2025年1-8月全球电动汽车电池装机量达691.3GWh

在慕尼黑 车展上，电动汽车电池领域的全球领导者亮相。宁德时代推出了“神行Pro”，并称其为“世界上第一个实现758公里WLTP续航里程的LFP电池”。然而，增加的续航里程只是其中的一部分。宁德时代的新电池更安全，具有创纪录的12年1,000,000公里使用寿命，同时承诺降低成本。它也是目前欧洲充电最快的电池，峰值充电速度为12C。在短短10分钟内，新电池可以增加近300英里（478公里）的WLTP续航。宁德时代表示，即使在零下20摄氏度（零下4华氏度）的寒冷气温下，其新电池也可以增加超过250英里（410公里）的行驶里程。当电池处于20%的充电状态（SOC）时，神行电池将提供高达830千瓦的电量，可以在2.5秒内完成0到100公里/小时的加速。 宁德时代的新型LFP电池经久耐用。在行驶了20万公里（12.5万英里）后，它只损失了大约9%的容量。另外，它有10年/ 24万公里的保修。新神行电池是第一个使用宁德时代新NP 3.0（无热蔓延）技术的电池，该技术具有“世界一流的安全性能”。宁德时代以其新的Wave Cells技术为特色，声称这也是世界上第一个允许从任何方向冷却系统的LFP电池。那么NP 3.0（无热蔓延）技术到底是如何实现的？ 1. 阻燃电解液传统锂离子电池电解液的主要成分是有机碳酸酯溶剂（如EC、DEC、DMC等）和锂盐（如LiPF₆）。这些有机溶剂具有高挥发性、闪点低，并且本身是易燃物。在电池热失控时，它们会分解产生可燃气体（如H₂、CH₄、C₂H₄等），遇到高温或火花便会剧烈燃烧。 燃烧的本质是一个剧烈的氧化反应（链式反应），需要三个要素同时存在：可燃物（电解液溶剂），助燃剂（氧气），点火源（高温、火花）。 阻燃电解液的目标就是破坏这个“燃烧三角”。 阻燃电解液的工作原理：阻燃电解液并非完全“不燃”，而是极大地提高了电解液的燃点，延缓或阻止火焰的蔓延。其工作原理主要通过以下几种机制实现： a. 气相阻燃机制 - 最主要机制这是大多数添加型阻燃剂的工作原理。阻燃剂在电解液受热达到其分解温度时，会提前分解或汽化，释放出具有灭火效果的活性自由基抑制剂。 自由基捕获：燃烧是一个自由基链式反应。阻燃剂（如含磷、含卤素化合物）在气相中会分解产生自由基（如PO·、PO₂·、Cl·、Br·），这些自由基能有效地捕获燃烧反应中传递火焰的关键自由基（如H·和HO·），从而中断链式反应，使火焰熄灭。稀释作用：阻燃剂汽化产生的不可燃气体（如POₓ、N₂、CO₂等）可以稀释可燃气体和氧气的浓度，使燃烧无法持续。 代表物质：有机磷化物（如磷酸三甲酯TMP、磷酸三苯酯TPP）、氟代碳酸酯（如FEC、FEMC）等。b. 凝聚相阻燃机制某些阻燃剂在受热时，会在电解液表面或电极材料表面形成一层致密的保护膜。 成炭保护层：一些含磷、氮的阻燃剂可以促进聚合物基体（或溶剂本身）在高温下脱水炭化，形成一层多孔的炭层。这层炭层可以隔绝热量和氧气，阻止内部可燃物继续挥发和参与燃烧，同时也能抑制电极与电解液之间的进一步放热反应。 保护电极界面：某些阻燃剂还能参与形成更稳定的电极/电解液界面膜（SEI/CEI），提高电池的热稳定性，从源头上减少热失控的风险。代表物质：一些含有磷-氮协同效应的化合物。c. 隔离机制（物理作用）一些不易燃的液体被直接用作溶剂或共溶剂，它们本身不参与燃烧。 