锂电池行业深度研究：电池极片叠卷相争，封装三足鼎立

动力电池封装方式可分为圆柱、方形、软包

       方形、圆柱、软包是主流的动力电池三大封装方式。圆柱电池：通常将正负极与隔膜被卷 绕到负极柱上，以钢壳或铝壳进行封装，之后注入电解液，再封口；方形电池：通常使用 卷绕或者叠片制造，是目前市场占比最高的产品结构；软包电池：通常采用铝塑膜包装， 即在液态锂离子电池套上一层聚合物外壳。常使用卷绕或者叠片制造。目前圆柱卷绕应用 的车型有 Tesla Model 3 等；方形卷绕应用的车型有大众 ID4 等；方形叠片应用的车型有比 亚迪 汉等；软包卷绕应用的车型有奔驰 EQC 等；软包叠片应用的车型有通用 VELITE 6 等。

不同形式各有优劣：圆柱应用易，方形综合佳，软包性能优

       三种封装形式的电池各有优劣。圆柱单体能量密度较低，模组需要电芯较多，重量较高， 突出特点是一致性好、生产效率高和成本低；方形电池是国内的主流封装形式，能量密度 较高，突出特点是成组效率为三种形式中最高，但一致性低；软包电池的性能最好，但其 在国内应用较少，主要因一致性低、铝塑膜依赖进口、成本高。

三类电池发展复盘：软包韩系主导，方形国产布局，圆柱日系为王

       软包时代：LG 化学为集大成者。1999-2000 年：软包电池开始在汽车上试用；2007 年： AESC 将用于手机产品的软包电池做到了车规级标准；2009 年：LG 化学与现代共同推出 首款现代 Avante 以及 Forte 电动车；2010 年：搭载软包电池的纯电动车日产聆风畅销， 通用推出雪佛兰 Volt，配备 LG 软包电池；2017 年：雪佛兰 Volt 和 Bolt 突破 5 万的装机量； 2020 年：LG 软包电池配套的雷诺 Zoe、现代 Kona 等车型畅销；2021 年：雷诺集团发 布全新车型 Limo，搭载孚能科技软包电池。

       方形时代：三星 SDI 开启，国内宁德、比亚迪接棒发扬光大。1999 年：三星 SDI 进入电池 领域；2000 年：三星 SDI 布局动力电池；2008 年：比亚迪全球首款量产的 PHEV 在中国 上市，搭载方形铁电池；2009 年：宝马推出 Megacity，搭载三星 SDI 的方形电池；2013 年：第二代普锐斯将圆柱电池换成方形镍氢电池；2014 年：华晨宝马为中高端第一款，搭 载宁德时代的方壳电池；2016 年：搭载 SDI 方形电池的宝马 i 系列在全球的热销；2020 年：比亚迪推出刀片电池，首次用在比亚迪汉 EV，连续月销破万。 圆柱时代：索尼最先，松下绑定特斯拉为王。1994 年：索尼生产圆柱 18650；1997 年： 全球首辆混合动力汽车丰田普锐斯搭载松下圆柱镍氢电池；1998 年：松下 18650 圆柱电池 装配全球笔记本电脑；2008 年：松下为特斯拉独家提供 18650 圆柱锂电池。2015 年：特 斯拉全球销量超过 5 万，拉动松下圆柱电池出货量达 4.5GWh；2017 年：特斯拉年销量突 破 10 万辆，为松下贡献 10GWh 的圆柱电池订单；2020 年后：特斯拉 model3、modelY 为爆款，带动圆柱电池份额提升。

各大厂商封装技术多元化，多以硬壳形式为主

       亿纬锂能：14 年开始布局三元圆柱、方形铁锂方形三元；20 年，公司软包产能达 9GWh。 三元方形产能 2GWh。三元方形获宝马订单，三元软包获小鹏订单；21 年，公司软包产能 达 10GWh。三元方形产能超 30GWh。 比亚迪：16 年，动力锂电池出货量为 6.72GWh，位列全球第三；20 年 3 月，发布刀片电 池；21 年，第二代锂电池产能达到 60GWh，与北美大客户合作顺利后续放量。 宁德时代：18 年，方形铝壳产能达到 31.5GWh，开始布局三元软包；19 年，已落地 18665 圆柱产线；21 年，正为特斯拉建造 4680 大圆柱产线。

