01
宁德时代与比亚迪的探索
1. 宁德时代：构建从CTP到CTC的全产业链布局
2021年1月27日，宁德时代中国区乘用车解决方案部总裁项延火透露，宁德时代目前正在规划第二代平台化的CTP电池系统，计划于2022年-2023年投入市场应用。2021年12月21日，宁德时代董事长曾毓群透露其全球首创的CTP技术目前已升级迭代出第三代。相比上代，电量提升13%，减重10%，能量密度、体积效率继续引领行业最高。2025年前后，宁德时代计划推出第四代高度集成化的CTC电池系统。2028年前后有望升级为第五代智能化的CTC电动底盘系统。CTC技术不仅对电池进行重新排布，还会纳入三电系统，通过智能化动力域控制器优化动力分配和降低能耗，目 标2030年前完成技术开发。目前宁德时代已在积极布局CTC业务相关的除电池系统之外的核心零部件。
（1）2016年宁德时代实控人之一李平创立上海盘毂动力，布局电机体系。盘毂动力以盘式电机为核心，集成优化减速箱、控制器等相关零部件，解决了盘式电机一系列的产业化技术难题。据公司介绍，盘毂动力盘式电机体积比同功率径向磁场电机小56%，重量减轻45%，电机效率MAP超过双90。盘式电机轴向尺寸小、重量轻的特点为商用车底盘布置提供更优的解决方案，同时能够有效降低整车能耗15% 以上。
（2）2017年设立宁德时代电机。2017年4月，宁德时代设立电机科技有限公司。公司主营2kW-350kW新能源汽车电机电控及轮边电机桥总成系统、轮毂电机，低速大扭矩高效节能永磁电机等高科技机电产品。
（3）2020年9月入股芯迈半导体，12月入股杰华特微电子，布局电控核心部件。
（4）2021年9月入股拿森，专注线控底盘解决方案。宁德时代于2021年9月对拿森进行投资，持股比例约5.47%。专注于智能汽车所需的线控底盘解决方案，主要产品涵盖电控智能刹车系统 Nbooster、车辆稳定控制系统 ESC、智能转向系统 EPS 等，是国内首个突破线控刹车技术壁垒并量产的公司，是 Booster 产品累计出货量最大的国产供应商。
（5）2021年10月设立苏州新安，布局电控系统。新安重点布局电动能效优化解 决方案等前沿研发项目开发，包括电动汽车驱动控制系统、汽车零部件研发及生 产、自动化业务研发、汽车底盘一体化研发及试制等。
布局下游整车制造与车企，筹备CTC应用落地。2020年3月2日，宁德时代与哪吒汽车签约战略合作，双方将在新能源电池领域进一步深化合作；2021年5月，宁德时代通过全资子公司宁波梅山保税港区问鼎投资有限公司入股爱驰汽车；2021年11月，宁德时代入股阿维塔科技（长安汽车子公司），持股比28.99%。
2. 比亚迪：“刀片电池+车身”一体，E平台升级3.0进一步集成
刀片电池迅速全车型推进。从2020年1月正式推出刀片电池，短短一年多时间实现搭载刀片电池的纯电车型和插电混动车型的量产上市，并宣布旗下纯电车型将全面换装刀片电池。
2021年9月比亚迪正式推出E平台3.0。其将刀片电池作为结构件融入车身一体化设计，包含全新电子电气架构下的四大域控制器和自主研发的车用操作系统。底盘关键模块体积更小、重量更轻、性能更强、能耗更低。电驱动系统升级为8合1模块，综合效率可超89%。搭载e平台3.0的电动车，零百加速可快至2.9s，综合续航里程最大突破1000km。800V闪充技术，电动车充电5分钟，行驶150km。百公里电耗比同级别车型降低10%，冬季续航里程至少提升10%。
02
主车厂紧随跟进
1. 特斯拉
特斯拉在2020年9月的电池日活动上发布了4680电芯和CTC。公司又于2021年6月在专利中详细阐述了4680 Structural Battery（CTC）电池系统集成技术，并于10月在德国柏林工厂举办的参观活动中首次对外展示了4680 Structure Battery（CTC）。特斯拉的CTC方案将制造的电池组作为车身结构，连接前后车身底盘部件，新电池系统平台仅由一个电池组和两个大型铸件组成。
2. 大众集团
