近年來由于電池安全問題的限制，三元電池比能量難以大幅度增長。因此，行業(yè)轉(zhuǎn)向了電池結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。自 2019 年起，中國企業(yè)發(fā)揮電芯制造優(yōu)勢，厚積薄發(fā)，電池結(jié)構(gòu)從 355 模組和 590 模組，發(fā)展到寧德時代的 CTP/CTC、比亞迪的刀片電池、國軒高科 JTM 以及蜂巢能源的疊片工藝等。
這些創(chuàng)新電池結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)比能量和體積存儲效率都有明顯提升，使得原先磷酸鐵鋰電池難以應(yīng)用到轎車上的問題基本得到解決，甚至可以做到 600 公里，超越了大眾的 VDA、MEB 電芯尺寸標(biāo)準(zhǔn)，在電池結(jié)構(gòu)創(chuàng)新方面，我國企業(yè)走在了國際前沿。
2019 年為動力電池結(jié)構(gòu)創(chuàng)新元年，各動力電池企業(yè)以及各大車企積極探索動力電池結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，推出各類去模組化、集成化的電池結(jié)構(gòu)創(chuàng)新技術(shù)，并在新能源汽車市場逐步予以應(yīng)用。當(dāng)前時代電池包模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化程度不斷加深，整個電池包的生產(chǎn)環(huán)節(jié)集中度繼續(xù)提升為大勢所趨，以寧德時代、比亞迪為代表的動力電池企業(yè)以及以特斯拉為代表的各大新能源汽車車企對動力電池結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步革新值得關(guān)注。
2019年開始動力電池企業(yè)積極探索結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，以CTP技術(shù)對電池包結(jié)構(gòu)內(nèi)部進(jìn)行創(chuàng)新實現(xiàn)高質(zhì)量降本增效，有效對沖了較大程度的原材料成本上升壓力。
一方面通過電池包內(nèi)材料件與結(jié)構(gòu)件的減少降低材料與工藝成本，另一方面通過標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)模化生產(chǎn)提高生產(chǎn)效率降低生產(chǎn)成本，并且同時實現(xiàn)電池續(xù)航能力提升，連續(xù)打造爆款車型，2022年產(chǎn)品日益成熟后全面導(dǎo)向市場，尤其在原材料成本壓力下將加快以CTP為代表的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用，不僅短期有效消化了成本壓力，在長期指引了技術(shù)平價之路。
經(jīng)測算，2021年以來，由于原材料價格上漲，電芯制造成本的大幅提升；其中三元鋰電池電芯成本增加308.15元/Kwh，磷酸鐵鋰電池電芯成本增加276.20元 /kWh。原材料成本大幅上漲，倒逼電池廠商加速結(jié)構(gòu)創(chuàng)新降本增效。
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PLUS、AION S PLUS等同樣應(yīng)用
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首發(fā)車型為沙龍機(jī)甲龍,2022年起長城旗下車型將全面應(yīng)用
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零跑旗下全球首款CTC技術(shù)量產(chǎn)轎車——零跑C01
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上汽MG MULAN等上汽星云純電專屬系統(tǒng)化平臺開發(fā)的車型
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一．動力電池結(jié)構(gòu)創(chuàng)新核心指標(biāo)
結(jié)構(gòu)創(chuàng)新技術(shù): CTP3.0（麒麟電池）