高沸点、高闪点溶剂：使用离子液体、氟代醚等作为溶剂。它们蒸汽压低，不易挥发，即使暴露在火源中，也因为缺乏足够的气相可燃物而难以持续燃烧。 固体电解质：虽然不属于液态电解液范畴，但固态电解质（聚合物、无机陶瓷）从根本上消除了有机溶剂的可燃性，是终极的“阻燃”方案。 宁德时代的方案是方法a和b的结合。 对比未添加阻燃剂的电池，或不含凝胶物的电池，或仅含线性聚合物的电池，各实施例均有效降低了电池热蔓延风险。 2. 阻燃隔离膜 首先，了解普通隔膜的作用与弱点。 核心作用：隔膜位于电池正负极之间，其基本功能是： 电子绝缘：防止正负极直接接触导致内部短路。 离子导通：其微孔结构允许锂离子自由通过，完成充放电过程。 材料与弱点：传统聚烯烃隔膜（如PE、PP）的熔点较低（约135℃-165℃）。当电池因过充、内短路、撞击等原因发热时，温度一旦超过隔膜熔点，就会发生灾难性后果：热收缩：隔膜熔化并剧烈收缩，使正负极大面积直接接触。 孔洞闭合：虽然PE隔膜有“闭孔”特性（135℃左右微孔关闭，可短暂阻断电流），但温度继续升高后，隔膜会彻底熔毁，失去隔离作用。结果：内部短路瞬间产生巨大热量，引发链式热失控，最终导致电解液燃烧、电池爆炸。 阻燃隔离膜的工作原理：构筑“三道防线” 阻燃隔离膜通过材料设计和结构优化，在高温下构筑了多重安全防线。 第一道防线：增强热稳定性，防止物理短路（物理阻隔）。 这是阻燃隔膜最核心、最直接的作用。 高熔点基材：使用聚酰亚胺（PI）、聚对苯二甲酰对苯二胺（芳纶）、陶瓷（如Al₂O₃, SiO₂）涂层等耐高温材料。这些材料的熔点或分解温度远高于PE/PP（通常>300℃甚至500℃）。工作原理：当电池局部过热时，普通PE/PP隔膜已熔化收缩，但这些耐高温材料制成的隔膜或涂层依然能保持其结构和尺寸的完整性，如同一道坚固的“防火墙”，牢牢地将正负极隔开，防止内部短路的发生。陶瓷涂层隔膜：这是目前最主流的技术。在普通PE/PP隔膜表面涂覆一层纳米陶瓷颗粒（如氧化铝）。“点焊”效应：陶瓷颗粒通过粘合剂与基膜结合，并将自身的高热稳定性“赋予”基膜。即使内部的PE基体在高温下熔化，外层的陶瓷颗粒涂层也能形成一个坚硬的、多孔的骨架结构，防止隔膜收缩和穿孔。第二道防线：主动阻燃，中断燃烧反应（化学阻燃）。 这是“阻燃”二字的直接体现。将阻燃剂整合到隔膜中。 整合方式：将阻燃剂（如有机磷化合物、氮系阻燃剂、氢氧化铝等）以纳米颗粒形式作为涂层的一部分，或通过共混纺丝直接制备在隔膜纤维内部。 工作原理：当热失控不可避免，电解液开始分解并面临燃烧风险时，隔膜中的阻燃剂开始发挥作用。 气相阻燃：与阻燃电解液原理类似，阻燃剂受热分解，释放出自由基捕获剂（如PO·），中断燃烧的链式反应。吸热冷却：某些阻燃剂（如氢氧化铝）分解时会吸收大量热量，降低电池局部温度。 就近原则：阻燃剂被“固定”在隔膜上，而隔膜是浸满电解液的多孔结构。这意味着阻燃剂就分布在可燃物的“必经之路”上，一旦有火苗迹象，可以第一时间、第一现场进行扑救，效率很高。 第三道防线：改善界面稳定性，提升电池整体寿命（辅助机制）。 这虽然不是直接的“阻燃”作用，但对电池安全至关重要。 亲液性：陶瓷涂层或一些聚合物涂层（如芳纶）具有比聚烯烃更好的亲液性，能更有效地吸附和保持电解液，提升离子电导率。 机械强度：复合隔膜具有更高的穿刺强度，能更好地抵御锂枝晶的刺穿，从长期使用上降低了短路风险。 