一、 前言

本文主要内容是对新能源汽车锂离子动力电池技术进行叙述，文章从材料到Pack结构等不同技术要点进行介绍，主要内容分为上下两部分，下部分是针对比亚迪刀片电池、宁德时代麒麟电池、上汽弹匣电池以及CTM、CTP、JTM、CTB、CTC等各种电池技术黑话进行介绍。

二、 系统结构的演变

动力电池技术目前属于微创新阶段，由于电池比能量难以大幅度增长，因此行业从电池材料创新转向了电池结构创新，演变路线：CTM→JTM→CTP→MTC/CTB/CTC，无模组化、集成化将成趋势。

1）CTM：传统的集成方式，总的配置方式是电芯-模组-PACK-装车，空间利用率低，过去几年电池系统集成化的重点就是不断提升标准化电池模组的尺寸，如比较典型的是355、390、590模组；

2）JTM：2020年国轩高科推出了该技术，即直接将卷芯放在模组里面，一次完成制作，有利于推动模组标准化，可用于储能、低速电动车等领域；

3）CTP：跳过标准化模组环节，直接将电芯集成在电池包上，有效提升了电池包的空间利用率和能量密度，推动整车厂商深入介入电池包开发，目前已成主流，如宁德时代麒麟电池、蜂巢能源叠片电池等；

4）CTC系列：电芯直接集成于车辆底盘的工艺，它进一步加深了电池系统与电动车动力系统、底盘的集成，减少零部件数量，节省空间，提高结构效率，大幅度降低车重，增加电池续航里程，将成为下一代新能源汽车的产业趋势，国内外相关企业正加快布局CTC，如零跑汽车MTC技术、比亚迪CTB技术、特斯拉4680+CTC技术、Rivian、Canoo等新势力车企的滑板底盘技术等。

三、 CTM与弹匣电池

传统的集成方式是CTM，即“Cell to Module”，它代表的是将电芯集成在模组上的集成模式。在发展前期由于不同车型的电池需求不同且电池厂家的电芯尺寸不同，CTM有助于规模经济的形成与产品的统一。过去几年电池系统集成化的重点就是不断提升标准化电池模组的尺寸。总的配置方式是：电芯-模组-PACK-装车。这种方法带来了一个问题，即模组的存在占体积，模组电池包的零件数量多达近600个，导致空间利用率较低只有40%，这很大程度地限制了其他部件的空间。但该种集成方式并不是全是缺点，模块化的方案意味着成本更加低，Pack工艺更加简单可控。

弹匣电池是一项专门提升动力电池安全性的系统性技术，是从电芯本征安全提示，到被动安全强化，再到主动安全防控的一整套安全技术，该技术并没有从电芯本身进行创新设计，而是一种电芯封装技术的改革（同时兼顾三元锂和磷酸铁锂两大技术路线电池安全技术），简单来说，就是通过一系列技术降低三元锂电池发生热失控的概率，并且减少三元锂电池热失控起火自燃的情况。之所以会命名为弹匣电池，是因为电池组的每个电芯都有一个形似弹匣的耐高温壳体保护。

弹匣电池系统有4大核心技术：

1.超高耐热稳定电芯，通过正极材料的纳米级包覆及掺杂技术、新型添加剂的应用实现SEI膜的自我修复。高安全电解液，自聚合高阻抗界面膜，大幅降低热失控反应热。这一系列关键技术的应用，使电芯的耐热温度提升30%。

2.超强隔热电池安全舱，弹匣电池采用超强隔热电池安全仓，网格纳米孔融热材料，可以使相邻电芯不发生热失控。这个电池安全仓就相当于一个弹匣，把电芯与电芯之间隔开。电池包采用耐高温壳体可承受1400℃高温。

3.三维降温冷却系统，采用全贴合液冷集成系统，高效散热通道设计，高精准导热路径设计，散热面积提升40%，散热效率提高30%。

4.第五代电池管理系统，弹匣电池系统技术搭载了第五代电池管理系统，通过采用最新一代车规级电池管理系统芯片（相比前代系统提升100倍），可实现每秒10次全天候数据采集，24小时全覆盖的全时巡逻模式，对电池状态进行监测，发现异常时，立即启动电池速冷系统为电池降温。全时巡逻模式和异常自救模式的应用，重新定义了三元锂电池主动安全的标准，通过优化设计和生产工艺，系统体积比能量提升9.4%，到达302Wh/L，系统质量比能量提升5.7%，到达185Wh/L，各项性能参数均达到世界领先水平。

