智駕網(wǎng) 2024-03-13 03:50
12分鐘充電500公里的5C麒麟電池是怎么煉成的?
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這是寧德時代和主機(jī)廠共創(chuàng)共研模式的一次成功嘗試,而這一技術(shù)突破是在電動汽車解決了續(xù)航里程不足之后,正迎來補(bǔ)足補(bǔ)能系統(tǒng)不足的新階段,電動汽車全場景應(yīng)用的歷史時刻正迎來臨界點。

3月1日下午,在上海世博中心,李想公布理想MEGA的售價后,頭發(fā)白了的柳志民博士和頭發(fā)掉光了的高煥握手,擁抱,二人熱淚盈眶。


柳志民是理想動力電池高級總監(jiān),高煥是寧德時代國內(nèi)乘用車事業(yè)部CTO ,二人在三年前攜手組建了一支上千人的研發(fā)團(tuán)隊,以遠(yuǎn)超行業(yè)內(nèi)電池研發(fā)團(tuán)隊20倍的規(guī)模深耕基礎(chǔ)化學(xué)體系和結(jié)構(gòu)體系。


▲理想動力電池高級總監(jiān)柳志民(左)與寧德時代國內(nèi)乘用車事業(yè)部CTO高煥


自理想MEGA上市以來,這款車雖然在定價和設(shè)計上引發(fā)了巨大的爭議,但在充電效率方面,MEGA的突破是實打?qū)嵉耐黄疲阂幻氤湟还铮?2分鐘充500公里。


是今天全球市場當(dāng)之無愧的充電速度最快的純電動汽車。


在遠(yuǎn)距離出行,包括在高速公路服務(wù)區(qū),充滿500公里,基本上是吸一根煙和去一趟洗手間的時間。


MEGA的電池來自寧德時代的麒麟電池,能量密度255Wh/kg,電池容量102.7度,CLTC續(xù)航710公里。



這塊電池的難度在于,既要保證700公里的續(xù)航里程(在冬季做好打七折的準(zhǔn)備,實現(xiàn)500公里的表現(xiàn)),又要做到高密度盡量減重,同時保證高速充電時的安全,是一塊綜合屬性“六邊形戰(zhàn)士”的電池。


麒麟電池是寧德時代在2022年推出的一款基于CTP第三代技術(shù)的動力電池品牌,有超級快充、超高功率、超長續(xù)航三條技術(shù)路線,理想MEGA就是寧德時代和理想汽車在“超級快充”方面的首次合作,同樣應(yīng)用在極氪汽車上的麒麟電池走的則是超長續(xù)航這一技術(shù)路線。


雖然自理想發(fā)布的第一款車就確立了和寧德時代的合作關(guān)系,但理想汽車在2018年開始決定研發(fā)超充電池的解決方案時,業(yè)內(nèi)還沒有完整的超充電池的技術(shù)路線。


柳志民回憶,當(dāng)時找了國內(nèi)外很多的電池公司一起做聯(lián)合開發(fā)的概念技術(shù)方案,包括做一些先進(jìn)的技術(shù)研討,這里面也歷經(jīng)了兩年時間。


不過,寧德時代研究4C級以及的超級快充技術(shù)始于2017年,在時間上早于理想汽車的立項,但是當(dāng)時技術(shù)成熟度不夠,做到快充就要犧牲電池的能量密度,比如本來續(xù)航400公里,為了實現(xiàn)快充的能力犧牲能量密度,變成200多公里,顧此失彼。


直到麒麟電池研發(fā)成功。


01.

5C麒麟電池核心的技術(shù)突破


柳志民說:“在開發(fā)過程中,我們做過很多深入的技術(shù)研討,包括對于化學(xué)體系、對于電芯的結(jié)構(gòu)方案,最終落定到麒麟方案,率先開啟麒麟架構(gòu)應(yīng)用?!?/p>


不過,即便確立了麒麟架構(gòu),在動力電池發(fā)展的特定階段,理想汽車的不少要求是相互沖突的。


高煥說:“理想MEGA這么大一輛車,百公里電耗15.9Kwh,所以這個電池很大,需要100多度電,實現(xiàn)5C超級快充的同時,還要保證700公里以上的續(xù)航,這其實有很大的挑戰(zhàn)。我們是怎么做到二者兼顧,還做到量產(chǎn)車中充電速度全球第一的呢?


