固态电池的未来到底怎样

实际上围绕着去不去模组，背后是PACK权力的争夺。

近日一则消息很有意思，源于特斯拉国产的影响，电池级碳酸二甲酯和超纯级碳酸二甲酯的报价，从10月31日开始的5个工作日3次上调，总涨幅高达1500元／吨，涨幅逾14％。

这个消息其实很重要。为什么这么说？随着5G时代来临，对电池四大材料之一的电解液提出了更高的要求。而电解液对锂电池的安全性、循环寿命、高低温性能等方面有着重要影响。通常，电解液是由溶剂、溶质、添加剂组成的，一般其质量比为80：15：5。

超纯级碳酸二甲酯DMC的纯度比电池级DMC的纯度还要高，对电池能量密度的提高和使用寿命的延长，有相当重要的作用，所以涨价自然是理所应当。

不过，这就牵引出了整个新能源汽车产业链上一个重要的问题，特斯拉国产对于国内新能源车企的影响，以及占到纯电动汽车成本近35～40％的电池成本问题。电池材料成本这样涨法，再加上补贴退坡，车企如何降本，就成为重要的思考方向。

谁的CTP？

到目前为止，电池组的生产一直遵循相同的基本程序。一家专门生产电池的公司，比如宁德时代、比亚迪、松下和LG化学，生产单独的电池电芯，然后车企通过PACK把这些打包成电池组装车。

那么，有人脑洞开得比较大，就问为什么不整合这两个独立的过程呢？

记者在《松下因电池亏损利润降12％，特斯拉却还想降本20％》中，提过特斯拉正在申请一项专利，该申请概述了通过一种类似的CTP（Cell To Pack）方式来制造电池组，其中电池组部件与电池本身连为一体。

简单来说，方法是将单个电池并联形成电池子模块，然后再将这些子模块组装成车辆所需要的动力电池模块。而且，特斯拉还为这个组装专利设计了新的冷却方法，可以使用来冷却的液体直接经过电池组来降低电池组温度，也可以将散热片装到电池组中降温，或者用特殊的封装材料来实现降温。

而在国内，宁德时代CATL也率先在法兰克福车展推出了CTP技术。当然，宁德时代并非国内第一个发布CTP技术的企业。早在7月9日，蜂巢能源就发布了该技术，并且也在法兰克福车展上做了展示。此外还有比亚迪也在研发。

模组的作用在于电芯的功能集成管理。最初特斯拉采用10多个模组，如今进化到了Model 3，仅用了4个大尺寸模组，这样大大减少了冗余部件。此外，大容量方形铝壳电芯的应用，电芯技术革新、生产一致性的提高，也为去模组创造了条件。

尽管特斯拉和CATL关于整合PACK和CELL的生产存在差异，但整个想法和过程是类似的：把两个完全独立的生产流程（电芯CELL制造和PACK制造），结合成一个过程，产生一个更加简化、更加高效和低成本生产电池的方法。

那么，取消模组能产生怎样的效果？根据宁德时代的数据，CTP电池包体积利用率可以提高15％－20％，电池包零部件数量减少40％，生产效率提升50％，电池包能量密度提升10％－15％，可以达到200Wh／kg以上，电池的制造成本也大幅降低。

蜂巢给出的数据是，与传统590模组相比，CTP第一代减少24％的零部件，第二代成组效率提升5－10％，空间利用率提升5％，零部件数量再减少22％。

这对于车企似乎是个好事。但是，如果我们再深究一下的话，就会发现，实际上围绕着去不去模组，背后是PACK权力的争夺。

从利益角度来看，PACK要比模组要赚钱，而电池供应商只有转变为CTP整体解决方案，之后才有机会去做整个PACK。而新能源车企面临电动汽车的成本压力和能量密度压力，CTP方案正好为降本增效提供了一个解决思路。但是，CTP是“真香”的解决之道吗？