热关闭效应保留：对于陶瓷涂覆隔膜，其PE/PP基体仍然保留了在特定温度下闭孔的功能，可以作为一道提前的热保护屏障。宁德时代的方案属于第二道防线。 涂层材料结构如下。 通过表征实施例和对比例隔膜的极限氧指数（极限氧指数越大，材料燃烧时所需氧的浓度越高，表示材料越难燃烧），可以看到新涂层材料能有效降低燃烧风险。 3. 纳米点包覆正极材料 磷酸铁锂的“阻燃”性并非来自外加的灭火剂，而是源于其稳固的晶体结构。这种结构决定了它在高温下极其稳定，不会为燃烧提供“燃料”。其工作原理的核心是 “磷氧强共价键”。 1）无氧可释：从根本上消除助燃剂这是磷酸铁锂与三元材料最根本的安全差异。 三元材料（NCM/NCA）：其结构是层状过渡金属氧化物。在高温下（通常>200℃），不稳定的高氧化态镍/钴离子会还原，导致晶格坍塌，并释放出活性极强的氧气。这些氧气会迅速氧化电解液，产生巨量热量，引发热失控。磷酸铁锂（LiFePO₄）：其结构是稳定的橄榄石结构。其中的磷（P）处于最高价态（P⁵⁺），与四个氧原子形成坚固的PO₄³⁻磷酸根离子。这个P-O键是强大的共价键，键能非常高。结果：即使在高温下（例如500-600℃），磷酸铁锂的晶格也非常稳定，几乎不会分解释放出氧气。没有氧气这个强大的“助燃剂”，即使电池内部因其他原因（如短路）而升温，电解液也缺少了剧烈燃烧的关键条件。这就从热失控的链式反应源头上进行了阻断。2）高分解温度与温和的放热反应相变平稳：磷酸铁锂在高温下的相变过程非常平缓，不会像三元材料那样发生剧烈的晶型转变并伴随大量放热。 分解产物稳定：即使在极端情况下发生分解，其最终产物也是稳定的磷酸铁（FePO₄）等，反应温和，放热量远低于三元材料。 尽管LFP本身很安全，但在极端滥用条件下（如严重挤压、针 刺、过充），电池仍可能因内部短路产生大量热量，导致电解液分解、碳材料燃烧等风险。因此，研究旨在“锦上添花”的增强策略仍有重要意义。a. 表面包覆：构建“终极防火墙”目的：进一步隔绝正极与电解液在高温下的副反应，并抑制过渡金属铁（Fe）的溶出。材料：最常见的仍然是碳包覆。这层无定形碳不仅是提高导电性的“高速公路”，也是一层物理屏障。此外，也会研究使用氧化物涂层（如Al₂O₃、ZrO₂） 或阻燃剂涂层。 工作原理：包覆层在活性物质颗粒表面形成致密的保护层，即使电池内部温度升高，也能有效阻止电解液与LFP颗粒的直接接触，减少副反应产热。b. 电解液协同：系统级安全原理：磷酸铁锂电池通常会搭配更稳定的电解液体系。由于LFP的工作电压较低（~3.2V vs. Li⁺/Li），对电解液的氧化稳定性要求相对宽松，这为使用高浓度盐、氟代溶剂、或其他阻燃添加剂提供了更友好的环境。效果：一个本身稳定的正极材料，加上一款高闪点、难燃的电解液，可以实现“1+1>2”的系统级安全效果。c. 颗粒与电极结构设计纳米化与掺杂：通过将材料纳米化和进行元素掺杂（如Mg、Zr），可以进一步提升LFP的离子/电子电导率和结构稳定性，使得电池在正常工作时产热更少，整体热管理水平更好，间接提升了安全性。宁德时代选择了表面包覆方案。 经过阻燃包覆的正极材料生产的电池可以有效提高针 刺、热箱、过充测试的通过率，且不牺牲电池的循环性能。 以上是对于宁德时代NP 3.0电芯的一些技术分享，其实发布会上还举例说明了pack系统级别的热蔓延防护，后期有机会可以继续探索。来源：小明来电