三类封装形式发展趋势：软包圆柱占比提升，但方形仍为主导

       预计未来方形电池为封装形式主流。根据高工锂电数据显示，2020 年，软包、圆柱、方形 三类封装形式的市场分别为：9.50%、9.70%、80.80%；预计 2025 年，软包、圆柱、方形 三类封装形式占比将分别达到：15.0%、25.0%、60.0%。我们预计 2025 年软包、圆柱、 方形电池三者全球出货量将分别达到：180GWH、300GWH、718GWH。

方形电池

       方形电池：性能适应市场需求，安全性较高适合搭载于中高端车型 方形电池在性能方面更加适合市场需求。方形电池具有内阻小、循环寿命长、封装可靠度 高、耐受性好、成组相对简单、系统能量相对高等优势，凭借这些优势，方形电池在目前 阶段更加能适应市场需求。但其也具备一些劣势包括：型号多，工艺难统一，生产自动化 水平不高，单体差异大等。 方形电池安全性高，适合中高端车型。方形锂离子电池由于安全性高，能够通用于乘用车 和商用车，无论纯电动还是混合电动。主机厂在中高端车型上也更倾向于采用方形电池。

       方形电池壳体带电以防腐蚀。负极与壳体之间有 0.6-0.7V 的电压。壳体带电的原因是防止 腐蚀，当负极耳与铝壳内壁接触，此时铝壳与负极之间的电压较低，锂离子与铝金属会发 生嵌入反应。一般情况下电池壳电压低于 0.4 V 时会存在腐蚀隐患，应避免壳电压低于 0.4 V 的电池，并对电芯增加绝缘层、对铝壳氧化处理等。

方形电池：结构较为简单，铝壳体为主流

       典型的方形锂电池主要包括：顶盖，壳体，正极板、负极板、隔膜、绝缘件和安全组件等。 安全组件中包括 NSD 和 OSD。针刺安全保护装置(NSD)是指在卷芯的外面加上金属层，例 如铜薄片，可以防止针刺位置局部过热，缓减电池热失控发生。过充安全保护装置(OSD) 一般是一个金属薄片，配合保险丝使用。保险丝设计到正极集流体上，过充时电池内部产 生的压力使得 OSD 触发内部短路，产生瞬间大电流使 Fuse 熔断，从而切断电池内部电流 回路。 方形电池的结构较为简单，铝壳体为主流。不像圆柱电池采用强度较高的镀镍钢作为壳体， 因此整体附件重量要轻，相对能量密度较高。

方形电池：刀片电池占据优势

       刀片电池采用长电芯，结构借鉴蜂窝铝板。刀片电池采用长电芯，省去中间模组环节，直 接把电芯装到电池系统里面，从而重量和成本都有效下降。结构上，借鉴了蜂窝铝板的原 理，通过结构胶把电芯固定在两层铝板之间，让电芯本身充当结构件，来增加整个系统的 强度。刀片电池安全性优于三元，其他性能与三元接近。安全性方面：通过针刺实验，刀片电池 表现为无明火、无烟；能量密度方面：刀片电池空间利用率高，能量密度比传统铁锂电池 提升 50%；循环性能方面：刀片电池具备超过 4500 次的充电循环寿命。

       比亚迪刀片电池长度可以在 600—2000mm 之间。由于刀片电池长度和电池包宽度一致，因 此覆盖几乎所有乘用车的电池包宽度尺寸。其中长刀片（1000-2000mm）主要用于老款的 BEV， 短刀片用于新款 PHEV，并计划渗透到新款 BEV。 比亚迪长刀比蜂巢短刀片的空间利用率和系统成本更优。蜂巢能源的 L600 短刀片相较于比 亚迪的长刀片在循环寿命方面更具优势，且其支持切换 590 标准模组，实现串并联方案灵 活变化，以高标准化和高灵活性降低电池包设计难度。而长刀片则在空间利用率、Pack 零 部件数量和电池系统总成本上占据优势。

       宁德 CTP 和比亚迪“刀片”各有千秋。比亚迪刀片电池把单个电芯宽度无限拉长，厚度做 薄，然后直接把电芯放在整个 PACK 里面进行安装，尽可能简化模组。宁德时代 CTP 在模组 和模组间采用一种套筒的连接方式紧贴在一起，同时套筒下游固定装置和整车相连，从而 简化了结构。宁德 CTP 功率密度更高，成组效率更高，对大多数整车厂成本控制更为友善； 而比亚迪“刀片”电池在空间利用率上表现更好，结构灵活性和耐久性上更具有价值和想 象空间。