四、 JTM与国轩高科

JTM，即Jelly Roll to Module，以卷芯为最小单元直接将卷芯放在模组里面，将卷芯进行并联层叠，然后分别对正极耳群和负极耳群进行集中焊接；用胶纸将多个并联的卷芯固定，然后将极耳卡扣在导电组件的L型弯折部进行焊接固定；两侧的导电组件中间密封固定有绝缘袋，在卷芯整体装入铝壳之前，通过注液孔对并联卷芯进行注液；通过导电连接片将多个并联卷芯依次顺序串联，最后将其整体装配入铝壳中，一次性完成制作。

国轩高科JTM集成后的电池形式与比亚迪刀片电池高度相似。JTM通过卷绕工艺制作出电芯，再通过导电组件相连，串联放置于铝壳中组成一个大电池，大电池带有单独的极耳，可以直接用于成组。该工艺制造过程非常简单，可以降低成本，同时可以提高电池的体积比能量密度，达到与刀片电池相近的效果。JTM技术让电池单体之间几乎没有了多余连接件，可以提高电池的体积比能量密度，同时可以使单体到模组成组效率超过90%，使用磷酸铁锂材料体系，模组能量密度可以接近200Wh/Kg，系统180Wh/Kg，达到高镍三元水平，且模组成本仅相当于铅酸电池水平。JTM新技术的优势是工艺非常简单，成本低，制造过程简单，易形成标准化。

相对于刀片电池和CTP，JTM的最大亮点在于可以推动模组实现标准化，以此可以充分发挥磷酸铁锂电池的高残余价值，通过将模组标准化之后更好的发挥梯次利用的价值，可用于储能、低速电动车等领域。 

五、 CTP与宁德时代麒麟电池

CTP，即Cell To Pack，改变了原有的电芯-模组-电池包结构，电芯直接集成到电池包。该技术将一个大的模块通过若干个散热片分割成小空间，这些散热片可以像电脑硬盘一样插入小空间。每个电池的侧面还贴有一个导热硅胶垫片，并且在电池宽度方向的散热板上有一个冷却通道，可以直接与外部冷却管路连接，可减少大约40%来自模块之间连接线束、侧板、底板等的部件。

CTP技术包括两个思路：一是大模组化，二是无模组化，宁德时代CTP属于大模组化技术，其核心逻辑是提高单体电芯的容量，同时将多个电芯堆叠组成更大的电池模组，从而大大减少模组数量，减少零部件数量，从而实现能量密度提升和成本降低的目标。CTP技术除了采用大电芯组成大模组外，通常还会对模组之间的连接结构进行优化，减少零部件和简化装配工艺过程。虽然CTP电池包具有适用性强、空间利用率高、成本低、散热性能好等优势，但由于木桶效应，电池包整体性能将取决于组成电池包最差电芯的性能，因此，CTP结构对电芯一致性提出了更高的要求，此外，如果出现电池故障需要更换，维修的便利性和成本都更高。

宁德时代通过高集成结构设计，提升电池包体积利用率。2019年，宁德时代推出第一代无模组电池包CTP，体积利用率达55%。2022年推出CTP3.0（麒麟电池），体积利用率达72%，高于4680电池的63%，集成度为全球新高。

宁德时代全球首电池包搭载于北汽EU5车型上。相比传统电池包，采用CTP技术的电池包体积利用率提高15%~20%，零部件数量减少40%，生产效率提升50%，系统成本降低10%。在能量密度上，CTP电池包可高达200Wh/kg，相比传统结构高30%以上，可以大幅提升电动汽车续航能力。而搭载麒麟电池装车的车型有三款，包括极氪汽车旗下的极氪001和高端MPV车型极氪009（正极材料高镍和负极材料掺硅），以及哪吒汽车哪吒S。其中，极氪009ME版装载的麒麟电池容量为140kWh，CLTC综合工况续航里程为822km；极氪001WE版的麒麟电池容量为140kWh，CLTC综合工况续航里程1032km，哪吒S的麒麟电池容量为117kWh，CLTC综合工况续航里程1075km。

六、CTB与比亚迪刀片电

CTB，即Cell to Body，电池车身一体化技术。与CTC类似，但又有所不同，通过将电池包与车身刚性连接，二为一形成完整体，并取消传统的车身地板设计，将地板（电芯上盖）-电芯-托盘三者与车身集成，形成高强度的整车三明治结构，让车辆的布局更合理、更安全，同时车内空间更好，提升安全性和操控系数。海豹是比亚迪首次搭载该技术的量产车型，该技术搭载e平台3.0的车型。

