新能源汽車動力電池發展趨勢分析及電池制造研究

中圖分類號：U461 DOl：10.20042/j.cnki.1009-4903.2025.01.001

Analysisof DevelopmentTrend of Power Battryfor New Energy Vehiclesand Researchon Battery Manufacturing

Abstract：Thisarticleaimstoexplorethedevelopmentrendofpowerbateriesandthemanufacturingprocessofbateries.Through marketresearchandanalysisoftheexistingproblemsinmainstreampowerbateries，itisdeterminedthatsemi-solidandsoldstate baterieshavehigherenergydensityandsafetythanexistingpowerbateries，ndwilbecomethepreferrdtechnologydirectiofor China’snext generationofpowerbateries.Andbasedontheexistingmainstreambattry manufacturing processes，explore the manufacturingtechnoloofsmsolidandsldstatebateries.Tisarticlewillaborateindetailonthdevelopmenthstoryofpower batteries，tresieoeycturipoesssbldtlyi concludedthatsolid-statebaterieswillbecomethemainstreamtechnologyrouteforthedevelopmentofpowerbaterytechologyin the next decade.

KeyWords：Liquidstatebattery；Semi-solidstatebattery；Solid-statebattry；Baterycellmanufacturing；PACKassembly

0引言

隨著全球對環境保護和可持續發展的日益重視，新能源汽車作為傳統能源汽車的替代品，正逐步成為汽車發展技術路線的主流趨勢。而動力電池作為新能源汽車的核心部件，其技術發展和性能直接關乎新能源汽車的安全、續航里程、成本及市場競爭力。因此，深入研究動力電池的發展趨勢及其制造技術，對促進清潔能源在汽車行業的健康發展具有重大作用。

1動力電池的發展歷程

1.1歷史發展

動力電池作為新能源汽車的核心部件，其發展歷程充滿了技術革新與市場變革。早在1834年，美國人托馬斯·達文波特制造出了第1輛采用直流電機的電動汽車。到了1859年，法國科學家加斯東·普朗特發明了可充電鉛酸電池，這使得電動汽車在19世紀下半葉在歐美得到了廣泛應用。

20世紀初，隨著美國德州石油的開發和內燃機技術的快速發展，能量密度低、續航里程短的鉛酸蓄電池汽車逐漸失去市場優勢。直到2008年，特斯拉推出了首輛搭載鋰離子電池的汽車Roadster，標志著電動汽車行業的復蘇。特斯拉與松下攜手合作，通過大規模量產18650圓柱形電池，有效降低了電動汽車的制造成本，極大地推動了電動汽車的商業化進程[。

2.2當前現狀

隨著各國政府紛紛出臺政策扶持以及全球環保意識的提升，動力電池在汽車市場、儲能市場的占比持續擴大。市場的持續擴大為動力電池行業帶來了更多的利潤和人才流入，促使動力電池技術迅速迭代，在成本、安全性、能量密度等方面實現了全面提升。2024年1-8月，我國動力電池裝車量達到292.1GWh，同比增長 33.2% 。其中，寧德時代以133.71GWh的裝車量獨占鰲頭，占比 46.2% ；其次為比亞迪，裝車量為71.66GWh，占比 24.76% ；第三是中創新航，裝車量為20.23 GWh，占比 6.99%¹²¹ 。圖1列出了2024年1-8月各企業動力電池裝車量的具體情況。

目前，磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池是動力電池市場的主流技術路線。磷酸鐵鋰電池的能量密度為 ，能量密度相對較低，續航表現較差。而三元鋰電池在能量密度方面優于磷酸鐵鋰電池，能量密度可達 ，但其熱失控溫度界限較低，高溫情況下存在較大自燃安全風險。這2款主流動力電池均存在較大缺陷。

為保證整車續航及安全性，固態電池以更大的能量密度、更強的安全性、更寬的溫度適應范圍應運而生。但由于制造工藝、成本等方面的限制，固態電池技術仍需較長時間來突破。目前，多家企業已公布固態電池量產時間，主要集中在2026—2030年。其中，廣汽和億維動力計劃在2026年發布固態電池，寧德時代計劃2027年實現小批量生產，上汽集團則計劃2026年實現全固態電池的交付量產。

2動力電池技術發展趨勢

2.1固態電池

傳統液態電池在能量密度和安全性方面存在不可忽視的問題。熱穩定性差和鋰枝晶生長易引起電池短路起火，不僅增加了火災事故的風險，還提高了車輛的召回概率，給主機廠帶來了不必要的成本負擔。同時，能量密度小會導致整車質量增加，進而降低產品競爭力。因此，從長期來看，固態電池將成為動力電池發展的主流技術路線。

