動力電池封裝方式可分為圓柱、方形、軟包

       方形、圓柱、軟包是主流的動力電池三大封裝方式。圓柱電池：通常將正負極與隔膜被卷 繞到負極柱上，以鋼殼或鋁殼進行封裝，之后注入電解液，再封口；方形電池：通常使用 卷繞或者疊片制造，是目前市場占比最高的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)；軟包電池：通常采用鋁塑膜包裝， 即在液態(tài)鋰離子電池套上一層聚合物外殼。常使用卷繞或者疊片制造。目前圓柱卷繞應用 的車型有 Tesla Model 3 等；方形卷繞應用的車型有大眾 ID4 等；方形疊片應用的車型有比 亞迪 漢等；軟包卷繞應用的車型有奔馳 EQC 等；軟包疊片應用的車型有通用 VELITE 6 等。

不同形式各有優(yōu)劣：圓柱應用易，方形綜合佳，軟包性能優(yōu)

       三種封裝形式的電池各有優(yōu)劣。圓柱單體能量密度較低，模組需要電芯較多，重量較高， 突出特點是一致性好、生產(chǎn)效率高和成本低；方形電池是國內(nèi)的主流封裝形式，能量密度 較高，突出特點是成組效率為三種形式中最高，但一致性低；軟包電池的性能最好，但其 在國內(nèi)應用較少，主要因一致性低、鋁塑膜依賴進口、成本高。

三類電池發(fā)展復盤：軟包韓系主導，方形國產(chǎn)布局，圓柱日系為王

       軟包時代：LG 化學為集大成者。1999-2000 年：軟包電池開始在汽車上試用；2007 年： AESC 將用于手機產(chǎn)品的軟包電池做到了車規(guī)級標準；2009 年：LG 化學與現(xiàn)代共同推出 首款現(xiàn)代 Avante 以及 Forte 電動車；2010 年：搭載軟包電池的純電動車日產(chǎn)聆風暢銷， 通用推出雪佛蘭 Volt，配備 LG 軟包電池；2017 年：雪佛蘭 Volt 和 Bolt 突破 5 萬的裝機量； 2020 年：LG 軟包電池配套的雷諾 Zoe、現(xiàn)代 Kona 等車型暢銷；2021 年：雷諾集團發(fā) 布全新車型 Limo，搭載孚能科技軟包電池。

       方形時代：三星 SDI 開啟，國內(nèi)寧德、比亞迪接棒發(fā)揚光大。1999 年：三星 SDI 進入電池 領域；2000 年：三星 SDI 布局動力電池；2008 年：比亞迪全球首款量產(chǎn)的 PHEV 在中國 上市，搭載方形鐵電池；2009 年：寶馬推出 Megacity，搭載三星 SDI 的方形電池；2013 年：第二代普銳斯將圓柱電池換成方形鎳氫電池；2014 年：華晨寶馬為中高端第一款，搭 載寧德時代的方殼電池；2016 年：搭載 SDI 方形電池的寶馬 i 系列在全球的熱銷；2020 年：比亞迪推出刀片電池，首次用在比亞迪漢 EV，連續(xù)月銷破萬。 圓柱時代：索尼最先，松下綁定特斯拉為王。1994 年：索尼生產(chǎn)圓柱 18650；1997 年： 全球首輛混合動力汽車豐田普銳斯搭載松下圓柱鎳氫電池；1998 年：松下 18650 圓柱電池 裝配全球筆記本電腦；2008 年：松下為特斯拉獨家提供 18650 圓柱鋰電池。2015 年：特 斯拉全球銷量超過 5 萬，拉動松下圓柱電池出貨量達 4.5GWh；2017 年：特斯拉年銷量突 破 10 萬輛，為松下貢獻 10GWh 的圓柱電池訂單；2020 年后：特斯拉 model3、modelY 為爆款，帶動圓柱電池份額提升。

各大廠商封裝技術(shù)多元化，多以硬殼形式為主

       億緯鋰能：14 年開始布局三元圓柱、方形鐵鋰方形三元；20 年，公司軟包產(chǎn)能達 9GWh。 三元方形產(chǎn)能 2GWh。三元方形獲寶馬訂單，三元軟包獲小鵬訂單；21 年，公司軟包產(chǎn)能 達 10GWh。三元方形產(chǎn)能超 30GWh。 比亞迪：16 年，動力鋰電池出貨量為 6.72GWh，位列全球第三；20 年 3 月，發(fā)布刀片電 池；21 年，第二代鋰電池產(chǎn)能達到 60GWh，與北美大客戶合作順利后續(xù)放量。 寧德時代：18 年，方形鋁殼產(chǎn)能達到 31.5GWh，開始布局三元軟包；19 年，已落地 18665 圓柱產(chǎn)線；21 年，正為特斯拉建造 4680 大圓柱產(chǎn)線。

三類封裝形式發(fā)展趨勢：軟包圓柱占比提升，但方形仍為主導

       預計未來方形電池為封裝形式主流。根據(jù)高工鋰電數(shù)據(jù)顯示，2020 年，軟包、圓柱、方形 三類封裝形式的市場分別為：9.50%、9.70%、80.80%；預計 2025 年，軟包、圓柱、方形 三類封裝形式占比將分別達到：15.0%、25.0%、60.0%。我們預計 2025 年軟包、圓柱、 方形電池三者全球出貨量將分別達到：180GWH、300GWH、718GWH。

