一文搞清楚锂电池结构件

一、电池结构件概述

电芯结构件为锂电池核心安全件，占电池五大原材料成本的 8%-11%。

（1）从广义上看，电池结构件包括了电芯顶盖、正负极软连接、电池软连接排、钢/铝外壳等，从狭义上看，锂电池结构件主要是指顶盖和壳体等。电池结构件可以起到传输能量、外观装饰、承载电解液、保护安全性等作用，还能根据应用领域不同，具备防腐蚀、抗震性、可连接性等特定功能。电池结构件在电池中发挥着重要作用，与锂电池的能量密度、密封性等性能具有极强的关联性。

（2）从产品形态来看，电池结构件大致分为方形电池结构件、圆柱形电池结构件、软包锂电池结构件等。其中，方形电池结构件为市面上的主流产品，市场占比为93.18%；其次为圆柱形电池结构件，市场占比为4.47%；软包电池结构件排名第三，市场占比为2.35%。

（3）得益于新能源汽车市场的迅速扩张，以及储能、消费电子等领域对锂电池需求的持续增长，全球锂电池结构件行业市场规模近年来呈现出显著的增长趋势。据数据，2022年全球锂电池结构件行业市场规模为422.5亿元，2023年达420.9亿元。随着技术的进步和市场的不断扩大，预计未来几年该行业将继续保持强劲的增长势头。中国作为全球最大的锂电池生产国，锂电池结构件市场规模占全球的70%以上，且近年来呈现出快速增长的态势。

二、电池结构件行业产业链

目前，我国锂电池结构件产业链已经基本形成。锂电池结构件行业产业链涉及多个环节，从原材料供应、加工制造到最终应用于各个领域，形成了完整的上下游发展体系。上游环节，锂电池结构件的主要原材料包括钢材、铝材、铜材、塑料以及特定的功能性材料。下游环节则是锂电池结构件的应用领域。随着新能源汽车、储能系统、消费电子等领域的快速发展，锂电池结构件的需求不断增加。

三、电池结构件类型、作用及生产技术

1、壳体：主要起固定+保护+密封+散热作用。 壳体是电芯内活性物质与外界全生命周期的屏障，起到对内部电化学系统固定、全密封、散热等作用。根据金杨股份招股说明书，其壳体产品按壳口、壳底不同设计，分为直通型壳口、变壁型壳口、扩口型壳口、普通型壳底、防爆型壳底。

壳体生产难度集中在连续精密拉伸，壁垒在于模具&拉伸设备。 壳体的主要生产工艺包括原材料分切、精密连续拉深、切口、清洗、烘干、检测，其中精密连续拉伸过程需要保障壁厚的均匀性，防止出现断裂，相比常规一次冲压成型难度更大，其核心壁垒在于模具&拉伸设备。

2、盖板或盖帽：主要起连接+隔离+密封+防爆作用。 盖板主要具有以下作用：连接电池正极与外部电路；隔离电池正极与负极；密封电池，防止电解液渗漏；保护电池，防止电池在滥用、过充和短路情况下起火爆炸，或降低爆炸威力。盖板主要由钢帽、密封圈、防爆组件、极柱等组成：

密封圈： 绝缘+密封作用。位于盖板最外围，将组合盖帽内部金属件与电池钢壳隔离，起到绝缘作用，防止电池内部短路；在电池封口后起到密封的作用。

钢帽： 保护+连接作用。位于盖板顶端，有较大强度，在受外力时不易变形，起到保护防爆铝片的作用；也是电池之间 PACK 连接的部件。

防爆组件： 泄压作用。主要用于电池过载时的断电与释压，以防止电池内压过高而发生爆炸。由隔离圈、防爆铝片和连接铝片组成：

（1）防爆铝片：位于盖板中部，是决定电路切断和释放临界压力的核心组件，在电池内压到达一定值时自动爆破泄压，从而保障电池的使用安全；

（2）连接铝片：位于盖板底部，通过激光焊接与防爆铝片连接，在电池处于危险状态时与防爆铝片断开连接；

（3）隔离圈：位于连接铝片与防爆铝片的连接处，起到隔离、绝缘作用。

盖板中重要部件主要有:

（1）防爆片:一般磷酸铁锂体系电池顶盖采用单个防爆阀设计，防爆阀开启压力一般为0.4~0.8MPa。当内部压强增大并超过防爆阀的开启压力时，防爆阀将从刻痕处破裂并开启进行泄压;

（2）翻转片:三元体系电池除了采用防爆阀外，还会叠加SSD翻转片组合设计形式，防爆阀开启压力和SSD翻转压力一般分别为0.75~1.05MPa.0.45~0.5MPa。当电池内部压强增大至SSD翻转压力时，翻转片向上顶起，快速切断电流;