2.1.1組成及工作原理

固態電池主要由固態正電極、固態電解質及固態負電極3部分組成，采用固體電解質代替傳統電池的液態電解質。其工作原理與液態電池相似，即通過正負極之間的化學反應釋放電子，在外部負載上產生電流。

2.1.2優勢與特點

（1）安全性高：固態電解質不易燃、不揮發的特性，大幅降低了電池熱失控的風險。相比液態電池，固態電池在碰撞、擠壓等極限情況下起火的概率極低。

（2）能量密度高：固態電池擁有更高的能量密度。采用新型正、負極材料后，固態電池的能量密度可以提升到500Wh/kg以上。

（③快充能力強：固態電解質具有更快的離子傳輸速度，使得固態電池有望突破現有的充電速度限制，極大縮短電動汽車等用電設備的充電時間。

（4）溫度適應性強：固態電池的工作溫度范圍更廣，不易受極端低溫的影響，因此電池的可用性和可靠性更強[3]。

（5循環壽命長：固態電解質有助于減少充放電過程中鋰結晶析出等不良反應，從而有效延長了電池的循環壽命。

2.1.3技術挑戰與現狀

盡管固態電池具有諸多優勢，但目前仍存在一些技術挑戰。

（1）界面阻抗：相較于液態電池，固態電池電極材料與固態電解質之間的固－固接觸可能不充分，導致較高的界面阻抗，進而影響充放電性能[4]。

（2）生產工藝：固態電池的生產制造工藝尚未完全成熟，目前仍處于實驗室階段，批量生產存在技術難題。

（③成本問題：目前固態電池電解質輕薄化難以實現，且其應用的部分稀有金屬原材料價格較高。同時，由于生產制造工藝不成熟，制造成本相對較高，這在一定程度降低了其市場競爭力。

（4）電解質電導率：固態電解質的電導率通常低于液態電解質，這在一定程度降低了電池的功率密度。

然而，隨著技術不斷進步及研發資金的持續投入，上述挑戰正在逐步得到解決。國內外知名企業都在積極布局固態電池領域，極大地推動了其產業化進程。例如，寧德時代、三星、豐田等知名企業在固態電池產業紛紛布局，并取得了一定的技術突破。

2.2半固態電池

目前，由于固態電池存在界面阻抗、成本及電解質電導率等問題，導致其在短期內無法批量生產及廣泛應用。基于此，在液態電池和固態電池的過渡階段，作為固態電池的暫時性替代品，半固態電池應運而生，其能量密度和安全性均優于液態電池。

2.2.1定義與工作原理

半固態電池是一種新型鋰電池，其電解質采用固液態混合形態（凝膠電解質），電池中的液體質量占比 5%～10% 。它是液態鋰電池向全固態電池發展的過渡方案，具有更高的能量密度、安全性和耐熱性能。同時，其材料可回收利用，綠色環保。半固態電池的正極（如硅酸鈉或二氧化硅）可以吸收并儲存鋰離子，負極（如鈦酸鈉或泰特酸）則可以釋放鋰離子。充放電時，鋰離子可以通過半固態介質在正負極間移動，從而產生電流。

2.2.2優勢與特點

（1）高安全性：采用新型絕緣體，具有更高的安全性，適合用于敏感環境，如航空電池或汽車電池。（2）高能量密度：相較于液態電池，半固態電池擁有更高的能量密度。（3耐高溫：比液體電池表現更好，適用于高溫、高耗熱的場景[5]。

2.2.3技術挑戰與現狀

（1）相較于固態電池，半固態電池的能量密度相對較小。目前，國軒高科發布的半固態電池能量密度為360Wh/kg。（2）相較于固態電池，半固態電池的流動阻力較大，充電速度較慢。

半固態電池作為液態電池向固態電池過渡的技術路線，其產業化進程正在加速。自前，國內已有部分企業實現了半固態電池的量產與裝車交付，如蔚來汽車等。其他小型電子設備也已批產使用，例如vivo X Fold3已搭載半固態電池，其電池容量突破至 5700mAh 。未來，隨著技術的不斷進步和成本的逐漸降低，半固態電池有望在更多領域得到廣泛應用。

3電芯制造工藝

3.1液態電池

液態電池存在方形電池、圓柱電池和軟包電池等多種形態，不同形態的生產工藝存在一定差異，但整體制造流程大致相同。方形電池因其空間利用率高、內阻小、強度高、壽命長等優點，在商用車領域廣泛使用。以下主要對方形電池的制造工藝進行介紹。

