中金公司：从“麒麟电池”看动力电池结构演化

　　中金公司研究部

　　CTP技术有助于进一步推动锂电池标准化，并推动换电等新商业模式。CTP技术通过无模组化设计进一步提升锂电池标准化程度，电池厂内使用电芯通用性提升，对于换电车企而言也具备更好的适配性。如宁德时代推出“巧克力换电块”，即采用了CTP技术，能量密度超160wh/kg，单块电池可提供约200km续航。

　　从目前各车企及电池企业规划来看，大多集中布局CTP/CTC技术。2020年3月，比亚迪发布刀片电池，率先推出CTP技术；2020年9月，特斯拉在电池日上发布4680电芯尺寸及CTC技术；2022年4月，零跑发布CTC电池底盘一体化技术；2022年5月，比亚迪推出CTB车身电池一体化技术；宁德时代也在2019-2022年间先后推出三代CTP电池包。国内外电池企业及整车厂集中布局CTC及CTP技术。

　　电池去模组化对产业链影响几何？

　　在新能源车的开发过程中，车企跟电池厂商在电池包层面存在较明显的“技术切割”，技术能力较弱的车企会下放电池包整包的开发和制造给电池厂、直接向电池厂采购电池包；而技术能力较强的车企则会主导电池包的开发和装配，向电池厂采购模组或者电芯。我们认为车企参与到电池包的开发和制造主要出于三个目的：1）由于电池包设计涉及到车身、底盘等核心技术参数，车企希望相关的核心技术尽可能保留在体系内部；2）方便车企匹配整车设计和自上而下定义电池需求，增强产业链线）解决车企新能源转型带来的传统业务部门人员安置问题，如发动机、变速箱等部分的生产线员工可转移到电池包装配。随着电池结构从“传统三层结构”→CTP→CTC演化，车企和电池厂商的配套关系将进一步分化，有能力的车企、电池厂商将分别向上、向下整合：

　　►技术能力较弱的车企将CTP/CTC电池包设计完全交由有实力的电池厂，向电池厂直接采购CTP模组或者CTC集成化底盘；电池厂向下游延伸，同时与车企的绑定粘性进一步增强。

　　►技术能力较强的车企将主导CTP/CTC设计、形成差异化竞争，向上游模组制造进一步整合，相应的部分电池厂商将从模组供应商退化为电芯供应商，配套价值量会有所下降；但考虑到CTP/CTC方案设计需要与电芯设计协同，我们认为车企将会与有实力的电池厂共同开发，相应的开发供应商也有望在后期的量产中保留主供的地位。

　　重点关注具备整包设计能力的电池厂商、液冷板和隔热材料优质供应商

　　电池：无模组设计提高行业竞争门槛，头部和优质二线厂商具备优势

　　我们认为，上一轮电池技术周期主要由电池材料创新引领，以高镍三元为代表；而在当前时点，我们认为材料层级的创新迭代趋缓，结构层面创新加速，从电芯层面4680、刀片等新结构，到系统层面CTP、CTC技术，将成为本轮电池技术周期的主线。全新的电芯/系统结构将提高电池专利、制造工艺、以及开发设计的门槛：

　　► 电芯层面，比如4680的全极耳设计、刀片的结构设计不同厂商均设有专利保护，新进入者需绕开现有的专利；此外，4680全极耳设计带来激光焊等新工艺，制造难度大幅提升、成为当前量产良率的瓶颈环节。

　　►系统层面，一方面CTP/CTC方案需要综合电化学材料技术、热管理、电气与电路保护、电池管理系统、电池包结构的设计与开发，对电池厂商的综合技术能力要求较高；另一方面，CTP/CTC设计提高了维护难度和成本，相应的对电池单体的质量和一致性的要求更高。

　　综上，我们认为，本轮电池结构主导的技术周期将进一步稳固头部电池厂商的龙头地位、拉大头部与二、三线厂商盈利差距；同时，综合实力较强的优质二线厂商亦有望把握结构机遇突围、实现份额提升。

　　热管理：无模组化带来液冷板和隔热材料需求及设计变化

　　电池包无模组化设计对阻隔热失控要求提升，也带来液冷结构和隔热材料的变化：

　　液冷结构：液冷板定制化设计及“电芯级”立式冷板需求提升

　　液冷板是电池液冷系统的核心部件。液冷板内部设有液流通道，通过冷却液在液流通道中的循环流动，将热量从液冷板表面带走从而对环境进行冷却。其核心技术指标在于：1）散热功率大，能快速导出电池包的多余热量；2）密封性和结构强度高，避免冷却液泄漏，多采用钎焊工艺；3）冷却回路设计精准，保障电芯单体温度均匀性；4）重量轻，通常为铝制材料。从布局方式上，可划分为模组级液冷板和电芯级液冷板：

　　►模组级平板式液冷板：液冷板作为整体作用在一个或多个电池模组上，目前主流布局设置在电池包底部、作用于电池模组底面，典型代表如大众MEB、奥迪、通用、奔驰等车型；这种方案冷却结构设计简单，成本低，但散热效果及单体温度均匀性一般。