方形電池

       方形電池：性能適應市場需求，安全性較高適合搭載于中高端車型 方形電池在性能方面更加適合市場需求。方形電池具有內(nèi)阻小、循環(huán)壽命長、封裝可靠度 高、耐受性好、成組相對簡單、系統(tǒng)能量相對高等優(yōu)勢，憑借這些優(yōu)勢，方形電池在目前 階段更加能適應市場需求。但其也具備一些劣勢包括：型號多，工藝難統(tǒng)一，生產(chǎn)自動化 水平不高，單體差異大等。 方形電池安全性高，適合中高端車型。方形鋰離子電池由于安全性高，能夠通用于乘用車 和商用車，無論純電動還是混合電動。主機廠在中高端車型上也更傾向于采用方形電池。

       方形電池殼體帶電以防腐蝕。負極與殼體之間有 0.6-0.7V 的電壓。殼體帶電的原因是防止 腐蝕，當負極耳與鋁殼內(nèi)壁接觸，此時鋁殼與負極之間的電壓較低，鋰離子與鋁金屬會發(fā) 生嵌入反應。一般情況下電池殼電壓低于 0.4 V 時會存在腐蝕隱患，應避免殼電壓低于 0.4 V 的電池，并對電芯增加絕緣層、對鋁殼氧化處理等。

方形電池：結(jié)構(gòu)較為簡單，鋁殼體為主流

       典型的方形鋰電池主要包括：頂蓋，殼體，正極板、負極板、隔膜、絕緣件和安全組件等。 安全組件中包括 NSD 和 OSD。針刺安全保護裝置(NSD)是指在卷芯的外面加上金屬層，例 如銅薄片，可以防止針刺位置局部過熱，緩減電池熱失控發(fā)生。過充安全保護裝置(OSD) 一般是一個金屬薄片，配合保險絲使用。保險絲設計到正極集流體上，過充時電池內(nèi)部產(chǎn) 生的壓力使得 OSD 觸發(fā)內(nèi)部短路，產(chǎn)生瞬間大電流使 Fuse 熔斷，從而切斷電池內(nèi)部電流 回路。 方形電池的結(jié)構(gòu)較為簡單，鋁殼體為主流。不像圓柱電池采用強度較高的鍍鎳鋼作為殼體， 因此整體附件重量要輕，相對能量密度較高。

方形電池：刀片電池占據(jù)優(yōu)勢

       刀片電池采用長電芯，結(jié)構(gòu)借鑒蜂窩鋁板。刀片電池采用長電芯，省去中間模組環(huán)節(jié)，直 接把電芯裝到電池系統(tǒng)里面，從而重量和成本都有效下降。結(jié)構(gòu)上，借鑒了蜂窩鋁板的原 理，通過結(jié)構(gòu)膠把電芯固定在兩層鋁板之間，讓電芯本身充當結(jié)構(gòu)件，來增加整個系統(tǒng)的 強度。刀片電池安全性優(yōu)于三元，其他性能與三元接近。安全性方面：通過針刺實驗，刀片電池 表現(xiàn)為無明火、無煙；能量密度方面：刀片電池空間利用率高，能量密度比傳統(tǒng)鐵鋰電池 提升 50%；循環(huán)性能方面：刀片電池具備超過 4500 次的充電循環(huán)壽命。

       比亞迪刀片電池長度可以在 600—2000mm 之間。由于刀片電池長度和電池包寬度一致，因 此覆蓋幾乎所有乘用車的電池包寬度尺寸。其中長刀片（1000-2000mm）主要用于老款的 BEV， 短刀片用于新款 PHEV，并計劃滲透到新款 BEV。 比亞迪長刀比蜂巢短刀片的空間利用率和系統(tǒng)成本更優(yōu)。蜂巢能源的 L600 短刀片相較于比 亞迪的長刀片在循環(huán)壽命方面更具優(yōu)勢，且其支持切換 590 標準模組，實現(xiàn)串并聯(lián)方案靈 活變化，以高標準化和高靈活性降低電池包設計難度。而長刀片則在空間利用率、Pack 零 部件數(shù)量和電池系統(tǒng)總成本上占據(jù)優(yōu)勢。

       寧德 CTP 和比亞迪“刀片”各有千秋。比亞迪刀片電池把單個電芯寬度無限拉長，厚度做 薄，然后直接把電芯放在整個 PACK 里面進行安裝，盡可能簡化模組。寧德時代 CTP 在模組 和模組間采用一種套筒的連接方式緊貼在一起，同時套筒下游固定裝置和整車相連，從而 簡化了結(jié)構(gòu)。寧德 CTP 功率密度更高，成組效率更高，對大多數(shù)整車廠成本控制更為友善； 而比亞迪“刀片”電池在空間利用率上表現(xiàn)更好，結(jié)構(gòu)靈活性和耐久性上更具有價值和想 象空間。

