放大
缩小
默认近年来，新能源汽车产业呈现出迅猛发展的势头，市场占有率持续走高。电池技术是推动新能源汽车产业快速发展的关键技术因素，续航里程问题和安全问题是当前重点攻克的技术难题。创新主体围绕电池系统集成效率、能量密度、寿命、充放电效率、安全性能等关键技术取得了较大的突破，引领电池技术创新革新，为新能源汽车的普及奠定坚实的技术基础。
随着创新驱动发展战略的深入实施，知识产权制度在保护技术创新、激发市场活力等方面发挥着越来越重要的作用。专利申请数量、布局情况逐渐成为衡量企业技术发展水平的一项重要指标。在此背景下，本文对新能源汽车电池的关键技术和相关专利情况进行综述分析，多维度呈现出电池技术发展和专利布局情况，以期为后续技术研究和专利布局提供参考。
一、电池结构体系的关键技术创新
电池能量密度是限制新能源汽车续航里程的关键因素，在当前的技术攻关主要集中在优化电池结构和改进电池材料体系两个方向。
优化电池结构的技术主要体现在电池系统的集成效率上。传统的电池集成方式为“电芯——模组——电池系统”，该电池层级结构存在能力密度低、热管理效率低、制造成本高等问题，而将电芯直接集成到电池系统上的“去模组化”集成方式逐渐成为优化电池包的技术趋势。2019年宁德时代发布CTP1.0技术，专利CN209658278U公开了一种电池包，摒弃传统的电池箱体结构，采用套筒连接模组与整车设计结构，实现电池包的轻量化和结构简化，将电池的体积利用率提升至55%。随后，2021年宁德时代推出CTP2.0技术，以专利CN116802922A为例，采用电池包取消模组端板，以箱体纵横梁作为支撑结构，来提升电池集成度，将体积利用率提升至62%-65%。2022年，宁德时代进一步推出CTP3.0技术，以专利CN216648494U为例，公开了一种箱体结构，将水冷板、隔热垫、支撑结构集成于多功能弹性夹层，代替传统的横纵梁结构，进一步将体积利用率提升至72%。
无独有偶，比亚迪公司采用不同形式的电池结构优化路线也取得了突破进展，2019年比亚迪申请的专利CN111430601A公开了一种单体电池，采用的单体电池具有特定的长度、宽度和厚度关系，能有效提升电池散热能力，由该单体电池排布组成的电池包可以有效提升电池包的空间利用率、扩大电池包的能力密度。2023年比亚迪布局的以专利CN220628101U为代表的第二代刀片电池技术，将电芯由横向摆放调整为纵向摆放，进一步提升电池包的空间利用率和能力密度。
二、电池材料体系的关键技术创新
电池材料的技术创新是推动电池技术降低成本、提升性能和安全性的核心驱动力。近年来，创新主体在电池材料包括电解质、正极、负极等方面布局了大量专利技术。
（一）电解质材料优化方面
目前电池电解质材料的研发主要集中在液态电池优化、半固态或准固态过渡、全固态突破等发展路径。液态电池以优化电极材料为主，最具有代表性是宁德时代的三元锂电池和比亚迪的刀片电池。半固态电解质材料也是电池技术研发和专利布局中重要组成部分，比如湖南钠方公司布局的专利CN119400947A，采用含氟丙烯酸酯单体凝胶聚合物电解质，可以在热失控时分解产生氟自由基抑制燃烧，有效的提升电池的安全性能；孝感楚能公司布局的专利CN119361841A，采用干法电极与原位固化结合，实现凝胶电解质的均匀浸润并与活性材料紧密接触，以提升电池的电性能。
固态电池技术被普遍认为是未来电池技术的主流，也是当前技术研发和专利布局重点。当前的主流技术路线包括硫化物电解质、氧化物电解质、聚合物电解质等三大类，在硫化物电解质和氧化物电解质技术路线上，日本企业如丰田、松下等公司布局了大量的专利，主要是采用掺杂卤素、优化元素配比等方式提升离子导电率，目前已形成一定的专利壁垒，中国企业方面，值得一提的是蜂巢能源科技、上海屹锂新能源公司等在石榴石型氧化物电解质的研究中取得重要进展，布局包括CN118841625A、CN118676424A等专利，实现了石榴石型氧化物电解质在材料改性、工艺优化和界面工程等方面的优化，有望推动石榴石型氧化物电解质的产业化应用。在聚合物电解质技术上，中国企业布局了大量的专利，主要聚焦于改善电池离子电导率、机械性能、界面稳定性和低温性能等，比如国家电投集团申请的专利CN119400945A采用电子辐照提高聚合物固态电解质的机械性能，固态离子能源科技公司申请的专利CN119490607A涉及一种全温域聚合物基固体电解质，可以较好的保障电解质在高温和低温环境中的电学性能。
（二）电极材料优化方面