圆柱电池

圆柱电池：能量密度、成组效率低但一致性、安全性较好

       圆柱电池能量密度相对较低。目前圆柱关键以磷酸铁锂电池为主导，其容量高、输出电压 高、优异的充放电循环安全性能、输出电压比较稳定、能大电流量放电、操作安全稳定、 对环境无污染。 圆柱电池封装的优势有：其生产工艺成熟；单个一致性较好；电池包成本低，使用范围广； 耐高温，不易爆炸，安全性较好；内阻小，不易自耗电，有望替代镍氢电池的企业产品。 其劣势包括：整体重量重；空间利用率低；成组效率低；能量密度低；径向导热差；单位 容量较小；电池管理复杂度较大。

圆形电池：结构与方壳类似，PTC 热敏电阻为独有

       常规的圆柱电池除形状外，结构与方壳电池类似。典型的圆柱电池结构包括外壳、盖帽、 正极、负极、隔膜、电解液、PTC 元件、垫圈和安全阀等。一般电池外壳为电池的负极， 盖帽为电池的正极。 PTC 热敏电阻为独有结构：PTC 热敏电阻是大多数商用圆柱形电池中的保护装置，而在方 形或软包电池少有。PTC 热敏电阻是可被动复位的装置，可以抑制高电流浪涌并防止过电 流。

圆柱电池：4680 为最新突破

       4680 全极耳设计主要为了过流和热扩散。极耳的主要作用是作为极片与极柱的导电通路， 决定了电池内阻和电池发热量。与立式极耳相比，全极耳设计把导电通路从局部小块，变 成了整个平面的线形焊接，使发热量减少同时强化了快充性能。 对称型的圆形产品让成型工艺有更多的可能。壳体由于产品热扩散的要求，需要使用钢材 进行加工，同时为了规避钢材锈蚀的问题，需要在表面进行镀镍合金化处理。壳体、导流 盘、盖板都需要进行圆形加工，双侧出极耳相应的导流盘和盖板都需要进行位置调整。 4680 性能突破。4680 大幅提升了电池功率（6 倍于 2170 电池），降低了电池成本（14% 于 2170 电池），优化了散热性能、生产效率、充电速度、能量密度、循环性能等。

硬壳电池

硬壳电池：顶盖与外壳与软包不同

       硬壳电池与软包电池的差异主要在结构件。硬壳（圆柱和方形）结构件为盖板和外壳，软 包电池结构件为铝塑膜。圆柱方面， 5 号、18650 等小体积电池外壳采用镀镍钢，21700 中铝壳和镀镍钢外壳均有使用，4680 计划采用镀镍钢，电池外壳耐压高，使用和运输过程 中不会出现膨胀现象。方形电池主要是铝壳。 顶盖主要包括防爆片、反转片和极柱。功能主要有：1）作为正负极引出端；2）泄压保护： 动力电池内部温度达到热失控状态时，内压继续上升，排气口翻转，盖帽防爆膜将被冲破， 电池内物质随高压气体喷出；3）温度保护：当达到一定温度时， PTC 保护元件电阻大幅 增加，切断电流；3）密封功能：防水气入侵，防电解液蒸发。

硬壳电池：采用卷封或焊接工艺，核心结构件为转接片、顶盖、壳体

       钢壳电池外壳坚硬，不易别尖锐的物体刺穿。5号、18650等小结构电池采用卷封工艺，21700 是焊接工艺。对于圆柱钢壳，激光焊会出现非常多火花和炸点，因此卷封是发展方向。方 形铝壳主要采取激光焊。铝壳要求轻薄化，在卷封时强度会小于等于防爆阀的最低值，安 全性较差。 转接片是连接电池盖板与电芯的关键部件。转接片必须同时考虑到电池的过流、强度和低 飞溅的要求。作为负极材料的铜，属于低吸收率的高反材料，在焊接时需要更高的能量密 度去焊接。Tab lead 需被焊接在极耳上，从而对极耳进行加长，方便后面的顶侧封将 sealant 融化进行侧封，Tab lead 采用超声波进行焊接，并且在焊接处贴上绝缘胶带防治短路。Mylar 电池膜结构用于包覆方形锂电池的裸电芯，其具备优良的抗撕裂强度、耐温性、耐潮性、 耐化学腐蚀性和强的电绝缘性能。 顶盖的生产工艺包括冲压、焊接、注塑等。壳体的制造相对简单，主要采用立式冲压+拉伸 工艺。（报告来源：未来智库）

