金九銀十秋招季，上個月面試了不少優秀的同學，但有點遺憾的是，大部分同學跟我當年一樣，對動力電池的理解就停留在化學原理層面，對電池結構、生產工藝等等產業化實際應用問題沒有概念。這一點其實我也很理解，畢竟在學校裡學的、在實驗室搗騰的東西，跟產業化的實際應用肯定有差異。

為了讓行業內外的朋友們瞭解動力電池，幫助更多優秀的同學們成為我的同行（趕緊招到合適的校招生一起幹活），我打算整一整公開的行業資料，給大家寫寫動力電池的工藝流程、測試專案以及回收利用等產業化應用實際情況。而瞭解動力電池的結構組成，是理解動力電池產業化情況的基礎，今天我們就先來聊一聊動力電池的結構組成。

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傳統的動力電池，可分為電芯/電池單體（Cell）、模組（Module）、電池包/電池系統（Pack）三個層面，用高中生物學的概念打個比方，就是細胞、組織和器官。不同車型的動力電池設計肯定存在差異，下面我主要就典型動力電池結構進行逐一介紹。

一、電芯/電池單體

迴歸高中化學學過的電池原理，我們不難發現，對於

一個電池單體，最簡化的結構就是：正極、負極、隔膜、電解液再加上裝這些東西的容器。

實際量產的電芯結構沒這麼簡單，但還是涵蓋了這些基本結構。

根據封裝方式、電芯形狀的不同，市場上的電芯可分為三大類：方形電芯、圓柱電芯和軟包電芯

，前二者是用硬殼封裝，鋼殼、鋁殼居多。在生產製造過程中，還沒進行封裝的電芯，被稱為裸電芯。三種電池封裝形式各有優劣，目前方形電芯是市場主流，具體分析我在《中日韓電池三國殺》寫過，感興趣的朋友可以再深入瞭解一下。

方形電芯

上圖最左側是常見的方電芯成品，中間是方形電芯中裸電芯的結構示意圖，最右側是方形電芯的整體結構圖。簡單來講，方形電芯可以拆分為：頂蓋、裸電芯、殼體、電解液及其他零部件。

頂蓋主要是正、負極極柱以及洩壓閥（也稱防爆閥/安全閥）。在電芯熱失控產生大量氣體的情況下，方形電芯上頂蓋上的洩壓閥會開啟釋放氣體，避免電芯內部壓力過大造成爆炸，是電芯安全的一道保障。

裸電芯的製造可採用卷繞或疊片工藝，上圖的裸電芯是卷繞工序製成的，工藝方面具體待後續的生產製造篇再詳聊。組成裸電芯的極片，是用銅箔/鋁箔作為集流體，再塗上活性材料。極片頂部的金屬箔片經裁切形成極耳，將正負極電流匯出。

採用方形鋼殼或鋁殼作為殼體，方形電芯的散熱性、可靠性好，空間利用率高，不易受外力破壞。方形電池的尺寸可以根據車型需求進行定製化設計，而由此帶來的問題就是型號多，難以標準化。

不過終歸是瑕不掩瑜，對於特斯拉、大眾等車企而言，方形電芯就是真香的代名詞。特斯拉過往用的多是圓柱電芯，這兩年跟寧德時代簽了不少方形電芯的單子。大眾集團在今年的電池日宣佈，將採用方形電芯作為標準化電芯，推進電芯標準化以降低成本。

圓柱電芯

典型的圓柱電芯結構包括：正極極片、負極極片、隔膜、電解液、外殼、蓋帽/正極帽、墊片、安全閥等。圓柱電芯一般以蓋帽為電池正極，以外殼為電池負極。

圓柱電芯標準化程度較高，常見的型號有：14650、14500（5號電池）、18650、21700等。型號的的前兩位數字代表圓柱電芯的直徑（單位mm），第3、4位代表圓柱電芯的高度（單位mm），0指的是圓柱。特斯拉現在用的圓柱電池是18650和21700，未來還有4680（一款腰更粗個子更高的電池）將投入批次應用。