主要在兩個層面實現(xiàn)了突破:


第一,電芯層面,首先放棄了高鎳和磷酸鐵鋰體系,確定正極用中鎳高電壓,負(fù)極用石墨,鎖定了關(guān)鍵指標(biāo)的快充、密度、壽命、安全的黃金平衡點,我們通過化學(xué)體系,正極、負(fù)極、隔膜、電解液等等優(yōu)化,比如在電芯極片的物理梯度上做了優(yōu)化,以前極片是一層,現(xiàn)在分成兩層,上層可以把它的孔隙率做高一點,有利于擴(kuò)散,下一層做高壓實,保證它的能量密度,這樣既保證了快充,又保證它的能量密度,讓它不會在過大地?fù)p失里程的情況下實現(xiàn)快充。


第二,整個麒麟結(jié)構(gòu)層次方面,如果按照以前傳統(tǒng)的Pack,電芯到模組、模組再到Pack的層次,集成效率太低,容納的電量也很限,所以后來通過寧德時代CTP3.0的架構(gòu),采用雙大面水冷板,既保證了它的散熱面積,又提升了整個電池包的集成效率,從兩個方向上保證了5C的超級快充的同時,保證了相對長的續(xù)航。


那么為什么花了三年時間呢?


高煥解釋說,最難的是將麒麟電池的電芯內(nèi)阻做到0.3mΩ以下。


第一代麒麟電池的電芯內(nèi)阻做到了0.4+mΩ,但這種情況下,充電和放電時溫度還是太高,對電芯的壽命、可靠性、安全都有一定的挑戰(zhàn),如果大規(guī)模量產(chǎn),大家不是很放心。


“這點我和柳博開了好多次會,最后堅定了這個方向,突破0.3mΩ以下的目標(biāo)。”


在經(jīng)歷了100+輪驗證,數(shù)以萬計的測試電芯,最終通過正極材料及其界面的優(yōu)化、低粘高導(dǎo)電解液、電芯機(jī)械件結(jié)構(gòu)高載流設(shè)計等一系列舉措最終才達(dá)成目標(biāo),實現(xiàn)了電芯內(nèi)阻做到0.3mΩ以下。


不過技術(shù)實現(xiàn)了突破,不意味著可以實現(xiàn)穩(wěn)定量產(chǎn)。


麒麟電池不同于以往以獨立模組構(gòu)成的電池包,電芯的排布使電池內(nèi)部牽一發(fā)而動全身,需要每顆電芯的制造都有著極高的一致性。電芯制造過程的“一致性”,需要將成千上萬顆電芯的尺寸誤差,控制在極小的范圍內(nèi)。


作為核心原始材料,6微米的銅箔在高速運(yùn)行下容易下榻,若平行度、張力控制不當(dāng)極易產(chǎn)生褶皺或翻折,導(dǎo)致整卷4000米的銅箔報廢。


麒麟電池的生產(chǎn)基地是寧德時代蕉城時代工廠,在生產(chǎn)過程中使用了全球動力電池產(chǎn)業(yè)第一臺能適應(yīng)6微米銅箔的高速卷繞機(jī),將涂滿活性材料的6微米銅箔與絕緣膜卷繞在一起,組成電池中最核心的部分—電芯。



理想MEGA最終成為世界上第一款在寧德時代麒麟電池的基礎(chǔ)上實現(xiàn)5C峰值快充的純電車型,實現(xiàn)了充電12分鐘續(xù)航500公里,在超充序列下能夠保證700公里以上的續(xù)航。


理想MEGA上搭載的麒麟電池刷新了全球純電動車的兩項第一,功率第一,充電速度第一。


02.