大众集团已开始自建动力电池研发体系，并着手研发CTC。2021年3月15日，集团举办了首届“Power Day（能量日）”，表示正在研发四种电芯，包括磷酸铁锂电池、三元锂电池、高锰电池和固态电池。另外相较于现在的MEB平台化技术，集团在下一代电池集成技术中将考虑CTP和CTC两个方向。预期在后MEB技术路线上，大众很可能聚焦标准电芯+CTP/CTC。
3. 沃尔沃
沃尔沃汽车集团正在加快电动化转型，并积极开发CTP和CTC技术，构建多元化的电池供应体系。2021年6月30日，沃尔沃在Volvo Cars Tech Moment上透露了诸多动力电池技术方面的信息，包括第二代PACK技术、下一代CTC方案以及自产电芯等，并表示公司第三代电池系统集成技术的电池组将采用CTC方案和方形电芯。
03
关注结构创新下产业链变迁
在电池PACK结构简化的过程中，不同结构与材料的增加或减少使用以及传统结构件在生产供应的格局上均发生较大变迁。CTP电池包一方面新增部分材料件（如导热胶和结构胶，以及绝缘件）的使用，另一方面传统结构件的产业链结构开始发生迁移，客户结构从原来的以汽车企业为主慢慢向电池企业渗透，不同环节供应格局也将发生较大变化。
（一）电池托盘铝型材挤压为当前主流，压铸尝试渗透
1. 冲压→挤压/压铸：当期挤压将代替冲压，远期压铸正在局部尝试
铝挤压工艺相比于传统的冲压等生产工艺，具有高刚性、抗震动、抗挤压、抗冲击等性能，更能适应CTP结构化对电池托盘的新要求，其当前的主流工艺地位将进一步巩固。冲压工艺由于自身缺点与CTP结构化的要求存在冲突，故预期在此环境 下将面临较大的应用限制。
另外，远期来看，一体化压铸电池托盘也在不断尝试：①铝型材的焊接工序很长，效率很低，压铸快速成型，效率更高；②型材焊接的焊缝质量问题，一体化压铸可较好的解决。③从生产成本的角度，无需投资多种铝型材的设备，仅需一台压铸设备，整体工艺生产流程简化。
虽然此前一体化压铸由于产能与金属材料性能方面的限制，一体化压铸电池包仍多用于混电车型的小能量电池包。但未来随着多种类合金材料的性能提升，大型压铸机等的产能放量，纯电车型的大能量电池包也有望实现一体化压铸成型。多家企业已提早布局，如当前宁德时代等与广东鸿图等压铸厂探寻合作电池包相关的一体化压铸，比亚迪也在逐步开始应用到一体化压铸成型工艺来做一些电池包结构件等。
2. 挤压的连接方式上：FDS替代FWS
FSW（摩擦搅拌焊技术）是以旋转的搅拌针以及轴肩与母材摩擦产生的热为热源，通过搅拌针的旋转搅拌和轴肩的轴向力实现对母材的塑化流动来得到焊接接头。FSW焊接接头强度高、密封性好，被广泛应用于电池包箱体焊接领域，是当前电池托盘的主流焊接方法。但FSW也存在因焊接变形导致的精度一般的问题，在CTP结构化的环境下难以满足新的更高要求。
FDS（螺栓自拧紧技术）连接是一种通过设备中心拧紧轴将电动机的高速旋转 传导至待连接板料摩擦生热产生塑性形变后，自攻螺丝并螺栓连接的冷成形工艺，通常配合机器人使用，自动化程度高。FDS技术精度更强、变形更小、气密性更好，在保证足够连接强度的同时实现箱体良好的密封性能，预期在CTP结构化环境下未来将成为主流焊接技术。
综上：①生产工艺上，目前已成为主流的铝挤压电池托盘将继续拥有更强的主导地位；连接方式上，对应的焊接技术将从FSW向FDS进行渗透。②未来远期一体化压铸可期。
（二）电池托盘探索镁铝合金应用
1. 电池包结构件材料应用不断升级
CTP跳过模组环节，技术难度更大，对电池托盘提出了更高的要求——电芯由于充放电膨胀造成的形变和散热性能变差两个问题需要在整个电池包层面进行解决，因此CTP技术对电池托盘提出了更高的防震、气密性，以及轻量化等要求。使用材料也在不断演变：钢制→铝合金→镁铝合金/塑料及碳纤维复合材料。
（1）早期：钢质材料