圓柱電池

圓柱電池：能量密度、成組效率低但一致性、安全性較好

       圓柱電池能量密度相對較低。目前圓柱關(guān)鍵以磷酸鐵鋰電池為主導，其容量高、輸出電壓 高、優(yōu)異的充放電循環(huán)安全性能、輸出電壓比較穩(wěn)定、能大電流量放電、操作安全穩(wěn)定、 對環(huán)境無污染。 圓柱電池封裝的優(yōu)勢有：其生產(chǎn)工藝成熟；單個一致性較好；電池包成本低，使用范圍廣； 耐高溫，不易爆炸，安全性較好；內(nèi)阻小，不易自耗電，有望替代鎳氫電池的企業(yè)產(chǎn)品。 其劣勢包括：整體重量重；空間利用率低；成組效率低；能量密度低；徑向?qū)岵?；單?容量較?。浑姵毓芾韽碗s度較大。

圓形電池：結(jié)構(gòu)與方殼類似，PTC 熱敏電阻為獨有

       常規(guī)的圓柱電池除形狀外，結(jié)構(gòu)與方殼電池類似。典型的圓柱電池結(jié)構(gòu)包括外殼、蓋帽、 正極、負極、隔膜、電解液、PTC 元件、墊圈和安全閥等。一般電池外殼為電池的負極， 蓋帽為電池的正極。 PTC 熱敏電阻為獨有結(jié)構(gòu)：PTC 熱敏電阻是大多數(shù)商用圓柱形電池中的保護裝置，而在方 形或軟包電池少有。PTC 熱敏電阻是可被動復位的裝置，可以抑制高電流浪涌并防止過電 流。

圓柱電池：4680 為最新突破

       4680 全極耳設計主要為了過流和熱擴散。極耳的主要作用是作為極片與極柱的導電通路， 決定了電池內(nèi)阻和電池發(fā)熱量。與立式極耳相比，全極耳設計把導電通路從局部小塊，變 成了整個平面的線形焊接，使發(fā)熱量減少同時強化了快充性能。 對稱型的圓形產(chǎn)品讓成型工藝有更多的可能。殼體由于產(chǎn)品熱擴散的要求，需要使用鋼材 進行加工，同時為了規(guī)避鋼材銹蝕的問題，需要在表面進行鍍鎳合金化處理。殼體、導流 盤、蓋板都需要進行圓形加工，雙側(cè)出極耳相應的導流盤和蓋板都需要進行位置調(diào)整。 4680 性能突破。4680 大幅提升了電池功率（6 倍于 2170 電池），降低了電池成本（14% 于 2170 電池），優(yōu)化了散熱性能、生產(chǎn)效率、充電速度、能量密度、循環(huán)性能等。

硬殼電池

硬殼電池：頂蓋與外殼與軟包不同

       硬殼電池與軟包電池的差異主要在結(jié)構(gòu)件。硬殼（圓柱和方形）結(jié)構(gòu)件為蓋板和外殼，軟 包電池結(jié)構(gòu)件為鋁塑膜。圓柱方面， 5 號、18650 等小體積電池外殼采用鍍鎳鋼，21700 中鋁殼和鍍鎳鋼外殼均有使用，4680 計劃采用鍍鎳鋼，電池外殼耐壓高，使用和運輸過程 中不會出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象。方形電池主要是鋁殼。 頂蓋主要包括防爆片、反轉(zhuǎn)片和極柱。功能主要有：1）作為正負極引出端；2）泄壓保護： 動力電池內(nèi)部溫度達到熱失控狀態(tài)時，內(nèi)壓繼續(xù)上升，排氣口翻轉(zhuǎn)，蓋帽防爆膜將被沖破， 電池內(nèi)物質(zhì)隨高壓氣體噴出；3）溫度保護：當達到一定溫度時， PTC 保護元件電阻大幅 增加，切斷電流；3）密封功能：防水氣入侵，防電解液蒸發(fā)。

硬殼電池：采用卷封或焊接工藝，核心結(jié)構(gòu)件為轉(zhuǎn)接片、頂蓋、殼體

       鋼殼電池外殼堅硬，不易別尖銳的物體刺穿。5號、18650等小結(jié)構(gòu)電池采用卷封工藝，21700 是焊接工藝。對于圓柱鋼殼，激光焊會出現(xiàn)非常多火花和炸點，因此卷封是發(fā)展方向。方 形鋁殼主要采取激光焊。鋁殼要求輕薄化，在卷封時強度會小于等于防爆閥的最低值，安 全性較差。 轉(zhuǎn)接片是連接電池蓋板與電芯的關(guān)鍵部件。轉(zhuǎn)接片必須同時考慮到電池的過流、強度和低 飛濺的要求。作為負極材料的銅，屬于低吸收率的高反材料，在焊接時需要更高的能量密 度去焊接。Tab lead 需被焊接在極耳上，從而對極耳進行加長，方便后面的頂側(cè)封將 sealant 融化進行側(cè)封，Tab lead 采用超聲波進行焊接，并且在焊接處貼上絕緣膠帶防治短路。Mylar 電池膜結(jié)構(gòu)用于包覆方形鋰電池的裸電芯，其具備優(yōu)良的抗撕裂強度、耐溫性、耐潮性、 耐化學腐蝕性和強的電絕緣性能。 頂蓋的生產(chǎn)工藝包括沖壓、焊接、注塑等。殼體的制造相對簡單，主要采用立式?jīng)_壓+拉伸 工藝。（報告來源：未來智庫）

