作者： 小龙 小杰
作者简介：目前在韩国留学的电池博士
2022 年 6 月 23 日，宁德时代发布第三代 CTP 3.0—— 麒麟电池，系统集成度创全球新高，体积利用率突破 72%，能量密度可达 255Wh/kg，轻松实现整车 1000 公里续航。在相同的化学体系、同等电池包尺寸下，相比 4680 电池，麒麟电池包的电量可以提升 13%，实现了续航、快充、安全、寿命、效率、以及低温性能的全面提升。
事实上，早在 2019 年，宁德时代与北汽新能源共同推出全球首款 CTP 电池包，开启了电池结构的 「无模组时代」。这次发布的电池包是更新迭代到第三代 CTP 3.0 版本。
可以简单回顾下 CTP 的发展历程：
第 1 代 CTP 解决方案类似定制大模组的意思，在原有的模组结构上重组大小，然后去掉模组的侧板，形成大模组。通过去掉部分结构件减轻了整个电池包的重量，体积利用率首次突破 50% 达到 55%，提高了动力电池的系统能量密度。第一代电池包搭载于北汽新能源 EU5 车型，这是该项技术发布后落地的首个乘用车项目。
第 2 代 CTP 优化掉模组的两个端板（起到加压的作用），利用电池箱体上的纵横梁来代替端板，最大程度使用现有结构设计并且不去破坏电池壳体的强度。据宁德时代年报披露，基于磷酸铁锂的第二代 CTP 产品在 2021 年已实现大批量交付。
第 3 代 CTP 就是下面要介绍的麒麟电池包。
CTP 技术全称为 Cell To Pack，也叫无模组技术，电芯直接集成到电池包内。现有的电池包结构，通常由 「电芯 - 模组 - 整包」 的三级结构组成。若干个电芯组合在一起，被称为 「模组」；若干个模组组合在一起，再加上 BMS、配电模块等零部件，就成为 「电池包」。比如特斯拉是将 7000 多支电芯预先集成若干个模块，最后安装在电池箱体内部。
此次发布的麒麟电池包（CTP 3.0）有哪些亮点呢？有哪些创新呢？
材料创新和结构创新是发明制造高性能电池的主要途径。更先进的电化学体系，让活性物质具备更大的能量。更精简的的系统结构，帮助电池包发挥最强效力。众所周知，各大电池厂商现在是在材料层级的创新迭代趋缓的趋势之下，不断在结构层面加速创新。从 4680 电池等创新结构，到 CTP、CTC 技术主导的系统层面，动力电池不断进行技术革命。此次宁德时代发布的麒麟电池亦是从结构层面出发，该麒麟电池包主要有三大技术革新：
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3 效合 1，化繁为简；
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4 倍冷量，急速控温；
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空间共享 打破常规；
3 效合 1，化繁为简
麒麟电池突破功能边界，整合使用需求，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。在夹层内搭建微米桥连接装置，灵活配合电芯呼吸进行自由伸缩，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。麒麟电池完全取消模组形态设计，这样使原本留给模组的空间变成了电池，有效地增加了能量密度。
4 倍冷量，急速控温
宁德时代颠覆传统水冷技术，采用全球首创的电芯大面冷却技术，基于电芯的变化，将水冷功能置于电芯之间，使换热面积扩大四倍。电芯控温时间缩短至原来的一半，支持 5 分钟快速热启动及 10 分钟快充，麒麟电池的充电速度能达到 4C，相当于 15 分钟充满电。这样的快充能力将使电动车和燃油在补能效率上的差距进一步被拉平。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。
空间共享 打破常规
宁德时代以精准计算与 AI 模拟仿真探索麒麟电池全生命周期应用场景的设计边界。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，开创性地让多个功能模块共用底部空间，释放了 6% 的能量空间。尺寸之功，见之千里，这一设计使得续航里程再攀高峰。同时，能满足底部球击等国标电池安全测试要求。
宁德时代将系统工程思维贯彻从材料、电芯到系统结构的研发全链条。通过三大技术革新，麒麟电池可将三元电池系统能量密度提升至 255Wh/kg，磷酸铁锂电池系统能量密度提升至 160Wh/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 4680 系统可以提升 13%，实现了续航、快充、安全、寿命、效率、以及低温性能的全面提升。