空間利用率: 采取多功能彈性夾層、底部空間共享方案，體積空間利用率最高可達(dá)72%
能量密度: 磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)160Wh/kg；三元電池系統(tǒng)255Wh/kg
續(xù)航能力: 量產(chǎn)后整車?yán)m(xù)航1000km以上
散熱能力: 全球首創(chuàng)電芯大面冷卻技術(shù)，使換熱面積擴(kuò)大四倍，使得電芯控溫時間縮短至原來的一半
充電路線: 支持4C快充，10分鐘內(nèi)可快充至80%
結(jié)構(gòu)創(chuàng)新技術(shù): 4680電池&CTC
空間利用率: 將電芯直接集成到底盤，提升空間利用率
能量密度: 4680電池能量相較于21700電池能量提高5倍
續(xù)航能力: 4680電池相較于21700電池續(xù)航里程提高16%；CTC技術(shù)可增加14%續(xù)航衛(wèi)程；代表車型4680版Model Y 預(yù)估續(xù)航里程可達(dá)400英里，即643km
散熱能力: 4680電池采用全極耳技術(shù)、蛇形冷卻板貼附設(shè)計；CTC技術(shù)采取電芯間夾水冷板，同時在上方額外添加一層水冷板，且4680電池大圓柱間散熱空間本身更大，整體散熱能力優(yōu)異
充電路線: 4680電池具備15分鐘內(nèi)可將電池從0充至80%電量的快充能力
結(jié)構(gòu)創(chuàng)新技術(shù): 刀片電池&CTB
空間利用率: 刀片電池成組時跳過模組和梁，空間利用率提升至60%；CTB技術(shù)則“電池上蓋-電芯-托盤”的“三明治”結(jié)構(gòu)，空間利用率提升至66%
能量密度: 第二代刀片電池處于研發(fā)階段，能量密度或可達(dá)180Wh/kg
續(xù)航能力: 基于刀片電池的電池系統(tǒng)可輕松實現(xiàn)高續(xù)航，A級橋車可實現(xiàn)500km的續(xù)航、B級橋車可實現(xiàn)600km的續(xù)航、C級轎車可實現(xiàn)700km的續(xù)航；刀片電池首發(fā)車型比亞迪漢NEDC綜合續(xù)航里程可達(dá)605km；CTB技術(shù)首搭車型海豹純電動續(xù)航里程最高可達(dá)700km
散熱能力: 刀片電池采取扁長化設(shè)計，散熱面積大，內(nèi)部回路長，同時采取獨(dú)特水冷方案，將水冷板置于整個電池包的上方，與模組頂板直接接觸，對電芯側(cè)面窄邊進(jìn)行冷卻，并在模組頂板與電芯側(cè)面直接設(shè)置導(dǎo)熱板；CTC技術(shù)則采用上層直冷板設(shè)計，電芯間無冷卻設(shè)計
充電路線: 刀片電池33分鐘可將電量從10%充到80%；CTB技術(shù)首搭車型海豹搭載高電壓電驅(qū)升壓充電方案，15分鐘充電里程可行駛超300Km
結(jié)構(gòu)創(chuàng)新技術(shù): 疊片電池工藝
能量密度: 相較于同類型卷繞工藝電池，蜂巢能源的疊片電池能量密度提升5%
續(xù)航能力: 首發(fā)疊片NMx無鈷電池支持單次充電可滿足880公里需求
散熱能力: 通過上下雙層冷卻，更精準(zhǔn)的控制電池的溫度，相對傳統(tǒng)的PACK可以提高冷卻效果40%
結(jié)構(gòu)創(chuàng)新技術(shù): JTM集成技術(shù)
能量密度: 使用磷酸鐵鋰材料體系，模組能量密度可以接近200Wh/Kg，系統(tǒng)180Wh/Kg，可以達(dá)到高鎳三元水平
結(jié)構(gòu)創(chuàng)新技術(shù): 彈匣電池
能量密度: 系統(tǒng)體積比能量提升9.4%，到達(dá)302Wh/L，系統(tǒng)質(zhì)量比能量提升5.7%，到達(dá)185Wh/Kg
續(xù)航能力: 應(yīng)用車型中，AION LX Plus千里版續(xù)航能力量強(qiáng)，NEDC續(xù)航里程為702km
散熱能力: 三維降溫冷卻系統(tǒng)包含全貼合液冷集成系統(tǒng)、高效散熱通道設(shè)計、高精準(zhǔn)導(dǎo)熱路徑設(shè)計，基于該系統(tǒng)，可使得散熱面積提升40%，散熱效率提高30%，有效防止熱蔓延
充電路線: 應(yīng)用車型中，ION V Plus使用超倍速電池技術(shù)，SPEED+充電5分鐘續(xù)航112km、SPEED++充電5分鐘續(xù)航207km
結(jié)構(gòu)創(chuàng)新技術(shù): 大禹電池
