为什么CTP电池技术有可能改变行业格局

【作者特供】CTP技术在提高电池组系统能量密度和车辆续驶里程的同时，也可能对动力电池产生更深远的影响和新能源汽车。

从下半年开始，CATL的CTP（Cell to Pack）和比亚迪的刀片电池技术开始进入公众视野并引起行业关注。

1、CTP，基于优质细胞的系统工艺创新。

简单来说，宁德CTP与刀片电池（GCTP）的技术思路是一致的：在原有电池化学体系的基础上，通过电芯设计、电池包集成形式的优化，改进了原有单体单元三层结构——模组电池组变为大电芯/大模组组成的单单体电池组的两层结构。

CATL CTP电池组与比亚迪刀片电池传统电池组的组合效率是提高电池系统能量密度的瓶颈。

如典型电池组“三层结构”示意图：图中左侧，有一个由电芯（Cell）组成的电池模块（Module）。

除电芯外，还包括金属盖端板和线束。

、粘合剂、导热胶、模块控制单元等部件组合在一起形成电池模块。

图中右侧是由多个模块组成的电池组（Pack）。

电池包层面的组件包括热管理系统、线束、控制器、外壳等。

典型电池包结构，来源：奥迪A3电池包结构这种三层结构是典型动力电池包常见的。

之所以有“模块”，一方面是为了保护、支撑、集成电芯，另一方面方面，每个模块独立管理一些电芯，有利于温度控制，防止热失控扩散，便于维护。

但模组的存在降低了整个电池组的空间利用率，导致成组效率较低——模组越多，组件越多，成组效率越低。

虽然单体能量密度已经超过Wh/kg，但由于传统的电池组组装方式，电池系统层面的能量密度仍然在Wh/kg左右。

同时，由于高镍电池存在安全风险，一些厂家建议限制高镍电池SOC的使用范围，这实际上降低了高镍电池的能量。

因此，将模块做大或做小，甚至无模块，一直是近年来电池系统工艺设计的主要关注点。

特斯拉Model 3的大模块也体现了这一趋势。

但同时，正因为模组具有保护电池、降低风险、方便维护的功能，“无模组”具有更高的技术难度，这意味着对电芯的质量和一致性提出了更高的要求。

因此，宁德时代和比亚迪的无模组技术不仅是电池系统工艺层面的杰出创新，也体现了电芯设计和制造的技术水平。

对于技术相对落后的二线电池厂商来说，CTP无疑带来了更高的技术门槛和竞争压力。

特斯拉Model 3的大模组电池组也体现了去模块化和成组效率提升的技术趋势，这赋予了CTP诸多优势： 1、续航里程长：电池组能量密度的提升直接让续航里程提升车辆得到改进。

在同等电池化学系统条件下，宁德CTP电池组系统能量密度提升10-15%；而比亚迪刀片电池则将磷酸铁锂电池（LFP）电池组的体积能量密度提升了50%至Wh/kg，与三元电池（NCM）相比也极具竞争力。