軟包電池

軟包電池：性能優(yōu)異，但成本高可靠性挑戰(zhàn)大

       軟包電池電容量和能量密度均較高。軟包電池容量大都在 30Ah-70Ah，其能量密度大多在 220V-300V，并且能量密度上最大的優(yōu)勢就是輕，即便是運用了相同的電芯，三元軟包電 池的能量密度也會比鋼殼三元鋰電池高出 40%。 軟包電池優(yōu)勢還包括：其安全性能好；重量輕，比能量高；內(nèi)阻小，從而降低電池的自耗； 電池容量大，充放電倍率高；外觀設計靈活。其劣勢包括：成本較高，國內(nèi)多為進口；一 致性差，標準化程度低，生產(chǎn)效率低；成組效率低；容易漏液；殼體機械強度低。

軟包電池結(jié)構(gòu)：外殼為鋁塑膜且無頂蓋

        軟包電池的基本結(jié)構(gòu)與圓柱和方形類似，包括正極、負極、隔膜、絕緣材料、正負極極耳 和殼體，但軟包電池的殼體是鋁塑膜，且沒有頂蓋。 鋁塑膜是由外層尼龍層(ON)、中間層鋁箔(Al)、內(nèi)層熱封層(一般用 CPP)、粘合劑構(gòu)成的多 層膜。電池用鋁塑膜特點具備極高的阻隔性、良好的熱封性能、延展性、柔韌性，并且材 料耐電解液及強酸腐蝕。 加壓工藝是軟包電池成型工藝中獨特環(huán)節(jié)。鋁塑膜封裝結(jié)構(gòu)決定了極片不能緊密排列，極 片之間容易出現(xiàn)空隙，從而影響電池性能，所以在化成兩次充電之間采用滾壓工藝將極片 之間的氣體排除。

        鋁塑膜制造工藝分為干法和熱法兩種，干法是鋁和聚丙烯用粘合劑粘結(jié)后直接壓合而成， 沖深成型效果和外觀一致性好，但其耐電解液性較差，以日本昭和電工為代表；熱法是鋁 和聚丙烯之間用 MPP 粘結(jié)，再緩慢升溫升壓熱壓合而成，能提高 Al 層與 PP 層之間的粘附 力，使內(nèi)表層防電解液溶脹脫落能力大大提升，但容易出現(xiàn)向內(nèi)卷曲，以 DNP 為代表。 鋁塑膜依賴進口，但正加快國產(chǎn)替代進程。以明冠科技為例，其干熱復合法吸收了干法工 藝優(yōu)勢的同時，兼顧了熱法在耐電解液和抗水方面具有的優(yōu)勢，使得鋁塑膜在沖深成型、 耐電解液、及阻水性能等方面的綜合性得到了全面的提升，產(chǎn)品質(zhì)量比肩進口產(chǎn)品。

軟包電池：出貨量帶動鋁塑膜增長

        軟包鋰電池主要增長動力來自于：以 LG 化學，AESC 和 SKI 等為代表的軟包動力電池出 貨量快速增長，在小型電池領域，尤其在 3C 領域，軟包電池的滲透率快速提升；其部分軟 包產(chǎn)品已經(jīng)逐步在電動自行車、電動工具等小動力領域展開應用。 鋁塑膜出貨量高速增長，市場規(guī)模持續(xù)擴大。據(jù) EV Tank 數(shù)據(jù)，2020 年全球鋁塑膜出貨量 達到 2.4 億平米，同比增長 23.7%，按照 2020 年平均時長價格 22 元/平米計算，整體市場 規(guī)模達到 52.8 億元。

異形鋰電池：幾何形狀，常見于消費電池

       異形鋰電池由包裝膜、正極片、負極片、絕緣隔膜，極耳以及電解液構(gòu)成，正極耳和負極 耳可以分別設置于電池極組的相同或者不同側(cè)面，特點在于形狀可以呈規(guī)則或者不規(guī)則的 幾何形狀。 性能：屬于消費電池陣列，主要應用于電子電動產(chǎn)品、無線通信產(chǎn)品上，因此能量密度、 循環(huán)壽命、容量等方面低于動力電池，但機械穩(wěn)定性、耐用性、空間利用率和安全性較好。

三類電池總結(jié)：系統(tǒng)性能與單體性能不完全一致，方形綜合較好

        圓柱電池：優(yōu)點是一致性好、生產(chǎn)效率高、單體成本低，但能量密度較低，模組需要電芯 較多，成組后成本優(yōu)勢削弱，壽命較差，電池管理復雜度大; 方形電池：是國內(nèi)的主流封裝形式，能量密度優(yōu)于圓柱，優(yōu)點是對電芯保護強、成組效率 高，不足是大電池對制造工藝挑戰(zhàn)大; 軟包電池：外形設計靈活，單體的能量密度較高，封裝工藝長期可靠性有挑戰(zhàn)、鋁塑膜加 工和使用成本高。 單體性能上，1）能量密度：軟包>方形>圓柱，主要考慮機械件重量在質(zhì)量中的占比，隨電 池尺寸變大，差異變??；2）散熱能力：軟包、方形>圓柱；圓柱電池的散熱能力在系統(tǒng)層 級，因為電池間隙更大得到改善；3）循環(huán)壽命：軟包>方形>圓柱，圓柱的電解液量相對少； 4）安全性：圓柱>軟包>方形；此時大圓柱需要使用鍍鎳鋼，此處安全是個相對概念。安全 閾值的絕對值在電池熱失控的峰值能量下，差異不明顯； 5）充放電倍率：圓柱>方形>軟 包；6）成本優(yōu)勢：圓柱>方形>軟包。 系統(tǒng)性能上，1）成組效率：圓柱、方形>軟包，圓柱、方形、軟包模組/系統(tǒng)成組效率分別 為 87%/65%、89%/70%、85%/60%；2）可靠性:方形>圓柱>軟包；軟包封口邊漏液是主 要的市場失效表現(xiàn)；3）生產(chǎn)效率：圓柱>方形>軟包；4）一致性：圓柱>方形>軟包；5） 成本優(yōu)勢：模塊、電池包成組后圓柱成本優(yōu)勢逐漸削弱。

