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宁德时代CTP3.0麒麟电池技术解析


1. 麒麟电池简介

首席科学家吴凯:麒麟电池不将水冷板放在底部,而是插入电芯间,水冷效果极大加强,好处为:1)大幅提高安全性,水冷板附加隔热作用,可实现无热扩散;2)提升快充性能,电芯双面水冷,4C充电产品23年亮相;3)提升循环寿命,电芯加紧后寿命会短一半,也就是放松一点的话,循环寿命能长一倍,水冷板附加缓冲作用;4)提高比能量:水冷、隔热、缓冲功能三合一,空间得到大幅节省,磷酸铁锂可达160Wh/kg、290Wh/L,三元高镍可达到250Wh/kg,450Wh/L,比4680多装13%的电量。

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图表:麒麟电池官方展示图
来源:宁德时代官网

2. 麒麟电池创新点

水冷板代替电池包横纵梁,叠加双层冷却通道设计,同时具备支撑、水冷、隔热、缓冲四大功能。此外电芯采取双排背对背方式侧立排布,因此可放入更多电芯,更有利于快充技术,同时安全性、体积利用率大幅提升。


3. 麒麟电池技术详解

3.1. 麒麟电池包
根据宁德时代专利“箱体结构,电池及用电装置”,授权公开号:CN216648494U,我们可发现麒麟电池包的结构细节,其主要创新如下:

1. 方壳电芯采取背对背侧立方式排布于箱体内,而非原本直立方式,可放入更多单体电芯,更有利于快充,提高体积利用率;

2. 冷却板替代横纵梁,使支撑、冷却、隔热、缓冲功能四合一,有效提升空间利用率。新冷却板以加强体的方式插入电池排间,同时连接上盖和下箱体,起到传统横纵梁支撑保护作用;两排电芯共享一个冷却通道,相比一排电芯使用一个水冷板,减少冷却板数量,降低BOM成本,有轻量化的效果,更有利于快充时散热;立式冷却板打造横向相对隔离空间,纵向电芯间有膨胀补偿片+绝热气凝胶,有效隔热实现“零热失控”;冷却板采用内外两层冷却通道,可吸收电池充放电及老化时产生的膨胀,减少电池单体挤压,提升电池循环寿命;此外新水冷板转移至箱体内部,可避免因碰撞易出现破损而导致漏液风险。

3. 下箱体有定位/限位槽,用于冷却板的安装及电芯组的固定,该设计可提高电芯组安装稳定性,避免相互碰撞损坏,但仍需导热结构胶保证强度及优化散热。



图表:麒麟电池专利图
来源:宁德时代专利 注:127/128分别为冷却板进水口/出水口

3.2. 麒麟冷却板
根据宁德时代专利“水冷板组件、水冷系统、电池及其箱体以及用电装置”,申请公布号:CN114497826A,我们可发现麒麟冷却板结构细节,其主要创新如下:
水冷板具有内外两层冷却通道,采用口琴管方式,其中外层和内层冷却通道中的一者为液冷通道,另一者为非液冷通道(如外层液冷,内层风冷),非液冷通道由于不填充冷却液,通道壁可以适当朝内变形,吸收电池单体膨胀,避免电池单体挤压损坏。

图表:麒麟冷却板专利图

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来源:宁德时代专利

4. 宁德CTP技术迭代

第一代CTP到最新的第三代麒麟电池,电池包体积利用率从55%提升至67%。

CTP1.0:去掉模组的侧板,转而用绑带来替代,代表车型北汽EU5。
CTP2.0:再去掉模组的两个端板,利用箱体上的纵横梁来代替端板,代表车型蔚来75度。
CTP3.0:进一步去掉箱体上的纵横梁,利用两个电芯之间的夹板和电芯本体来实现结构上的需求。

表:宁德三代CTP性能差别
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5. 宁德CTP3.0 VS 特斯拉CTC

麒麟电池水冷板放置与特斯拉4680电池类似,都是在电芯间夹水冷板,但特斯拉水冷板无需起支撑作用。大圆柱间散热空间更大,上方还有额外一层水冷板,因此特斯拉CTC散热效果好于麒麟电池,叠加全极耳设计,非常利于快充设计,但空间利用率肯定要低于麒麟电池

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来源:特斯拉Cyber Rodeo活动

表  宁德麒麟电池与大圆柱ctc、比亚迪ctb对比
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来源:公开资料

6. 宁德CTP3.0 VS 比亚迪CTB

比亚迪CTB采用上层直冷板设计,且电芯间无冷却设计,因此其冷却效果劣于麒麟电池,不利于电池快充时散热。比亚迪CTB仍保留提供强度/刚度的横向钢梁,结构强度好于麒麟电池,但体积利用率更低。

图表:比亚迪CTB展示图

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来源:比亚迪发布会

7. 麒麟电池VS上汽魔方电池

魔方电池是上汽和宁德合作产品,麒麟电池和魔方电池相似度较高,均采用立式冷却结构,但魔方电池采取双电芯躺式布局而非麒麟的侧立布局,上下电芯间没有膨胀补偿片+绝热气凝胶的隔离层,无法做到真正无热扩散,因此麒麟电池控制热扩散效果更好。魔方电池垂直方向厚度更薄,但其体积利用率低于麒麟电池。

图表:魔方电池内部结构图

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来源:MG MULAN发布会

8. 结论

1)结构进一步创新,公司认为可进一步竞争力,23年有望放量:麒麟电池的水冷板替代电池包横纵梁,叠加双层冷却通道设计,同时具备支撑、水冷、隔热、缓冲四大功能。此外电芯采取双排背对背方式侧立排布,因此可放入更多电芯,整体安全性、快充性能、循环寿命及比能量得到较好提升。麒麟电池是公司在现有的方形电池技术路线下,通过结构创新,进一步提升电池性能重要方式,铁锂+麒麟电池可与刀片电池竞争,高镍三元+麒麟电池可与4680竞争。公司此前表示,将在2023年量产符合无热扩散要求、续航里程可达1000km的麒麟电池

2)麒麟电池对电芯结构要求提升、对水冷板需求增加:由于成组极简化,对电芯本身安全性要求提高,对结构件的安全件(如防爆阀)等需求增加,因此电芯结构件价值小幅提升,供应商包括龙头科达利。同时由于水冷板替代电池包横纵梁,因此对水冷板需求增加,相关供应商包括科创能源、银邦股份、飞荣达等。

3)麒麟电池有利于加速4C超级快充的迭代:可拉动快充锂电材料需求,如高镍单晶正极(容百科技)、快充负极(璞泰来、杉杉股份)、电解液添加剂Lifsi(天赐材料)、导电剂(天奈科技)等。

章来源:东吴电新



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