2022年锂电池行业前瞻新技术专题报告 电池系统结构创新、体积利用率对比

电池系统结构创新

电池之战，结构之争

电池能量密度提升依赖材料创新及结构创新。材料创新：投入大、时间长、难度高； 结构创新：见效快、成本低、投入小；

电池系统结构创新-广汽-弹匣电池

广汽弹匣电池-首个宣传三元整包针刺不起火的案例。三元锂电池-整包针刺不起火；超高耐热稳定电芯；超强隔热电池安全舱；极速降温三维速冷系统；全时管控第五代电池管理系统。

电池系统结构创新-长城汽车-大禹电池

大禹电池-电芯间防护。电芯间复合隔断材料； 811高镍大容量电芯-pack针刺可通过。

电池系统结构创新-哪吒-天工电池

天工电池-电芯与模组设计。耐高温防护材料； 内置短路熔断保护； 电芯自开启泄压防爆阀+模组定向排气通道；高水平极柱绝缘 ；电芯间航天级阻燃隔热材料。

天工电池-pack设计。7个大模组设计，共91个电芯；安全防护：隔热材料+泄压装置+排烟通道； 结构安全设计：网络式箱体+IP68+高强度底板+WF2级防腐蚀；电气安全设计：外短路自熔防护+耐高温绝缘防护+IPXXBXXD防护；轻量化、高集成设计：超轻复合上盖+定制高集成大模组+高集成、双密封下箱体。

电池系统结构创新-上汽-魔方电池

魔方电池-集成优势。超高集成度：体积利用率＞50%； 超长寿命：躺式电芯弹性自适应束缚 ；“零热失控”：电芯热失控传热阻隔。

方电池-模块化优势。One pack：标准电池包长宽固定，高度110/125/137mm，电池包可互换； 电量梯度：实现44~150kwh电量梯度，适配不同车型；快换：统一快换接口，实现换电+车电分离，有助于梯次利用与回收。

电池系统结构创新-比亚迪-刀片电池

刀片电池

超级成本：LFP+CTP；超级安全：全新LFP电芯，可过针刺；超级寿命：循环3000cls以上； 超级续航：体积利用率达到66%；超级强度：类蜂窝铝板设计；超级功率：卓越的倍率性能； 超级低温性能：-35℃~55℃最佳状态 ；车身强度：扭转刚度突破40000N/m。

刀片电池+CTB

超级成本：LFP+CTP；超级安全：全新LFP电芯，可过针刺；超级寿命：循环3000cls以上； 超级续航：体积利用率达到66%；超级强度：类蜂窝铝板设计；超级功率：卓越的倍率性能 ； 超级低温性能：-35℃~55℃最佳状态；车身强度：扭转刚度突破40000N/m。

电池系统结构创新-中创新航-one stop电池

One stop-电芯设计

超薄壳体技术-0.2MM；多维壳体成型技术； “无盖板”设计； 多功能复合封装技术；横块化极柱； 一体式电连接技术 ；高剪切外绝缘技术；柔性泄压技术。

One stop-pack设计

无模组校术 ；极简串联拓扑电连接技术； 复合核入式箱体技术； 高效热管理技术；集成液冷技术；积木拼接成组技术； 热失控抑制技术。

电池系统结构创新-核心指标对比

NCM体系-综合指标

长刀不适合三元。安全性：麒麟、魔方、4680最优，短刀略差； 快充：麒麟、4680最优，魔方略差；系统能量密度：4680最佳，麒麟与魔方基本一致。

LFP体系-体积利用率为第一指标

长刀、麒麟、魔方角逐。400V车型：三者都可以；800V车型：刀片、魔方需要大改； 快充要求高：优选麒麟，刀片、魔方快充性能一般 ；结构强度要求高：优选刀片。

电池体积利用率对比

电池体积利用率对比---Z向利用率

电池系统中，Z向利用率最为关键

以某经典电池包为例。X向利用提升1mm，则系统可利用空间提升1300*140*1=0.182L；Y向利用提升1mm，则系统可利用空间提升1690*140*1=0.236L ； Z向利用提升1mm，则系统可利用空间提升1690*1300*1=2.197L。

