锂电池行业深度研究电池极片叠卷相争封装三足鼎立

锂电池行业深度研究：电池极片叠卷相争，封装三足鼎立行业总览：圆柱、方形、软包三大封装方式，方形最为主流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TeslaModel3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VELITE6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。产品核心竞争力壁垒方形电池方形电池：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0.4V时会存在腐蚀隐患，应避免壳电压低于0.4V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