　　►电芯级立式液冷板：将液冷板设置在电芯之间，如特斯拉全系采用蛇形管的液冷板设计，作用于圆柱电芯侧面；这种方案散热效果较好，且有利于保障单体温度均匀性，但冷却结构设计较复杂、成本较高。

　　图表：大众MEB和特斯拉的液冷方案

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　　电池包无模组化设计使得对电芯层级的散热需求提升，增加了立式液冷板设计，同时由于立式冷板部分充当横纵梁、结构强度提升：

　　►宁德时代“麒麟电池”：在电芯间设计立式水冷板，电芯双面冷却、提升电池换热效率，冷板与横纵梁、隔热棉做一体化设计，具备支撑、水冷、隔热、缓冲四大功能：1）通过结构加强设计插入电池排间，同时连接上盖和下箱体，起到传统横纵梁支撑保护作用；2）立式冷却板将电芯隔开，同时纵向电芯间有膨胀补偿片+绝热气凝胶，有效隔热实现“零热失控”；3）液冷板通过双层冷却通道设计，可吸收电池充放电及老化时产生的膨胀，减少电池单体挤压，提升电池循环寿命。

　　► 上汽“魔方电池”：上汽“魔方电池”通过两根纵梁和三根立式液冷板的设计来实现电池前后端的碰撞防护和电芯冷却。

　　图表：麒麟电池液冷板设计

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　　图表：上汽魔方电池液冷结构设计

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　　电池无模组化设计提升对电池液冷板用量及性能要求，同时由于各家车企/电池企业的CTP/CTC差异化设计，对电池液冷板的布局和结构设计有所不同，带来定制化的开发需求，我们认为具备技术开发能力和先进制造工艺技术的液冷板供应商有望受益：

　　胶粘剂及隔热材料：无模组化带来用量的增长和对性能指标要求的提高

　　电池包无模组化设计使得胶粘剂在固定/防护/热管理等方面的作用更为突出，需求量与性能要求有望提高。CTP结构在省却模组部件的同时，需要使用大量胶粘剂来连接固定电芯，同时胶粘剂也在防护、热量管理等方面起到至关重要的作用。胶粘剂根据功能侧重不同主要分为两类：1）结构胶，以连接固定电芯与PACK壳体为主要目的，对于强度、柔韧性、耐老化、阻燃绝缘有较高要求，同时兼顾一定的导热作用；2）导热胶，以将电芯工作时产生的热量导出到外部为主要目的，实现热管理的部分功能，兼顾结构粘接要求。我们认为CTP结构下单个电池包对于胶粘剂的需求量有所增长，同时对于胶粘剂、胶黏材料的性能指标也提出了更高的要求。

　　看好球形氧化铝实现导热材料的高性能优化。球形氧化铝具有高热传导性、可压缩性、绝缘性等特点，可减少传热热阻、提高散热性能，我们认为是导热填料的重点优化方向之一。

　　图表：动力电池用胶粘剂

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　　图表：回天新材胶粘剂产品在动力电池领域的应用

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　　隔热材料解决电池热扩散、磨损问题，在电池包无模组化设计下作用更为突出。隔热材料在电芯中起到两方面的重要作用：1）有效减少电芯磨损，起到缓冲保护作用；2）在电芯热失控时，能够及时阻隔热量，抑制热扩散，延缓事故发生，增加逃生时间。除电芯外，隔热材料也可用于顶板/侧板，起到防火和抗冲击的作用。CTP结构下电池包直接由电池单体组成，热扩散、磨损问题更为突出，隔热材料的运用尤为关键，以“麒麟电池”为例，其纵向电芯间有膨胀补偿片+绝热气凝胶，有效隔热实现“零热失控”。

　　图表：相邻电芯增加阻燃材料能防止电芯连续热失控

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　　电池隔热材料技术路线丰富，陶瓷化硅橡胶为可行的高效替代方案。目前常用的动力电池保温隔热材料有隔热泡棉、二氧化硅气凝胶、云母板等。其中，隔热泡棉是一种高分子弹性体，可吸收电池充放电时的鼓胀应力，但其基于PE材料本身的特性，使得部分材质存在高温软化和燃烧释放有毒气体的不足，且高端泡棉多依赖进口；二氧化硅气凝胶的结构优点和低导热系数使其具备较强的保温隔热能力和高温耐受能力，在材料厚度和覆盖的工作温度上较普通隔热泡棉优势突出。除目前常用的电池隔热材料外，陶瓷化硅橡胶作为新型的防火阻燃材料，其诸多特性契合电池阻燃绝缘需求，对比前两大材料，其突出优势在于力学性能和陶瓷化下的阻燃功能。此外，陶瓷化硅橡胶制备工艺与普通硅橡胶基本一致，工艺简单，我们认为未来陶瓷化硅橡胶有望作为新一代保温隔热材料广泛应用于动力电池领域。

　　图表：几种电池隔热材料的对比

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　　全球新能源车销量不及预期：新能源车为当前动力电池主要下游应用场景，若新能源车销量不及预期，将影响电池企业营业收入和产能利用率，进而影响电池厂商利润。

　　新技术推广应用不及预期：新技术有望促进格局优化和获取到技术溢价带来的超额利润，若技术推广不及预期，或将拉近头部与二、三线电池企业份额及盈利上的差距。