該輪到中國動力電池被國外追趕了

在中國新能源行業(yè)崛起的過程中，技術一直是最重要的賽場。

6月23日，寧德時代正式以一段不滿4分鐘的視頻發(fā)布了其第三代CTP技術。官方將這種技術命名為“麒麟電池”。雖然視頻本身非常簡短，而且充滿了各種動力電池技術名詞，但“麒麟電池”的出現(xiàn)再次證明了一個事實——中國動力電池企業(yè)的技術實力已經(jīng)站穩(wěn)全球第一梯隊，不僅在生產(chǎn)規(guī)模上，就連技術上也已經(jīng)開始超越日韓前輩。

寧德時代官方就在視頻中將“麒麟電池”與之前動力電池領域的“國外標桿”4680進行了對比，從電池關鍵的5大性能(能量密度、快充性能、導熱效率、系統(tǒng)集成效率、安全性)來看，“麒麟電池”高了不是一點半點。

究竟應該如何理解寧德時代這次的技術創(chuàng)新?這次創(chuàng)新又折射出中國新能源汽車行業(yè)怎樣的發(fā)展狀態(tài)?

中國鋰電池從來不跟風，而是要直接掰手腕

回顧全球鋰電池技術的發(fā)展，中國一直是“后來者”。目前全球動力龍頭之一的松下從1970年(至今已超50年)就已經(jīng)開始生產(chǎn)鋰電池;而寧德時代的起點即便算上消費電子時代，頂多只能追溯到1999年，兩者相差近30年。

“后來者”的劣勢，也逼迫寧德時代從一開始就走上了更“艱難”的發(fā)展路線。

先拿電池外形來說，雖然在普通人看起來只是大小和形狀的不同，但它會顯著地影響到電池的性能表現(xiàn)。日韓系廠商從消費電子時代就牢牢占據(jù)圓柱電池賽道，先天就擁有一致性更好(電池單體差異小)、力學結(jié)構(gòu)強(更安全)、能量密度高(電池單體容易卷繞填滿)等特點。

也正是因為這些優(yōu)點的存在，讓特斯拉在2008年選擇了松下的18650(直徑18毫米、高度65毫米)電池。而特斯拉2年前(最近才開始量產(chǎn))發(fā)布的4680(直徑46毫米，高度80毫米)，基本可以看作18650的全面升級版本，不僅個頭變大了(單個容量變大)，在結(jié)構(gòu)上也實現(xiàn)了一系列創(chuàng)新(無極耳等)。

相比之下，因為圓柱電池賽道“阻礙”重重的中國動力電池企業(yè)，包括寧德時代，走上了大體積方形電池的發(fā)展路線。這種電池雖然看起來是方形的，但內(nèi)部實際上仍然是一個卷繞起來的結(jié)構(gòu)，不可避免地導致一致性挑戰(zhàn)大(已被高度自動化的機械生產(chǎn)方式解決)、能量密度稍低(內(nèi)部邊角體積不一定全部被利用)。

我們上面對比的對象都是單個電池的情況，當?shù)搅?ldquo;把電池裝進車里”這個環(huán)節(jié)，方形電池和圓柱電池的優(yōu)劣勢就完全轉(zhuǎn)換了過來。

圓柱形電池無論怎么“拼”，電池與電池中間都會有大量的間隙，為了幫助電池散熱，散熱的管道還必須彎曲成貼合電池的連續(xù)曲面(如特斯拉電池結(jié)構(gòu)圖)，反過來導致了電池包(就是把電池全部裝在一起形成一個大盒子，再裝到車上)的設計非常復雜，系統(tǒng)的能量密度進一步折損。

而當輪到方形電池，拼就顯得太簡單了，因為所有面都是平面，電池與電池之間也不存在不規(guī)則的間隙，散熱的管道也能夠完全按照直線布置，讓電池包內(nèi)的空間利用變得更高效，從而抵消了電池包環(huán)節(jié)的先天劣勢。

而這次“麒麟電池”所代表的CTP(Cell to Pack)技術，說白了就是對“方形電池裝到電池包”這一大環(huán)節(jié)的進一步優(yōu)化。

傳統(tǒng)的電池在裝進電池包之前，還會先組合成模組。模組中除了電池還會有控制、導電連接、塑料框架、冷卻裝置等，都會占據(jù)額外的體積。而模組與模組之間還會留有一定的間隙，留給緊固件、橫梁、縱梁等物理結(jié)構(gòu)。去掉模組，意味著對這些多余結(jié)構(gòu)開刀，同樣的體積自然可以塞進更多的電池。

以目前動力電池行業(yè)的實際產(chǎn)品表現(xiàn)來對比，有模組的動力電池體積利用率大概是40%，2019年寧德時代的第一代CTP技術已經(jīng)將體積利用率提升到了55%，而到了這次第三代的“麒麟電池”，寧德時代已經(jīng)將體積利用率提到了驚人的72%。

