理想和宁德时代联合研发「5C电池」的始末与细节拆解

上半年宣传4C电池，下半年变成了5C？5C电池的难点在哪里？理想和宁德时代的合作如何开展？本文试图对这些问题进行解答。

作者|易思琳

编辑 | 李雨晨

广州车展上，热度最高的两辆MPV，除了小鹏X9，便是外形有着“公路高铁”之称的理想纯电新车MEGA。

这是理想汽车旗下第一款纯电旗舰车型，公司上下倾注了不少的资源，这点从其搭载的纯电电池的联合研发上可窥见一斑。

理想动力电池团队在理想内部并不算大，不到300人，占理想总体人数不到1%，部门作为一个二级部门放在整车制造下面，负责人汇报给整车制造VP刘立国。

电池团队人数不多但贡献不小。从第一款车到现在L系列三款车，理想汽车没有发生过一起电池起火自燃的现象。

此次MEGA上所搭载的电池用的是宁德时代的麒麟架构，最终电池的成形是由双方联合开发而成。

按照理想动力电池负责人柳志民介绍，理想、宁德双方共投入1000人，其中博士70名。在这千人队伍里，理想投入了200-300人，这几乎是理想电池部门的所有员工。

一般来说，普通车企完成一个电池项目所花费的时间是一年半，但理想光拆解电芯内阻、做机理梳理就花了一年半，整体项目开发时间长达三年。

在重庆私享会上，理想花了5个小时给媒体解释，理想如何做纯电技术。

补能是消费者最直接面临的问题，车企这两年都在通过加大电量解决，但电量越大充电越慢，还会影响补能体验。所以当电量到达一定天花板之后，要解决的核心问题是充电的速度。

要做快充，也要确保电池其他性能不会损失。原理很容易，实际应用却很难。

电池性能的提升是一个系统性的工程，是系统就不能有短板。

尤其是快充，这涉及到要提升电芯本身的性能，还有电池的热管理能力以及与整车的适配性。如何做好各方的平衡，尤为重要。

目前，电池行业面临的一个核心命题是成本控制，车企更倾向于选择便宜、够用的电池，不会选择一个技术先进但价格昂贵的产品，理想为什么这么冒险？上半年宣传的4C电池，为什么到下半年就变成了5C？5C电池到底难在哪里？理想是怎么把电池从4C研发到5C的？理想和宁德的合作是如何开展的？

新智驾试图对这些问题进行拆解。

和宁德时代的合作一波三折

和外界对理想的刻板印象不同，理想在发布了第一款车型理想ONE之后，就在着手研发纯电相关的技术，包括电池。

最早期，理想内部是和现在市面上大多数车企一样，想用“增程”和“纯电”两条腿走路。但是碍于当时充电技术并不完善，并不能从根本上解决用户的续航问题，因而只推出了增程车型。

但这并不等同于他们没有看到纯电车型的机会。

2019年，理想汽车时任整车制造负责人马东辉和动力电池总监柳志民所带领的电池团队就曾一起讨论过未来电池的发展方向。彼时理想电池团队规模还不到现在的1/5。

看到蔚来发布150度电池之后，理想内部也想过要做大电池的项目，但经过推演之后，发现成本太贵、不太划算，项目就没有推进下去。

在2020年之前，电池团队的重心主要放在理想ONE的电池项目上。

当时理想ONE用的是宁德时代的电池，双方合作走的是项目制，由理想向宁德下发需求，再由宁德时代进行生产、制造。

宁德按照理想的设计思路开发的电池性价比很高，电池不仅可以给理想供应，还能卖给其他厂商，产线可以复用，一举两得。

这次合作让理想看到了理想电池团队的专业技术能力，双方合作体验不错，也为接下来的联合研发埋下了伏笔。

理想ONE量产交付之后，理想电池团队调研了用户在高速公路上用油的场景，经过研究、推演发现，10-15分钟充电400-500km是未来发展的趋势，于是开始研究4C电池的可行性。

C是充电倍率的单位，充电倍率描述的是电池充放电快慢。简单理解，几C就是在几分之一个小时内将电池充满，4C就意味着可以在15分钟内将电池充满。

数值越大，意味着充电速度越快。

单位时间内电流通过越大，电池的发热量也就越多，随之而来的便是电池的温升问题。而要解决电池温升过高的问题，就得降低电池的内阻。

但高的充电倍率和降低电池内阻，犹如鱼和熊掌一样，不可兼得。但理想觉得，要提升纯电电池的性能、做好纯电车的充电体验，必须“既要、又要、还要”。

着手之初，理想汽车想到的第一个合作伙伴便是宁德时代。

宁德可以制造出来理想想要的电池，但是材料成本太高，叠加当时快充桩的建设和普及度有限，宁德觉得方案不经济。

因此，理想选择先付费让宁德按诉求做出一个样品。

这期间，理想也想过找其他家电池厂商，包括三星、蜂巢、欣旺达、中航锂电等。知情人士告诉新智驾，“当时其他家愿意做，但因为行业发展受限，超快充电池的充电倍率和降低内阻不能调和，短时间内达不到理想的要求。”