續(xù)航能力: 大禹電池首搭車型長城沙龍機(jī)甲龍CLTC工況續(xù)航里程802公里
散熱能力: 當(dāng)電芯發(fā)生熱失控，系統(tǒng)可以在隔絕熱源的同時，把熱量疏導(dǎo)出去，達(dá)到散熱，冷卻的目的，整個流程大概分為八個方向：熱源隔斷，雙向換流，熱流分配、定向排爆、高溫絕緣、白動滅火、正壓阻氧、智能冷卻
充電路線: 應(yīng)用車型中，首搭車型長城沙龍機(jī)甲龍CLTC標(biāo)準(zhǔn)下充電10分鐘續(xù)航401km
結(jié)構(gòu)創(chuàng)新技術(shù): one-stop電池
空間利用率: 電芯層級、生產(chǎn)工藝等維度進(jìn)行創(chuàng)新，空間利用率可提升5%
能量密度: 三元鋰電池系統(tǒng)電芯能量密度300Wh/kg，pack能量密度240Wh/kg；磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)電芯能量密度200Wh/kg，pack能量密度160Wh/kg
續(xù)航能力: 三元鋰電池系統(tǒng)續(xù)航里程可達(dá)1000km；磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)續(xù)航里程可達(dá)700km
散熱能力: 采用高效熱管理技術(shù)、集成液冷技術(shù)、熱失控抑制技術(shù)等創(chuàng)新技術(shù)，換熱效率提升50%
結(jié)構(gòu)創(chuàng)新技術(shù): CTC方案
空間利用率: 將電池、底盤進(jìn)行集成設(shè)計，提升空間利用率；CTC技術(shù)首搭量產(chǎn)橋車C01空間利用率比傳統(tǒng)電池包方案高了5%
續(xù)航能力: CTC技術(shù)首搭量產(chǎn)轎車C01續(xù)航里程提升10%，搭載90kWh動力電池，兩驅(qū)版可實現(xiàn)CLTC綜合工況下717km續(xù)航，四驅(qū)版續(xù)航為630km
散熱能力: 可兼容智能化，集成化熱管理系統(tǒng)
充電路線: 未來可兼容800V高壓平臺，支持400kW超級快充，進(jìn)而實現(xiàn)“加油式充電”，充電5分鐘，續(xù)航200+km
結(jié)構(gòu)創(chuàng)新技術(shù): 魔方電池
空間利用率: 采取LBS躺式電芯以及先進(jìn)CTP技術(shù)，具有超高集成度特性
能量密度: 三元鋰電池能量密度達(dá)到180Wh/kg
續(xù)航能力: 魔方電池首搭車型MG MULAN能夠?qū)崿F(xiàn)3.8秒破百，CLTC工況續(xù)航里程可達(dá)520km
散熱能力: 在上下兩塊電芯之間不做隔離，與相鄰電芯的隔離用絕熱材料做厚；除了電芯之間，在整包電芯隔絕上，使用冷卻板和隔離結(jié)構(gòu)，且躺平電芯冷卻板采用立式布局。通過這樣的被動熱擴(kuò)散方法，魔方電池能夠直正實現(xiàn)零熱失控。
充電路線: 未來可支持換電：通過ONE PACK 平臺化設(shè)計統(tǒng)一尺寸，獨(dú)創(chuàng)專利換電結(jié)構(gòu)，MG MULAN可實現(xiàn)在同一裝置上所有電池包的快換
二、動力電池結(jié)構(gòu)創(chuàng)新核心要點(diǎn)
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去掉模組的側(cè)板,轉(zhuǎn)而用綁帶來替代
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進(jìn)一步優(yōu)化掉模組的兩個端板,利用電池箱體上的縱橫梁來代替端板
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采取"電芯-電池包"結(jié)構(gòu),取消橫縱梁、水冷板與隔熱墊原本各自獨(dú)立的設(shè)計,集成為多功能彈性夾層，同時設(shè)計底部空間共享方案,采用全球首創(chuàng)電芯大面冷卻技術(shù)
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將電芯直接集成到底盤,實現(xiàn)大三電、小三電、底盤系統(tǒng)以及自動駕駛相關(guān)的集體
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通過陣列的方式排布在一起,在成組時跳過模組和梁,減少了冗余零部件后,形成類似蜂窩鋁板的結(jié)構(gòu),從而大幅提升集成率；具有超級安全、超級強(qiáng)度、超級續(xù)航、超級低溫、超級壽命、超級功率的"6S"理念