寧德時代的產(chǎn)品布局正涵蓋寬溫域、全地域


高煥介紹:“事后我們做項目復(fù)盤的時候發(fā)現(xiàn)整個項目周期一共投入超過了1000人的人力,寧德時代投入了七八百人,理想汽車投入了二三百人,對比普通的電池開發(fā)項目,是5-8倍的投入。三年的研發(fā)周期也是正常項目周期至少兩倍的時間,一般一個電池的開發(fā)周期大概是一年半左右?!?/p>


與理想汽車的這一次合作,寧德時代稱之為開創(chuàng)了與客戶“共創(chuàng)共研模式”,雙方的合作不僅在電池上,而是整車級需求協(xié)調(diào),比如整車機(jī)械結(jié)構(gòu),側(cè)柱碰、底部球擊、離地間隙、乘員空間等,雙方會基于整體結(jié)構(gòu)來不斷磨合。


甚至寧德時代與理想汽車共建了決策模型,對于合作過程中的種種方案,雙方最終會按照模型的結(jié)果來決定。


而對于麒麟5C電池,理想汽車將在一段時間內(nèi),成為唯的一采購方,這意味著其在一段時間內(nèi)可以向市場持續(xù)供應(yīng)充電效率最高的純電動車型,形成競爭優(yōu)勢。


高煥表示,“在研發(fā)到后期快量產(chǎn)的時候,柳博團(tuán)隊和理想團(tuán)隊交給我一個任務(wù):’上市即交付、交付即上量’?!?/p>


他說,這需要解決兩個問題,一個是生產(chǎn)速度,一個是在保證速度的前提下,保障安全。


寧德時代的極限制造能力,代表著在當(dāng)今全球鋰電行業(yè)最高的制造水平::


第一,寧德時代的超級產(chǎn)線已經(jīng)實現(xiàn)了一秒鐘一個電芯,產(chǎn)能足夠。


第二,這么快的速度下如何保證質(zhì)量和安全?我們在極限制造過程中有6800多個質(zhì)量安全控制點以及10000多項的追溯數(shù)據(jù),確保我們的產(chǎn)品在缺陷率方面達(dá)到PPB的級別,也就是十億分之一,這比行業(yè)的PPM級別,也就是百萬分之一的水平再領(lǐng)先了三個數(shù)量級,讓大家能夠安心無憂地駕駛理想MEGA。


第三,為理想MEGA麒麟5C電池專門開創(chuàng)了超級產(chǎn)線,用于滿足整個MEGA全生命周期的按時、按質(zhì)、按量的交付。


這種向主機(jī)廠定制開發(fā)電池,正成為寧德時代未來一段時間的商業(yè)模式。


高煥說:“麒麟電池是定制化服務(wù)于整車的差異化需求的,我們根據(jù)麒麟電池的超級性能分成不同的矩陣。”


同樣選擇了麒麟電池的極氪汽車,極氪001推了了1000公里的超長續(xù)航版本,是全球唯一一款大規(guī)模量產(chǎn)的麒麟超長續(xù)航電池車型。


而采用了零百加速2.02秒的極氪的FR版,它的特點是放電能力特別強(qiáng),兩三秒鐘可以放完一度電,達(dá)到了兆瓦級別的放電。


“后續(xù)麒麟電池還會根據(jù)主機(jī)廠對整個車型的超級屬性定位,開發(fā)不同的性能矩陣去滿足他們的需求,最終目標(biāo)是做到精準(zhǔn)化服務(wù)?!?/p>


在產(chǎn)品層級,當(dāng)前寧德時代共有兩個品牌,一個麒麟的品牌矩陣,一個神行的品牌矩陣。


麒麟品牌為整車差異化的需求提供定制化服務(wù),12分鐘充滿500公里的超級快充,2.02秒的零百加速超級功率和1032公里的超級續(xù)航是當(dāng)前最亮眼的三項超級性能。高煥表示,后續(xù)會根據(jù)用戶的需求去補(bǔ)充和完善麒麟的矩陣。