簡單點說，跟有模組的普通電池比起來，“麒麟電池”在同樣的體積內(nèi)足足可以塞下1.8倍的電池容量，讓最終的車輛續(xù)航里程實現(xiàn)接近80%的增加。

對于早就“臉貼臉”的圓柱電池來說，并不存在“麒麟電池”這樣的升級空間，即便是最“先進”的4680，整體的體積利用率也不過63%。這一根本性的差距，再疊加上寧德時代成熟完善的方形電池產(chǎn)品，最終讓“麒麟電池”可以在同等體積下比4680多塞進13%的電量，在使用三元鋰電池的情況下，系統(tǒng)能量密度可以達到255Wh/kg，幫助純電汽車實現(xiàn)1000公里續(xù)航。

當然，作為一個復雜的汽車子系統(tǒng)，動力電池包也并不只是把過去多余的東西全部去掉，直接把電池“堆”進去就完事了。寧德時代在“麒麟電池”引入了一項名為“多功能彈性夾層”的技術，通過單個結(jié)構(gòu)完整解決了電池單元隔熱(隔熱墊)、散熱(水冷系統(tǒng))、結(jié)構(gòu)強度(橫縱梁)的綜合需求，成為提升“麒麟電池”系統(tǒng)能量密度的最大功臣。

從寧德時代公布的視頻中來看，這一裝置是多道、空心、可橫向壓縮變形的金屬結(jié)構(gòu)。不僅將每一層的電池單元間隔開來，同時還相當于為整個電池包增加了數(shù)十道橫向的加強筋，能夠大幅增加側(cè)面碰撞的安全性。

可橫向壓縮變形這一點也大有學問，電池包的電芯在運轉(zhuǎn)的過程中會發(fā)生溫度的變化，其尺寸也會相應變化。過去的做法是空出一個間隔，讓它們互相不碰上，而在“麒麟電池”電池中，寧德時代則是讓整個夾層自己可以伸縮。

其空心的結(jié)構(gòu)中直接流有冷卻液，對每一個電池單元形成“兩面夾擊”，從而獲得遠超過去方形電池“上下夾擊”(接觸面積更小)的散熱效果。因為這份出色的散熱效果，“麒麟電池”還在快充性能上進一步提升，達到了驚人的“4C”(1小時充滿次數(shù)，也就是15分鐘充滿)充電速度，它同時還能在5分鐘內(nèi)完成熱啟動，并且在10分鐘內(nèi)充入80%的電量。

值得特別一提的是，寧德時代已經(jīng)于今年4月對“多功能彈性夾層”裝置申請了發(fā)明專利，顯然是其最新的自研成果。

按照寧德時代官方公布的規(guī)劃，“麒麟電池”將于明年量產(chǎn)，屆時裝備這種電池的全電新能源車不僅容量將有起碼40-50%的提升，同時還能擁有15分鐘快充、更大車內(nèi)空間等一系列優(yōu)勢，極有可能在全球新能源產(chǎn)業(yè)掀起動力電池的新一波變革。

被追趕的，已經(jīng)換成了寧德

最近幾年在不經(jīng)意間，鋰電領域“中國追逐日韓”的態(tài)勢，已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榱?ldquo;日韓追逐中國”。寧德時代在乘用車鋰電池市場中的長足發(fā)展就是最好的例子。

截至2021年，寧德時代已經(jīng)連續(xù)五年“霸占”全球最大動力電池企業(yè)的寶座。2021年裝機量達到96.7GWh，同比增加了167.5%，全球市場份額也進一步增長，從2020年的24.6%增長到了32.6%。

多增長的8%市場份額，主要來自日韓“老二”、“老三”的LG和松下。2020年，寧德時代和LG化學對特斯拉上海工廠的供貨比為2:8，這個數(shù)字到了2021年，直接“倒”過來變成了7:3。特斯拉的這一“倒戈”行為，顯然是寧德時代綜合競爭力的最好體現(xiàn)。

在已經(jīng)站穩(wěn)全球、國內(nèi)動力電池市場占有寶座的前提下，寧德時代其實還在進行著自己的擴張計劃，只不過下一步的目標直接跳到了歐洲。

寧德時代在德國圖靈根州的第一座海外工廠，在今年4月已經(jīng)獲得了當?shù)卣l(fā)放的生產(chǎn)許可證。這座工廠生產(chǎn)的動力電池，大概率將供應給德國境內(nèi)三家全球車企龍頭：奔馳、寶馬、大眾。

通過與更多國際車企的深度合作，寧德時代必然也將從國內(nèi)新能源汽車市場走向全球新能源汽車市場，迎來更高速的發(fā)展。