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2020年宁德时代全年动力电池装机量达34GWh，占据世界市场份额的24.82%、国内市场份额的50%，连续四年夺得全球冠军。我们熟知的特斯拉、蔚来、宝马等国内外一线品牌都是宁德时代的忠实“用户”，那么为何世界各大主机厂都如此青睐宁德时代的产品？带着这个问题，我探访了位于福建宁德的宁德时代总部和其附近的电池工厂。
众所周知，目前市面上主流的电动车电池大体分为磷酸铁锂和三元锂电池两类：磷酸铁锂电池成本低、相对安全、电池寿命较长；而三元锂电池虽然能量密度高、性能更好，但价格和安全性又是它的短板。这也使得众人对二者中谁才是更优选择争论不休。那么目前到底有没有一个相对完美的电池产品呢？在金融政策方面有一个“不可能三角”（Impossible trinity）理论。“不可能三角”是指经济社会和财政金融政策目标选择面临诸多困境，难以同时获得三个方面的目标。资本自由流动、固定汇率和货币政策独立性三者也不可能兼得。即一个国家不可能同时实现资本流动自由，货币政策的独立性和汇率的稳定性。
而在工业制造领域同样也存在这个不可能三角。就新能源电池来说，不可能同时具有更加优越的性能、好的安全性以及更低的成本。新能源电池是一种非常复杂的系统，性能、安全性、成本之间相互制约，可以说是一门妥协的艺术。不过宁德时代通过技术的进步达到了更高层面的均衡，使宁德时代的电池成为了"六边形战士"。
安全永远是电池技术发展的基石。为此，宁德时代在电池材料选型上使用了多次实验得出的拥有高稳定性的电解液和正负级材料。为防止某一电芯因意外状况导致状态不正常，而后引发起火和爆炸，宁德时代在电芯上设计了防爆阀，一旦电芯出现问题防爆阀随之打开，泄去电芯中积累的气体和热量，避免发生热失控，影响其他电芯。在Pack和电池包模组的设计上宁德时代的工程师通过先进的模拟软件进行仿真，最终设计出先进的留道，保证一旦电芯出现问题需要泄压时，气体和热量可以流畅的排出到Pack或电池包模组外，杜绝热扩散。
在解决了电池安全性的问题后，便需要考虑如何让锂电池拥有更好的性能，毕竟在当下，电动车的补能问题还没完全得到解决，所以在相对条件下，提升单位体积的电池能量密度能为车辆带来更长的续航里程。对此，宁德时代在业内首创了CTP（cell to pack）无模组技术。即取消以往的中间状态模组，直接使用电芯组成电池包。与传统的MTP（module to pack）技术相比，由于不需要组装成模组，减少了许多不必要的零部件，省下来的空间可以放置更多的电芯。根据统计减少40%了零部件数量、提升了15%-20%空间利用率，最终能量密度提升了10%-15%。宁德时代的工程师透露，下一项CTC（cell to chassis）技术也已经在研发中。这次脑洞更大，打算直接将电池和汽车的底盘融合，这种设计不但能极大的提升能量密度还可以增强底盘的扭转刚性。
仅仅提升能量密度还不够，温度也是影响锂电池的一大硬性指标，过冷或过热都会影响锂电池的工作效率。这就是为什么寒冷地区新能源车的续航下降，性能下降。为了使电池包工作在适宜的温度条件下，宁德时代创新的使用了电池包“自加热”技术。与传统方式为电池包增加PTC材料的加热贴片来为电池加热不同，宁德时代的解决方式是利用高频开关来精确控制电池内部的短路时间，利用电池内阻来产生热量。换句话说，传统加热方式像是往电池包上贴上一些暖宝宝，不仅加热不均匀，能耗和质量也会增加；而宁德时代的“自加热”技术则是让电池内部自行发热，像是冬天喝下的一碗姜茶，由内而外的对整个电池包进行加热。
根据官方资料显示，宁德时代的自控温专利数量总计超过60余项，加热速率可以从传统模式的0.2-1℃/min提升至1.4-2℃/min，同时电芯之间的温差比起传统模式也更小。更重要的是，由于无需加入额外的配件，整个电池包的成本也得到了很好的控制。
正如前文所提到的，目前电动车所谓的里程焦虑，在保证了一定的单次续航里程作为前提的条件下，逐渐的转化为了补能的焦虑，充电慢、充电难都是电动车用户在日常用车中的纠结所在。为了提升电池的充电效率，宁德时代从电池材料和结构入手，配合智能的温感系统和最佳的充电算法，大大的提升了锂电池的充电效率。
在电池材料方面，宁德时代采用了革命性的材料设计和更加优化的极片三位结构，使锂离子的拖欠能力有了提升，提高了转移速度，说人话就是把装锂离子的口袋口加大了，同一时间锂离子的流量就加大了。同时，宁德时代还为电池包加入了温感系统，使电池充电过程中呆在最舒适的温度区间，保持最快的充电能力。最后，通过实验，宁德时代制定了一套最佳的充电算法，在任何SOC(State of charge)状态下都可以达到该SOC的最大充电功率，避免出现在某一区间电流不够，另一区间电流太小的情况。