神行品牌則主要追求科技平權(quán),讓所有用戶享受到寧德時代高強(qiáng)度研發(fā)投入產(chǎn)生的科技紅利。


神行品牌目前旗下面也有四個產(chǎn)品矩陣。


第一種,神行電池也有超級快充可以做到4C,10分鐘400公里,這些電池產(chǎn)品已在奇瑞星途星紀(jì)元、極氪001上陸續(xù)量產(chǎn)裝載。


第二種,神行電池根據(jù)細(xì)分市場的需求,做到長壽命、緩衰減,質(zhì)保達(dá)到8年80萬公里的水平,整個生命周期可以行駛80萬公里,同時具備2C到3C的充電能力。


第三種,對于出口北歐和銷售到東北的車型,由于面對低溫環(huán)境,在低溫下的充電速度和里程衰減比較多,寧德時代針對性地開發(fā)了神行低溫版,大幅度地提升在冬季的充電性能和功率性能、續(xù)航里程等等。


第四種,中國作為全球最大的汽車出口國家,很多車企會出口到中東、東南亞、南美這些國家,這些國家氣候溫度比較高,10度以下的氣溫非常少,針對這些場景,寧德時代開發(fā)出了神行高溫版的電池,由于溫度越高電化學(xué)體系的副反應(yīng)會越多,衰減就會快,高溫版神行電池克服了這些困難。


可以說,寧德時代的動力電池正在實現(xiàn)寬溫域、全地域,無論冬天、夏天,還是熱帶、極寒之地都能夠?qū)崿F(xiàn)超快速的補(bǔ)能。


03.

通過大數(shù)據(jù)和高投入提升對動力電池的認(rèn)知


但當(dāng)下,在歐美正涌現(xiàn)一股放緩全面電動化的思潮,以及不少媒體再次有意釋放全面電動化的技術(shù)路線存疑的煙霧。


對于寧德時代如何看待汽車的動力模式呢?


高煥說:“今天寧德時代的動力電池市場占有率已連續(xù)七年全球第一,搭載的車輛已經(jīng)達(dá)到1167萬輛,創(chuàng)造了動力電池行業(yè)之最。


“那么1167萬輛代表著什么?代表著我們擁有這個行業(yè)絕對優(yōu)勢的電池在途運(yùn)行的大數(shù)據(jù)?!?/p>


“這個大數(shù)據(jù)可以反饋給我們,告訴我們電池在什么情況下有什么樣的需求、什么樣的問題,通過整個算法的閉環(huán),我們可以更好地優(yōu)化設(shè)計,去補(bǔ)充一些缺失的地方,這在整個行業(yè)獨一無二的?!?/p>


“同時寧德時代多年來一直在持續(xù)投入研發(fā),每年研發(fā)投入約占營業(yè)額的5-7%,2023年前三季度研發(fā)投入近150億元。


“研發(fā)投入主要涉及兩個方面:


第一,進(jìn)行大規(guī)模的試驗、驗證、開發(fā),


第二,通過大投入提升對動力電池的認(rèn)知。


高煥特別提到,目前整個行業(yè)(對動力電池)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到認(rèn)知飽和的狀態(tài),大家在不斷地成長中,認(rèn)知怎么提升?就是通過大數(shù)據(jù)、高強(qiáng)度的研發(fā),這是整個戰(zhàn)略的方向。


他說:“整體而言,以前行業(yè)首先解決的是里程問題,續(xù)航從100公里到200公里,再到500公里,甚至1000公里;現(xiàn)在開始解決補(bǔ)能的問題,再往后面走我覺得就是解決全場景、全氣候的問題,真正做到和油車一樣。


“我們期望從行業(yè)層面構(gòu)建超級快充的生態(tài),所以我們歡迎大家關(guān)注這個方向。


“那么我們最終的目標(biāo)是什么?就是推動電動汽車、新能源汽車全面地替代燃油車?!?/p>


這是智駕網(wǎng)從技術(shù)層面聽到的對汽車全面電動化路線搖擺最直接的回應(yīng)。

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