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取消模組以及電池包上殼體的設(shè)計,將刀片電池通過與托盤和上蓋粘連,形成"電池上蓋-電芯-托盤"的"三明治"結(jié)構(gòu);結(jié)構(gòu)強(qiáng)度優(yōu)勢明顯
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將正極、負(fù)極切成小片與隔離膜疊合成小電芯單體,然后將小電芯單體疊放并聯(lián)起來組成一個大電芯
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直接用卷芯放在模組里面,一次完成制作,具有"成本低,制造過程簡單,易形成標(biāo)準(zhǔn)化"的特點(diǎn)，最大亮點(diǎn)在于可以推動模組實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化
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當(dāng)電芯發(fā)生熱失控,系統(tǒng)可以在隔絕熱源的同時,把熱量疏導(dǎo)出去,達(dá)到散熱、冷卻的目的；具備超高耐熱穩(wěn)定電芯、超強(qiáng)隔熱電池安全艙、三維降溫冷卻系統(tǒng)、第五代電池管理系統(tǒng)四大核心技術(shù)
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針對熱失控問題以"大禹治水,堵不如疏"為理念,"變堵為疏",采用"控+導(dǎo)=通"的核心技術(shù)原理,搭建4層5維安全矩陣,保證" 大容量高鎳電芯"，"電池包任意位置"，"加熱兩個電芯并連續(xù)觸發(fā)熱失控"的情況下都能實現(xiàn)不起火、不爆炸；具備八大核心技術(shù):熱源隔斷、雙向換流、熱流分配、定向排爆、商溫絕緣、自功滅火、正壓阻氧、智能冷卻
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基于"高度集成與極簡化"的產(chǎn)品設(shè)計與制造,實現(xiàn)產(chǎn)品對"高比能、高安全、高可靠、低成本"的要求,其技術(shù)邏輯特征為模塊化極柱、一體化電連接技術(shù),也是其主要變革點(diǎn)；運(yùn)用多項技術(shù)在電芯層級、生產(chǎn)工藝以及電池系統(tǒng)層面進(jìn)行多維度創(chuàng)新
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將電池、底盤進(jìn)行集成設(shè)計,重新設(shè)計電池承載托盤,使整個下車體底盤結(jié)構(gòu)與電池托盤結(jié)構(gòu)耦合,并通過減少冗余的結(jié)構(gòu)設(shè)計,有效減少零部件數(shù)量,在提升空間利用率和系統(tǒng)比能的同時,使車身與電池結(jié)構(gòu)互補(bǔ),電池抗沖擊能力及車身扭轉(zhuǎn)剛度得到大幅度提升；軟硬件實現(xiàn)雙重創(chuàng)新,可持續(xù)進(jìn)化
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采取LBS躺式電芯以及先進(jìn)CTP技術(shù),其中躺式電芯布局為魔方電池最大的技術(shù)特點(diǎn);具有超高集成度、超長壽命、零熱失控安全防護(hù)三大優(yōu)點(diǎn)
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本文，我們整理了不同企業(yè)動力電池結(jié)構(gòu)創(chuàng)新核心指標(biāo)和動力電池結(jié)構(gòu)創(chuàng)新核心要點(diǎn)，后續(xù)，我們會繼續(xù)為大家整理以上企業(yè)更加詳細(xì)且全面的電池創(chuàng)新技術(shù)，歡迎大家關(guān)注本公眾號！
資料來源：信達(dá)證券研發(fā)中心，寧德時代，特斯拉，比亞迪，蜂巢能源，國軒高科，廣汽集團(tuán)，長城汽車，中創(chuàng)新航，零跑汽車，上汽集團(tuán)等
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