2019年开始动力电池企业积极探索结构创新，以CTP技术对电池包结构内部进 行创新实现高质量降本增效，有效对冲了较大程度的原材料成本上升压力。一方面通过电池包内材料件与结构件的减少降低材料与工艺成本，另一方面通过标准化与规模化生产提高生产效率降低生产成本，并且同时实现电池续航能力提升，连续打造爆款车型，2022年产品日益成熟后全面导向市场，尤其在原材料成本压力下将加快以CTP为代表的结构创新技术应用，不仅短期有效消化了成本压力，在长期指引了技术平价之路。
01
CTP 结合磷酸铁锂技术开启技术平价之路
2020年以来CTP结合磷酸铁锂技术以成本优势推动新能源汽车平价趋势，打造诸如特斯拉Model 3、比亚迪汉等高性价比爆款车型，并逐步打开海外客户接受度。2021年特斯拉、比亚迪、上汽通用五菱等加大磷酸铁锂应用持续打造爆款车型，2021年12月宏光MINI EV销量50561辆，维持销量第一，特斯拉Model 3、特斯拉Model Y分别以40500辆和30102辆随其后，磷酸铁锂车型大幅包揽畅销榜，尤其是2021年3月小鹏P7开始应用磷酸铁锂与CTP技术，8月特斯拉Model Y上市磷酸铁锂版本，对销量快速产生积极影响。随着小鹏P5、比亚迪海豚/DM-i系列、长城欧拉等车型集中交付，CTP结合磷酸铁锂技术更广范围推广，2022年10-20万元新能源乘用车市场需求有望释放奠定技术平价基石。
2020年10月小鹏P7车型上市，2021年3月，小鹏宣布旗下P7车型将搭载CTP技术电池包，与此同时当月销量环比上月增长102.63%，后续增长持续放量。
2021年9月23日，蔚来汽车应用新一代CTP技术的75KWh三元铁锂电池上线，且75KWh电池包车型售价、BaaS价格、换电权益、续航升级权益等与原三元锂70kWh电池包车型相同。对于ES6而言，新CTP的上线在对车型降本提效的同时保 持价格不变，等同于另一种形式的降价从而获得销量增长。可以看到2021年9月新CTP电池包上线后，ES6的2021年9-12月销量增速分别为64%/-6%/98%/98%(10月增速为负系工厂生产线改造为兼容新车型ET7准时上线)，显著高于2020年同期增速 与2021年全年增速，2021年9-12月总销量增速亦高于2021年全年。
通过复盘CTP电池对小鹏P7以及蔚来ES6销量影响可以推断，造车新势力如蔚来、小鹏、理想等对于CTP的应用态度会更积极。
02
中国电池企业引领全球CTP技术开发
2019年以来，宁德时代、比亚迪和蜂巢能源陆续发布了CTP（Cell to Pack，无模组动力电池包）技术，将电芯直接集成至电池包，省去模组环节可以有效提升电池包的空间利用率和能量密度。2021年3月，宁德时代宣布将于2025年前后正式推出高度集成化的CTC（Cell to Chassis，将电芯直接集成到底盘上，省去模组与电池包）电池技术。按照宁德时代董事长曾毓群介绍，CTC技术不仅会重新布置电池，还会将三电系统纳入进来，包括电机、电控、整车高压如DC/DC、OBC等。未来，CTC技术还将进一步通过智能化动力域控制器优化动力分配和降低能耗。
1.宁德时代：CTP的渐进演变模式
常规电池包构成：电芯-模组-电池包。将单个电芯大面相互粘接贴合，采用焊接两个侧板以及两个端板的方式，将单体电芯固定成电池模组。焊接成组后，采用吊装夹具的方式，将多个电池模组移入电池箱体中，通过固定板和电池箱体的固定板上的水平支撑面固定。
CTP电池包构成：电芯-电池包。将多个电芯直接布置在箱体内，无需先将多个单体电芯组装成电池模组，简化了电池包的结构和组装工艺。
（1）宁德时代原电池包和模组结构：
电芯组装成模组的流程如下：
①首先，电芯与电芯间添加气凝胶来进行粘连、隔热和防撞优化。
②其次，在堆叠后的电芯组焊接端板、侧板进行成型和稳定加固。侧板和端板见通过焊接相连。其中端板除了起到聚拢单体电芯，提供一定压力的作用以外，有时还会将模组与电池包的固定结构设计在上面。