供应商不会做没关系，理想之前做项目的习惯是带着供应商一起“成长”。

一位给理想做过项目的业内人士曾经告诉新智驾，“理想属于是能给供应商赋能的车企。一旦决定和你合作，就会投入足够多的资源，派人驻点，有需要还会帮你把团队组织起来。”

这种模式在电池研发上运行过一阵，后来理想内部复盘，电池项目开发周期过长，这种“帮扶”模式难以为继。因此改变思路——先给供应商提规划，再协调资源。

国内其他电池厂商由于在客户的配合度、研究深度上，和宁德还存在差距，理想这才折返回来游说宁德时代的高层、中层以及基层工程师，和他们反复商讨项目的可行性之后，这才敲定双方的合作。

用一年半的时间集中降电池内阻

理想和宁德敲定合作之后，双方确定了大致的努力方向——做快充、提高单位时间内的峰值功率，并让这一状态尽可能长时间保持。

理想对快充的要求是在12分钟内续航500公里。如何去优化充电曲线？双方是在微观和系统两个层面上进行了提高。

微观层面上，对电芯材料（正极、负极、电解液、隔膜）进行优化；系统上，让电池长时间保持峰值功率，要提升系统散热和降低内阻。

第一个问题：如何提升系统散热能力？

理想和宁德联合开发的基础是后者的麒麟架构，取消了传统底部水冷的策略，采用了三明治夹心的方法，使得冷却面积增加为原来的5倍。

传统电池的散热方案是将用于冷却的液冷板放置在电池包下面，而麒麟架构则是将液冷板插入每排电芯之间。

但是电池专家告诉新智驾，扩大液冷系统面积并不难，难点在于如何在电芯膨胀的同时让冷板不至于受到挤压而导致冷却液流通不够，降低散热效率。

针对冷板膨胀力的问题，宁德积累了大量数据，和理想一起做了结构创新，使得冷板具有了“恰到好处的弹性”，既不会因电芯膨胀而挤压过度影响水冷效果，又能够保持电池整包的结构安全。

扩大液冷系统的面积，提高散热，从技术上来说并不难，另外一件更难搞定的是如何降低电池内阻。

要实现12分钟500公里的充电性能，电芯内阻要做得足够低。

当时市面上铝壳电池的能量密度普遍都在 240 、250Wh/kg左右，随之而来的电池内阻普遍在 0.4 - 0.6毫欧，因为电池要耦合整车的热管理，内阻太高之后，温升会很高，系统的冷却功率也达不到。

相较于过去的电芯内阻，理想的目标是要降低至少40%，做到0.3毫欧。

内阻如何降？

理想对电芯内阻做了大量精细的拆解，拆出来哪些是本身结构件的、机械的阻抗，哪些是因为电化学反应引起的阻抗。

为了做电池内阻方面的拆解，理想扩大了电池团队的规模，开始招聘一些头部电池厂商的资深博士。传统项目通常只会做两层拆解，但是理想、宁德却将电芯内阻构成进行了三层拆解，分解了17项，并且对拆解出来的每一项内阻成分，都进行了优化可行性分析。

光拆解电芯内阻就花了双方团队一年半的时间。

为了降低电池内阻，理想和宁德还从微观层面的电芯组成部分（正极、负极、隔膜、电解液）以及电子、离子的传输路径进行了改善。

电芯充电的过程，就是锂离子在电解液的协同下，从正极流向负极的过程。要做快充，便需要大幅提升整个过程中电池的材料性能。

（电池组成部分示意图，图来自网络）

在正极的材料上，理想用的是性能和安全性平衡的中镍三元材料。镍含量高，能够在同样尺寸的电池大小下，保证电池的能量密度更高。但随之而来的问题是长期循环下，材料容易不稳定。

理想的解决方案是给中镍材料外部做了一层支撑和加强，让正极材料更稳定一些。这样一来，正极表面包覆材料太厚，锂离子又不容易穿过。在如何让正极更稳定的同时，防止内阻变大，双方也做了很多工作进行平衡。