最后再来聊聊电池寿命的问题。宁德时代通过对电池阴极、阳极、电解液、极片等关键部件进行改造，使得电池在长期不用时可以进入休眠状态，减轻非工作状态时离子的损耗。同样增强了阳极材料的稳定性，减少了电池正常工作过程中的离子损耗。在电解液方面根据不同的正负极材料，使用优化后的专门配方，可自适应的保护离子，提高电芯寿命。经过以上的优化，电动车的电池寿命最高可以达到16年或200万公里，基本可以做到与车辆同寿命。
有了一个优秀的设计，还要有强大的制造能力才能进行生产落地。质量是生命力、技术是竞争力。看一个电池公司的能力，千万不要只看它的研发投入多少了，这个当然是很重要的层面，但是它要生存的话，最核心的还是它的制造，还是它的质量。
在制作电池的原材料方面宁德时代有着业内最严苛的筛选标准，为得到质量稳定的原材料，宁德时代甚至通过控股、兼并购等途径深度绑定了锂电池上游原材料供应商，加强对原材料的质量的掌控。
在电池制造领域，传统的流水线上的检测方法是用人工检测，用检验员的眼睛去看，而在宁德时代，这种检测方法的效率和准确率已经无法满足生产的速度和质量要求了。为此，宁德时代引入了CCD机器视觉和人工智能加入检测线。让CCD作为眼睛观看，人工智能进行图像判断，通过这一举措达到了低于2毫秒的检测速度和更好的准确性。以上的CCD检测只是整个生产过程中的一小部分，宁德时代通过大量的类似技术改进优化生产流程，让产品的缺陷率从目前的PPm（百万分之一级别），向PPb（十亿分之一级别）迈进。
产品制造出来了，质量上究竟能不能经受住严苛的考验呢？此处不得不提到宁德时代测试验证中心。它是国内的锂电池业内第一个具备整车级别的室内火烧测试能力的实验室，可进行300多项的测试，可对从电池原材料到电芯、模组、乃至最后的电池包和电池管理系统进行测试。而且该实验室在2020年获大众电芯测试实验室认证，使得宁德时代成为全球首家获得该认证的动力电池制造商。
在参观过程中我见证了针刺、火烧等实验。在针刺实验中钢针刺入电芯后，我只是观察到了电芯的电压有了一个轻微的下降，而电芯外观没有什么变化，没有冒烟、没有起火、也没有爆炸。而宁德时代火烧实验的流程是，把电池包放在温度是590摄氏度左右的火焰上烧1个小时，而国家的火烧实验的标准仅仅是130秒，我观察时实验已经时间过去了45分钟，电池包外观没有任何变化，看来宁德时代的产品确实是质量过硬的。
近几年新能源汽车获得了飞速的发展，这与国家政策的扶植和资本市场的运作有着密不可分的关系。不过在新产品高速更迭的背后，电池的生态闭环问题也逐渐浮出水面。根据中国汽车技术研究中心的数据，2020年，国内的动力电池退役数量达到了二十万吨，根据测算到2025年，将会增加至七十八万吨。前一段时间发生在成都的电动车（电动自行车）电梯内起火事件大家还心有余悸吧，事发电动车是自行组装几经转手的二手车，而值得注意的是电动车电池用的是不明来历且鼓包的旧电池，无法对电池厂家进行追责。不只是安全问题，虽然新能源车使用的动力电池组分中不含有毒性较大的重金属，但是正极、电解液中含有的的镍、钴、锰、铜等也具有一定毒性，还含有难以降解的有机溶剂而其分解和水解的产物，都会影响周围环境。
不仅如此，制造新能源电池的材料并不是取之不尽用之不竭的，如果我们不加以循环利用总有一天会陷入没有原材料的境地。对此我们希望建立一个电池生态闭环的体系。宁德时代目标也是建立一个闭环的体系，从电池生产端到新能源汽车或是储能消费端，储能和汽车报废之后，把废旧电池拆卸下来，进入循环中，经过再生处理，提取出有价金属，做正负极材料，形成一个国内的全国的平台体系。在我们眼中的污染物和废料，在宁德时代看来却是一种高品位的矿产。
为此，宁德时代于2015年收购了全球专业的废旧电池及报废汽车资源化回收处理和高端电池材料生产企业邦普。而后宁德时代建立了动力电池的全生命周期管理，涵盖从电池设计到电池退役的全部阶段。借助邦普的技术，现在已经可以回收旧电池中99.3%的核心金属，其他金属的回收率也达到了95%以上，为也为新能汽车的可持续发展起到一个决定性的作用。
总结 过去十年我国大力发展新能源产业，如今的动力电池已成为新能源汽车的核心竞争力，宁德时代在动力电池的生产和技术迭代上做出了不小的贡献而且也早已布局了电池的循环战略。期待其继续技术突破为我们带来性能更强更安全的电池包，助力我国新能源汽车产业的发展。喜欢的话请持续关注我，我的易车号：郑思学，后续将带来更多新能源方面的信息。
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