       在能量密度方面，軟包電池具有優(yōu)勢。該維度上國內(nèi)領先的軟包電池有寧德時代、孚能科 技等，圓柱電池有力神、比克等，方形電池有寧德時代、億緯鋰能等。國內(nèi)外產(chǎn)品在能量 密度的差距上，圓柱、軟包電池較大，方形電池基本沒有差距，該維度上國外第一梯隊多 為日韓企業(yè)，如 LG 化學、三星 SDI、松下、遠景動力等。 在循環(huán)壽命上，方形、軟包電池遠優(yōu)于圓柱電池。圓柱電池的壽命可靠性較低與內(nèi)阻較大、 散熱能力較弱有關(guān)。圓柱卷繞式電池在使用過程中的一種老化失效形式是卷繞極片發(fā)生翹 曲，翹曲發(fā)生的來源可能是電極各層在循環(huán)中的體積變化步調(diào)不一致。

       安全性上，軟包優(yōu)于硬殼，軟包電池由于鋁塑復合膜自身的特性使其在針刺和外短路兩項 測試中表現(xiàn)出優(yōu)異的安全性能，而 18650 型圓柱鋼殼電池由于自身具有安全閥的保護作用 使其在過充測試中表現(xiàn)出較好的安全性能。

三種封裝形式與模組 PACK 方案的適配性

三類電池集成方案：MTP-CTP-CTC，集成化程度不斷提高

       MTP（Module to Pack）：包括模組控制、電芯、導電連接件、絕緣板、塑料框架、采樣 PCBA、 冷板、壓板和緊固件等。 優(yōu)點：1.電池包由多個模組組成，每個模組都有單獨殼體保護和 控制單元，便于電池的控制和熱管理；2.電池模組可以單獨更換，維修成本低和便利性高。 缺點：1.由于模組間的殼體和安全間隙，整體的重量較大，空間利用率較低；2.每個模組 都配置了單獨的控制單元，導致成本相對較高。 CTP（Cell to Pack）電池集成方案：CTP 電池集成方案是減少或去除電池“電芯-模組-整 包”的三級 Pack 結(jié)構(gòu)的技術(shù)。CTP 電池包即是電芯直接集成到電池包內(nèi)，這種電池由于省 去了電池模組，電池包集成到車身地板上作為整車結(jié)構(gòu)件的一部分。優(yōu)點：1.省去了模組 之間的布置間隙，增加了電芯的數(shù)量；2.省去了模組結(jié)構(gòu)，降低了整體電池包的重量。 缺點：電池包需要作為結(jié)構(gòu)件的一部分承載載荷，對電池的結(jié)構(gòu)設計要求更高。

       CTC（Cell to chassis）電池集成方案：CTC 電池集成方案是直接將電芯集成在地板框架內(nèi) 部，將地板上下板作為電池殼體。它是 CTP 方案的進一步集成，完全使用地板的上下板代 替電池殼體和蓋板，與車身地板和底盤一體化設計，從根本上改變了電池的安裝形式。優(yōu) 點：1.極大提高車身空間利用率，可容納電芯的數(shù)量更多，續(xù)航里程將增加 15%-25%；2. 取消了電池包的結(jié)構(gòu)件，降低了重量；3.集成化和模塊化程度更高。缺點：1.電芯作為結(jié) 構(gòu)件的一部分承載載荷，電芯與上下結(jié)構(gòu)件固定起來，需應對較為苛刻的剪切力，對電池 的結(jié)構(gòu)設計要求更高；2.需要更高的制造工藝，制造過程中出現(xiàn)問題可能導致電池整體報 廢，制造成本高可維修性低。

發(fā)展路徑：電池包逐漸集成化的過程，主要是非化學類的零件減重集成

       傳統(tǒng)模組改進方向為 CTP、CTC 技術(shù)，達到空間利用率的提升。CTP 指電芯直接集成到電 池包內(nèi)，省去電池模組；CTC 為 CTP 的延伸，在省去模組的基礎上進一步省去打包過程， 將電芯直接集成到汽車底盤上，實現(xiàn)更高程度集成化。根據(jù)寧德時代的數(shù)據(jù)，CTP 相比于 傳統(tǒng)電池包，可以使體積利用率提升 15%-20%，零件數(shù)量減少 40%，生產(chǎn)效率提升 50% 并降低動力電池的制造成本。CTC 電池技術(shù)的空間利用率最高，對于電池電量的提升有顯 著的效果。