软包电池

软包电池：性能优异，但成本高可靠性挑战大

       软包电池电容量和能量密度均较高。软包电池容量大都在 30Ah-70Ah，其能量密度大多在 220V-300V，并且能量密度上最大的优势就是轻，即便是运用了相同的电芯，三元软包电 池的能量密度也会比钢壳三元锂电池高出 40%。 软包电池优势还包括：其安全性能好；重量轻，比能量高；内阻小，从而降低电池的自耗； 电池容量大，充放电倍率高；外观设计灵活。其劣势包括：成本较高，国内多为进口；一 致性差，标准化程度低，生产效率低；成组效率低；容易漏液；壳体机械强度低。

软包电池结构：外壳为铝塑膜且无顶盖

        软包电池的基本结构与圆柱和方形类似，包括正极、负极、隔膜、绝缘材料、正负极极耳 和壳体，但软包电池的壳体是铝塑膜，且没有顶盖。 铝塑膜是由外层尼龙层(ON)、中间层铝箔(Al)、内层热封层(一般用 CPP)、粘合剂构成的多 层膜。电池用铝塑膜特点具备极高的阻隔性、良好的热封性能、延展性、柔韧性，并且材 料耐电解液及强酸腐蚀。 加压工艺是软包电池成型工艺中独特环节。铝塑膜封装结构决定了极片不能紧密排列，极 片之间容易出现空隙，从而影响电池性能，所以在化成两次充电之间采用滚压工艺将极片 之间的气体排除。

        铝塑膜制造工艺分为干法和热法两种，干法是铝和聚丙烯用粘合剂粘结后直接压合而成， 冲深成型效果和外观一致性好，但其耐电解液性较差，以日本昭和电工为代表；热法是铝 和聚丙烯之间用 MPP 粘结，再缓慢升温升压热压合而成，能提高 Al 层与 PP 层之间的粘附 力，使内表层防电解液溶胀脱落能力大大提升，但容易出现向内卷曲，以 DNP 为代表。 铝塑膜依赖进口，但正加快国产替代进程。以明冠科技为例，其干热复合法吸收了干法工 艺优势的同时，兼顾了热法在耐电解液和抗水方面具有的优势，使得铝塑膜在冲深成型、 耐电解液、及阻水性能等方面的综合性得到了全面的提升，产品质量比肩进口产品。

软包电池：出货量带动铝塑膜增长

        软包锂电池主要增长动力来自于：以 LG 化学，AESC 和 SKI 等为代表的软包动力电池出 货量快速增长，在小型电池领域，尤其在 3C 领域，软包电池的渗透率快速提升；其部分软 包产品已经逐步在电动自行车、电动工具等小动力领域展开应用。 铝塑膜出货量高速增长，市场规模持续扩大。据 EV Tank 数据，2020 年全球铝塑膜出货量 达到 2.4 亿平米，同比增长 23.7%，按照 2020 年平均时长价格 22 元/平米计算，整体市场 规模达到 52.8 亿元。

异形锂电池：几何形状，常见于消费电池

       异形锂电池由包装膜、正极片、负极片、绝缘隔膜，极耳以及电解液构成，正极耳和负极 耳可以分别设置于电池极组的相同或者不同侧面，特点在于形状可以呈规则或者不规则的 几何形状。 性能：属于消费电池阵列，主要应用于电子电动产品、无线通信产品上，因此能量密度、 循环寿命、容量等方面低于动力电池，但机械稳定性、耐用性、空间利用率和安全性较好。

三类电池总结：系统性能与单体性能不完全一致，方形综合较好

        圆柱电池：优点是一致性好、生产效率高、单体成本低，但能量密度较低，模组需要电芯 较多，成组后成本优势削弱，寿命较差，电池管理复杂度大; 方形电池：是国内的主流封装形式，能量密度优于圆柱，优点是对电芯保护强、成组效率 高，不足是大电池对制造工艺挑战大; 软包电池：外形设计灵活，单体的能量密度较高，封装工艺长期可靠性有挑战、铝塑膜加 工和使用成本高。 单体性能上，1）能量密度：软包>方形>圆柱，主要考虑机械件重量在质量中的占比，随电 池尺寸变大，差异变小；2）散热能力：软包、方形>圆柱；圆柱电池的散热能力在系统层 级，因为电池间隙更大得到改善；3）循环寿命：软包>方形>圆柱，圆柱的电解液量相对少； 4）安全性：圆柱>软包>方形；此时大圆柱需要使用镀镍钢，此处安全是个相对概念。安全 阈值的绝对值在电池热失控的峰值能量下，差异不明显； 5）充放电倍率：圆柱>方形>软 包；6）成本优势：圆柱>方形>软包。 系统性能上，1）成组效率：圆柱、方形>软包，圆柱、方形、软包模组/系统成组效率分别 为 87%/65%、89%/70%、85%/60%；2）可靠性:方形>圆柱>软包；软包封口边漏液是主 要的市场失效表现；3）生产效率：圆柱>方形>软包；4）一致性：圆柱>方形>软包；5） 成本优势：模块、电池包成组后圆柱成本优势逐渐削弱。

