12分钟充500公里：揭秘理想宁德如何造出这块最速电池？

  但我们发现关于理想MEGA的由来很多人没有讲到，其实故事来自于理想汽车创始人李想——

  几年前，李想本人开着一辆知名豪华品牌的商务MPV带着一家人去阿那亚度假，路上他一边开一边骂，功能和体验都太差了，于是回到公司后召集了一些高管说，我们能不能做一辆MPV。

  不过当时的“配套”并不满足理想对于这辆MPV的要求，比如把一个1.5T的发动机增程器怼进前机舱之后，加上连杆悬架后发现它太宽了，已超越两米，然后也严重侵占了座舱空间，最后导致“得房率”不行，于是研究一段时间后作罢，计划暂时搁置。

  后来纯电平台上来之后，缩小的电机满足了这样的设计的基本要求。于是，MPV的想法卷土重来——最重要的是，他们不是为了造一辆MPV而造MPV，而是因为电机的特性满足了他们对于MPV最重要的特性——空间得房率的要求，于是决定再次试试重新打造一辆舒适、安静、大空间旗舰的MPV。

  这是理想打造很多产品的逻辑原则——它不应该是为了造某种形态产品而造某种汽车类别，而是技术应该在最能体现它作用的场景里、形态上发挥作用。

  电机天然的缩小了汽车工程机械层面的“公区”空间，放大了座舱的使用面积。在极其强调空间的MPV上，有天然的优势。

  理想MEGA带来的不光是大空间，还有麒麟5C超快充电池——他们都以为如果补能问题不得到解决，那么长途旅行一定谈不上舒适。

  可以说，没有电池和快充技术的突破，就不会有理想MEGA这样的产品，也不会有所谓的纯电平台和战略。

  在首批理想MEGA的品鉴会上，我们正真看到了这辆“公路高铁”MEGA，除去外形设计和内装豪华舒适上的震撼外，我们也非常关心这辆车的一系列技术突破。我们和理想汽车动力电池高级总监柳志民博士，宁德时代国内乘用车事业部CTO高焕聊了聊这块麒麟5C超快充电池的技术溯源和诞生。第一次造这么大电动车的理想，怎么就做出了这块12分钟充500公里的最速电池？

  理想一开始要做纯电车的时候，就锚定了一个补能的关键指标：12分钟500公里。

  而理想超充电池的开发，最早可以追溯到2018年。2018年理想ONE发布后，内部就已经启动了超充相关的研发技术工作。不过由于当时没有技术基础，理想从0开始摸索，经过大半年时间的摸索后，2019年理想锁定了800V的平台。

  800V的平台，对于同样的电轴密度，同样的电流，能轻松实现充电功率增长一倍，这被理想认为是一个基础性能指标。

  柳志民回忆称，对当时的电池体系做综合研究后——包括现在采用的方形铝壳，会有圆柱，以及刀片电池方案，最终选择了方形铝壳电池。而放弃刀片和圆柱电池，还在于这两个电池外形物理方面限制了电池充电的峰值备率——“目前看只能做到3C的性能”。

  但真正可以在一定程度上完成理想给出的综合指标，包括超充倍率性能、大单量需求和安全性的设计等要求的供应商少之又少。

  其中，韩国三星也很看重理想MEGA的项目，派出了一个庞大的专家团队，但历时几个月后，做出的样品的综合指标还是差了一些。

  2020年，理想决定锁定宁德时代做联合开发——因为当时只有宁德时代能够做出接近综合指标的样品。

  2021年，理想明确了基本的电池架构，就是在麒麟电池的架构上开发5C充电倍率的技术产品。

  大家熟悉的宁德时代开发的麒麟电池，其实是一个架构，本质上定义的是电芯和棱板的一个相对位置关系。比如传统的电芯就是站在棱板上，但麒麟电池的架构设计是，在电芯和电芯之间加入棱板。

  其实可以简单理解，C是用来表示电池充放电时电流的大小数值，也就是形容充放电速度快慢的一个数值。当然，C越大速度越快。理论上，充放电倍率则是充放电电流/额定容量得出的数据，所以1C基本上就是一小时充满，2C就是半小时充满——当然这里指的是峰值倍率。

  理想和宁德时代就基于这样的基础技术架构，设定了几个核心开发内容：第一个是联合开发能够支持5C倍率的电芯，速度意味着温度的急剧上升以及热失控，所以同时联合开发5C的热管理系统，最后就是联合开发5C电池的安全管理架构。

  行业里通常开发电池的团队大概在几十人左右。而历经三年时间，宁德时代和理想的联合开发团队急剧扩张到了1000人，其中理想大概有300名左右的研发人员，宁德时代投入了接近700人的开发团队。