       比亞迪 CTP 技術(shù)-刀片電池：比亞迪電池組的 CTP 技術(shù)能將電池容量提高 20%～30%，電池壽 命延 20%～30%。刀片電池也首次用于比亞迪的漢 EV 電動汽車。比亞迪刀片電池的制作依賴 于 CTP 技術(shù)。刀片電池基于磷酸鐵鋰技術(shù)的創(chuàng)新，具有啟動放熱溫度高、溫升慢、產(chǎn)熱少、 不釋氧等優(yōu)點。此外，刀片電池變長變薄，表面積也增加，整體散熱更好。電池的短路電 路相對較長，產(chǎn)生的熱量較少，所以刀片電池的安全性能是非常出色的。

       蜂巢新能源 CTP 技術(shù)：采用無模組方案可以有效縮短生產(chǎn)線，減少生產(chǎn)過程中的浪費。電 芯在線堆疊，測試后直接放入電池盒，大大減少了流動過程，減少了模塊傳統(tǒng)的框架焊接 過程。與傳統(tǒng) 590 模組相比，CTP 第一代減少 24％的零部件，第二代成組效率提升 5－10％， 空間利用率提升 5％，零部件數(shù)量再減少 22％。

       寧德時代 CTP 技術(shù)：將一個大的模塊通過若干個塑料散熱片分割成小空間，這些塑料散熱 片可以像電腦硬盤一樣插入小空間。去掉電池模塊，將電池直接集成到電池組中，可以提 高電池組的空間利用率，減輕電池組的質(zhì)量，提高能量密度，降低成本。根據(jù)官方數(shù)據(jù)， 與傳統(tǒng)的電池相比，CTP 電池組的容量利用率增加 15%～20%，零部件的數(shù)量減少了 40%，生 產(chǎn)效率提升了 50%，電池的能量密度提高 10%～15%，這將大大降低動力電池的制造成本。 電池組由至少兩個大模塊組成，每個模塊通過緊固件連接到電池托盤上，最后將電池組固 定到不同的橫梁上。 寧德時代 CTP3.0 麒麟電池：根據(jù)官方發(fā)布信息，我們的總結(jié)為：1）熱管理系統(tǒng)集成，電 池倒置強化安全：1.多功能彈性夾層：將橫縱梁、水冷板與隔熱墊集成為多功能彈性夾層， 提高系統(tǒng)集成效率至 72%，承載功能向箱體、膠體、水冷板轉(zhuǎn)換；2.電池倒置：通過箱體卡 槽和 CCS 扣板的結(jié)構(gòu)設計變化，讓出電池正放時 6%的空間，重新定義電池開閥方向，提高 極端情況乘員艙安全。2)化學體系強目標，高鎳高硅 CNT：1.系統(tǒng)能量密度 255Wh/kg：單 體能量密度來到 300 水平，明確高鎳高硅方向；2.續(xù)航 1000km：預計高鎳高硅 CNT 方案， 使單電包電量來到 100 度電水平；3.4C 快充&循環(huán)壽命：水冷板的緩沖作用減少電池單體擠 壓，加速推動硅氧負極的產(chǎn)業(yè)化，加速高電導材料的用量提升。

       寧德時代 CTC 技術(shù)計劃于 2025 年推出。CTC 技術(shù)將進一步高度集成。未來的電芯底盤一體 化 CTC 設計，根據(jù)官方數(shù)據(jù)，通過這個技術(shù)整車減重 8%以上，動力系統(tǒng)成本降低 20%以上， 續(xù)航提升 40%以上，行駛里程可達 1000 公里，百公里電耗降低 12 度以下。寧德時代的 CTC 開發(fā)分三步走，第一步是集成底盤，低壓、高壓多合一。第二步是智能底盤，采用懸掛、 制動、獨輪驅(qū)動技術(shù)，AI 自適應控制系統(tǒng)。第三步是自動底盤，自動駕駛是發(fā)展的必趨勢， 所以提出了自動底盤的概念。

軟包電池不易設計成強度件，硬殼電池與電池包集成方向更匹配

       目前圓柱和方形與 CTP 已有多種適配方案。根據(jù)寧德時代專利，其 CTP 技術(shù)的 PACK 由至少 兩個大模組構(gòu)成，大模組被若干散熱板分割成小空間，減少連接線束、側(cè)板、底板等零部 件。刀片電池無模組模式下，電芯本身承擔一部分模組功能；有模組模式下，模組結(jié)構(gòu)不 包含端板和側(cè)板等結(jié)構(gòu)，比傳統(tǒng)模組有所提升。 4680 電池與 CTC 適配性好。以特斯拉公布的 4680 CTC 方案為例：1）電池包上蓋與電芯粘 接，并與座椅等車輛結(jié)構(gòu)件集成；2）電芯上下和電芯之間填充樹脂材料，用來熱保護和結(jié) 構(gòu)性支撐；3）將鋁絲連接改為 Busbar 連接；4）熱失控管理方面，在電池包一側(cè)配置 8 個泄壓閥。該 CTC 方案大幅提升電池系統(tǒng)能量密度，減少整車重量，提升生產(chǎn)效率，并優(yōu) 化乘坐空間。

