科技创新：结构创新，是提升电池系统能量密度的良方吗？

01.

新能源汽车的发展是必然趋势

随着全球“碳达峰、碳中和”战略逐步深化，我国提出，力争2030年前实现“碳达峰”，2060年前实现“碳中和”的目标。而其中，新能源汽车的发展作为应对气候变化、推动绿色发展的战略举措，是行业发展的必然趋势，也是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路。

根据中汽协数据，2022年，中国新能源汽车销售688.7万辆，同比增长93.4%。从“十三五”时期开始，我国新能源汽车产业快速发展，销量不断突破历史高位。在新能源汽车发展的拉动下，动力电池产销量也延续着爆发式增长势头。当前，动力电池行业集中度不断提升，无论在技术、品牌、规模和资金方面有较高的进入壁垒，整体来看，头部电池企业优势明显。随着动力电池重要性的不断攀升，不少车企也积极“向上”，布局动力电池业务。

02.

新能源车痛点明显

上图是中国汽车市场统计出的新能源汽车当前痛点TOP5，其中第一条就是纯电动汽车里程焦虑和充电难等核心痛点并未解除。可以看出，续航是影响电动车发展的命脉，那么如何提升车辆的续航，包括OEM和电池生产企业在内的供应商，都在不断地探索、不断提出改进方案。

目前提升续航主要分成两条技术路径：

①通过提升正极材料来提高单体电芯的能量密度；

正极材料约占锂电池电芯成本的40%，整个动力电池成本的13%—15%，但是其比容量远低于负极的比容量。按照木桶效应，正极材料正是电池的短板所在，正极材料的研发是动力电池性能提升的关键，鉴于材料研发的复杂性，当前整个供应链端在能量密度的提升方面，主要采取第二条路线。

②即优化电池包结构设计，通过物理层面的改善续航。

近年来，车企和电池供应商在结构设计的创新层出不穷，相较于电池材料的研发，电池结构的革新应用更广，落地更快。

03.

动力电池结构不断革新

在动力电池结构优化提升方面，电芯的集成方式一直是发展的重点。现阶段，大电芯、大模组、去模组、集成化趋势明显，电池企业和整车厂们通过对电芯、模组、电池包等环节的改进和精简，减少零件数量，增加空间，最终是为了最大化提升电池包的体积利用率，由此提高电池能量密度并降低成本。

以电池形态和集成程度为标准，电池结构的演变可分为CTM（模组标准化）、CTP（大模组、去模组化）和CTC/CTB（电池底盘一体化）三个阶段。对于整个行业来说，目前大部分还处于模组电池的CTM时代，更多的新车型及产品已经进入无模组电池的CTP时代，而CTC则被视为未来发展方向 。

电池结构的对比

CTM

CTM，即“Cell to Module”，它是“电芯－模组－电池包”的结构，也是目前工艺较为成熟的方案。CTM产生的背景主要是在新能源汽车发展初期，老牌车企大多通过油改电的方式切入电车市场，油改电沿用旗下成熟燃油车的平台，仅将动力系统替换为三电系统。也正是因为各车企不同车型的不同需求，电池厂家的电芯尺寸难以统一，后来退而求其次，将电池系统标准化转向了模组，对应不同的电池需求及电池大小，从而诞生了CTM模式。

CTM优劣分析

近年来，电池系统集成化的重点就是不断提升标准化电池模组的尺寸，从最早的355、390到如今的590。可以看出，大模组化成为主流趋势。对于当前在整个市场上的应用来看，CTM还是一些传统在售新能源车目前主要应用的电池结构，整个市场趋势是由355向590模组不断迭代。

CTP

CTP，“Cell to Pack”，是电池包内部结构的创新技术，将电芯直接集成到电池包内，再安装到车身上，这样可有效提升电池包的空间利用率和能量密度。该集成技术最早由宁德时代在 2019年提出，此后比亚迪、蜂巢能源等陆续发布了各自的 CTP 方案。

CTP优劣分析

第一种，是采用完全无模组方式，代表企业比亚迪。

比亚迪刀片电池

第二种，是大模组替代小模组的方式，代表企业宁德时代、特斯拉、蜂巢等。

宁德时代麒麟电池

主流电池企业产品对比（数据来源网络）

CTC/CTB

CTC(Cell to Chassis)/CTB(Cell to Body)，就是将电池包取消，将电芯直接集成于车辆底盘的工艺，即电池底盘一体化。当前的CTC/CTB技术还处于初期发展阶段，代表企业有比亚迪、零跑和特斯拉。

比亚迪CTB技术是在CTP的基础上，将电池上盖与车身地板合二为一，从原来电池包“三明治”结构，进化成整车“三明治”结构，电池单体直接集成到车身上。

特斯拉在2020年就发布了全新的整包封装技术CTC，特斯拉的方案属于承载式车身技术路线，电池框架与车身下车体（门槛梁、纵梁、横梁、地板等）集成，电池组将作为车身结构的一部分，连接前后两个车身大型铸件，取消原有座舱底板，取代以电池上盖，座椅直接安装在电池上盖上。

相较于特斯拉和比亚迪的方式，零跑CTC技术取消了电池包箱体和上盖，只留有下托盘。电池下托盘与车身门槛和横梁有着更紧密、更牢固地连接。但是，零跑采用的方式较为保守，先将电芯组成模组，随后再将模组集成在底盘之上。

CTC/CTB优劣分析

04.

动力电池结构发展趋势预测

璞跃中国移动出行团队认为，“创新”是动力电池行业发展的主旋律，当前电池材料的创新及新材料的落地应用仍处在较为缓慢的状态，通过结构创新提升电池系统能量密度在现阶段动力电池的发展中有着重要的意义。

近年来，动力电池通过结构创新，不断向着高集成度一体化方向发展。电池厂侧重于将动力电池模组向大尺寸、无模组方向发展。主机厂聚焦于将电池与车身底盘进行融合。当前， CTP技术大规模上车，CTC/CTB技术逐渐上量，整个行业供应链的格局进一步重塑。类似于手机等消费电子的发展趋势，为满足消费者不断提升的需求，手机从早期的可拆卸、可更换电池，过渡到现在的集成化不可更换电池并发展出快充。同样，对于正朝着电子产品属性发展的新能源汽车来说，未来，集成化程度更高的CTC/CTB电池或将成为市场主流。

审核编辑黄宇