  高焕称，技术分解下来，第一是要有最先进的基础化学体系，包括正极材料、负极材料、电解液，这需要大量的材料科研人员。然后，包括电芯的壳体，以及热管理结构的设计，也需要大量的结构工程师、科研人员。第三，在项目协调上，还有一部分人员，理想也在加深对电池的理解，因为只有这样才能够更充分地讨论，更有效、更高效地创新。另外，整个麒麟电池要做出来，从电芯的工艺、设备到Pack的工艺、设备，以及生产的工程师，都是特定的人员。

  柳志民认为，理想在自己产品的开发创新上有一些和大部分的技术路线不同的地方。比如，理想早期开始做“超充电池”，“超充电池”其实从顶层的整车需求向下分解，分解到电池需求，从电池分解到材料工艺等很多程度的分解。

  而宁德时代提出了麒麟架构时，虽然是一个非常有亮点的解决方案，但是真正要搭载上车的话，高焕认为宁德的核心专长在电芯，还有整个Pack制造这一块。但怎么样跟整车配合，尤其是和理想MEGA这样的MPV来配合，比如说在整个车的机械结构上面，侧柱碰、底部球击、离地间隙、乘员空间上，如何来跟MEGA匹配？MEGA的风阻系数也非常好，如何来搭载，才能既保证造型和风阻系数，又不牺牲乘员仓的空间，对电池应该有怎样的外框架要求——这些对宁德时代来讲是很大的挑战，也需要双方不断去磨合。

  在设计之初，首先理想希望获得一个大的峰值倍率，同时是希望峰值倍率可以维持一个较长的时间。

  第一，对于电芯的材料体系和工艺相关、对于充电动力学的优化，让电芯具备这样的能力。第二，控制电池的温度，能够不因为温度限制功率，其核心的逻辑就是要把电芯的内阻降低，同时把系统的散热能力提升。在电芯的内阻上，理想从最初的0.5到0.38、最后到0.3毫欧以内。第三，应用麒麟架构，因为它冷板和电芯的位置关系，能够在极短的时间内大幅散热。

  其实，快充/快放可以简单理解为电池正负极之间的离子的流动速度。而速度快，也代表着内阻低。

  行业内认为，使用高电导的电极材料（碳包覆，改性提高锂扩散系数，减小粒径缩短扩散路径）、使用更多的导电剂、涂布更薄的电极（让传质扩散距离变短）都是典型的功率快充型电池的设计思路。

  柳志民称，首先是负极石墨快充性能的提升，通过缩短石墨颗粒尺寸和多端面技术、超离子环包覆技术、超充体相改性技术来提升充电能力，整个充电性能提升了1.2倍。其次是电解液，理想开发专属的5C电解液，用了独有的三款添加剂，对SEI膜进行调控，形成薄、均匀、致密的界面膜，大幅度降低了界面膜厚度。基于此，我们的充电动力学提升了30%。

  对于隔膜的改善，优化体现在两个方面，提升孔隙率和降低曲折度，这部分优化5C电池整体动力学提升了10%。

  伴随着电芯负极、电解液、隔膜三个方面的核心技术突破，最终实现了电芯峰值倍率提升到5C，实现了峰值电流大于700A的大电流充电能力。

  高焕也认为，虽然材料领域这几年基本没颠覆性的变化。但是在电芯内部，有非常大的迭代。

  前几年，国家的政策和行业内都是倾向于长里程或者说单位体积内的包含的能量，解决人们的里程焦虑。这几年500-800公里的续航，甚至上千公里的车已经屡见不鲜了，焦虑程度有所缓解，但行业内开始追求解决快充的问题。

  虽然从最基础的分子层级来讲，磷酸铁锂和三元锂确实没有多大的变化，但是整个电池作为一个系统，系统内分为正极、负极、隔离膜、电解液。在封装的壳子里面，其实就是一个相对小一点的电芯系统，它们之间要互相配合，这里面发生了一些迭代。

  高焕举例称，比如说麒麟超充电芯的正极，肯定要用到超电子网，包括神行也是一样的。神行主要是磷酸铁锂的材料，导电率比三元锂要更差一点，所以必须要有超电子网的覆盖，锂离子的传导才会更好。第二，材料的结构上面要产生一些变化，要有利于锂离子的脱出和重新的嵌入。第三，材料的尺寸维度也要做一些变化，如果做一个这么大尺寸的话，锂离子从固相扩散，从里面跑到外面来，是很长的路径，这里面的阻抗是很大的，这也是为什么我们要做到0.3以内的内阻。这里其实在正极材料上就发生了很多变化，从内部到尺寸到颗粒上。

