科技創(chuàng)新：結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，是提升電池系統(tǒng)能量密度的良方嗎？

01.

新能源汽車的發(fā)展是必然趨勢(shì)

隨著全球“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略逐步深化，我國(guó)提出，力爭(zhēng)2030年前實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”，2060年前實(shí)現(xiàn)“碳中和”的目標(biāo)。而其中，新能源汽車的發(fā)展作為應(yīng)對(duì)氣候變化、推動(dòng)綠色發(fā)展的戰(zhàn)略舉措，是行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是我國(guó)從汽車大國(guó)邁向汽車強(qiáng)國(guó)的必由之路。

根據(jù)中汽協(xié)數(shù)據(jù)，2022年，中國(guó)新能源汽車銷售688.7萬輛，同比增長(zhǎng)93.4%。從“十三五”時(shí)期開始，我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，銷量不斷突破歷史高位。在新能源汽車發(fā)展的拉動(dòng)下，動(dòng)力電池產(chǎn)銷量也延續(xù)著爆發(fā)式增長(zhǎng)勢(shì)頭。當(dāng)前，動(dòng)力電池行業(yè)集中度不斷提升，無論在技術(shù)、品牌、規(guī)模和資金方面有較高的進(jìn)入壁壘，整體來看，頭部電池企業(yè)優(yōu)勢(shì)明顯。隨著動(dòng)力電池重要性的不斷攀升，不少車企也積極“向上”，布局動(dòng)力電池業(yè)務(wù)。

02.

新能源車痛點(diǎn)明顯

上圖是中國(guó)汽車市場(chǎng)統(tǒng)計(jì)出的新能源汽車當(dāng)前痛點(diǎn)TOP5，其中第一條就是純電動(dòng)汽車?yán)锍探箲]和充電難等核心痛點(diǎn)并未解除?？梢钥闯?，續(xù)航是影響電動(dòng)車發(fā)展的命脈，那么如何提升車輛的續(xù)航，包括OEM和電池生產(chǎn)企業(yè)在內(nèi)的供應(yīng)商，都在不斷地探索、不斷提出改進(jìn)方案。

目前提升續(xù)航主要分成兩條技術(shù)路徑：

①通過提升正極材料來提高單體電芯的能量密度；

正極材料約占鋰電池電芯成本的40%，整個(gè)動(dòng)力電池成本的13%—15%，但是其比容量遠(yuǎn)低于負(fù)極的比容量。按照木桶效應(yīng)，正極材料正是電池的短板所在，正極材料的研發(fā)是動(dòng)力電池性能提升的關(guān)鍵，鑒于材料研發(fā)的復(fù)雜性，當(dāng)前整個(gè)供應(yīng)鏈端在能量密度的提升方面，主要采取第二條路線。

②即優(yōu)化電池包結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過物理層面的改善續(xù)航。

近年來，車企和電池供應(yīng)商在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新層出不窮，相較于電池材料的研發(fā)，電池結(jié)構(gòu)的革新應(yīng)用更廣，落地更快。

03.

動(dòng)力電池結(jié)構(gòu)不斷革新

在動(dòng)力電池結(jié)構(gòu)優(yōu)化提升方面，電芯的集成方式一直是發(fā)展的重點(diǎn)。現(xiàn)階段，大電芯、大模組、去模組、集成化趨勢(shì)明顯，電池企業(yè)和整車廠們通過對(duì)電芯、模組、電池包等環(huán)節(jié)的改進(jìn)和精簡(jiǎn)，減少零件數(shù)量，增加空間，最終是為了最大化提升電池包的體積利用率，由此提高電池能量密度并降低成本。

以電池形態(tài)和集成程度為標(biāo)準(zhǔn)，電池結(jié)構(gòu)的演變可分為CTM（模組標(biāo)準(zhǔn)化）、CTP（大模組、去模組化）和CTC/CTB（電池底盤一體化）三個(gè)階段。對(duì)于整個(gè)行業(yè)來說，目前大部分還處于模組電池的CTM時(shí)代，更多的新車型及產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入無模組電池的CTP時(shí)代，而CTC則被視為未來發(fā)展方向 。

電池結(jié)構(gòu)的對(duì)比

CTM

CTM，即“Cell to Module”，它是“電芯－模組－電池包”的結(jié)構(gòu)，也是目前工藝較為成熟的方案。CTM產(chǎn)生的背景主要是在新能源汽車發(fā)展初期，老牌車企大多通過油改電的方式切入電車市場(chǎng)，油改電沿用旗下成熟燃油車的平臺(tái)，僅將動(dòng)力系統(tǒng)替換為三電系統(tǒng)。也正是因?yàn)楦鬈嚻蟛煌囆偷牟煌枨螅姵貜S家的電芯尺寸難以統(tǒng)一，后來退而求其次，將電池系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)向了模組，對(duì)應(yīng)不同的電池需求及電池大小，從而誕生了CTM模式。