2、安全性高：能量密度一直是过去几年电池厂商最关注的电池性能。

在CTP之前，能量密度的提升主要是通过三元电池化学体系的改进来实现的，而随着高镍体系的不断升级，电池安全的风险越来越大。

CTP在电池组层面能量密度的提升，意味着使用电芯层面安全性成熟的普通三元甚至磷酸铁锂电池即可实现足够的续驶里程。

同等里程效果下，整车的安全性无疑得到了提升。

当然，对于高镍系统的CTP来说，安全风险依然存在。

3、成本低：从成本角度来看，由于取消了模组中的线束、盖板等部件，整个电池组的零件数量减少了40%，生产效率提高了50% 。

CTP电池组的材料成本相同，制造成本将会提高。

而如果采用成本更低的磷酸铁锂电池，整个电池组的成本相比传统三元电池组将会进一步降低。

尽管在电池组强度、维护等技术层面可能存在挑战2，但随着CTP技术的广泛探索和使用，上述优势将变得更加显着。

据了解，已经搭载或即将搭载CTP的量产车型包括北汽EU5、大众拉美商用车e-Delivery、蔚来kWh电池组、比亚迪汉等。

第二款搭载CTP技术的量产车型。

虽然CTP对行业格局和新技术的影响具有明显的优势，但CTP技术对于整车厂来说未必是好消息。

在新能源汽车的发展中，整车厂与电池厂之间的“技术分界线”一般在电池包层面。

技术能力较弱的乘用车主机厂和商用车制造商一般会直接使用电池厂交付的电池组；而技术能力较强的整车厂会选择基于电池厂交付的电池模组来主导电池组的开发。

以上汽集团为例。

上汽与宁德时代组建的两家合资企业“时代上汽”和“上汽时代”分别是宁德时代和上汽主导的电池工厂和电池组工厂。

车企研发自己??的电池组的必要性是显而易见的：一方面可以更好地匹配车辆设计，另一方面也掌握电池组技术，保留与车辆相关的技术和价值。

系统。

随着电池技术变得越来越重要，领先的乘用车整车厂越来越倾向于加强在电池技术方面的话语权。

但CTP技术意味着在电池组层面，电池厂商将重新占据上风，其在产业链中的价值将进一步提升。

从目前公开的信息来看，乘用车很难使用商用车标准化的电池组。

宁德的CTP技术需要针对车型进行深度定制。

整车厂至少需要与电池厂共同开发，或者直接完全开发电池组。

交给电池厂吧。

这一因素可能会影响CTP技术在整车搭载上的普及前景，但更可能的情况是整车厂可能会分化为三类选择：1、部分整车厂将电池组完全交给电池厂商开发CTP，将不再引领电池组的发展； 2、部分整车厂仍会维持现有技术体系，维持三层电池包结构，长续航电动汽车产品采用高镍电池，不采用CTP技术方案； 3、部分整车厂将进一步强化电池技术能力，进一步整合上游，未来可能推出自己的CTP解决方案。

这一场景的出现将促进电动汽车市场整车产品的分化。

这里暂时不展开。

另一方面，CTP也可能对下一代电池技术产生影响。

回顾三年前的今天，中国电池技术的发展路径在规划中非常明确——通过逐步提高正极化学体系的镍比例，从那时到那时，将电池芯的能量密度提高到瓦时/公斤。

这一发展道路的实现依赖于生产技术的快速提升，而且实际上实现得比预想的要快。

但未来的技术预期：从高镍+硅碳负极，到固态电池，再到固态电池+锂负极，甚至锂空气电池……该系列电芯的技术发展在就单一层面而言，理论和产品的到达速度都比预期要慢。

2017年之前，业界对固态电池商业化的预测普遍在20%到20%之间；但到了2018年，固态电池的商业化预期已被推迟。

年内，丰田制造的下一代电池样品的性能以及下一代电池电芯技术的预计量产时间。

到目前为止，下一代电池技术要达到量产还需要时间。

（来源：ATZ elektronik Worldwide）下一代电池技术的商业化一方面取决于实验室技术的成熟度；另一方面取决于实验室技术的成熟度。

另一方面，也面临着与现有技术的竞争。

如果固态电池仅提高现有电池的安全性，而在能量密度、容量、充放电、成本等方面存在劣势，将很难与已经大规模量产的电池技术竞争。

换句话说，下一代技术需要在很多方面优于现有技术，才有商业成功的可能性。

现有技术越成熟，新技术面临的挑战就越大。

CTP技术的推广将进一步增强现有成熟技术的潜力，提高固态电池将面临的竞争门槛。

这也意味着固态电池的量产日期或将进一步推迟。

3.总结虽然CTP和刀片电池仍面临技术和商业挑战，但CTP无疑值得期待，也注定会成为变革时代的突出篇章。

无论是更好的纯电动汽车产品，还是更有竞争力的整车厂，最终都会在浪潮中脱颖而出。

让我们一起尽力吧。

本文由作者专门撰写：作者简介：姚长胜拥有学士学位和博士学位。

清华大学汽车工程系。

主要从事新能源汽车动力系统研究。