寧德時(shí)代CTP與比亞迪刀片電池到底有什么差別？

3月29日，比亞迪宣布正式推出"刀片電池"，并將率先搭載在漢EV上。刀片電池不僅能夠帶來更高的續(xù)航和安全性，同時(shí)還能有效降低成本，一亮相便吸引了許多人的關(guān)注。

事實(shí)上，除了比亞迪之外，國內(nèi)有不少電池廠商也在做這方面的研究，大家熟知的寧德時(shí)代在去年就推出了與刀片電池類似的CTP技術(shù)，而這兩項(xiàng)技術(shù)有什么差異也成了大家想要了解的地方。

不論是寧德時(shí)代的CTP還是比亞迪的刀片電池GCTP（以下簡稱刀片電池），其本質(zhì)都是：優(yōu)化電池包的空間利用率。為什么會(huì)這么說呢？首先，傳統(tǒng)電池包的構(gòu)成模式是：電芯→模組→電池包。

而電芯組成模組的時(shí)候，模組內(nèi)不是只有電芯，還會(huì)有導(dǎo)電連接件、塑料框架、冷卻管道等“配套設(shè)施”，它們會(huì)占據(jù)不少的空間。而CTP技術(shù)（Cell To Pack），就是想跳過模組，直接讓電芯構(gòu)成電池包，這樣就能夠做到“沒有中間商賺空間”，提升電池包的體積利用率。

雖然說，兩種技術(shù)本質(zhì)上都是相同的，但是從應(yīng)用的角度來看，還是能發(fā)現(xiàn)一些區(qū)別。所有今天就來重點(diǎn)來聊一下，寧德時(shí)代CTP和比亞迪刀片電池有什么不同。

• 磷酸鐵鋰VS三元鋰路線

首先在電芯類型的選擇上，目前寧德時(shí)代的CTP技術(shù)基于的電芯是三元正極材料，也就是主流的NCM523三元鋰電池，當(dāng)然未來也會(huì)在磷酸鐵鋰電池上運(yùn)用CTP技術(shù)。由于比亞迪早期的技術(shù)布局重心全在磷酸鐵鋰電池上，所以比亞迪的刀片電池是完全建立在磷酸鐵鋰電池之上的。

• 兩種電池各有千秋

三元鋰電池的優(yōu)勢是能量密度大，同樣重量的電池包，三元鋰電池的電量更多。相比之下，雖然磷酸鐵鋰電池的能量密度較低，但是磷酸鐵鋰電池在成本、安全性和電池循環(huán)壽命方面有著更好的表現(xiàn)。

所以如果都采用CTP技術(shù)，在電池包的能量密度都得到了提升的情況下，憑借成本更低、安全性更高的優(yōu)勢，走磷酸鐵鋰電池路線會(huì)更加受到追捧一些。

為了“跳過”模組或者減少模組數(shù)量，就需要把電池電芯的容量/體積做得更大，理論上這樣就能夠直接塞滿電池包。

比亞迪的刀片電池之所以稱之為“刀片”，是因?yàn)樗L得就很像一塊刀片。它的方案是將電芯進(jìn)行扁平化設(shè)計(jì)，增加電芯的長度，根據(jù)專利信息來看，刀片電池電芯的長度區(qū)間為400~2500mm。

寧德時(shí)代CTP同樣將單體電芯進(jìn)行了大容量化處理，根據(jù)業(yè)內(nèi)人士的透露，寧德時(shí)代CTP采用的電芯在外觀方面與之前的電芯沒有明顯差異，只是進(jìn)行了放大“擴(kuò)容”，一個(gè)CTP電芯等于4個(gè)傳統(tǒng)電芯的容量。