CTM優(yōu)劣分析

近年來，電池系統(tǒng)集成化的重點(diǎn)就是不斷提升標(biāo)準(zhǔn)化電池模組的尺寸，從最早的355、390到如今的590。可以看出，大模組化成為主流趨勢(shì)。對(duì)于當(dāng)前在整個(gè)市場(chǎng)上的應(yīng)用來看，CTM還是一些傳統(tǒng)在售新能源車目前主要應(yīng)用的電池結(jié)構(gòu)，整個(gè)市場(chǎng)趨勢(shì)是由355向590模組不斷迭代。

CTP

CTP，“Cell to Pack”，是電池包內(nèi)部結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新技術(shù)，將電芯直接集成到電池包內(nèi)，再安裝到車身上，這樣可有效提升電池包的空間利用率和能量密度。該集成技術(shù)最早由寧德時(shí)代在 2019年提出，此后比亞迪、蜂巢能源等陸續(xù)發(fā)布了各自的 CTP 方案。

CTP優(yōu)劣分析

第一種，是采用完全無模組方式，代表企業(yè)比亞迪。

比亞迪刀片電池

第二種，是大模組替代小模組的方式，代表企業(yè)寧德時(shí)代、特斯拉、蜂巢等。

寧德時(shí)代麒麟電池

主流電池企業(yè)產(chǎn)品對(duì)比（數(shù)據(jù)來源網(wǎng)絡(luò)）

CTC/CTB

CTC(Cell to Chassis)/CTB(Cell to Body)，就是將電池包取消，將電芯直接集成于車輛底盤的工藝，即電池底盤一體化。當(dāng)前的CTC/CTB技術(shù)還處于初期發(fā)展階段，代表企業(yè)有比亞迪、零跑和特斯拉。

比亞迪CTB技術(shù)是在CTP的基礎(chǔ)上，將電池上蓋與車身地板合二為一，從原來電池包“三明治”結(jié)構(gòu)，進(jìn)化成整車“三明治”結(jié)構(gòu)，電池單體直接集成到車身上。

特斯拉在2020年就發(fā)布了全新的整包封裝技術(shù)CTC，特斯拉的方案屬于承載式車身技術(shù)路線，電池框架與車身下車體（門檻梁、縱梁、橫梁、地板等）集成，電池組將作為車身結(jié)構(gòu)的一部分，連接前后兩個(gè)車身大型鑄件，取消原有座艙底板，取代以電池上蓋，座椅直接安裝在電池上蓋上。

相較于特斯拉和比亞迪的方式，零跑CTC技術(shù)取消了電池包箱體和上蓋，只留有下托盤。電池下托盤與車身門檻和橫梁有著更緊密、更牢固地連接。但是，零跑采用的方式較為保守，先將電芯組成模組，隨后再將模組集成在底盤之上。

CTC/CTB優(yōu)劣分析

04.

動(dòng)力電池結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)

璞躍中國(guó)移動(dòng)出行團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，“創(chuàng)新”是動(dòng)力電池行業(yè)發(fā)展的主旋律，當(dāng)前電池材料的創(chuàng)新及新材料的落地應(yīng)用仍處在較為緩慢的狀態(tài)，通過結(jié)構(gòu)創(chuàng)新提升電池系統(tǒng)能量密度在現(xiàn)階段動(dòng)力電池的發(fā)展中有著重要的意義。

近年來，動(dòng)力電池通過結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，不斷向著高集成度一體化方向發(fā)展。電池廠側(cè)重于將動(dòng)力電池模組向大尺寸、無模組方向發(fā)展。主機(jī)廠聚焦于將電池與車身底盤進(jìn)行融合。當(dāng)前， CTP技術(shù)大規(guī)模上車，CTC/CTB技術(shù)逐漸上量，整個(gè)行業(yè)供應(yīng)鏈的格局進(jìn)一步重塑。類似于手機(jī)等消費(fèi)電子的發(fā)展趨勢(shì)，為滿足消費(fèi)者不斷提升的需求，手機(jī)從早期的可拆卸、可更換電池，過渡到現(xiàn)在的集成化不可更換電池并發(fā)展出快充。同樣，對(duì)于正朝著電子產(chǎn)品屬性發(fā)展的新能源汽車來說，未來，集成化程度更高的CTC/CTB電池或?qū)⒊蔀槭袌?chǎng)主流。

審核編輯黃宇