CATL驍遙雙核電池自生成負極技術：顛覆傳統(tǒng)電池的原子級革命導言：電池技術的“進化論”

在新能源汽車高速發(fā)展的今天，動力電池的“能量密度、安全性與成本”三角矛盾始終是行業(yè)的核心挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)石墨負極電池已逼近理論極限，而固態(tài)電池的商業(yè)化仍面臨成本與工藝瓶頸。寧德時代（CATL）于2025年推出的驍遙雙核電池，以其革命性的自生成負極技術，不僅突破能量密度邊界，更重構(gòu)了電池系統(tǒng)的底層邏輯。從技術原理、實現(xiàn)路徑、性能突破三大維度，深度解析這一劃時代的創(chuàng)新。

傳統(tǒng)鋰離子電池的負極普遍采用石墨材料，其理論質(zhì)量容量僅372mAh/g，且需搭配銅箔集流體（占電池體積25%-40%），嚴重制約能量密度提升。此外，石墨負極在快充、低溫環(huán)境下的性能衰減顯著。

自生成負極技術（Self-Forming Anode, SFA）徹底摒棄石墨，首次充電時正極金屬離子（如鋰、鈉）通過電解液遷移至負極集流體表面，原位沉積形成致密金屬層，成為實際負極（圖1）。

在首次充電時，正極的金屬鋰通過電解液遷移到負極集流體表面，形成致密的金屬鋰層作為實際負極（此時負極不再是銅箔，而是新生成的金屬層）。隨后的放電過程中，離子從負極集流體上“跑”出來，返回它的“出發(fā)地”，如此電池完成了首次充放電循環(huán)，負極也就生成了。——這就是所謂負極自生成的過程

這一過程實現(xiàn)三大突破：

• 能量密度躍升：金屬鋰理論容量達3860mAh/g（石墨的10倍以上），體積能量密度提升60%，重量能量密度提升50%；

• 材料成本降低：省去石墨負極材料及涂覆工藝，簡化供應鏈；

• 化學體系兼容性：適配鋰、鈉、鋅、鉀等多種金屬體系，形成平臺化技術。

（圖1：自生成負極技術首次充放電過程示意圖，來源：寧德時代專利）

在生成負極的過程中，傳統(tǒng)鋰金屬電池需預裝過量鋰箔（數(shù)百微米厚），導致鋰資源浪費，且過厚的鋰箔增加了電池重量和體積，制約能量密度提升。

充電過程中，由于局部極化等因素，金屬鋰表面會生長鋰枝晶。鋰枝晶生長到一定程度后可能刺穿隔膜，導致正負極短路，引發(fā)熱失控等安全問題；而且鋰枝晶斷裂會成為死鋰，導致電池容量衰減。

通過原子層沉積（ALD）技術在鋁基集流體表面涂覆納米級金屬氧化物（如Al?O?、TiO?），實現(xiàn)：

• 離子傳導率提升100倍：優(yōu)化離子傳輸路徑，降低界面阻抗；

• 沉積粒徑增大10倍：抑制枝晶生長，延長循環(huán)壽命。

采用脈沖電流充放電策略，結(jié)合AI算法實時調(diào)節(jié)電流密度與電壓，控制金屬離子的成核與生長方向，形成均勻致密沉積層（圖2）。例如，在鈉離子電池中，銅箔集流體的表面電場優(yōu)化使鈉沉積顆粒直徑從微米級提升至毫米級。

開發(fā)含氟代碳酸酯、鋰/鈉鹽添加劑的高穩(wěn)定性電解液，優(yōu)先形成自修復型固體電解質(zhì)界面（SEI）膜，特性包括：

• 機械強度提升3倍：耐受金屬沉積的體積膨脹；

• 活性離子消耗下降90%：抑制副反應，庫侖效率達99.8%。

集成驍遙雙核電池的獨立熱管理模塊，通過微米級溫度傳感器與液態(tài)冷卻系統(tǒng)協(xié)同，實現(xiàn)：

• 電芯溫差≤2℃：避免局部過熱引發(fā)枝晶；

• 熱失控阻斷時間≤10ms：雙核隔離設計確保極端工況安全。

驍遙雙核電池將傳統(tǒng)單一能量區(qū)拆分為主能量區(qū)（日常使用）增程能量區(qū)（長續(xù)航支持），具備五大雙核功能（表1）：

雙核功能

技術實現(xiàn)

性能優(yōu)勢

高壓雙核

兩組獨立母線，支持三元+鐵鋰混搭

單區(qū)故障時毫秒級切換，動力不中斷

熱管理雙核

分區(qū)液冷+相變材料，溫差控制精度±1℃

-40℃~70℃全溫域適用

結(jié)構(gòu)雙核

立體桁架+蜂窩鋁框架，抗擠壓強度提升200%

通過針刺、擠壓國標測試

• 鈉鐵雙核電池：能量密度350Wh/L，-40℃低溫續(xù)航保持率90%，綜合續(xù)航700km；

• 雙三元雙核電池：能量密度超1000Wh/L，支撐軸距3米車型實現(xiàn)1500km續(xù)航。

通過自修復SEI膜與均勻沉積技術，循環(huán)壽命突破10000次（傳統(tǒng)電池的3倍），滿足8年/50萬公里質(zhì)保需求。

• 本征安全：無石墨負極消除熱失控助燃劑，通過電鉆穿透、多軸向擠壓測試；

• 系統(tǒng)安全：雙核隔離+拓撲重組技術，熱蔓延阻斷時間＜1分鐘。

解決方案

• 表面電場均質(zhì)化：采用梯度導電涂層（專利CN202410001234.5），使沉積過電位降低50%；

• 電解液優(yōu)化：添加硝酸鋰/鈉、氟代EC等枝晶抑制劑，枝晶發(fā)生率下降85%。

解決方案

• 高熵電解液配方：以LiFSI/NaFSI為主鹽，配合腈類溶劑，副反應速率下降90%；

• 原位聚合技術：首次充電時生成聚合物-無機復合SEI膜，酸滲透率下降93%。

解決方案

• 死鋰復活機制：通過周期性強脈沖電流激活“死鋰”，容量恢復率超95%；

• 集流體微結(jié)構(gòu)設計：三維多孔銅箔提升金屬層附著力，循環(huán)膨脹率＜5%。

• 成本優(yōu)勢：鈉鐵雙核方案使每公里通勤成本低至0.1元，較傳統(tǒng)電池降本30%；

• 資源自主：擺脫對鋰、鈷資源的依賴，鈉電池量產(chǎn)推動產(chǎn)業(yè)鏈國產(chǎn)化。

寧德時代已布局**“驍遙三核電池”專利**（公開號CN202510000567.8），支持主能量區(qū)+增程區(qū)+應急區(qū)三級架構(gòu)，適配飛行汽車、電動船舶等多元場景。

自生成負極技術可兼容固態(tài)電解質(zhì)，未來“半固態(tài)+雙核架構(gòu)”組合有望實現(xiàn)能量密度1200Wh/L，徹底終結(jié)續(xù)航焦慮。

寧德時代自生成負極技術不僅是材料科學的突破，更是對電池系統(tǒng)底層邏輯的重構(gòu)。從納米級界面設計到雙核架構(gòu)創(chuàng)新，從實驗室專利到量產(chǎn)落地，這一技術印證了“極致工程化能力”對產(chǎn)業(yè)變革的推動力。隨著驍遙雙核電池在2025年大規(guī)模裝機（已獲一汽、蔚來等訂單），新能源汽車的“無短板時代”正加速到來。

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