CTP技術(shù)，在提升電池包系統(tǒng)能量密度和整車?yán)m(xù)駛里程的同時，或許還將對動力電池和新能源汽車產(chǎn)生更加深遠影響。

從2019下半年開始，寧德時代CTP（Cell to Pack）與比亞迪的刀片電池技術(shù)進入大眾視野，備受行業(yè)關(guān)注。  

一，  CTP，優(yōu)質(zhì)電芯基礎(chǔ)上的系統(tǒng)工藝創(chuàng)新

簡單來說，寧德CTP與刀片電池（GCTP）的技術(shù)思路上是一致的：在原有的電池化學(xué)體系基礎(chǔ)上，通過電池單體設(shè)計和電池包集成形式的優(yōu)化，將原有的單體—模組—電池包的三層結(jié)構(gòu)，改進為由大電芯/大模組構(gòu)成的單體—電池包兩層結(jié)構(gòu)。

寧德時代CTP電池包與比亞迪刀片電池

傳統(tǒng)電池包的成組效率是電池系統(tǒng)能量密度提升的一個瓶頸。如一個典型的電池包「三層結(jié)構(gòu)」示意圖：

圖中左側(cè)，是電池單體（Cell）組成的電池模組（Module），其中除了電池單體外，還包括金屬蓋板端板、線束、粘合劑、導(dǎo)熱膠、模組控制單元等等零部件，組合在一起，形成了一個電池模組。圖右，是由若干模組構(gòu)成的電池包（Pack），電池包層面的零部件包括熱管理系統(tǒng)、線束、控制器、外殼等等。

 典型電池包結(jié)構(gòu)，來源：奧迪A3的電池包結(jié)構(gòu)

這樣的三層結(jié)構(gòu)是典型的動力電池包都具有的，之所以有「模組」，一方面是保護、支撐、集成了電芯，另一方面各個模組獨立管理了部分電芯，有助于溫度控制、防止熱失控傳播、同時便于維修。但模組的存在，使得整個電池包的空間利用率有所下降，導(dǎo)致了成組效率的低水平——模組越多，零部件越多，成組效率也就越低。在單體能量密度突破300Wh/kg的同時，受限于傳統(tǒng)電池包的成組方式，電池系統(tǒng)層面的能量密度仍處于160Wh/kg左右。同時由于對高鎳電芯安全風(fēng)險的考量，部分廠商建議對高鎳電芯SOC的使用范圍作出限制，更在實際上讓高鎳電池的能量打了折扣。

因此，將模組做大做少，乃至于無模組，是近年來電池系統(tǒng)工藝設(shè)計層面的主要關(guān)注點，特斯拉Model 3的大模組也反映了這一趨勢。但與此同時，正因為模組有著保護電池、降低風(fēng)險、便于維修的作用，「無模組」就有著更高的技術(shù)難度，意味著對電池單體的質(zhì)量和一致性的要求更高。因此，寧德時代和比亞迪的無模組技術(shù)，不僅是電池系統(tǒng)工藝層面的突出創(chuàng)新，更體現(xiàn)了電池單體設(shè)計制造的技術(shù)水平。對于技術(shù)相對落后的二線電池廠商來說，CTP無疑帶來了更高的技術(shù)門檻和競爭壓力。

特斯拉Model 3的大模組電池包同樣反映了去模組化的技術(shù)趨勢

成組效率的提升，使得CTP具備了多方面的優(yōu)點：

1. 長里程：電池包能量密度的提升，直接讓整車?yán)m(xù)駛里程得到改善。在相同的電池化學(xué)體系條件下，寧德CTP電池包的系統(tǒng)能量密度有著10-15%的提升；而比亞迪刀片電池則將磷酸鐵鋰電池（LFP）包的體積能量密度提升50%至160Wh/kg，與三元電池（NCM）相比也極具競爭力。

2. 高安全：能量密度是過去數(shù)年中電池廠商最為聚焦的電池性能，而在CTP之前，能量密度的提升主要是通過三元電池化學(xué)體系的改進所實現(xiàn)的，而伴隨著高鎳體系的不斷升級，電池的安全性上所面臨的風(fēng)險隨之上升。而CTP在電池包層面對能量密度的提升，意味著在電池單體層面使用安全性成熟的普通三元、甚至磷酸鐵鋰電池就可以實現(xiàn)充裕的續(xù)駛里程。在同樣的里程效果下，整車的安全性無疑得到改善。當(dāng)然，對于高鎳體系的CTP來說，安全性的風(fēng)險仍然存在。 

3. 低成本：從成本來看，由于省去了模組環(huán)節(jié)的線束、蓋板等零部件，整個電池包零件數(shù)量減少了40%，生產(chǎn)效率提升了50%，CTP電池包的物料成本與制造成本將得到改進。而如果使用成本更低的磷酸鐵鋰電池，相較于傳統(tǒng)的三元電池包，整個電池包的成本還將進一步下降。

雖然在技術(shù)層面可能存在著電池包強度、維修等挑戰(zhàn)2；但上述優(yōu)勢也會隨著CTP技術(shù)的廣泛探索和使用，而更加顯著。就目前所知道的，已搭載或即將搭載CTP的量產(chǎn)車型就包括——北汽EU5、大眾拉美商用車e-Delivery、蔚來100kWh電池包與比亞迪漢等車型。