• 方形電芯結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高

從安全角度來看因?yàn)榈镀姵仉娦镜拈L度特別長，并且刀片電池沒有模組，電芯只能依靠自身來實(shí)現(xiàn)支撐，雖然組裝進(jìn)電池包后，電芯依次排列避免了這個(gè)問題，但是在運(yùn)輸?shù)倪^程中，還是有可能發(fā)生彎曲的情況。而寧德時(shí)代CTP采用的傳統(tǒng)方形電芯，在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面占據(jù)一定優(yōu)勢。

• 現(xiàn)階段刀片電池產(chǎn)能受限

從制造難度的角度來說，動(dòng)力電池作為大宗制造業(yè)，有著非常復(fù)雜的生產(chǎn)流程，并且每一個(gè)環(huán)節(jié)都需要專門的設(shè)備運(yùn)作，而刀片電池的創(chuàng)新更是對(duì)制造工藝提出了更苛刻的要求。

因?yàn)榈镀姵氐拈L度在400mm-2500mm，目前主流的疊片機(jī)供應(yīng)商里提供的最大產(chǎn)品規(guī)格也滿足不了刀片電池生產(chǎn)要求，刀片電池的生產(chǎn)設(shè)備需要比亞迪親自開發(fā)定制。相比之下，寧德時(shí)代CTP只需要在原有生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整就能出產(chǎn)品。

其次，刀片電池電芯采用的是疊片工藝，而寧德時(shí)代CTP電芯采用的是卷繞式工藝。采用疊片工藝的電芯雖然在安全性、能量密度、工藝控制方面均比卷繞占據(jù)優(yōu)勢，但是疊片工藝的生產(chǎn)效率只有卷繞式的50%左右。

所以在刀片電池生產(chǎn)前期，刀片電池的產(chǎn)量十分有限，只能夠比亞迪車型使用，而寧德時(shí)代CTP電池很早就能夠?qū)崿F(xiàn)供應(yīng)給其他車企。

雖然兩家電池廠商宣稱的CTP技術(shù)都是“無模組”，但是實(shí)際上寧德時(shí)代CTP與比亞迪刀片電池的“無模組”化程度是不相同的。

• 寧德時(shí)代CTP：小模組到大模組

根據(jù)專利信息我們可以查到，寧德時(shí)代CTP電池包里面是包含兩個(gè)以上的電池模組，并且每個(gè)電池模組里面都設(shè)置有多個(gè)電芯和容納這些電芯的框架。也就是說，寧德時(shí)代的CTP技術(shù)實(shí)際上就是將之前的小模組換成了更大的模組。

它的主要亮點(diǎn)是：一個(gè)大模組里面被若干個(gè)散熱板分割成很多的空間，電芯就像電腦硬盤一樣，插進(jìn)這些小空間。所以在電池體積不變的情況下，采用CTP技術(shù)的電池Pack包內(nèi)體積利用率會(huì)提升了15%-20%。

• 刀片電池是真的“無模組”

相比之下，比亞迪刀片電池的“無模組化”程度要更高一些，實(shí)際上我們可以簡單理解為刀片電池包只用了一個(gè)大模組（就是電池Pack包本身）。

在電池包中，單排的刀片電芯會(huì)直接鋪在底板上，電芯兩端固定在端板上，由兩端邊框提供對(duì)電芯的支撐力。同時(shí)在刀片電池側(cè)脊背上安裝高強(qiáng)度板，這樣電池側(cè)面就可以承擔(dān)支撐作用，并且不需要在布置結(jié)構(gòu)件。

（來源：專利CN 110518174 A）

但是用電芯自身的強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)自我支撐，同時(shí)再依靠集成后的電芯強(qiáng)度來增加整個(gè)電池包的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，這點(diǎn)有待最后的產(chǎn)品檢驗(yàn)，因?yàn)檫@對(duì)電芯殼體的強(qiáng)度要求十分的高。

得益于該新技術(shù)，刀片電池的體積比能量密度相比過去能夠提升50%，不同規(guī)格的電芯體積比能量密度分別達(dá)到了439Wh/L、448Wh/L、449 Wh/L、450 Wh/L，這個(gè)數(shù)據(jù)與NCM811電池的體積比能量差不多。