③再次，在电芯成组上方进行电路布局。在电芯组上方放置隔离板，再将CSC （电池监控单元，上面设置有多个导电片和键合引线）放置在隔离板上，通过导线 将CSC与电芯相连（导线一端串联电芯，一端链接CSC上面的键合引线）。
模组装电池包流程：
电池包Pack构成：动力电池模组+电池箱体结构+电气系统+热管理系统+电池管理系统BMS。
①结构系统：主要由动力电池Pack上盖、各种金属支架、电池箱外壳、托盘和螺栓组成，是Pack的“骨骼”，起到支撑、抗机械冲击、机械振动作用。
②电气系统：由高压跨接片或高压线束、低压线束和继电器组成。
③热管理系统：由液冷板、冷却水管组成。
④动力电池管理系统 (BMS)：由传感器、执行器、控制器等组件构成，采集系统的电压、电流、温度等数据。有效地管理控制动力电池包的充放电，以 及响应整车层面的功能需求。
（2）宁德时代CTP：
宁德时代在专利中提到的CTP可以看到：结构中省去了模组结构（模组顶盖、模组端板、模组侧板，模组隔离板、模组底板）。上部将电芯正极通过一层绝缘构件+ 结构胶与上箱盖相连。下部将电芯底部通过绝缘构件+结构胶与下箱体相连（液冷板 直接集成在下箱体上）。液冷板与下箱体中间是否有缓冲垫，尚无统一。在此种集成过程中节省掉的材料构件及工艺流程有：
①模组的侧板和端板：端侧板构件和端侧板的焊接工艺流程全部省去。
②螺栓及锁附：原来每模组要锁四个螺栓（如有8个模组，总计32个；现在变成一个模组后仅需四个螺栓。
③输出级的简化：原来每个模组有2个输出级（如果有八个模组，即需要16个输出级），当前仅需2个输出级。同时输出级的焊接工艺也相应减少。
④输出级后接插件简化：原来每个模组都有正负极的接插件。现在仅需两个接插件。
当前，在车型的实际应用上，宁德时代的CTP结构当前尚未完全去除模组结构，而是将小模组结构转化为大模组结构（如原来8~12个模组，转化为2~4个大模组）。
2.比亚迪：刀片电池形态
比亚迪传统电池包的安装
①模组的安装：电池模组包含多个依次排列的单体电芯；在电芯阵列外部设置 有端板和侧板，同时端板和侧板通过螺钉连接，或者通过拉杆等其它链接件连接，实现对电芯阵列的固定。
②电池包体的安装：包体内设置有两个横梁一个纵梁，两个横梁和一个纵梁将单体电池分隔成六个电池模组，每个电池模组均具有侧板和端板。电池模组通过螺钉的方式固定在横梁或纵梁上。
这种设计结构下，由于端板和侧板均具有一定的厚度和高度，连接方式中的横纵梁，均浪费了包体内的空间，降低了包体内的体积利用率。一般情况下，此种结构中的包内单体电芯体积与包体的体积比值在40%~50%。
比亚迪刀片电池（无模组电池包的结构）
单体电芯的长度直接延申在动力电池的包的整个宽度方向（B）上，即沿动力电池包的宽度B方向，单体电芯由一侧延申到另一侧，两端配合于宽度方向B上相对的两侧壁，固定于包体。由于包提内部无需横梁和纵梁，直接通过连接的单体电芯承担加强筋的作用，极大的简化了包体内部的结构。同时包体的生产制作工艺简化，单体电芯的组装复杂程度降低，生产成本降低。
另外，还有一种电池包的设计结构。单体电芯的长度方向沿动力电池包的宽度方向B布置。多个单体电芯沿电池包的长度方向A排列成电池阵列。包提内的 高度方向C至少有两层电芯阵列（两个模组上下叠放）。
3.蜂巢能源：长条型L600“6条”电池LCTP方案
2021年10月，蜂巢能源推出L600长薄型电池。把多个L600“6条”电芯组成的储电组件直接放置在电池包壳体内，通过电池包壳体与车身的连接，取代现有的电池包结构，减少了部件数量，使得容纳L600“6条”电芯的空间更大，有效提高了电池包的能量密度，电池包壳体内部的空间利用率由原来的35%-40%提升至50%-60%。
03
电池结构创新同步降本增效，成本压力下有望加速
1.2021年上游原材料成本上涨200~300元/kwh