搭載CTP技術(shù)的量產(chǎn)車型

二，  CTP對行業(yè)格局和新技術(shù)的影響

雖然優(yōu)點明顯，但對于主機廠來說，CTP技術(shù)或許并不是100%的好消息。

在新能源汽車的開發(fā)中，主機廠與電池廠之間的「技術(shù)分割線」，一般在電池包層面。技術(shù)實力稍弱的乘用車主機廠與商用車廠普遍會直接采用電池廠交付的電池包；而技術(shù)實力較強的主機廠會基于電池廠交付的電池模組，選擇自己主導(dǎo)電池包的開發(fā)。以上汽為例，上汽和寧德時代組建的兩家合資公司「時代上汽」與「上汽時代」，就是分別以寧德和上汽主導(dǎo)的電池工廠和電池包工廠。車企自行開發(fā)電池包的必要性是明顯的：一方面可以更好地匹配整車設(shè)計，另一方面也把握了電池包技術(shù)，將整車相關(guān)技術(shù)與價值保留在了體系內(nèi)部。隨著電池技術(shù)的重要性愈發(fā)顯著，領(lǐng)先的乘用車主機廠也越來越傾向于加強在電池技術(shù)方面的話語權(quán)。

但CTP技術(shù)則意味著在電池包層面，電池廠的話語權(quán)將重新占據(jù)上風(fēng)，在產(chǎn)業(yè)鏈中占據(jù)的價值也將進一步上升。就目前公開的信息來看，乘用車難以采用商用車標(biāo)準(zhǔn)化的電池包，寧德CTP技術(shù)需要針對車型進行深度定制化的開發(fā)，主機廠方面至少需要與電池廠共同研發(fā)，或直接將電池包完全交給電池廠。這一因素或許會影響CTP技術(shù)在整車裝載的普及前景，但更有可能出現(xiàn)的場景是——主機廠可能分化出三類選擇：

1. 部分主機廠將電池包完全交給電池廠開發(fā)CTP，不再主導(dǎo)電池包開發(fā)；

2. 部分主機廠仍將維持現(xiàn)有的技術(shù)體系，保持三層電池包結(jié)構(gòu)，在長里程電動車產(chǎn)品上采用高鎳電池，不使用CTP技術(shù)方案；

3. 部分主機廠進一步加強電池技術(shù)實力，向上游進一步整合，在未來可能推出自己的CTP方案。

而這一場景的發(fā)生，又將在電動車市場推動整車產(chǎn)品的分化。這里暫不展開了。

另一方面，CTP還可能對下一代電池技術(shù)造成沖擊。

站在今天回看三年前，從2017-2020的電池技術(shù)發(fā)展路徑在規(guī)劃中就很清晰——通過逐步提升正極化學(xué)體系的鎳比例，從523到622再到811，將電池單體能量密度提升到300Wh/kg。而這一發(fā)展路徑的實現(xiàn)依靠生產(chǎn)工藝的快速提升，實際上實現(xiàn)比預(yù)期更快。但再往后的技術(shù)預(yù)期：從高鎳+硅碳負(fù)極，到固態(tài)電池，再到固態(tài)電池+鋰負(fù)極，乃至于鋰空電池……這一系列電池單體層面的技術(shù)發(fā)展，不論是理論還是產(chǎn)品，都比預(yù)期要來得更加緩慢。在2018年之前，業(yè)界對固態(tài)電池商業(yè)化的預(yù)測普遍在2020-2025之間；但到了2020年，固態(tài)電池的商業(yè)化預(yù)期已然推遲到了2025之后。

2015年左右，豐田制造的下一代電池樣品性能，與對下一代電池單體技術(shù)的量產(chǎn)時間預(yù)期。至今下一代電池技術(shù)距離量產(chǎn)仍需要時間。（來源：ATZ elektronik worldwide）

而下一代電池技術(shù)的商業(yè)化，一方面依賴于實驗室技術(shù)的成熟；另一方面，也面臨著與現(xiàn)有技術(shù)的競爭。固態(tài)電池如果僅僅是將提高現(xiàn)有電池的安全性，但在能量密度、容量、充放電、成本各方面存在劣勢，那么是較難與已經(jīng)規(guī)模化的量產(chǎn)電池技術(shù)相競爭的。換言之，下一代技術(shù)需要在多個方面都優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)，才有著商業(yè)化成功的可能。現(xiàn)有技術(shù)愈發(fā)成熟，新技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)就越大。而CTP技術(shù)的推廣，則將進一步提升現(xiàn)有成熟技術(shù)的潛力，把固態(tài)電池將面對的競爭門檻提得更高，也意味著固態(tài)電池的量產(chǎn)日期可能會被推得更遠。

三， 小結(jié)

盡管CTP與刀片電池還面臨著技術(shù)與商業(yè)的挑戰(zhàn)，但CTP無疑是值得期待的，也將注定成為變革時代中重墨重彩的篇章。無論是更加出色的純電動車產(chǎn)品，或是更具競爭力的主機廠，終將在大潮中脫穎而出。讓我們共同努力。