（动力）电池主要公开技术汇总

近年来，随着新能源汽车的快速蓬勃发展，动力电池技术和相关集成管理技术层出不穷、节节开花，如新材料技术（无钴材料等）、新工艺技术（刀片电池等）、新集成技术（CTP等）、新管理技术（弹匣电池等）汇聚了材料厂、电池厂和整车厂的最新研发应用成果。
本文整理了近三年（动力）电池的主要公开技术，参考了大量研究报告、公开文献、公开专利、发布会内容、音视频资料等并揉合了作者个人主观观点，简单介绍了近年来具有代表性的10种新材料、新工艺技术和10种电池包集成和管理技术，并公开分享。

新材料、新工艺技术目前新能源汽车动力电池主要采用三元锂电池和磷酸铁锂电池，根据中国汽车动力电池产业联盟发布的公开资料，2021年，我国三元锂电池装机量74.3GWh，占比48.1%，磷酸铁锂装机量79.8GWh，占比51.7%，二者占据了近100%的动力电池市场并且彼此难分伯仲，各有千秋。
三元电池的核心优势是能量密度，劣势是成本和安全性能，而磷酸铁锂的核心优势是成本和安全性能，劣势是能量密度。在此基础上，材料厂、电池厂、整车厂不断推出了新材料、新工艺技术，以期望达到电池能量密度、成本和安全的相对平衡。
1 无钴电池
2019年7月9日，蜂巢能源（原长城汽车动力电池事业部）举行品牌战略规划及产品发布会，面向全球首发无钴电池产品。
无钴电池发布会现场图

本次发布的无钴电池产品尺寸为44.3*220*100mm，容量156Ah，能量密度达到265Wh/kg，循环寿命可以满足2000次。据蜂巢能源介绍，其无钴材料性能可以达到NCM811的水平，但材料成本可以降低5~15%，电芯BOM成本降低约5%。
无钴电池发布会现场图

目前，动力电池正极材料主要包括NCM和LFP两种材料，NCM材料由于含有Ni、Co、Mn三种元素而得名“三元材料”，所谓的无钴电池就是在NCM材料基础上取消了Co元素，即可以理解为NMx二元电池。
由于Co储量较少，地壳丰度仅为0.0025%，且大部分Co资源都产自政局不稳定的刚果（金），无法稳定支撑汽车未来的全面电动化过程，且价格昂贵，因此，取消Co元素后可以降低材料成本，规避对Co元素的依赖，但Co元素可以稳定材料层状结构，降低Li+/Ni2+混排，从而提升循环和倍率性能，取消Co元素后必然对材料性能产生不利效果，为了解决这一问题，蜂巢能源对无钴材料进行以下改性：
1）阳离子掺杂
掺杂无未成对的电子自旋元素，降低Li+/Ni2+混排，提升倍率性能；
掺杂M-O键能大的元素，稳定O的八面体结构，减缓Li+嵌入/脱出过程的晶胞体积变化，提升循环性能。
2）单晶化

区别于多晶材料（一次颗粒团聚为二次球），单晶材料是单个分散的颗粒，具有更稳定的晶体结构，可以大幅提升电池高电压下的循环性能和安全性能。
3)纳米网络包覆
在单晶颗粒表面包覆一层纳米氧化物，减少正极材料与电解液的副反应，从而有效改善高电压下的循环稳定性。
2021年8月29日，蜂巢能源在第二十四届成都国际车展上正式宣布，其开发的全球首款无钴电池包正式搭载长城欧拉首款SUV车型樱桃猫，实现量产装车。本次量产装车的无钴电池包的总电量82.5KWh，系统能量密度170Wh/kg，支持工况续航里程超600公里。
搭载无钴电池的长城欧拉SUV樱桃猫

2 四元电池
2019年7月9日，蜂巢能源举行品牌战略规划及产品发布会，面向全球同时首发了NCMA四元电池产品。
四元电池发布会现场图

本次发布的四元电池产品尺寸为44.3*220*100mm，容量157Ah，能量密度达到265Wh/kg，循环寿命可以满足2500次。
四元电池发布会现场图

NCMA四元电池指材料中含有Ni、Co、Mn、Al四种元素，即在NCM三元材料中掺杂第四元素，同时将Ni含量降低，制备单晶材料，可以达到NCM811相当的能量密度，并且改善了高镍材料产气、循环和安全问题。
第四元素（Al）的加入可以增强材料晶粒之间的边界强度，减少有害相变转变过程的微隙，从而提高循环性能和安全性能。但元素掺杂种类过多，制备工艺更复杂，材料合成的一致性难以保证。
3 刀片电池

2020年3月29日，比亚迪在深圳卫视举行“刀片电池”超级发布会，刀片电池首次进入大众视野。据悉，刀片电池在重庆璧山基地量产，采用磷酸铁锂材料体系，将首次搭载于“比亚迪-汉”车型。
刀片电池发布会现场图

刀片电池是指电池外形像刀片一样细长扁平（如典型尺寸13.5mm*90mm*960mm）的锂电池，内部采用叠片工艺，单张极片长度可达900mm以上，电池PACK时直接集成到电池包底部，取消了模组结构，相比于传统电池包，刀片电池集成的空间利用率提高约50%，也就是说，相同的体积下可装配更多的刀片电池，从而提高电动汽车的续驶里程。
刀片电池外观图

刀片电池的核心优势：
1）超级利用率
传统电池包采用电芯-模组-电池包的组装方案，空间利用率约40%，刀片电池采用电芯-电池包的组装方案，空间利用率约60%，由于取消了模组和梁结构，刀片电池既作为能量体提供电能，又充当结构件进行固定和支撑。
2）超级强度
刀片电池采用侧立插入式排布，形成电芯阵列，电池堆强度极高，并且在电池堆上下两面还粘贴了两块高强度板，对电池包强度进行升级。
刀片电池的电芯阵列

3）超级安全
采用热稳定性良好的磷酸铁锂材料，可通过最严苛的针刺安全测试，且电池表面温度不超过60℃。
刀片电池的隐忧：
1）低温性能

磷酸铁锂材料本身低温性能差，搭载磷酸铁锂电池的电动汽车在低温天气下可能导致续驶里程急速降低。
2）可维修性
由于刀片电池直接集成到电池包底部，当电池受损需要更换时，需要拆掉整个电池包，维修成本较高。
4 4680无极耳电池