圓柱電芯比表面積大，散熱效果好，且投入市場應用早，生產工藝成熟，與方形電芯、軟包相比，主要的相對優勢是良品率高、一致性好，但劣勢在於空間利用率、成組效率低。

軟包電芯

軟包電芯其實很常見，我們的手機用的就是小型軟包電芯。動力電池的軟包電芯更大，鋁塑包裝膜替代金屬殼體，包裹著正負極材料、隔膜、電解液。它的體型纖薄，單體能量密度較高，內阻小，但在安全性、可靠性和成組效率上存在一定的劣勢。

安全方面，軟包特有的鋁塑膜包裝無法分擔外部擠壓力，擠壓時易造成內部卷芯變形而發生熱失控，且無法保證內部發生熱失控後爆破或者熱傳導的方向，會鼓氣裂開。

就可靠性而言，鋁塑膜主要由聚醯胺（25μm）/軋製鋁（40μm）/聚丙烯（50μm），層疊而成，很容易被金屬小顆粒刺穿造成漏液問題。聚丙烯層受力會發生蠕變，長期使用後內部化學體系產氣後很容易將分裝區撐破。之前現代宣佈召回7。7萬輛KONA電動汽車，通用汽車宣佈召回68677輛Bolt電動車，就是因為LG提供的軟包電池出了問題。

二、模組

單個電芯並不足以驅動電動車，需將多個電芯串並聯，才能實現驅動電動車所需的高電壓、大電量。模組，就是將多個電芯串並聯，再加上起到彙集電流、收集資料、固定保護電芯等作用的輔助結構件，所形成的模組化電池組。幾種電芯的典型模組結構如下：

方殼電芯模組典型結構

圓柱電芯模組典型結構

軟包電芯模組典型結構

採用模組這種模組化設計的好處在於電池結構更為穩定，且電池系統的可維護性高。如果個別電芯出現故障，可以單獨更換相應模組，維修的工作量較低。但這種模組化設計需要使用大量不能提供能量的結構件，佔用寶貴的安裝空間，拉低電池系統的能量密度，影響車輛的續航表現，這一劣勢在圓柱電芯、軟包電芯的成組問題上尤為明顯。

圓柱電芯是小單體，成組需要大量的圓柱電池，以85D版Model S電池包為例，該電池包裡有16個模組，每組有444節圓柱電芯，圓柱與圓柱之間存在大量空隙，空間利用率低。此外，電芯數量越多，對電池管理系統的挑戰就越大。而軟包電芯雖然理論能量密度要更高於方形電池和圓柱電池，但由於本身剛性不足，需要新增更多結構件保護電芯，所以成組效率也比較低。

三、電池包/電池系統

傳統電池包結構

電池包往往是由若干電池單元、熱管理系統、電池管理系統（BMS）、電氣系統及結構件組成。對於傳統的電池包來說，這裡的電池單元指的就是模組。但隨著電池技術的進步、電芯單體質量的提升，CTP（Cell to Pack）技術突破電池包結構剛度和可靠性平衡的瓶頸橫空而出。

CTP

顧名思義，CTP就是用電芯直接組成電池包，省去電池模組這個結構，這樣一來，就可以少用不能供能的結構件，給電芯騰出更多空間，提升電池系統的能量密度，有利於提升車輛續航。從寧德時代的相關資料來看，CTP技術使電池包的零部件數量減少40%，能量密度提升10%-15%，生產效率也提升了50%。目前，CTP已在北汽EU5、小鵬P7/G3等車型實現批次應用。

CTP技術的下一代，是CTC（Cell to Chassis）。透過將電芯直接整合到底盤上，實現更高程度的整合度，儘可能節省空間，CTC可將車輛續航里程提升至1000公里。大眾電池日所提的cell 2 car，本質上也是一樣的。這CTC看起來像香餑餑，但實際上是塊硬骨頭，其技術研發還需面對電芯一致性、底盤抗震、底盤散熱多方面的考驗，未來就看哪家電池廠或車企能拔得頭籌了。

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參考資料：

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