10 M3P電池
2022年世界動(dòng)力電池大會(huì)在四川宜賓開幕，寧德時(shí)代首席科學(xué)家吳凱在會(huì)上表示公司的M3P電池已經(jīng)量產(chǎn)，將于明年推向市場(chǎng)運(yùn)用。據(jù)了解，M3P電池采用基于磷酸鐵鋰體系研發(fā)的改性鐵鋰材料，既保持了磷酸鐵鋰的長(zhǎng)循環(huán)壽命和高安全性，而且能量密度比磷酸鐵鋰高10%~20%，預(yù)計(jì)在今年第四季度向特斯拉批量供應(yīng)，將搭載在Model Y車型72kWh電池包上。
寧德時(shí)代M3P電池

寧德時(shí)代未來將新能源汽車市場(chǎng)三個(gè)細(xì)分市場(chǎng)：1000km續(xù)航、700km續(xù)航和300~500km續(xù)航。
1）1000km續(xù)航：采用高鎳三元/低硅材料電池體系；
2）700km續(xù)航：采用M3P電池體系；
3）300~500km續(xù)航：采用鈉離子電池體系；
M3P電池是基于材料創(chuàng)新的新型電池，但其確切的材料體系目前不清楚，根據(jù)某些公開信息判斷M3P電池正極材料應(yīng)該完全采用或部分采用了具有與磷酸鐵鋰（LFP）相同橄欖石結(jié)構(gòu)的改性磷酸錳鐵鋰（LFMP）。寧德時(shí)代曾在調(diào)研中表示，M3P不是LFMP，還摻雜了其他金屬元素（研報(bào)認(rèn)為是Mg、Zn、Al中的兩種元素），公司內(nèi)部稱為“磷酸鹽體系的三元材料”。
LFMP和LFP理論容量均為170mAh/g，壓實(shí)密度均為2.3~2.6g/cm3，但LFMP放電平臺(tái)（4.1V）比LFP高（3.4V），因此理論上LFMP能量密度高20%左右，由于摻雜了Mn元素取代部分Fe，合成的工藝成本比LFP略高，但仍然遠(yuǎn)低于三元材料，Mn、Fe元素儲(chǔ)量豐富，價(jià)格便宜，因此M3P電池是一種介于鐵鋰電池和三元電池之間的折中技術(shù)方案。
LFMP的充放電曲線

雖然LFMP成本低廉、安全性好，能量密度還比LFP更高，但LFMP依然存在不少問題：
1）LFMP的電子電導(dǎo)率比LFP低4個(gè)數(shù)量級(jí)，導(dǎo)電性能極差，導(dǎo)致其倍率性能和循環(huán)性能差；

2）充放電過程雙平臺(tái)問題導(dǎo)致BMS管理難度較大；
3）依然存在Jahn-Teller畸變和Mn2+溶解問題，導(dǎo)致Li+擴(kuò)散困難和材料循環(huán)穩(wěn)定性差。

電池包集成和管理技術(shù)
最傳統(tǒng)的電池包集成技術(shù)是CTM（Cell To Module），首先將若干電芯串并聯(lián)組成模組，然后將模組裝配到電池包內(nèi)，最后將電池包集成到汽車底盤。傳統(tǒng)電池包集成方式

在動(dòng)力電池應(yīng)用于新能源汽車的早期階段，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，電池、模組、電池包尺寸五花八門，導(dǎo)致電芯開發(fā)成本極高，并且不方便更換和維護(hù)。到后來，人們發(fā)現(xiàn)了每輛車可以利用的空間位置具有一定的共性，根據(jù)這些空間尺寸，推算出模組的尺寸范圍，從而希望實(shí)現(xiàn)電芯尺寸的標(biāo)準(zhǔn)化。
2008年，大眾汽車全面進(jìn)軍電動(dòng)化，在實(shí)現(xiàn)電動(dòng)化過程中率先推出了標(biāo)準(zhǔn)化模組。第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是355模組（355代表模組長(zhǎng)度，每排可放置3個(gè)模組），為了提高續(xù)航里程，減少零部件和增加空間利用率，進(jìn)一步降低成本，又推出了390模組（每排放置3個(gè)模組，模組更長(zhǎng)更緊湊）和590模組（每排放置2個(gè)模組，集成效率更高），單個(gè)模組的體積在逐漸增大。
標(biāo)準(zhǔn)模組尺寸和外形示意圖

采用590模組的大眾汽車ID.3電池包

在CTM結(jié)構(gòu)下，電芯被模組等結(jié)構(gòu)件保護(hù)較好，電池包強(qiáng)度高，成組難度小。但電芯組裝為模組空間利用率為80%，模組集成為電池包空間利用率為50%，最終電芯集成為電池包后空間利用率僅40%，隨著新能源汽車的快速普及以及鋰離子電池性能的極致開發(fā)，在電池應(yīng)用層面，電池包集成效率亟待提升，大模組化、去模組化、車身一體化技術(shù)成為主流趨勢(shì)。
1 CTP
2019年9月，寧德時(shí)代全球首款CTP（Cell To Pack）電池包正式發(fā)布，將搭載于北汽EU5車型上。相比傳統(tǒng)電池包，采用全新CTP技術(shù)的電池包體積利用率提高15%~20%，零部件數(shù)量減少40%，生產(chǎn)效率提升50%，系統(tǒng)成本降低10%。在能量密度上，CTP電池包可高達(dá)200Wh/kg，相比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)高30%以上，可以大幅提升電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航能力。
寧德時(shí)代第一代CTP電池包

CTP技術(shù)包括兩個(gè)思路：一是大模組化，二是無模組化，寧德時(shí)代本次發(fā)布的CTP屬于大模組化技術(shù)，其核心邏輯是提高單體電芯的容量，同時(shí)將多個(gè)電芯堆疊組成更大的電池模組，從而大大減少模組數(shù)量，減少零部件數(shù)量，從而實(shí)現(xiàn)能量密度提升和成本降低的目標(biāo)。
CTP技術(shù)路線

CTP技術(shù)除了采用大電芯組成大模組外，通常還會(huì)對(duì)模組之間的連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，減少零部件和簡(jiǎn)化裝配工藝過程。
寧德時(shí)代“套筒式”模組連接方式

雖然CTP電池包具有適用性強(qiáng)、空間利用率高、成本低、散熱性能好等優(yōu)勢(shì)，但由于木桶效應(yīng)，電池包整體性能將取決于組成電池包最差電芯的性能，因此，CTP結(jié)構(gòu)對(duì)電芯一致性提出了更高的要求，此外，如果出現(xiàn)電池故障需要更換，維修的便利性和成本都更高。
2 CTC
2020年“電池日”上，特斯拉首次公布CTC（Cell To Chassis）技術(shù)，Elon Musk表示，CTC集成技術(shù)配合前后車身一體化壓鑄技術(shù)，可以減少約370個(gè)零部件，實(shí)現(xiàn)車身減重10%，每千瓦時(shí)電池成本降低7%。
CTC技術(shù)路線