方形液態電池包制造工藝流程主要分6個階段，包含29個工序，工藝流程如圖4所示。

3.1.1極板制作階段

極板制作階段主要分為制漿、涂布、輥壓3個工序。使用混漿機將導電劑、活性物質、溶劑及粘接劑等原料混合，為后續的涂布工藝提供優質的電極漿料；接著使用涂布機將電極漿料均勻地涂布到金屬箔（銅箔或鋁箔）上，得到初級電極片；最后使用輥壓機輥壓電極片，使其達到所需的厚度和密度。

3.1.2芯包制作階段

芯包制作階段主要分為分切、模切、卷繞、熱壓、 x 射線檢測5個工序。使用分切機將較大幅寬電極片縱向分切，一分為多；接著利用模切機將正負極膜片剪切成具有特定形狀規格極耳的極片；再通過疊片機或卷繞機將正極電極片、隔膜、負極電極片交替疊放或卷繞，形成芯包；通過熱壓對芯包進行整形，消除電極片與隔膜間的褶皺氣泡，使電極片與隔膜緊密貼合，縮短鋰離子擴散距離、控制芯包厚度；最后通過×射線檢測機對已熱壓過的芯包進行尺寸復查，避免不合格尺寸的芯包流入下一道工序。

3.1.3電芯裝配階段

電芯裝配階段主要分為電芯配對、軟連接焊接、超聲波焊接、絕緣底入殼、芯包入殼、頂蓋焊接、氣密檢測、真空烘烤9個工序。考慮電芯容量，衍生了多JR電芯（即一個鋁殼內裝多個并聯電芯，JR代表芯包），2JR以上電芯組成一個新的電池工藝。將需配對的電芯分揀并實現堆疊配對；接著通過軟連接焊接，使電池頂蓋上的極柱與軟連接片焊接：再通過超聲波焊接將芯包的正、負極極耳分別與軟連接片焊接在一起，使頂蓋上的極柱與芯包極耳連接，并在鋁殼底部安裝絕緣底，避免電池內部短路；接下來芯包入殼，便于后續在鋁殼內加入電解液及保護芯包；芯包入殼后，焊接頂蓋，并進行氣密檢測，通過向頂蓋焊接后的電池注入氮氣，檢測其是否泄漏，判定電芯鋁殼及頂蓋是否存在針孔或間隙；最后進行真空烘烤，以降低電芯中的含水量，使其達到安全界定值[

3.1.4注液化成階段

注液化成階段主要分注液、靜置、化成、補液4個工序。注液工序將電解液注入鋁殼內，電解液和極片發生化學反應，同時作為離子運輸的媒介；靜置工序將電芯進行靜置，使注入的電解液充分滋潤極片，充分在極片間擴散；化成工序即通過一定的充放電手段激活電池內部的電化學活性物質，并在陽極上形成保護膜（SEI膜），防止陽極與電解質反應，保證電池安全運行、高容量、長壽命；補液工序檢測化成后電解液損失量，嚴重的電芯可進行二次注液補充電解液[7]。

3.1.5封裝檢測分容階段

封裝檢測分容階段主要分激光清洗、密封釘焊接、檢測、分容4個工序。激光清洗工序對注液口進行激光清洗，保證密封釘焊接的質量；密封釘焊接工序對電池負壓充入一定量的惰性氣體，然后插入密封釘進行封口焊接；開路狀態下，沒有外部負載連接時，測量正負極之間的電勢差（OVC測量），確定電池電量狀態及健康狀態等，并清理電池表面；分容工序通過給每一塊鋰電池做充放電，記錄測試數據，從而得出每一塊電池的容量大小和內阻等數據，篩選出質量合格的電池。另外，可將篩選出的不同容量的電池匹配組合使用，提升整體效果。

3.1.6后續處理階段

對加工完成的電池進行外觀檢查、噴登記碼、等級掃描檢查、包裝、入庫處理。

3.2半固態電池

半固態電池制造工藝和液態電池相差不大，但在混漿、負極預鋰化、原位固態化等環節存在差異。以下為半固態電池的簡要生產工藝流程圖描述。

（1）混漿工藝：在液態電池工序的基礎上，增加了制作電解質工序。將固態電解質和電解液混合，保留固液混合方案，確保固態電解質和電解液均勻混合，得到固液混合物電解質。

（2）負極預鋰化工藝：在負極漿料中加入金屬鋰，并進行相應處理，使負極在電池組裝前即具有較高的鋰含量。此技術可在一定程度上減少電池在充放電過程中鋰的損耗，從而提升電池的循環性能和能量密度。

（3）原位固態化工藝：將注入電解質后的半固態電池進行烘烤，使固態顆粒和液態電解液分子在高溫下相互作用形成凝膠。這有助于保持電池的導電界面接觸，提升電池的循環性能和整體性能。