锂离子从正极离开之后，通过电解液的传导，需要穿过隔膜。为了提高离子的通过率，双方的想法是提高单位面积的孔隙数量，让孔隙率提高10%的同时，缩短锂离子穿过隔膜的路径，降低曲折度。

可以把锂离子穿过隔膜、嵌入负极的过程想象成车辆穿过高速公路ETC收费站的过程，当收费站站点越多，通道越多，单位时间内流入的车辆就越多。

离子穿过隔膜之后，会来到负极。

为了让离子在负极更迅速地扩散，双方的解决方案是在负极材料表面包覆了一种特殊材料，相当于一个漏斗，可以在保持结构稳定的同时，还能加快离子通过的速率。

各方面改善的最终结果是，理想和宁德联合开发的超充电池的产热功率降低了25%，电池充电时的温度降低了7度。

理论结合实际之后，双方在2021年完成了电池架构方案的确定，下半年拿到了宁德时代制造出来的样品，并开始优化工艺。

双方的电池研发经历三年，而普通公司电池项目是一年半结项。

从4C到5C：双方探索出了电池性能的边界

在此前的重庆私享会上，理想也公布了MEGA的充电曲线图，能明显看到，理想汽车的充电功率做到了520kW的5C充电功率，而且能维持约2分半钟时间。

（纯电车型充电功率对比，图源：理想汽车官方）

测试结果公布之后，引起了外界不少的争议。

上半年理想、宁德对外宣称都是4C，外界不少人觉得，“如果是5C，宁德时代8月份的发布会上为什么不早点拿出来做宣传？”

理想汽车电池工程师罗博解释说，“理想在今年年初进行冬季标定时，电池还只能做到4C的水平，在北方冬季的低温环境下，电池的充电性能都依然具备良好的表现，理想在保持电池绝对安全的情况下，想尽可能挖掘电池的极限边界。”

为此，理想专门开发了高精度的三电极技术，用来找出这款电池的临界充电能力，用数据证明确实可以做到5C的峰值倍率。

知情人士称，“电池在设计上没有变化，但是有微调。”

一般说来，电池厂对外宣传充电倍率时都会保留一部分安全冗余，例如电池可以做到7C、8C，但是只会对外宣称4C，理想是通过技术手段试图摸清电池的边界。

除此之外，外界也有质疑称，即使电池充电倍率能到5C，放在普通的2C、3C充电桩上不一定能保持5C的峰值倍率。

但是柳志民告诉新智驾，“我们测试过，在国家电网120kW的充电桩上，前95%的电量能用最大功率去充；在240kW的桩上，90%的电量也可以全部拉满。我们的体系是全域的超充性能体验，整体电池化学体系材料做了超充性能优化，在整个SOC段上的功率能力都有提升。”

从本质上来说，理想是提升了峰值倍率，它不单纯只是提升了峰值，更是整体系统的提升。

以前4C指的是电量从20%到80%，充电只需要10分钟，续航里程是400公里，但现在5C可以做到电量从10%到80%充电12分钟，但是续航多了100公里，这2分钟多出来的100公里，便是5C的贡献。

有关这点，新智驾请教了电池专家，对方的回答是，“电池充电过程中的电流并非阶梯式下降，会讲究平滑过度。所以，前面充电时间电池充电功率提升了，后面的充电功率会和前面的峰值保持一个平稳过渡的状态。比如在电池达到峰值功率520kW之后，并不会断崖式下降到400kW，而是逐步下降，从490kW逐步下降到470kW。”

解决电池本身的充电问题，理想在超充布局的思路是优先布局高速超充桩。

柳志民向新智驾解释道，“ 在高速超充上大力投入，是因为普通充电桩能解决市区内纯电车充电补能问题。但是纯电车型最根本还是要解决用户在市郊、城际以及更远的长途出行中的里程焦虑。”

理想在今年二季度财报会上有披露，今年年底前会建成超过300座，2025年建成3000座充电站。

结语

在麒麟5C电池的开发上，用大面积水冷技术、用更好的电芯材料，从电芯到电池包再到整车，从设计到管理再到安全，理想和宁德时代都投入了不少的时间和精力。

性能提升了，成本随之也会增加。

电池行业的一个核心的命题就是成本，车企会选择便宜但是够用的电池，不会选择一个技术顶尖但价格昂贵的东西。

柳志民说，“5C超充电池的成本在可以接受范围内，才会进行大规模商业化。我们的定价和成本都是基于用户需求的核心原则，经过严密测算后做出来、符合商业化要求的决策。MEGA的发布会将来肯定是爆款，当销量越来越多，规模效应下，电池的成本也会下降。”

（作者长期关注理想汽车，欢迎感兴趣的读者添加作者微信交流、爆料，微信ysl1075442629）

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