（3）极柱:主要是起到电流导通作用。通常正极采用铝极柱，负极采用铜铝复合极柱

盖板：流程较壳体更复杂，环节良率累积及自动化线是关键。 生产工艺上，盖板生产流程较壳体复杂。盖板的主要生产工艺包括冲制&注塑、组件检验、涂胶、浸沥青、包边整形、点焊、组件装配、点焊、成品装配、检验入库，检测环节包括防爆压力测试、氦气密封性测试、内阻测试、电阻测试。生产流程中较难的环节为冲压、焊接部分，包括钢帽冲压、防爆铝片冲压、连接铝片冲压、密封圈冲压、隔离圈冲压、安装极柱时的摩擦焊接、组装时的激光焊接等。

3、电池模组链接片： 动力电池模块的连接片大多采用多层材料复合材料的方法，其中一层材料是连接件和极柱之间的连接层，以保证焊接性能。采用多层材料看加，保证连接片的导电性。连接板基板经过多层箔堆看后加工成型，可形成柔性区域，用于补偿动力电池芯部膨胀引起的位移，减小对低强度界面的影响。

动力电池模块的连接件一般为矩形、梯形、三角形、台形，连接面粘贴0.1厚的镀镍铜箔，焊接时表面在高温下容易氧化变色，并在不破坏产品表面涂层的情况下进行抛光清洗。这样的产品不仅解决了整体电镀的问题，还解决了电导率最大化的问题。铜镀镍连接片最好，其次纯镍连接片，可是价格偏贵，最后是镀镍钢连接片，镀镍钢连接片价格相对便宜，并容易焊接。

动力电池模组常用的汇流排有:镍片、铜铝复合汇流排、铜汇流排、总正总负汇流排、铝汇流排，铜软连接、铝软连接、铜箔软连接等。四、电池结构件主要供应商及市场竞争格局

国内企业竞争构成三大梯队。1）第一梯队：包括科达利，产品体系全覆盖，且在宁德时代、中创新航、欣旺达、亿纬锂能、LG 新能源（中国）、松下（中国）等占据领先的供应份额，拥有行业领先的技术工艺和产能；

2）第二梯队：包括震裕科技，其产品集中在方形，覆盖壳体、盖板，为宁德时代的主力供应商；

3）第三梯队：包括东山精密、金杨股份、斯莱克、中瑞股份、瑞德丰、中泽精密、长盈精密、领益智造、宁波方正、常铝股份、先惠技术等：除东山精密、常铝股份、中瑞股份、宁波方正外，其余各家均已进入宁德时代供应链；东山精密进入北美大客户自产大圆柱电池供应链；常铝股份的刀片电池结构件已进入比亚迪供应链；中瑞股份主要供应 LG 新能源小圆柱电池盖帽；宁波方正主要供应比克电池。

第三梯队企业在产品体系、客户、规模上较第一、第二梯队有所差距。海外的主要参与者韩国 Sangsin EDP、日本 Fuji Springs 各自以配套韩国、日本客户为主。另外，在上述的上市企业中，仅科达利、震裕科技、金杨股份、中瑞股份、斯莱克当前把结构件业务作为核心主营业务（收入占比 4 成以上），对于东山精密、长盈精密、领益智造、宁波方正、常铝股份、先惠技术，电池结构件非核心业务，其中东山精密、长盈精密、领益智造主营业务均为消费电子相关业务。

五、全球电池结构件市场需求及预测

预计 2026 年动力+储能+小动力电池结构件（本文结构件仅考虑这些主要下游市场）市场空间近800亿元，24-26年CAGR 达30%。根据我们的测算，假设：（1）基于各国新能源汽车的长期发展，我们假设 26 年全球新能源汽车销量2664 万辆，单车平均带电量52kWh，出货/装机比例115%，我们预测26年全球动力电池出货量为1598GWh，CAGR=23%；

（2）基于各国储能行业的持续增长，我们预测到 26 年全球储能电池出货量为 843GWh，CAGR=56%；（3）基于锂电在全球二轮车&平衡车、电动工具、OPE中的持续渗透，我们预测26年全球小动力电池（二轮车+电动工具）出货量 72GWh，CAGR=15%；（4）假设到25年动力电池中方形+圆柱占比为91%、储能电池中方形+圆柱占比为95%、小动力电池中方形+圆柱占比为90%；（5）假设24/25/26年电池结构件单 GWh 价值量分别为3502/3432/3363 万元。我们测算4/25/26年全球动力+储能+小动力锂电池结构件市场空间分别为 463/616/780亿元，CAGR达30%。