半固態電池可兼容液態電池生產線，生產設備基本上可以與液態電池兼容，僅需新增加一條專產半固態隔膜的生產線。生產設備與液態電池隔膜的設備兼容，對比液態電池，半固態電池的隔膜無明顯工藝改變，僅需調整參數即可。不過由于半固態電池需要提升離子導電率，因此要求隔膜的孔徑更大、強度更高，需采用濕法拉伸 + 涂覆的工藝。

3.3固態電池

固態電池與液態電池在制造工藝上相似性較大，例如電極極板的制造過程基本包含漿料混合、涂布和輥壓，待模切后進行極耳焊接、PACK成組，但也存在一些區別，最為核心的區別有以下3點。

（1）固態電池正極材料復合化：將正極活性物質和固態電解質混合作為復合正極。

（2）電解質添加方式不同：液態電池是在極耳焊接后將電解液注入電池內并進行封裝，而固態電解質除了與正極活性物質形成復合正極外，還需要在延壓完成的復合正極上再進行一次涂布。

（3組合方式不同：液態電池極片可采用卷繞或者疊片的方式組合，而固態電池由于其固態電解質（如氧化物和硫化物）韌性較差，通常使用疊片形式封裝。由于固態電池采用疊片的成芯工藝，因此方形/軟包的封裝方式更具優勢。此外，軟包的鋁塑膜包裹方式延展性更高，能更好地適應鋰離子在遷徙過程中電池整體的漲縮[8]

4PACK組裝

4.1液態電池

目前液態電池PACK制造主要分為電芯成組、底座分裝、模組裝配、封裝檢測4個部分。除檢測工序外，其他工序幾乎全是機器人操作，自動化水平極高[]。

4.1.1電芯成組

電芯成組分為3個階段。首先進行檢查掃碼記錄，檢測電芯內阻及絕緣層，確保電芯合格，并掃碼記錄電芯信息，記錄電芯位置；接著進行電芯貼膠，清理電芯表面，在電芯表面貼膠，用于電芯間的固定、絕緣等；最后進行電芯成組，將貼膠的電芯相互粘接，粘接端板，壓緊后套上金屬帶進行緊固[10]。

4.1.2底座部分分裝

底座分裝分為2個階段。首先進行接頭裝配，在PACK包前端面處裝配正負極接頭、低壓線接頭、MSD接頭及防爆閥，并連接MSD與電池箱間銅排；接著進行密封膠條粘接，裝配PACK上蓋板與底座貼合處的密封膠條。

4.1.3模組裝配

模組裝配分為4個階段。首先進行電池模組吊裝，對底座部分底板涂膠，將成組模組吊裝至底座并進行固定；接著裝配其他部件，包含各類采集板及傳感器；然后進行電芯極柱焊接，清理電芯極柱去污，采用激光焊接將模組內電芯極柱連接起來；最后進行EOL檢測，對焊接完成的單一電芯模組進行測試，確保電池符合健康標準及安全標準[1]。

4.1.4封裝測試

封裝測試分為3個階段。首先進行銅排連接，將電芯模組進行串并聯；接著進行封裝外殼，裝配PACK上蓋板；最后進行IP68檢測，確保PACK的密封性。

4.2半固態電池及固態電池PACK對比

液態電池電芯成組通過外部串聯方式升壓，而固態電池采用堆疊結構，可實現電芯內部串聯升壓，從而避免了外部串聯的焊接工藝過程以及電芯成組的工藝過程，節約了PACK空間，提高了電池能量密度。

半固態電池與固態電池PACK組裝工藝與液態電池PACK組裝工藝相似，但區別在于半固態電池與固態電池電芯能量密度較高，因此同電量的PACK包內電芯數量更少，大多采用CTP的集成方式，省去了電芯成組的工藝過程。

5結束語

動力電池和PACK制造技術正處于快速發展階段，高能量密度、高安全性將成為未來的主要發展方向。半固態電池、固態電池因其具有更高的能量密度和安全性，將成為未來的主流技術路線。由于固態電池存在界面阻抗、電解質電導率及成本等問題，導致其在短期內無法批量生產及廣泛應用。

基于此，在液態電池和固態電池的過渡階段，作為固態電池的暫時替代品，半固態電池因其比液態電池具有更強的能量密度和安全性，將成為未來的主流動力電池。隨著新能源汽車市場的不斷擴大和技術的不斷進步，動力電池和PACK制造技術將迎來更加廣闊的發展前景。同時，我們也應關注行業面臨的挑戰和風險，加強技術研發和產業鏈協同合作，共同推動動力電池產業的持續健康發展。

參考文獻

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