省去模组的隐患

在动力电池降低成本的过程中，方式也并不局限在电芯集成形式，还包括材料选用、工艺优化、标准化、大模组等。早期A123采用过扎带；LEAF采用过软包集成小模块，集成大模块再集成PACK；标准VDA355mm长度的模组是国外率先推出的，大众推出了MEB590mm长度的模组；特斯拉更是搞出近2米长的超大模组。

而省略模组的做法之前不是没有，商用车磷酸铁锂电池就用过。尽管将PACK的生产过程与电芯CELL的制造过程集成在一起似乎非常合理，毕竟，降低整个PACK成本的可能性是存在的。但是，这样做不是没有隐患的。

从电池生产的角度来看，电池模组是通过串并联方式组合，加装单体电池监控与管理装置后，作为中间连接件，电池模组的结构还必须对电芯起到支撑、固定和保护作用。

此外，模组还要具备以下功能：满足完好固定电芯位置并保护其不发生有损性能的形变，满足载流性能要求，满足对电芯温度的控制，遇到严重异常时及时断电，避免热失控的传播等等。而取消电池模组，直接由电芯组成电池包，显而易见的是电池的可靠性就会降低，增加了电池安全的管理难度。

所以，CTP电池包就对电芯的产品一致性提出了更高要求。而且，根据业内技术人士的说法，采用CTP会导致电池未来开发的灵活性受限，因为一旦定型之后，PACK就不能有大的改动。改动必然带来成本增加，配一款新车就要重新做一遍模组实验，做一遍PACK实验。

总的来看，电池包结构的优化只是辅助手段，通过结构的优化来提升能量密度的空间是有限的。核心还是在于提高电芯的能量密度。

我们都知道，特斯拉虽然发布了专利申请，但并不意味着该专利将用于特斯拉的汽车生产线。特斯拉发布了大量的专利，但并不是所有的专利都实现了。不过，这个电池技术的试探，正在拷问整个行业的未来。北汽新能源搭载CTP电池包的EU5能不能获得市场上的成功，我们还不清楚。

固态电池的未来

CTP只是电动车技术方面的一个突破方向。其实，另一个重要方向，就是固态电池。如果固态电池能够进入量产，CTP才有真正的未来。可以说，CTP还是一种“坐等变天”的技术。

在某些专业人士看来，未来真正实现CTP的，应该是固态电池。“固态电池没有液态电解质，可以在内部进行串并联，做到48伏、96伏甚至更高电压都没问题。”而CTP电池包省了一些内部结构组件，提高了电池包体积的利用率，间接地就提高了系统能量密度。

目前主流电动车普遍使用的都是三元锂电池，但无论从化学结构是电池结构来说，三元锂材料都非常容易发热。如果不能把压力及时传导出去，电池就有爆炸的风险。蔚来因为模组的设计问题，导致电池自燃的几辆车都是血泪的教训。

而且，三元锂电池在新国标里面是不做强制性针刺检测的。根据今年的《电动汽车用动力蓄电池安全要求》报批稿，动力电池强制执行＊＊＊一共有22项，包括电池单体测试（6项）和电池包或系统测试（16项）。但在单体＊＊＊里，被认为最严苛的针刺测试在新国标中被取消，只是5分钟预警将成为标配。

这个问题对于固态电池来说，要好很多。但是，固态电池距离量产还有很长的距离，需要很多条件成熟，比如，正极材料LFP、NCM、富锂等产业化；负极材料硅碳、金属锂产业化；固态电解质聚合物、硫化物、氧化物成熟；界面问题解决等等。

目前可以说固态电池的路线主要有两种，一种是丰田的硫化物路线，还有一种是国内的氧化物路线。业内人士认为，“2020 年前采用高镍正极＋准固态电解质＋硅碳负极可以实现 300 Wh／Kg，2025 年前采用富锂正极＋全固态电解质＋硅碳／锂金属负极电池可以实现400 Wh／Kg，2030 年前采用燃料／锂硫／空气电池实现 500 Wh／Kg。”

如果真能实现固态电池的量产，将是给锂电池领域乃至汽车领域带来翻天覆地的改变。究竟谁能胜出？目前我们还不好说，未来值得期待。
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