可以说宁德时代第一代 CTP 技术给出了动力电池发展新的思路和方向。第二代 CTP 技术就是将这个技术开始逐步规模化真正应用到具体车型上进行发展。第三代 CTP 技术麒麟电池不仅进一步增加动力电池续航里程，更加强了动力电池整体的安全性能和寿命。
麒麟电池 VS 4680
在如今中美科技战打得正热的时候，新能源领域自然也不能落下。细心的朋友可能发现了，特斯拉前脚才公布要将 4680 电池大规模量产装车的消息，宁德时代后脚就推出了自家第三代 CTP 技术 —— 麒麟电池，如下图所示，麒麟电池包的性能直接把特斯拉刚刚推出的 4680 电池包圆了，力压 4680 一头。都是作为下一代的动力电池，谁能在未来的动力电池市场中独领风骚呢？
结构差异
其实与其说是特斯拉的 4680 电池与宁德时代的麒麟电池之争，倒不如说是圆柱形电池和方形电池之争。特斯拉采用圆形电芯，宁德时代则采用方形。大自然告诉我们，方形排列永远都比圆形排列，空间利用率要更高效！方形结构的无论是排列的效率，还是热管理的设计，都比圆柱排列要更高效。更简洁，空间利用率，和质量利用率更简单，更科学！所以麒麟电池的电池包的体积利用率已经突破了 72%，比 4680 电池的 63% 高出 9%，刷新了行业纪录，成为全球最高集成度的电池。
特斯拉从 18650，到 2170，到 4680，都是圆柱电芯，但是除了自己在用，市场上其他车企响应者寥寥无几，中国车企更是方形电芯的主要拥趸。目前引领智能电动汽车行业的新势力头部 —— 蔚小理，以及新能源自主品牌领军者 —— 欧拉、埃安等等也全都是方形电芯。从国际数据方面来看，2020 年，方形电池占比超过 50%，软包电池在全球电动车市场占比 27.8%。那么为什么特斯拉一直做圆柱电池而不转型方形呢？很简单，因为成本太大，特斯拉只有圆柱电池技术积累。搞方形电池，各种成本太高。特斯拉在圆柱电池上有着丰富的应用经验，凭借全球超高的销量和市场占比，特斯拉的选择具有规模效应、具备成本优势，目前一部分车企、电池企业目前愿意跟随。所以可以在圆柱电池的路上越走越远。事实上现在的特斯拉，已经应用了宁德时代大量的方形电池，而且占比越来越大，
能量密度
此次宁德时代发布的 CTP3.0 技术，没有在电芯层面有过多的解读，只是从电池包层面给了整体的介绍。磷酸铁锂电池包的能量密度是 160Wh/kg。三元电池包的能量密度更是是达到 255Wh/kg，如此高的能量密度，实现 1000 公里续航，自然是没有什么问题的！而 4680 电池包（三元锂电池）的能量密度只有 217Wh/kg。毕竟圆柱电池的集成效率大约只有 64%，方形电池的集成效率可以达到 83%。所以如果和 4680 用同样或者接近的正负极材料的情况下，系统能量密度自然高于 4680。
4C 快速充电
宁德时代在实现如此高能量密度的时候，还实现了 4C 快充，10 分钟从 10% 充到 80% 电量的技术，比 4680 还快 5 分钟，这确实让人觉得非常惊讶。充电速度非常快，很多人都担心过，如此块的充电技术，大量车同时快充，小区电网，城市电网是否可以承受的住呢？当然不会！前段时间宁德时代发布的钠离子电池似乎是一个解决方案，提前做了布局。钠离子电池相比成本很低，可以作为储能电站的杀手锏技术。
4680 电芯虽然在能量密度、快充性能等方面有一定优势，但是安全性挑战大，生产难度几何级上升。而且，对于车企来说，圆柱电池的成组难度很高，如果不具备圆柱电池的成组技术，其成本优势很难发挥。
散热方式
目前圆柱电芯都采用的是侧面冷却。圆柱电芯一般是轴向热传导最快，侧面散热最慢。4680 大电芯，这一特点更加明显。800V 高压充电下，电芯短时间会积累大量的热，侧面散热速度较慢，长此以往，会对电芯寿命产生较大影响。麒麟电池采用全球首创的电芯大面冷却技术，将电芯控温时间缩短至原来的一半。
小结
安全问题是电池不断创新首先要考虑解决的。最近几个月，发生了多起电车起火等安全事故。这无疑会增加消费者的担忧。而这款麒麟电池会大大减少电池热失控的风险，提高电池安全。因为麒麟电池在两块临近的电芯的中间添加了水冷板，在起到结构支撑的作用的同时增加了散热面积，导致相邻的两块电芯之间的热传导得以降低，减少了单个电芯高温引发整体动力电池失火的风险，打消了消费者担心电动车的自燃痛点。续航里程已经达到消费者心理预期，能量密度不再是核心痛点。安全才是消费者最关心的问题。这是一个需要不断改进和创新来解决的问题。
目前大规模商用的电化学体系依旧，结构创新和材料微创新是主流。在全球的电池企业中，宁德时代拥有最多的电芯工程师和技术资源。不断推陈出新。在电池包结构简化则开辟了一条创新路径，引领电池市场进步。