2021年以来，上游原材料价格大幅增加，动力电池生产成本不断增加挤压盈利水平。其中：材料成本占比最高的正极材料磷酸铁锂从2020年底的3.85万元每吨上涨至2021年底的10.10万元/吨；三元正极（以5系为例）自2020年底的14~15万元 /吨上涨至2021年底的27~28万元/吨。核心电池级碳酸锂从2020年底的5.00万元/吨上涨至2021年底的27.51万元/吨。另外电解液价格从2020年底的3.80万元/吨上涨至 2021年底的11.03~12.05万元/吨。电池级铜箔自83元/公斤上涨至107元/公斤。
经由测算，2021年以来，由于原材料价格上涨，电芯制造成本的大幅提升；其中三元锂电池电芯成本增加308.15元/Kwh，磷酸铁锂电池电芯成本增加276.20元 /kWh。原材料成本大幅上涨，倒逼电池厂商加速结构创新降本增效。
2.CTP实现降本：结构件材料件减少，有望降本100元/kWh
电池包通过CTP方式组装，一方面模组层面，单体电芯无需布置在两个端板和两个侧板围设形成的模组框架内，省去了模组相关的结构件。另一方面包体层面，单体电芯本身可承担一部分机械加强作用，可以省掉或者减少电池托盘的加强筋，包体内的支撑件减少，整体的材料成本降低。同时整体的制造工艺低得到简化，单体电池的组装复杂程度降 低，节省了大量的人力、物力等生产制造成本。根据测算，去模组化后整体电池包减少生产成本约100元/kWh。
3.CTP实现增效：提升电池包带电量，增强续航里程
CTP电池通过提升电池包内空间利用率，实现体积能量密度提升。同时通过电 池包整体的轻量化程度共同作用，实现续航里程的增加。
（1）宁德时代：
包内体积利用率提升15%-20%，整包带电量提升。据宁德时代发布会显示：其CTP电池包较传统电池包而言，体积利用率提高了 15%-20%。在能量密度上，传统的电池包能量密度平均为140-150Wh/kg，CTP电池包能量密度则可达到200Wh/kg以上。
（2）比亚迪：
包内体积利用率提升20%，整包带电量提升20%-30%。从比亚迪申请专利《CN209389112U》能看到，在电池包总体积一致的情况下，原有的电池PACK结构，包内空间利用率大概在40%左右；而采用了CTP技术的比亚迪电池包，省去各模组的侧板、端板、紧固件、横梁、纵梁等组件，包内空间利用率大概在60%左右。因此，相较于原有电池包，刀片电池包在同等体积情况下，带电量约增加20%-30%,续航里程也能提升20%-30%。
（3）蜂巢：
包内体积利用率提升17%，整包带电量提升24%。据蜂巢能源发布会资料显示：其L600段刀片磷酸铁锂电池，能量密度175Wh/kg，采用CTP的全新Pack方案，相较于传统模组电池包，矩阵电池包的空间利用率可提 高17%，体积能量密度提升30%，成组效率提升12%，能量密度增加9%，整包带电 量提升24%，Pack零部件减少20%,成本降低10%。
04
车企连续加快导入，2022 年迎来拐点
自2019年宁德时代在法兰克福车展中提出CTP技术以来，该技术在乘用车市场和商用车市场都有实现与相关龙头车企展开合作。北汽EU5于2019年9月搭载全球首 款CTP电池包。威马2019年9月宣布将会在2020年北京车展上推出全新威马7系纯电动轿车，电池包将采用CTP技术。哪吒汽车2020年3月与宁德时代就新能源电池领域 合作正式达成一致，宁德时代将为合众公司CTP高集成度电池Pack技术、5年50万公里长循环寿命等电池技术，并且表示新电池将很快会应用到未来哪吒汽车等5款车型 上。蔚来于2020年11月6日正式发布容量为100kWhCTP电池包。据悉今后蔚来所有 电池包（标准续航电池包75kWh，长续航电池包100kWh）也将替换为CTP技术电池 包。小鹏旗下G3和P7车型也与分别于2019年和2020年采用CTP技术电池包等。
通过当前已披露的搭载CTP车型的销量数据来看，CTP渗透率在2021年呈现出 明显的增量加速趋势。目前公开的合作车型中也有6款车型还未在2021年实现投产，这也预示着未来将有更多相关车型陆续实现放量。
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来源：
新能源汽车动力电池行业专题研究：电池结构创新实现全面应用；未来智库；广发证券，陈子坤、纪成炜；2022年3月。