       在能量密度方面，软包电池具有优势。该维度上国内领先的软包电池有宁德时代、孚能科 技等，圆柱电池有力神、比克等，方形电池有宁德时代、亿纬锂能等。国内外产品在能量 密度的差距上，圆柱、软包电池较大，方形电池基本没有差距，该维度上国外第一梯队多 为日韩企业，如 LG 化学、三星 SDI、松下、远景动力等。 在循环寿命上，方形、软包电池远优于圆柱电池。圆柱电池的寿命可靠性较低与内阻较大、 散热能力较弱有关。圆柱卷绕式电池在使用过程中的一种老化失效形式是卷绕极片发生翘 曲，翘曲发生的来源可能是电极各层在循环中的体积变化步调不一致。

       安全性上，软包优于硬壳，软包电池由于铝塑复合膜自身的特性使其在针刺和外短路两项 测试中表现出优异的安全性能，而 18650 型圆柱钢壳电池由于自身具有安全阀的保护作用 使其在过充测试中表现出较好的安全性能。

三种封装形式与模组 PACK 方案的适配性

三类电池集成方案：MTP-CTP-CTC，集成化程度不断提高

       MTP（Module to Pack）：包括模组控制、电芯、导电连接件、绝缘板、塑料框架、采样 PCBA、 冷板、压板和紧固件等。 优点：1.电池包由多个模组组成，每个模组都有单独壳体保护和 控制单元，便于电池的控制和热管理；2.电池模组可以单独更换，维修成本低和便利性高。 缺点：1.由于模组间的壳体和安全间隙，整体的重量较大，空间利用率较低；2.每个模组 都配置了单独的控制单元，导致成本相对较高。 CTP（Cell to Pack）电池集成方案：CTP 电池集成方案是减少或去除电池“电芯-模组-整 包”的三级 Pack 结构的技术。CTP 电池包即是电芯直接集成到电池包内，这种电池由于省 去了电池模组，电池包集成到车身地板上作为整车结构件的一部分。优点：1.省去了模组 之间的布置间隙，增加了电芯的数量；2.省去了模组结构，降低了整体电池包的重量。 缺点：电池包需要作为结构件的一部分承载载荷，对电池的结构设计要求更高。

       CTC（Cell to chassis）电池集成方案：CTC 电池集成方案是直接将电芯集成在地板框架内 部，将地板上下板作为电池壳体。它是 CTP 方案的进一步集成，完全使用地板的上下板代 替电池壳体和盖板，与车身地板和底盘一体化设计，从根本上改变了电池的安装形式。优 点：1.极大提高车身空间利用率，可容纳电芯的数量更多，续航里程将增加 15%-25%；2. 取消了电池包的结构件，降低了重量；3.集成化和模块化程度更高。缺点：1.电芯作为结 构件的一部分承载载荷，电芯与上下结构件固定起来，需应对较为苛刻的剪切力，对电池 的结构设计要求更高；2.需要更高的制造工艺，制造过程中出现问题可能导致电池整体报 废，制造成本高可维修性低。

发展路径：电池包逐渐集成化的过程，主要是非化学类的零件减重集成

       传统模组改进方向为 CTP、CTC 技术，达到空间利用率的提升。CTP 指电芯直接集成到电 池包内，省去电池模组；CTC 为 CTP 的延伸，在省去模组的基础上进一步省去打包过程， 将电芯直接集成到汽车底盘上，实现更高程度集成化。根据宁德时代的数据，CTP 相比于 传统电池包，可以使体积利用率提升 15%-20%，零件数量减少 40%，生产效率提升 50% 并降低动力电池的制造成本。CTC 电池技术的空间利用率最高，对于电池电量的提升有显 著的效果。