钢材料具有价格经济，有优良的加工及焊接性能，良好的抗石头冲击的能力（实 际路况中由于电池托盘受到不同工况的影响，如易受到碎石的冲击等）等优点。但重量较大，装载于车身时是影响新能源汽车的续航里程的重要因素之一。且其其刚性较差，在发生碰撞过程中易发生挤压变形。早期电动汽车如 Nissan Leaf、Volt等 采用钢制电池箱体；不过当下传统钢制电池下箱体技术路线已经基本被抛弃。
（2）当前：铝合金为主，镁铝合金以及非金属复合等轻质材料也在不断开发
①当前电池包结构件多采用铝合金为主要材料。在诸多轻量化材料中，铝是最早替代钢材成为车企欢迎的一种新型汽车制造材料。与汽车用钢铁材料相比，铝及其合金具有强度高、耐蚀性优良、适合多种成型加工方法、较易再生利用、抗冲击性能好等优点，因而成为应用上比较成熟的轻量化材料。当前主流的多采用：压铸型与挤压-拼焊铝箱多用在电池包下箱体，冲压-拼焊铝箱用在电池包上箱盖。
②性能更优的镁铝合金材料已在逐渐渗透至电池托盘的生产制造。
镁铝合金重量轻契合电池包轻量化趋势：其密度为铝的三分之二，钢的四分之一，原来电池壳体使用铝合金，重量达125公斤，采用镁合金制成同尺寸电池壳体仅 需60-70，减重效果达50%。
除轻量化以外，强度高、模铸生产率高也适用于电池包制造：镁有极好的吸震性能、可吸收震动与噪音，对于用作设备机壳减少噪音传递、提高防冲击与防凹陷十分有利，与铝相比，单位体积热含量更低，能在模具内更快凝固（生产率比铝压铸 高出40%-50%，最高可达2倍）。
③其它非金属复合材料在托盘制造种的使用亦在不断探索，尚有待应用验证。
塑料复合材料作为重要的轻量化材料，其比重轻、耐腐蚀，具有很强的设计性和良好的工艺性能。碳纤维复合材料作为汽车部件，相比于传统铝合金、高强钢和玻纤复合材料等材料，具有高强轻质、耐冲击性好、零部件一体化、可设计性好、耐腐蚀性能好等优点，其减重效果和强度优势更加明显。不过当前，制约各种非金属复合材料大范围应用的主要因素包括性价比、供应商的结构和能力、汽车发展和产品环境等影响。同时生产和加工技术尚不够成熟，在新能源车的量产使用上仍有待 持续的发展验证。
现如今单一的材料已很难满足汽车刚度和强度方面的需求，除了克服单一材料现有加工工艺上的技术难点，如何将多种轻量化材料的加工工艺形成技术融合，也是当前轻量化研究领域的热点和发展趋势。
（三）结构胶与导热胶应用增加
1. CTP结构下对用胶产生了新的需求：以结构胶和导热胶为主
CTP结构电池包设计省却或大幅省去中间模组部件，使用大量胶来连接固定电芯。其中胶类的应用主要有两大需求点：第一类为结构胶，即以结构粘接为主，兼顾一定的导热作用；第二类为导热胶，即以导热粘接为主，胶粘剂应用的目的是将电芯工作时产生的热量导出到外部的散热部件，实现热管理的部分功能作用，兼顾结构粘接要求。
结构胶是指应用于受力结构件胶接场合，能承受较大动负荷、静负荷并能长期 使用的胶粘剂。代替螺栓、铆钉或焊接等形式用来接合金属、塑料、玻璃、木材等的结构部件，属于长时间经受大载荷、而性能仍可信赖的胶粘剂。
导热胶主要用于完成电芯与电芯之间，以及电芯与液冷管之间的热传导，胶的具体使用形式包括垫片、灌封、填充等。
2. 结构胶
结构胶需起到将电芯与pack壳体可靠连接、固定的作用，代替原来模组结构的机械连接，对于强度、柔韧性、耐老化、阻燃绝缘和导热性都提出了较高的性能要求。
动力电池包结构胶主要有聚氨酯结构胶、丙烯酸结构胶、硅胶、环氧结构胶、UV胶和耐高温热熔胶，根据其不同的特点分别应用于不同的场景。
对于不同类型的结构胶，评价其粘接性能的具体指标有3点：接头的强度、破坏形式（内聚破坏是最理想形式，达到接头处材料最大强度）和胶的断裂伸长率（反映胶体弹性）。
3. 导热胶
导热胶主要由树脂基体（环氧树脂、有机硅和聚氨酯等）和导热填料（提高导热性，有氮化铝(AlN)、氮化硼(BN)以及氮化硅（Si3N4）、氧化铝（Al2O3）、氧化镁 （MgO）、氧化锌（ZnO）等）组成。电池包在CTP发展趋势下，电池厂商对导热胶需求量大且有不断降本需求，同时减少结构件的设计也对用胶产生较高强度（大于 10Mpa）的粘接固定需求，因此在粘接强度、经济成本上占优的聚氨酯导热结构胶成为主流导热用胶选择。