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锂电池工作原理和结构图解，看完你就是专家！

从上世纪90年代开始，锂电池开始进入市场，逐渐成为电器和IT终端设备的动力选择。更小的体积、更稳定的性能、更好的循环性，使锂电池逐渐遍布人们日常生活的各个方面，助力人类向清洁世界迈出重要一步。相较于以化石燃料为基础的传统能源供给方式，锂电池的出现打破了以往的碳基供能方式，减少了碳排放量，为可持续发展提供了新路径。

我们俗称的锂电池其实分为锂金属电池和锂离子电池两种。

1、锂金属电池

锂金属电池一般是使用二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。放电反应原理为：Li+MnO2=LiMnO2。

2、锂离子电池

锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。充电正极上发生的反应为：LiCoO2==Li(1-x)CoO2+XLi++Xe-(电子)；充电负极上发生的反应为：6C+XLi++Xe- = LixC6；充电电池总反应：LiCoO2+6C = Li(1-x)CoO2+LixC6。

今天来详解一下锂电池工作原理和结构，让大家全方位的了解锂电池。

锂电池结构示意图

了解锂电池工作原理之前，我们先大概了解下锂电池的组成部分，如下示意图：

（1）正极 —— 活性物质一般是钴酸锂或者锰酸锂，镍钴锰酸锂等材料，电动车则普遍是用镍钴锰酸锂（俗称三元）或者三元+少量锰酸锂，纯的锰酸锂和磷酸铁锂则由于体积大、性能不好或成本过高而逐渐淡出视野，导电极流体使用厚度10--20微米的电解铝箔。

（2）隔膜 —— 一种经特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔结构，可以让锂离子自由通过，而电子不能通过。

（3）负极 —— 活性物质为石墨，或近似石墨结构的碳，导电集流体使用厚度7-15微米的电解铜箔。

（4）有机电解液 —— 溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂，聚合物的则使用凝胶状电解液。

（5）电池外壳 —— 分为钢壳（方型很少使用）、铝壳、镀镍铁壳（圆柱电池使用）、铝塑膜（软包装）等，还有电池的盖帽，也是电池的正负极引出端。

锂电池工作原理图解

下面从锂电池充电过程、放电过程和电池保护板三大部分给大家介绍其工作原理：

1、锂电池充电过程

电池的正极由锂离子生成，生成的锂离子从正极“跳进”电解液里，通过电解液“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞，运动到负极，与早就通过外部电路跑到负极的电子结合在一起。●正极上发生的反应为：LiCoO2==充电==Li1-xCoO2+Xli++Xe(电子)●负极上发生的反应为：6C+XLi++Xe=====LixC6在充电的过程中，Li+从正极LiCoO2中脱出，进入电解液，在充电器附加的外电场作用下向负极移动，依次进入石墨或焦炭C组成的负极，在负极形成LiC化合物。

2、锂电池放电过程

放电时电子和Li+都是同时行动的，方向相同但路径不同，电子从负极通过外部电路跑到正极；锂离子Li+从负极“跳进”电解液里，“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞，“游泳”到达正极，与早就跑过来的电子结合在一起。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。

3、电池保护板

顾名思义，电池保护板主要是针对可充电电池（一般指锂电池）起保护作用的集成电路板。锂电池（可充型）之所以需要保护，是由于锂电池本身的材料决定了它不能被过充、过放、过流、短路及超高温充放电，因此锂电池总会有保护板和一片电流保险器出现。下图为电池板保护电路。PTC：正温度系数热敏电阻；NTC：负温度系数热敏电阻，在环境温度升高时，其阻值降低，使用电设备或充电设备能够及时反应，控制内部中断而停止充放电；U1为电路保护芯片，U2为两个反接的MOSFET开关。正常状态下电池板U1的CO和DO都输出高电压，两个MOSFET都处于打开状态，电池可以自由充放电。

过充电保护：当U1检测到电池电压达到过充保护门限，CO管脚输出低电平，MOS管开关2由导通转为关闭，充电回路关断，充电器无法再对电池充电，从而实现过充保护。

过放电保护：在电池放电过程中，当U1检测到电池电压低于过放保护门限时，DO脚由高电平转变为低电平，MOS管开关1关闭，使电池无法再放电；过放电保护状态下电池电压不能再降低，要求保护电路的电流极小，控制电路进入低功耗。过流保护：正常情况下，电池对负载进行放电，电流经过两个串联的MOS管开关，VM管脚检测到两个MOS管的压降电压为U。若负载因某种原因导致U异常，使回路电流增大，当U大于一定值时，DO管脚由高电压转变为低电压，MOS管开关1关闭，从而使放电回路电流为零，达到过电流保护作用。