       比亚迪 CTP 技术-刀片电池：比亚迪电池组的 CTP 技术能将电池容量提高 20%～30%，电池寿 命延 20%～30%。刀片电池也首次用于比亚迪的汉 EV 电动汽车。比亚迪刀片电池的制作依赖 于 CTP 技术。刀片电池基于磷酸铁锂技术的创新，具有启动放热温度高、温升慢、产热少、 不释氧等优点。此外，刀片电池变长变薄，表面积也增加，整体散热更好。电池的短路电 路相对较长，产生的热量较少，所以刀片电池的安全性能是非常出色的。

       蜂巢新能源 CTP 技术：采用无模组方案可以有效缩短生产线，减少生产过程中的浪费。电 芯在线堆叠，测试后直接放入电池盒，大大减少了流动过程，减少了模块传统的框架焊接 过程。与传统 590 模组相比，CTP 第一代减少 24％的零部件，第二代成组效率提升 5－10％， 空间利用率提升 5％，零部件数量再减少 22％。

       宁德时代 CTP 技术：将一个大的模块通过若干个塑料散热片分割成小空间，这些塑料散热 片可以像电脑硬盘一样插入小空间。去掉电池模块，将电池直接集成到电池组中，可以提 高电池组的空间利用率，减轻电池组的质量，提高能量密度，降低成本。根据官方数据， 与传统的电池相比，CTP 电池组的容量利用率增加 15%～20%，零部件的数量减少了 40%，生 产效率提升了 50%，电池的能量密度提高 10%～15%，这将大大降低动力电池的制造成本。 电池组由至少两个大模块组成，每个模块通过紧固件连接到电池托盘上，最后将电池组固 定到不同的横梁上。 宁德时代 CTP3.0 麒麟电池：根据官方发布信息，我们的总结为：1）热管理系统集成，电 池倒置强化安全：1.多功能弹性夹层：将横纵梁、水冷板与隔热垫集成为多功能弹性夹层， 提高系统集成效率至 72%，承载功能向箱体、胶体、水冷板转换；2.电池倒置：通过箱体卡 槽和 CCS 扣板的结构设计变化，让出电池正放时 6%的空间，重新定义电池开阀方向，提高 极端情况乘员舱安全。2)化学体系强目标，高镍高硅 CNT：1.系统能量密度 255Wh/kg：单 体能量密度来到 300 水平，明确高镍高硅方向；2.续航 1000km：预计高镍高硅 CNT 方案， 使单电包电量来到 100 度电水平；3.4C 快充&循环寿命：水冷板的缓冲作用减少电池单体挤 压，加速推动硅氧负极的产业化，加速高电导材料的用量提升。

       宁德时代 CTC 技术计划于 2025 年推出。CTC 技术将进一步高度集成。未来的电芯底盘一体 化 CTC 设计，根据官方数据，通过这个技术整车减重 8%以上，动力系统成本降低 20%以上， 续航提升 40%以上，行驶里程可达 1000 公里，百公里电耗降低 12 度以下。宁德时代的 CTC 开发分三步走，第一步是集成底盘，低压、高压多合一。第二步是智能底盘，采用悬挂、 制动、独轮驱动技术，AI 自适应控制系统。第三步是自动底盘，自动驾驶是发展的必趋势， 所以提出了自动底盘的概念。

软包电池不易设计成强度件，硬壳电池与电池包集成方向更匹配

       目前圆柱和方形与 CTP 已有多种适配方案。根据宁德时代专利，其 CTP 技术的 PACK 由至少 两个大模组构成，大模组被若干散热板分割成小空间，减少连接线束、侧板、底板等零部 件。刀片电池无模组模式下，电芯本身承担一部分模组功能；有模组模式下，模组结构不 包含端板和侧板等结构，比传统模组有所提升。 4680 电池与 CTC 适配性好。以特斯拉公布的 4680 CTC 方案为例：1）电池包上盖与电芯粘 接，并与座椅等车辆结构件集成；2）电芯上下和电芯之间填充树脂材料，用来热保护和结 构性支撑；3）将铝丝连接改为 Busbar 连接；4）热失控管理方面，在电池包一侧配置 8 个泄压阀。该 CTC 方案大幅提升电池系统能量密度，减少整车重量，提升生产效率，并优 化乘坐空间。