由于电池电芯的最佳工作温度带较窄（20-40℃），CTP结构下导热胶在电芯之间、电芯与液冷板之间实现均衡散热，从而使得电芯温度和电芯间的温差下降1-2℃ 将极大有利于电池热管理系统。
（四）新增缓冲垫其它绝缘件使用
1. CTP后对减震与保温的要求更高：新增缓冲垫片与保温贴片需求
单体电池模组可以提高散热的效率，减小热失控的风险。CTP去除了模组设计的环节，因此一方面对保温和热扩散防护要求变得更高，另一方面需要用粘胶、缓冲垫等材料实现电芯与电芯、电芯与托盘之间的固定与减震。所以相比于传统模组，CTP电池包对减震与保温的要求更高，主要表现形式为缓冲垫和保温贴片需求增加。
缓冲垫原本有蜂窝铝、PVC发泡、有机硅发泡、橡胶等多种材料。但橡胶需要硫化不易控制温度；PVC低温环境下发硬且粘接不稳定；有机硅机械强度低，发泡后粘接性比聚氨酯差。与之相比，聚氨酯树脂发泡材料能够在提供持续的反弹力同时，起到防尘防水密封作用，避免因碰撞振动造成损坏，具有优异的防尘密封、减震、抗压缩回弹、压缩永久变形、低温缓冲性等性能。以聚氨酯材料替代部分硅发泡来用于缓冲，在CTP下具有更强的适用性。
保温贴片是贴在电池外部的零部件。聚氨酯泡沫塑料质量轻、导热系数低、耐热性好，具有良好的保温性能，可用作保温贴片，包覆于电池包壳体实现保温。
2. 缓冲垫与保温贴片材料：聚氨酯在CTP结构下优势显现
聚氨酯（一般缩写为PU）是指主链中含有氨基甲酸酯特征单元的一类高分子，可用于制作导热、粘接、减震、保温等材料件。聚氨酯制品主要包括泡沫塑料、弹性体、纤维塑料、革鞋树脂、胶粘剂和密封胶等，其中泡沫塑料所占比重最大。因其优异性能，聚氨酯制品广泛地应用于新能源汽车（CTP无模组、刀片电池 等）、密封件浇注件、电子元件、插头插座灌封，也可作为胶粘剂使用。
（五）CTC后底盘开启一体化压铸新纪元
1.特斯拉引领汽车制造工艺创新极简，开启一体化压铸新纪元
2020年9月，特斯拉于电池日上宣布Model Y将采用一体化压铸后地板总成，可减少下车体总成重量30%，降低40%制造成本，且车身生产工艺流程大幅简化，制造时间由传统冲压-焊装-涂装-总装制造工艺的1-2小时缩短至一体化压铸的2-3分钟。
2021年5月，特斯拉前舱一体化总成铸件试验也已披露下线，主要构成包括左右车轮罩、溃缩吸能区、横梁、以及与车身连接的端面和与前碰撞梁或车前端连接的结构端面，整体重量约为130kg。
当前，特斯拉正在探索一体化压铸的进一步集成，将整个车辆的结构构成大大简化为四个部分：①前舱一体式压铸总成+②乘员舱结构压铸总成+③一体化电池结 构压铸总成+④后底板一体化压铸总成。其中，据特斯拉发布会介绍，其利用3个大型压铸件（前底板+CTC电池包+后底板）替换由370个零件组成的整个下车体总成，实现整体减重10%，续航增加14%。
2. 一体化压铸是汽车制造提升集成效率，以及轻量化与降成本必经之路
传统车身的制造工艺包括冲压-焊装-涂装-总装等多个流程。主车厂采购由全国各供应商通过冲压、压铸制造的多个结构件，将之组装连接（包括焊接、铆接、涂胶 等）在一起，形成汽车的白车身总成（BIW）。一辆车由大约几百个不同形状、不同材料的零件焊接而成。任一零件的误差波动都将对最终的车身精度造成影响。
一体化总成零部件一次压铸成型，极大提升了汽车生产效率与集成质量。据特斯拉数据显示采用了一体式压铸后地板总成的Model Y，由于所有零件一次压铸成型，零件数量比Model3减少79个，由于应用了新的免热处理合金材料，因此省去了热处理环节，制造时间由传统工艺的1-2小时缩减至120-180s。且只有一个零件，无需开发过多的工装设备，也大幅降低大量零件连接带来的误差累计，提升制造精度。
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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