正极材料方面，2021-2022年宁德时代布局了包括CN116636047A、CN117099225A等高镍三元材料的电池专利技术，涉及高镍三元材料的掺杂、包覆技术等，制备的宁德时代NCM811电池能量密度可提升至300Wh/kg以上。比亚迪布局了CN115332530A等磷酸铁锂正极材料的电池专利技术，通过缩短锂离子扩散路径、优化晶体结构等方式，可将电池包能量密度提升至160wh/kg，还布局CN106816581A、CN106816583A等磷酸铁锰锂正极材料的专利技术，通过多元掺杂和表面包覆的技术手段，优化材料结构的高温稳定性，提升电池的高温循环寿命，电池包能量密度可提升至170-180wh/kg。
负极材料的技术创新主要集中在硅基负极材料和石墨负极材料的优化上。硅基负极材料方面，蔚来电池公司布局了CN118825270A等专利，采用硅氧烷——稠环芳烃共聚物作为负极包覆层，有效缓解硅基负极材料充放电过程中的体积变化，在600次充放电循环后，仍能将硅基材料膨胀率控制在较低水平。四川新能源汽车创新中心布局了CN119400823A等专利，采用硅氧烷聚合物交联形成的笼型结构，包覆在硅颗粒表面，能够有效抑制硅体积膨胀而导致的结构变化，提升电池循环寿命。石墨负极材料方面，比亚迪布局了CN119400801A等专利，在石墨负极中添加二氧化硅纳米线，可以增强电解液的浸润性、优化介孔孔道结构，提升了循环稳定性；浙江极氪智能布局了CN119400828A等专利，在石墨内核表面包覆软碳和硬碳，可以优化孔隙率，解决传统石墨负极快充性能不足的问题。
三、电池安全性能方面的关键技术创新
电池的安全性能也是判断新能源汽车电池是否具有市场应用价值的重要指标。研究人员主要聚焦于电池结构设计、材料优化、热管理系统的改善等关键技术。
在改进电池安全性能方面，宁德时代部署形成了包括CTP3.0结构集成技术、大面水冷技术、NP热失控防护技术等一系列核心技术的专利群。大面水冷技术中专利CN221766825U采用进水管路与出水管路的高度差设计，利用重力提升冷却液流动效率，改善冷却效果；专利CN114665188A采用口琴管板与集流体的集成设计，优化冷却液在冷却通道内的流动路径，提升换热的均匀性；专利CN221053902U通过对水泵和水路模块进行一体化设计，降低冷却液的泄露风险，提升液冷系统的整体效能。NP热失控防护技术中专利CN222191093U采用制动组件，能够及时切断热失控时的电路连接，可以有效防止热失控的蔓延；专利CN222422251U通过在泄压部件上设置多个引导槽的方式，可以实现热失控时的排放物定向释放，能够有效降低起火和爆炸风险；专利CN111668404A在电池模块中设置防火构件，可以有效阻挡热失控喷出物，避免相邻电池受到影响。此外箱体结构优化技术中专利CN222530634U可以与断电保护专利CN222191093U协同应用，共同实现防止热扩散的效果；泄压结构专利CN222422251U可以与隔热材料专利CN222394899U相结合使用，可以实现热失控的定向排放，达到很好的隔热效果。
在优化电池安全性方面，比亚迪同样进行了系统的专利布局，最为典型是刀片电池技术和底盘集成技术（CTB）。其中，专利CN111430601A采用超长电芯设计，提升散热效率和空间利用率，间接降低热失控概率；专利CN117748057A采用电芯纵向密集排列，减少横向占用空间，采用新型集成连接件，可以在提升能力密度的同时有效优化散热性能；专利CN220628008U采用内缩式极柱设计，减少外部冲击风险。底盘集成技术中专利CN220400786U采用电池包与车身地板一体化的结构设计，有效提升了结构强度和抗碰撞能力，并优化散热空间；专利CN220544094U将高强度框架结构与集成式液冷散热系统组合在一起，可以在提升电池包抗冲击能力的同时实现精准控温，有效降低热失控风险；专利CN220544143U将防火垫和轻量化散热组件集成在一起，有效增强了电池的防火性能，减少火灾蔓延风险。电池热管理系统方面，专利CN119069887A通过检测电池包进口处冷却剂温度，电池包温度的动态调整，实现维持电池包温度稳定的效果；专利CN118763314A采用调节换热管路冷媒压力和流量的方式，帮助电池组均匀散热，可以有效避免局部过热或过冷。此外，还值得提及的是比亚迪刀片电池的针刺测试结果不仅证明刀片电池在安全领域的领先地位，还重塑了电池安全领域的行业标准，中国国标和国际标准均将针刺测试列为强制认证项目，针刺测试也由此成为电池进入市场的必要检测项目。
四、结语
本文以新能源汽车电池技术发展中的关键技术问题为导向，整合梳理近年来电池技术在结构设计、材料优化和安全性能提升等方面的技术创新要点，同时结合专利技术的布局情况，列举展示了关键技术创新的相关专利技术要点，以期帮助业内人员更加清晰的把握电池技术发展动态，帮助创新主体进一步梳理专利布局思路，为后续的技术研发和专利布局提供一定参考。
作者简介：
池晓伟（1990.05-），男，硕士研究生，知识产权师，知识产权研究。
王敏（1995.07-），女，硕士研究生，助理知识产权师，知识产权研究。
放大
缩小
默认