电池体积利用率对比---尺寸链分析

体积利用率=电芯体积 / pack体积

Pack并非规则长方体：不同边界条件下计算结果相差很大，此报告中的边界条件：不包含凸包或电气件空间；不包含吊挂点；从电池包外壁开始计算。

CATL并未公布计算边界条件

CATL的计算结果与本报告存在差异， 预计是计算边界不一致造成的。 BYD的计算结果与本报告差异较小， 预计计算边界相同。

电池体积利用率对比---135Ah刀片电池

汉EV刀片电芯为例，高度方向：隔膜/电芯=85/90=94.4%， 长度方向：隔膜/电芯=915/945=96.8%。

电池体积利用率对比---177Ah方形电池

以经典VDA电池系统为例，各项占电池总高的比例，电芯肩高/pack总高=103/140=73.6% ， 卷绕高度/pack总高=96/140=68.6%。

以经典VDA电芯为例，Y方向JR长度144mm； JR实际截面积：2556mm2 ；JR等效成为长方形：18*140=2520mm2 ；等效长度140mm。

以经典VDA电芯为例，X方向为电芯膨胀方向； 电芯y向79mm，壁厚0.8mm ；实际给卷绕的Y向空间为77.4mm ； Y向空间利用率77.4/79=98.0%。

电池体积利用率对比---电芯

电芯内部空间利用率对比，方形铝壳与刀片电芯内部空间利用率接近 ；圆柱电芯内部空间利用率最高；卷绕与叠片的空间利用率并未出现显著差异。

电池包空间利用率对比---麒麟VS刀片

CTP3.0麒麟电池官宣体积利用率72%，未明确计算边界条件。我们认为刀片电池体积利用率已经接近天花板，相同尺寸下麒麟电池的空间利用率难以超越刀片电池。

水冷板位置：刀片在Z向，麒麟在X向， 极柱位置：刀片在Y向，麒麟在Z向 ，排烟通道：刀片在Y向，麒麟在Z向。

X向差异：麒麟有水冷板，刀片无水冷板。假设麒麟水冷板厚度3mm，总共15/31片，则麒麟X向尺寸多出45/93mm。Y向差异：刀片有极柱及CCS组件，两侧各7mm，则刀片Y向尺寸多出15mm 。 Z向差异：麒麟无水冷板，有极柱及CCS组件、排烟通道，假设刀片水冷板7mm，麒麟极柱及CCS 7mm，不考虑排烟通道时， z向利用率相同。

投资分析

刀片电池供应链

LFP的瓶颈：体积利用率→载电量→续航，刀片电池的体积利用率最高，刀片电池采用叠片，主流方铝电池采用卷绕。 叠片渗透率：软包电池渗透率维持低位，刀片电池渗透率有望持续提升。

德新科技

比亚迪刀片电池、中创新航one stoop、蜂巢短刀电池、国轩高科uc电芯均采用叠片，叠片渗透率有望持续提升；Wind 一致预期预计公司 2022/2023/2024 年将分别实现归母净利润 2.08/5.60/8.19 亿元，目前市值对应 PE 分别为 64.7X/24X/16.4X。

麒麟电池受益环节

三合一弹性模块：冷却、吸收膨胀、结构支撑等功能，液冷板结构复杂程度及用量都会提升，价值量提升。 三合一底部模块：集成了CCS组件、支架、排气结构等。取代模组CCS、模组间铜排及通讯线束，顶部防火材料等。面积更大，零件 更多、价值量上升。 高镍三元：麒麟电池提高了系统安全性能，有效化解高镍三元电芯安全风险，加速高镍渗透。 4C快充：正极要添加高性能碳纳米管导电剂。结构件：倒置电芯顶盖、下箱体结构复杂度提升，价值量增加。

4680电池受益环节

负极：硅碳用量增加。电解液：LiFSI用量增加，5系添加量是0.5-1%，8系是1-2%，9系是2.5%。如果使用硅碳的话，使用量应该达到4-5%。 = 碳纳米管：普通高镍添加1%多壁碳管，硅碳+高镍添加0.5%炭黑+0.05%单臂碳管，成本提升贵30%，能量密度提升。 设备：激光设备使用量增加。结构件：采用预镀镍不锈钢材质，电芯壳体价值量提升 。粘接剂：采用聚氨酯发泡胶。

编辑：JACK