       軟包電池成組復雜，鋁塑膜需要金屬層和模組的保護，無模組方案仍在探索中。 CTP、刀 片電池、JTM 適用于方形電池，蜂窩電池適用于圓柱，軟包電池 CTP 較少。聚創(chuàng)新能源提出 LBP 方案，省去大量的銅排連接及常規(guī)模組結(jié)構(gòu)附件，軟包電池系統(tǒng)體積集成效率從 30~40% 提升至 50~60%，減少約 20%的結(jié)構(gòu)件數(shù)量。 固態(tài)電池更適合軟包封裝。國內(nèi)固態(tài)電解質(zhì)以氧化物路線為主，電解質(zhì)的柔韌性較差，預 計固態(tài)電池主要采用疊片工藝。軟包封裝的能量密度更高，且有較為豐富的膠狀物質(zhì)封裝， 是有望率先率先搭載固態(tài)電池的封裝形式。（報告來源：未來智庫）

制造環(huán)節(jié)：極片成組和電池封裝是主要的差異工序

方形電池生產(chǎn)：卷繞效率高，生產(chǎn)效率是核心追求

       卷繞和焊接為瓶頸工序。方形電池制作中，前段的涂布、中段的卷繞/疊片，焊接（激光焊） 為核心生產(chǎn)工序。涂布設備的模頭和激光設備的激光器主要依賴進口，其中三菱、松下和 美國 EDI 等國外企業(yè)占據(jù)國內(nèi)涂布模頭 70%的份額。 方形電池單產(chǎn)線投資額約在 4 億元左右。根據(jù)寧德時代招股書，單產(chǎn)線投資額約 4.1 億元， 單產(chǎn)線的設備投資額約 2.8 億元。根據(jù)寧德時代 2021 年定增項目，單 Gwh 投資額在 3.06-4.00 億元之間。

卷繞效率更高，為主流工序

       雙軸心卷繞：方形硬殼電池通常有兩個軸心，正極、隔膜、負極疊層圍繞著兩個軸心進行 卷繞，然后以間隙直入方式裝入方形鋁殼之中，外部噴絕緣漆或套塑料膜。部分廠家（如 比亞迪）使用疊片，疊片相對于卷繞電池，能量密度會增加 5%、循環(huán)壽命增加 10%、成 本減少 5%，且更加安全，缺點是生產(chǎn)效率僅為卷繞的 1/5-1/3。

       疊片設備國產(chǎn)率與集中度高。超業(yè)、佳的、格林晟占據(jù) 60%-70%的疊片市場。贏合科技成 功研發(fā)了模切疊片一體設備，已逐步推廣到國內(nèi)多家主流電池企業(yè)；先導智能從 2017 年 開始做疊片機，憑借大力的研發(fā)投入，在國產(chǎn)疊片機領域已位于前列。

       生產(chǎn)效率是影響電極生產(chǎn)工藝選擇的核心要素，通過涂布和模切的前置工序影響卷繞和疊 片兩種制備工藝的選擇。 高能量電芯需要更厚的漿料涂布量以獲得更高的比容量，而箔材上濕涂太厚的漿料干后會 開裂，涂布變厚本身有一定技術(shù)難度。目前的涂布厚度卷繞可以適用，但過厚時卷繞式電 池拐角處可能發(fā)生破裂，需要改成疊片式。前提是疊片的生產(chǎn)效率提升使商業(yè)化有經(jīng)濟性， 否則可能選擇臨界厚度做卷繞加工。綜上，我們認為接下來主流技術(shù)仍以卷繞為主，參考 主流公司所投產(chǎn)線 3-5 年的折舊周期，若無實質(zhì)性的沖擊，在設備壽命結(jié)束前不會替換產(chǎn) 線。

       激光模切和機械模切相比速度較快（機械 40-50m/s，激光 60-70m/s），但前者成本較高、 可切厚度較低、可能燒蝕極片等問題比疊片提速容易解決。目前比亞迪等公司用疊片加機 械模切，是因為現(xiàn)在生產(chǎn)效率的瓶頸是疊片工序，其生產(chǎn)速度還不需匹配激光膜切。一旦 疊片單機速度提升，激光膜切在生產(chǎn)速度上就有明顯優(yōu)勢。出于效率匹配，選擇機械模切 對廠房和設備的投入更大。若未來涂布厚度提高、毛刺能有較好改善，機械模切可能仍存 在一定市場份額。目前從商業(yè)化過程中核心的生產(chǎn)效率來看，未來技術(shù)方向是卷繞加激光 膜切。

圓柱的極片成組工藝需使用卷繞

       圓柱電池為單軸心卷繞：圓柱電池卷繞是指使用卷繞機將分條后的極片固定在卷針上，隨 著卷針轉(zhuǎn)動，以正極極片、負極極片和隔膜的一端為軸心卷成電芯，封裝在圓柱金屬外殼 之中，注液封頂蓋，外部套上塑料絕緣膠皮。 卷繞機是中道核心設備，對卷繞張力波動、糾偏和卷繞速度都有較高的要求。通常要求卷 后正負極片或隔膜的上下偏差均小于 0.5mm， 方形電池需要自動調(diào)整角速度，因此張力控 制技術(shù)的要求高于圓柱電池，卷繞速度要大幅低于圓柱電池。目前國內(nèi)圓柱電芯能達 18 米 / 秒以上的高速卷繞速度，方形電芯能達到 3 米/秒。卷繞機市場集中度較高，CR3 在 60%-70%之間，國內(nèi)高端市場占有率約為 50%。

