智駕網 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廠共創(chuàng)共研模式的一次成功嘗試,而這一技術突破是在電動汽車解決了續(xù)航里程不足之后,正迎來補足補能系統(tǒng)不足的新階段,電動汽車全場景應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)團隊,以遠超行業(yè)內電池研發(fā)團隊20倍的規(guī)模深耕基礎化學體系和結構體系。


▲理想動力電池高級總監(jiān)柳志民(左)與寧德時代國內乘用車事業(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的突破是實打實的突破:一秒充一公里,12分鐘充500公里。


是今天全球市場當之無愧的充電速度最快的純電動汽車。


在遠距離出行,包括在高速公路服務區(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備,實現500公里的表現),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)內還沒有完整的超充電池的技術路線。


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


不過,寧德時代研究4C級以及的超級快充技術始于2017年,在時間上早于理想汽車的立項,但是當時技術成熟度不夠,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突破


柳志民說:“在開發(fā)過程中,我們做過很多深入的技術研討,包括對于化學體系、對于電芯的結構方案,最終落定到麒麟方案,率先開啟麒麟架構應用?!?/p>


不過,即便確立了麒麟架構,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,還做到量產車中充電速度全球第一的呢?


主要在兩個層面實現了突破:


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,負極用石墨,鎖定了關鍵指標的快充、密度、壽命、安全的黃金平衡點,我們通過化學體系,正極、負極、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,現在分成兩層,上層可以把它的孔隙率做高一點,有利于擴散,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,讓它不會在過大地損失里程的情況下實現快充。


第二,整個麒麟結構層次方面,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,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阻做到0.3mΩ以下。


第一代麒麟電池的電芯內阻做到了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,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。”


在經歷了100+輪驗證,數以萬計的測試電芯,最終通過正極材料及其界面的優(yōu)化、低粘高導電解液、電芯機械件結構高載流設計等一系列舉措最終才達成目標,實現了電芯內阻做到0.3mΩ以下。


不過技術實現了突破,不意味著可以實現穩(wěn)定量產。


麒麟電池不同于以往以獨立模組構成的電池包,電芯的排布使電池內部牽一發(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。


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


麒麟電池的生產基地是寧德時代蕉城時代工廠,在生產過程中使用了全球動力電池產業(yè)第一臺能適應6微米銅箔的高速卷繞機,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上實現5C峰值快充的純電車型,實現了充電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.

寧德時代的產品布局正涵蓋寬溫域、全地域


高煥介紹:“事后我們做項目復盤的時候發(fā)現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,比如整車機械結構,側柱碰、底部球擊、離地間隙、乘員空間等,雙方會基于整體結構來不斷磨合。


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果來決定。


而對于麒麟5C電池,理想汽車將在一段時間內,成為唯的一采購方,這意味著其在一段時間內可以向市場持續(xù)供應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)到后期快量產的時候,柳博團隊和理想團隊交給我一個任務:’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,寧德時代的超級產線已經實現了一秒鐘一個電芯,產能足夠。


第二,這么快的速度下如何保證質量和安全?我們在極限制造過程中有6800多個質量安全控制點以及10000多項的追溯數據,確保我們的產品在缺陷率方面達到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先了三個數量級,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)了超級產線,用于滿足整個MEGA全生命周期的按時、按質、按量的交付。


這種向主機廠定制開發(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于整車的差異化需求的,我們根據麒麟電池的超級性能分成不同的矩陣?!?/p>


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,兩三秒鐘可以放完一度電,達到了兆瓦級別的放電。


“后續(xù)麒麟電池還會根據主機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,最終目標是做到精準化服務。”


在產品層級,當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,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)航是當前最亮眼的三項超級性能。高煥表示,后續(xù)會根據用戶的需求去補充和完善麒麟的矩陣。


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


神行品牌目前旗下面也有四個產品矩陣。


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


第二種,神行電池根據細分市場的需求,做到長壽命、緩衰減,質保達到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體系的副反應會越多,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寬溫域、全地域,無論冬天、夏天,還是熱帶、極寒之地都能夠實現超快速的補能。


03.

通過大數據和高投入提升對動力電池的認知


但當下,在歐美正涌現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,搭載的車輛已經達到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)勢的電池在途運行的大數據。”


“這個大數據可以反饋給我們,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)化設計,去補充一些缺失的地方,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知。


高煥特別提到,目前整個行業(yè)(對動力電池)遠遠沒有達到認知飽和的狀態(tài),大家在不斷地成長中,認知怎么提升?就是通過大數據、高強度的研發(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;現在開始解決補能的問題,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)層面構建超級快充的生態(tài),所以我們歡迎大家關注這個方向。


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


這是智駕網從技術層面聽到的對汽車全面電動化路線搖擺最直接的回應。

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