  从正极材料上跑出来之后，要经过电解液。宁德时代针对电解液也进行了优化，提升了电导率水平。

  电解液之后，到了负极材料，必须要接纳从正极发射过来的锂离子。那么如何让锂离子快速嵌入到负极材料，负极材料也要做一个很好的快离子环设计，让锂离子能够很快地通过最短路径到石墨里面，不然它就会析出在表面，既损失了容量，又可能会带来一些安全可靠性的问题。

  最终，在理想和宁德时代的联合攻关下，实现了这个上限功率大于520kW，充电到80%功率也能做到大于300kW的麒麟5C超快充电池。

  很大程度上，快充的长时间维持和大电流都可能会导致发热效应的加剧，而麒麟架构本质上也是一套热管理架构。

  麒麟电池冷却结构的示意图，但似乎麒麟5C超快充电池的水路更为密集。 引用自网络

  5C电芯，沿着车身宽度方向，6颗电芯并列为一排，在车身长度方向上，共布置了33排总共198颗电芯。每个电芯的最高工作电压是4.33V，这198颗电芯可以为整车提供最高超过850V的电压水平。在电量方面，按照标准的测试工况，整体电池包总电量是102度电左右，平均每颗电芯大概超过0.5度电。

  控制电芯温度，其实又分为两个层级的问题：一是电芯层架要降低电芯控制发热，二是系统层级要大幅度提高散热能力。而工程上要提升散热能力，最直接的方式是增大换热面。

  所以麒麟架构的散热系统，是在电芯的前后和两侧均匀散热，而非顶部和底部散热，这极大地加大了电芯整体的散热面积。

  冷却液从电池包的前方进入电池的主进口，冷却液进入电池包后，水管会很快拐到电池包一侧，然后从车头方向一路延伸到车尾方向。冷却液经由整个水冷板最后在另一侧的水管中汇流，从主出口这一个位置流出电池包。整个麒麟方案最主要的特点就是电芯与水冷板的布置关系。

  比如液冷从一个方面流入，其实走到流出口时已经发热，某些特定的程度上造成了一半电芯热、一半电芯凉的问题。

  理想在每排电芯布置了小分流阀，让冷却液多跑两趟，其次，水冷板的设计不是单一的空腔，冷却液的流动走S形。冷却液从这一侧流到另一侧之后，先不流出，而是从另一侧流回到这一侧，再流过去。这样做的好处，就可以让水冷板中的初始的冷水和换热后相对热一点的水之间充分混合，保证整块冷板方向上的均匀冷却。

  此外，电芯热失控的第二个特征是喷发出大量高温度高压力气体，压力积攒过多就会将电池撑破。理想针对电池包上盖材料来了防火集成设计，使其不会被高温的气体冲破，然后也在电池组上方设置排气通道，让热气流沿着预设好的轨道行进，并最终在防爆阀的作用下泄压排气。

  从电池结构上的布局上，也给电池包设计了溃缩吸能区、侧边框承载区、横梁及底护板承载区，电池边框采用多腔体截面设计，外侧溃缩吸能区吸收电池侧向碰撞能力，内侧承载区拥有足够的抗弯刚度，将力稳定地传递到横梁和底护板等部件。

  在电池包底部，也通过采用双层结构防护设计，由电芯下面的底板实现电芯的承载及绝缘密封设计；底板下部则放置缓冲材料，用来支撑电池组和缓冲来自下面的冲击；最下层采用了高强度挤压铝板，其中有专门设计的加强筋，减少对电芯薄弱区域的冲击。

  在冲击最高速度上，理想已经宣布自建5C超充网络。自建的超充桩上，已能实现大于520kW的峰值功率，做到充电12分钟行驶500公里。

  虽然行业内对于理想“5C速率”的表述有一些质疑。高焕也回应称，平时大家讲的2C、3C、4C，这其实更倾向于是公司自己的工程语言定义，“大家不用太在意。真正要关心的就是，多少分钟可以充多少公里。”

  高焕反而认为更有必要注意一下的是，理想的麒麟5C超快充电池也可以把国标桩的能力完全发挥出来，而且是宽温域的发挥出来——无论是常温高温还是冬天的零下10度，都会有非常好的体验。

  “因为现在的车在120千瓦的国标桩充电，从0或者从10%充到80%，功率也是会下降的，但是理想MEGA可以满功率到95%以上。”

  他认为这应该是一个值得记住的日子，“今天的麒麟5C电池，我觉得它更代表着我们超充进入到一个类似于网络发展的5G时代，它有这样的意义。”