在新能源汽車高速發展的今天，動力電池的“能量密度、安全性與成本”三角矛盾始終是行業的核心挑戰。傳統石墨負極電池已逼近理論極限，而固態電池的商業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，更重構了電池系統的底層邏輯。從技術原理、實現路徑、性能突破三大維度，深度解析這一劃時代的創新。

傳統鋰離子電池的負極普遍采用石墨材料，其理論質量容量僅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“出發地”，如此電池完成了首次充放電循環，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，傳統鋰金屬電池需預裝過量鋰箔（數百微米厚），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：

• 離子傳導率提升100倍：優化離子傳輸路徑，降低界面阻抗；

• 沉積粒徑增大10倍：抑制枝晶生長，延長循環壽命。

采用脈沖電流充放電策略，結合AI算法實時調節電流密度與電壓，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化使鈉沉積顆粒直徑從微米級提升至毫米級。

開發含氟代碳酸酯、鋰/鈉鹽添加劑的高穩定性電解液，優先形成自修復型固體電解質界面（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冷卻系統協同，實現：

• 電芯溫差≤2℃：避免局部過熱引發枝晶；

• 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單一能量區拆分為主能量區（日常使用）增程能量區（長續航支持），具備五大雙核功能（表1）：

雙核功能

技術實現

性能優勢

高壓雙核

兩組獨立母線，支持三元+鐵鋰混搭

單區故障時毫秒級切換，動力不中斷

熱管理雙核

分區液冷+相變材料，溫差控制精度±1℃

-40℃~70℃全溫域適用

結構雙核

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℃低溫續航保持率90%，綜合續航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1500km續航。

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

• 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%；

• 電解液優化：添加硝酸鋰/鈉、氟代EC等枝晶抑制劑，枝晶發生率下降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%；

• 集流體微結構設計：三維多孔銅箔提升金屬層附著力，循環膨脹率＜5%。

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

• 資源自主：擺脫對鋰、鈷資源的依賴，鈉電池量產推動產業鏈國產化。

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+增程區+應急區三級架構，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電解質，未來“半固態+雙核架構”組合有望實現能量密度1200Wh/L，徹底終結續航焦慮。

寧德時代自生成負極技術不僅是材料科學的突破，更是對電池系統底層邏輯的重構。從納米級界面設計到雙核架構創新，從實驗室專利到量產落地，這一技術印證了“極致工程化能力”對產業變革的推動力。隨著驍遙雙核電池在2025年大規模裝機（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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