換個(gè)角度來看，目前采用刀片電池技術(shù)的比亞迪磷酸鐵鋰電池Pack的重量比能量密度可以達(dá)到140Wh/kg，與當(dāng)下采用NCM523電芯的電池Pack相當(dāng)。對(duì)于電動(dòng)車來說，體積比能量密度更加重要。

除了續(xù)航里程和價(jià)格成本之外，動(dòng)力電池安全也是消費(fèi)者關(guān)心的重點(diǎn)。在熱管理方面，比亞迪刀片電池和寧德時(shí)代CTP方案都提供了水冷和風(fēng)冷兩種方案。其中乘用車為水冷方案。

• 刀片電池?zé)峁芾砀冗M(jìn)

不同的是，刀片電池的水冷方案是把水冷板放在整個(gè)電池包的上面，與模組頂板的直接接觸，對(duì)電芯側(cè)面窄邊進(jìn)行冷卻。同時(shí)，為提高導(dǎo)熱效率，模組頂板與電芯側(cè)面之間有導(dǎo)熱板，整個(gè)包的溫度差控制在1℃以內(nèi)。

此外，電芯的另一側(cè)面與模組底部之間有隔熱層，以隔絕電芯與外界的熱交換，起到保溫作用。對(duì)于熱失控情況，比亞迪刀片電池的處理思路是：正對(duì)著防爆閥設(shè)計(jì)進(jìn)氣孔，將熱失控發(fā)生后的氣體、火焰等引導(dǎo)到排氣通道，經(jīng)排氣通道排向周圍環(huán)境。

而寧德時(shí)代CTP的風(fēng)冷方案與其之前的熱管理方式相同，它是把水冷板放在整個(gè)電池包的下面，與模組底板直接接觸，對(duì)電芯進(jìn)行冷卻。與此同時(shí)，為提高導(dǎo)熱效率，電芯的側(cè)面、殼體里面填充導(dǎo)熱膠。此外，在電芯側(cè)壁和電芯殼體間內(nèi)置壓力或者溫度傳感器（提前探測熱失控）。

從硬件層面來看，比亞迪GCTP技術(shù)為電池Pack設(shè)計(jì)了新的排氣孔和排氣通道。而寧德時(shí)代CTP技術(shù)下的電池Pack較為傳統(tǒng)，沒有類似的排氣通道設(shè)計(jì)，火焰、煙霧或氣體很容易聚集在模組內(nèi)，對(duì)電芯造成二次傷害。

從技術(shù)層面來說，比亞迪刀片電池GCTP技術(shù)不僅在刀片電芯設(shè)計(jì)上很有創(chuàng)造性，同時(shí)它在“無模組化”的方面表現(xiàn)的也更徹底。相比之下，寧德時(shí)代CTP技術(shù)相對(duì)保守一些，或許只是把之前在公交大巴車上的“大模組”電池經(jīng)驗(yàn)?zāi)眠^來用。

當(dāng)然正是由于比亞迪刀片電池是一次“從上到下”的技術(shù)進(jìn)化，這也導(dǎo)致這種創(chuàng)新將對(duì)于生產(chǎn)線、制造工藝等都有著全新的挑戰(zhàn)，因此在商業(yè)化的進(jìn)程上，比亞迪刀片電池GCTP技術(shù)將滯后于寧德時(shí)代CTP技術(shù)。

不過不論是寧德時(shí)代CTP還是比亞迪的刀片電池GCTP，都能夠顯著提高純電動(dòng)車的續(xù)航里程，同時(shí)降低動(dòng)力電池價(jià)格，這對(duì)消費(fèi)者而言是一件好事。無論如何，CTP技術(shù)在中國已經(jīng)成為新的發(fā)展方向。