2021全球新能源汽車前沿及創新技術評選
企業：寧德時代新能源科技股份有限公司
評選類別：創新技術
技術領域：動力電池
技術名稱：多功能複合集流體技術
一、技術概述：
多功能複合集流體技術，是全球首創的具有“高安全、高比能、長壽命、強相容”四維優勢動力電池革新技術。
二、技術申報材料：
創新性
集流體革命性高安全技術：率先實現考慮鋁箔透過熱-機械載荷斷路的電池內短路模擬模擬，引入真空氣相沉積技術，在材料和結構上徹底顛覆了傳統集流體，全新構建了“金屬導電層-高分子支撐層-金屬導電層”三明治結構複合集流體。透過金屬層與高分子層機械-電-熱效能的多重耦合關係，突破了傳統集流體功能侷限，在“點接觸”內短路時，導電層在短路點受力開裂剝離或在短路大電流瞬間熔斷，毫秒內切斷短路電流回路；在“面接觸”內短路時，支撐層在短路面受熱熔融收縮形成集流體結構區域性坍塌，在熱失控前切斷短路電流回路。在業內率先解決了高鎳電池內短路難題，並透過萊茵TÜV認證。
複合集流體高可靠性整合技術：整合奈米鉚接和三維導電修復技術，將金屬層與高分子層間結合力提升1個數量級，同時修復金屬層表面因微裂紋誘發的導電衰減，解決複雜工況下層間剝離、導電衰減等導致的可靠性難題，可實現15年使用壽命。
複合集流體高效精密製造技術：研製了原位鈍化和連續輥焊工藝和裝備，攻克了集流體因材料和結構顛覆難以規模化量產的短板，生產節拍達到20ppm，業界領先。
在複合集流體技術領域，共申請專利285件，其中核心專利84件，集中在電池材料52件、結構20件、裝備12件。所有申請專利中，發明專利233件，發明比例82%。在技術開發過程中，形成了完整的自主智慧財產權體系，授權發明專利10項，實用新型專利10項。作為主要起草人，參與起草行業團體標準1項，建立企業標準4項，發表相關科技論文3篇，著作1篇。
先進性
高安全：突破了傳統內短路防護技術僅能延緩內短路引發熱失控，並降低甚至極大犧牲電池比能、壽命及增加成本等為代價的技術瓶頸，徹底解決了電池因內短路易引發熱失控的行業難題。
高比能：複合集流體中間層採用輕量化高分子材料，重量比純金屬集流體降低50%-80%。同時複合集流體厚度相比業內同行純金屬集流體減少25%-40%，從而將電池內更多空間讓渡給活性物質。傳統純金屬集流體佔電池比重達15%甚至更高，隨著複合集流體重量佔比降低和電池內活性物質佔比增加，電池能量密度實現提升5%-10%。
長壽命：高分子材料相比金屬具有低彈性模量，圍繞電池內活性物質層形成層狀環形海綿結構，在電池充放電過程中，吸收極片活性物質層鋰離子嵌入脫出產生的膨脹-收縮應力，保持極片介面長期完整性，電池的迴圈壽命實現提升5%。
強相容：集流體不是電池內部鋰離子傳輸的組成部分，將傳統集流體直接升級為複合集流體不影響電池內部電化學反應，因此複合集流體能夠直接運用於各種規格、不同體系的動力電池，全新獨創了一種滿足平臺化應用需求的技術。
重要度
全球新能源汽車工業高速發展，各國紛紛制定了“禁燃令”，但以熱失控為特徵的安全性事故時有發生，嚴重打擊公眾接受和使用新能源汽車的信心，阻礙新能源汽車的普及和進一步發展。動力電池的安全效能是新能源汽車產業高質量可持續發展的基石，電池內短路是各類誘因引發熱失控的共性環節，且內短路的產生具有自發性，存在於電池的全生命週期，並具有很高的隱蔽性，其造成的熱失控難以預知和防範，如何攻克電池內短路是世界性難題。常規基於電池四大主材的內短路防護方法，由於四大主材是電池內部鋰離子傳輸的組成部分，直接決定電池的安全、比能、壽命等效能，受材料本徵屬性的限制，材料各項屬性之間的關係就像蹺蹺板一樣，提升安全屬性必然會降低比能、壽命屬性。因此常規內短路防護方法僅能延緩內短路引發熱失控，而無法徹底解決該行業難題，更是以降低甚至極大犧牲電池比能、壽命和成本等為代價，存在較大侷限性。同時伴隨新一代電池能量密度提升帶來的材料本徵熱穩定性的降低，採用常規內短路防護方法的侷限進一步凸顯，實現難度和成本也同步急劇提升，制約了全球新能源汽車產業進一步高質量發展。多功能複合集流體在提升電池內短路防護性的同時，提升了電池的能量密度、迴圈壽命和降低了電池成本，更是面向於下一代更高效能動力電池的平臺技術。
應用前景
多功能複合集流體從材料和結構的革新，終結了高鎳三元體系動力電池因內短路易引發熱失控的行業痛點，突破了傳統內短路防護技術難以兼顧電池比能、壽命等效能的技術瓶頸，能夠有效打消公眾對新能源汽車的安全、續航和壽命顧慮，加快新能源汽車的普及，助力全球低碳清潔目標的實現，具有巨大的社會、經濟和生態效益。同時多功能複合集流體的強相容特性，更是極大加快了動力電池效能的迭代速度，是高階定製化動力電池的最佳解決方案之一，它廣闊的應用前景將引領全球範圍內動力電池技術的革新。首次應用寧德時代多功能複合集流體的高鎳三元電池已於2018年10月正式批次生產，配套國際一流車企的核心車型推向市場；隨著動力電池能量密度提升，多功能複合集流體的重要性將會進一步凸顯，未來會有更多車型應用多功能複合集流體型動力電池，預計經濟效益將達千億級。