激光焊接是大圓柱生產(chǎn)的難點，對極耳交叉撫平要求高

       動力電池激光焊接通常采用鋁合金、紫銅等材料，以拼接焊和疊焊兩種方式為主。圓柱形 和方形電池需要焊接的部位包括防爆閥、極柱、軟連接、外殼封口、注液孔以及模組。鋁 合金材料的電池殼占整個動力電池的 90% 以上，電芯通常會采用較“輕”的鋁材質(zhì)，同時 要求殼、蓋、底基本都要求達到 1.0 mm 以下。目前主流廠家基本材料厚度均在 0.8 mm 左 右。 激光焊接利用激光束優(yōu)異的方向性和高功率密度等特性，通過光學系統(tǒng)將激光束聚焦在很 小的區(qū)域內(nèi)，在極短的時間內(nèi)使被焊處形成一個能量高度集中的熱源區(qū)，從而使被焊物熔 化并形成牢固的焊點和焊縫。脈沖焊接和連續(xù)焊接。優(yōu)點是材料契合度高、自動化集成、 能量集中，焊接效率高、加工精度高，焊縫深寬比大。

       激光焊接工藝難點：鋁合金對激光的反射率極高, 焊接過程中氣孔敏感性高, 焊接問題主 要的是氣孔、熱裂紋和炸火。此外，軟包極耳焊接要求高水平的焊接工裝，壓牢極耳，保 證焊接間隙。 圓柱電芯的焊接主要是正極的焊接，采用激光焊接。負極的部分殼體薄，容易焊穿，采用 負極免焊接的方式。方形電池的焊接主要分為側(cè)焊和頂焊，側(cè)焊對電芯內(nèi)部的影響較小， 飛濺物不會輕易進入殼蓋內(nèi)側(cè)，但對激光器的穩(wěn)定性、材料的潔凈度等要求極高。

軟包電池生產(chǎn)工序：卷繞疊片都適用，熱熔封口可靠性持續(xù)提高

       軟包電池制作的前段攪拌、涂布、制片、模切等工藝與圓柱/方形電池相同，差異點在于中 段。1）疊片工藝：通常是 Z 型疊片；2）沖坑：在鋁塑膜上沖出裝卷芯的坑；3）頂側(cè)封： 封裝時極耳膠中的 PP 與鋁塑膜的 PP 層熔化黏結(jié)，形成有效的封裝結(jié)構(gòu)；4）注液、預封： 注液后，對氣袋邊進行預封；5）靜置、化成、夾具整形：化成后有些電芯由于內(nèi)部應力可 能會產(chǎn)生變形，需要夾具整形；6）二封、分容和后續(xù)工序。

軟包電池疊片工藝存在應用差異，Z 型疊片為國內(nèi)主流

       大眾采用單片疊片工藝進行電芯裝配，將隔膜和正負極片交替堆疊形成疊片電池； LG 化學較多使用卷疊復合工藝，先將正負極片裁切成單元，并通過轉(zhuǎn)臺與升降吸盤分別貼 在隔膜上。然后用卷繞的方式，將正負極片分別包裹起來，實現(xiàn)兩組正負極片相間疊放。 速度和效率最高。 Z 型疊片：隔膜主動放卷，經(jīng)過度輥，張力機構(gòu)引入主疊片臺。主疊片臺帶動隔膜前后往復 運動，呈 Z 字型折疊并放置裁切好的正負極片。疊放至設定片數(shù)后停止疊片，完成隔膜裁 切，貼膠。Z 型疊片為國內(nèi)主流工藝，并逐漸切換到切疊一體。

軟包電池常見為疊片+熱封工藝，設備供應商和方殼有一定區(qū)別

       軟包內(nèi)部結(jié)構(gòu)由正極片，隔膜，負極片依次層疊起來，外部用鋁塑膜包裝， 然后焊接正負 極極耳，注電解液并封口，最后化成分容形成軟包電池。 封裝工藝的核心要素是溫度、壓力和時刻。封裝強度隨封裝溫度升高而升高，熱封較佳時 刻與溫度有關(guān)，當溫度足夠高時，熱封時刻與熱封強度呈正相關(guān)。封裝壓力會影響封裝厚 度封裝的較佳狀況是 PP 膜抵達熔點后，粘結(jié)到一同，封裝外觀超卓無氣泡無褶皺，封裝強 度高，密封性和絕緣性好。所涉及的設備主要包括：疊片機和封裝設備，其中封裝設備中 包括沖壓機、熱封模具、高溫夾具、焊接機等。

異形電池：基本以制袋疊片工藝為主

       由于形狀限制，異形電池采用制袋疊片工藝。異形鋰電池的前端制漿、涂布、軋片相同和 普通疊片鋰電池基本相同，差別在于制片模切到抽氣之間，并且普通的模切和 Z 字疊片無 法適用。 制造工藝如下：1）異形模切；2）制袋：用隔膜將正極極片包裹，制袋后極片位置固定方 便后續(xù)疊片；3）異形疊片：將正負極片按負極-正極-負極的順序疊放；4）焊接極耳：要 解決電池定位和極耳定位的問題；5）頂側(cè)封：異型電池大多較小，頂側(cè)封可一次完成。