德时代装机总量53.3吉瓦时,同比提高112%,市场占有率达到33.9%,遥遥领先,LG新能源公司和比亚迪分列二三位;在这份全球动力电池装机总量前十名榜单中,中国动力电池企业占6席。

吴凯表示,2023年将会是电动汽车单次充电续航里程突破1000公里、进入大量量产的关键时间,也是CTP成为主流电池产品的关键期。

毫无疑问, CTP技术已经成为新的发展方向。



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