       软包电池成组复杂，铝塑膜需要金属层和模组的保护，无模组方案仍在探索中。 CTP、刀 片电池、JTM 适用于方形电池，蜂窝电池适用于圆柱，软包电池 CTP 较少。聚创新能源提出 LBP 方案，省去大量的铜排连接及常规模组结构附件，软包电池系统体积集成效率从 30~40% 提升至 50~60%，减少约 20%的结构件数量。 固态电池更适合软包封装。国内固态电解质以氧化物路线为主，电解质的柔韧性较差，预 计固态电池主要采用叠片工艺。软包封装的能量密度更高，且有较为丰富的胶状物质封装， 是有望率先率先搭载固态电池的封装形式。（报告来源：未来智库）

制造环节：极片成组和电池封装是主要的差异工序

方形电池生产：卷绕效率高，生产效率是核心追求

       卷绕和焊接为瓶颈工序。方形电池制作中，前段的涂布、中段的卷绕/叠片，焊接（激光焊） 为核心生产工序。涂布设备的模头和激光设备的激光器主要依赖进口，其中三菱、松下和 美国 EDI 等国外企业占据国内涂布模头 70%的份额。 方形电池单产线投资额约在 4 亿元左右。根据宁德时代招股书，单产线投资额约 4.1 亿元， 单产线的设备投资额约 2.8 亿元。根据宁德时代 2021 年定增项目，单 Gwh 投资额在 3.06-4.00 亿元之间。

卷绕效率更高，为主流工序

       双轴心卷绕：方形硬壳电池通常有两个轴心，正极、隔膜、负极叠层围绕着两个轴心进行 卷绕，然后以间隙直入方式装入方形铝壳之中，外部喷绝缘漆或套塑料膜。部分厂家（如 比亚迪）使用叠片，叠片相对于卷绕电池，能量密度会增加 5%、循环寿命增加 10%、成 本减少 5%，且更加安全，缺点是生产效率仅为卷绕的 1/5-1/3。

       叠片设备国产率与集中度高。超业、佳的、格林晟占据 60%-70%的叠片市场。赢合科技成 功研发了模切叠片一体设备，已逐步推广到国内多家主流电池企业；先导智能从 2017 年 开始做叠片机，凭借大力的研发投入，在国产叠片机领域已位于前列。

       生产效率是影响电极生产工艺选择的核心要素，通过涂布和模切的前置工序影响卷绕和叠 片两种制备工艺的选择。 高能量电芯需要更厚的浆料涂布量以获得更高的比容量，而箔材上湿涂太厚的浆料干后会 开裂，涂布变厚本身有一定技术难度。目前的涂布厚度卷绕可以适用，但过厚时卷绕式电 池拐角处可能发生破裂，需要改成叠片式。前提是叠片的生产效率提升使商业化有经济性， 否则可能选择临界厚度做卷绕加工。综上，我们认为接下来主流技术仍以卷绕为主，参考 主流公司所投产线 3-5 年的折旧周期，若无实质性的冲击，在设备寿命结束前不会替换产 线。

       激光模切和机械模切相比速度较快（机械 40-50m/s，激光 60-70m/s），但前者成本较高、 可切厚度较低、可能烧蚀极片等问题比叠片提速容易解决。目前比亚迪等公司用叠片加机 械模切，是因为现在生产效率的瓶颈是叠片工序，其生产速度还不需匹配激光膜切。一旦 叠片单机速度提升，激光膜切在生产速度上就有明显优势。出于效率匹配，选择机械模切 对厂房和设备的投入更大。若未来涂布厚度提高、毛刺能有较好改善，机械模切可能仍存 在一定市场份额。目前从商业化过程中核心的生产效率来看，未来技术方向是卷绕加激光 膜切。

圆柱的极片成组工艺需使用卷绕

       圆柱电池为单轴心卷绕：圆柱电池卷绕是指使用卷绕机将分条后的极片固定在卷针上，随 着卷针转动，以正极极片、负极极片和隔膜的一端为轴心卷成电芯，封装在圆柱金属外壳 之中，注液封顶盖，外部套上塑料绝缘胶皮。 卷绕机是中道核心设备，对卷绕张力波动、纠偏和卷绕速度都有较高的要求。通常要求卷 后正负极片或隔膜的上下偏差均小于 0.5mm， 方形电池需要自动调整角速度，因此张力控 制技术的要求高于圆柱电池，卷绕速度要大幅低于圆柱电池。目前国内圆柱电芯能达 18 米 / 秒以上的高速卷绕速度，方形电芯能达到 3 米/秒。卷绕机市场集中度较高，CR3 在 60%-70%之间，国内高端市场占有率约为 50%。