比亚迪CTB技术的形成离不自研的电池技术-刀片电池。刀片电池形状类似刀片，而整个电池包由无数块“刀片”排布组成。正极为磷酸铁锂，成本低，不含重金属，工作电压为3.2v，第一代刀片电池能量密度为140Wh/kg，第二代大致在180Wh/kg，电池“长”和“薄”的形状与刀片类似，这种电池与目前的方壳电池相比，高度没有变化，厚度比软壳电池略厚，长度由435mm增加到2500mm。刀片电池技术具有电池组内装空间相对较高、质量相对小、能量密度高、启动放热温度高温升慢、产热少、不释氧等优点。在Pack方面将薄如刀片的电芯组合在一起，使得电池包内的空间布局得以优化，同样体积内的空间能布设更多数量电芯，较块状体电池堆叠方式，刀片电池将整体空间利用率从40%左右提升至60%。

此外，叶片电池变长变薄，其表面积增加，整体散热更好。电池的短路电路相对较长，产生的热量较少，结合比亚迪的综合高温“陶瓷电池”技术，刀片电池的安全性得到了极大提高，扁长化设计和减薄设计，成组时电芯直接充当电池包结构件，提高了电池空间利用率，增大系统能量密度，电芯叠片工艺降低电池内阻，降低产热量，增加电池安全特性和能量密度，铁理电芯安全性能更好，针刺试验表现良好。比亚迪刀片电池的充电循环寿命超4500次，是三元锂电池的3倍以上，超过了普通的磷酸铁锂电池，刀片电池的等效里程寿命可突破120万公里。

刀片电池的出现还弥补了磷酸铁锂电池的缺点，刀片电池通过了电池安全针刺测试，并成功挑战了极端强度测试──46吨重卡碾压测试，具备：

1.超级安全：针对电池使用七重安全维度测试，涵盖内部短路、外部短路、过充、碰撞、高压、连接以及危险气体；

2.超级强度：电池包具备挤压不起火、不爆炸特性，并通过了模拟碰撞，抗压强度等测试；

3.超级续航，续航里程轻松突破600km；

4.超级寿命，满足充放电3000次以上，满足车辆行驶全生命周期需求，安全性更高的优点。

七、 CTC与特斯拉4680

CTC，即Cell to Chassis，电芯直接集成于车辆底盘的工艺。它进一步加深了电池系统与电动车动力系统、底盘的集成，减少零部件数量，节省空间，提高结构效率，大幅度降低车重，增加电池续航里程，被认为是新能源汽车下一个阶段的关键核心技术。与CTP技术相比，CTC技术要求电池制造商从更早的阶段介入车型设计，这就要求电池企业具备更强的研发设计能力，配合部分主机厂进行深度开发。

特斯拉4680三元锂电池是特斯拉公司开发的新一代电池技术。4680代表了该电池的尺寸规格，相比上代2170电池，直径进一步增加到46mm，大尺寸电芯降低了pack系统管理难度，减少了电池包金属结构件及导电连接件成本，每kWh成本下降约14%。同时4680采用了激光雕刻的无极耳技术，无极耳结构使得电子运动距离大大缩短，内阻减少，让更安全、更高容量电芯成为可能，能量密度可达300Wh/kg，同时可带来更高的输出功率与更好的快充性能，在15分钟内可将电池电量从0充至80%，功率密度峰值可达1000W/kg以上。

4680电池在设计和性能方面具有许多创新之处。1.其较大的尺寸：相比传统电池，4680电池可以容纳更多的电荷，从而提供更高的能量密度，也意味着特斯拉电动可以拥有更长的续航里程；2.新的电池化学成分：采用了硅作为负极材料，相比于传统的碳负极材料，硅可以存储更多的锂离子，从而提高了电池的容量，这将进一步增加车辆的续航里程，并提高整体性能；3.新的电池制造工艺：通过采用单一结构和更少的连接点，电池的内阻降低，从而提高了电池的稳定性和寿命；4.更高的生产效率：新的制造工艺还提高了电池的制造效率，降低了成本。

特斯拉与其他厂商最大去区别就是使用了更多的电池，这也意味着电池配套的BMS系统更加复杂和智能，可以监控和优化每个电池单元的性能，确保它们平衡充放电，最大限度地延长电池的使用寿命和性能；更多的电池当然热管理也会更加复杂，特斯拉在电池模块中添加了热散热片，以更有效地控制电池的温度。通过热管理系统，在高温环境下，热散热片可以帮助散热，防止电池过热导致性能下降或甚至损坏，在低温环境下，热管理系统也可以提供恰当的加热，确保电池在最佳状态下运行。