激光焊接是大圆柱生产的难点，对极耳交叉抚平要求高

       动力电池激光焊接通常采用铝合金、紫铜等材料，以拼接焊和叠焊两种方式为主。圆柱形 和方形电池需要焊接的部位包括防爆阀、极柱、软连接、外壳封口、注液孔以及模组。铝 合金材料的电池壳占整个动力电池的 90% 以上，电芯通常会采用较“轻”的铝材质，同时 要求壳、盖、底基本都要求达到 1.0 mm 以下。目前主流厂家基本材料厚度均在 0.8 mm 左 右。 激光焊接利用激光束优异的方向性和高功率密度等特性，通过光学系统将激光束聚焦在很 小的区域内，在极短的时间内使被焊处形成一个能量高度集中的热源区，从而使被焊物熔 化并形成牢固的焊点和焊缝。脉冲焊接和连续焊接。优点是材料契合度高、自动化集成、 能量集中，焊接效率高、加工精度高，焊缝深宽比大。

       激光焊接工艺难点：铝合金对激光的反射率极高, 焊接过程中气孔敏感性高, 焊接问题主 要的是气孔、热裂纹和炸火。此外，软包极耳焊接要求高水平的焊接工装，压牢极耳，保 证焊接间隙。 圆柱电芯的焊接主要是正极的焊接，采用激光焊接。负极的部分壳体薄，容易焊穿，采用 负极免焊接的方式。方形电池的焊接主要分为侧焊和顶焊，侧焊对电芯内部的影响较小， 飞溅物不会轻易进入壳盖内侧，但对激光器的稳定性、材料的洁净度等要求极高。

软包电池生产工序：卷绕叠片都适用，热熔封口可靠性持续提高

       软包电池制作的前段搅拌、涂布、制片、模切等工艺与圆柱/方形电池相同，差异点在于中 段。1）叠片工艺：通常是 Z 型叠片；2）冲坑：在铝塑膜上冲出装卷芯的坑；3）顶侧封： 封装时极耳胶中的 PP 与铝塑膜的 PP 层熔化黏结，形成有效的封装结构；4）注液、预封： 注液后，对气袋边进行预封；5）静置、化成、夹具整形：化成后有些电芯由于内部应力可 能会产生变形，需要夹具整形；6）二封、分容和后续工序。

软包电池叠片工艺存在应用差异，Z 型叠片为国内主流

       大众采用单片叠片工艺进行电芯装配，将隔膜和正负极片交替堆叠形成叠片电池； LG 化学较多使用卷叠复合工艺，先将正负极片裁切成单元，并通过转台与升降吸盘分别贴 在隔膜上。然后用卷绕的方式，将正负极片分别包裹起来，实现两组正负极片相间叠放。 速度和效率最高。 Z 型叠片：隔膜主动放卷，经过度辊，张力机构引入主叠片台。主叠片台带动隔膜前后往复 运动，呈 Z 字型折叠并放置裁切好的正负极片。叠放至设定片数后停止叠片，完成隔膜裁 切，贴胶。Z 型叠片为国内主流工艺，并逐渐切换到切叠一体。

软包电池常见为叠片+热封工艺，设备供应商和方壳有一定区别

       软包内部结构由正极片，隔膜，负极片依次层叠起来，外部用铝塑膜包装， 然后焊接正负 极极耳，注电解液并封口，最后化成分容形成软包电池。 封装工艺的核心要素是温度、压力和时刻。封装强度随封装温度升高而升高，热封较佳时 刻与温度有关，当温度足够高时，热封时刻与热封强度呈正相关。封装压力会影响封装厚 度封装的较佳状况是 PP 膜抵达熔点后，粘结到一同，封装外观超卓无气泡无褶皱，封装强 度高，密封性和绝缘性好。所涉及的设备主要包括：叠片机和封装设备，其中封装设备中 包括冲压机、热封模具、高温夹具、焊接机等。

异形电池：基本以制袋叠片工艺为主

       由于形状限制，异形电池采用制袋叠片工艺。异形锂电池的前端制浆、涂布、轧片相同和 普通叠片锂电池基本相同，差别在于制片模切到抽气之间，并且普通的模切和 Z 字叠片无 法适用。 制造工艺如下：1）异形模切；2）制袋：用隔膜将正极极片包裹，制袋后极片位置固定方 便后续叠片；3）异形叠片：将正负极片按负极-正极-负极的顺序叠放；4）焊接极耳：要 解决电池定位和极耳定位的问题；5）顶侧封：异型电池大多较小，顶侧封可一次完成。