為什么動力電池一定要干掉“中間商”？
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發布 : 01-18
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文｜節點AUTO天璣2016年，特斯拉給動力電池做了一點調整，它將電池包的布局改成了縱向大模組，整車只有四個動力電池模組，這讓Model 3的電池利用率上了一個臺階。誰也沒想到這個小小的調整，會在日后成為電池行業的發展趨勢，還讓CTC成為了焦點。CTC已經是電池行業不可逆的發展趨勢，電池廠和車企都在布局。但是，這條路不僅不好走，而且還有很大的爭議。前不久，哪吒汽車CEO張勇就在微博上對CTC"開炮"，他表示CTC對車企降本有用，對用戶沒用。張勇還在評論中補充，哪吒也會推出CTC技術的量產車。這反應了CTC爭議的焦點，車企和電池廠為什么一定要做CTC？什么是CTC？1766年，世界上誕生了第一輛汽車，當時的動力是蒸汽。在此后一百年間，汽車的動力先后出現了燃油和電力兩種，這三種動力并存了很長一段時間。但是，蒸汽動力由于外燃機技術效能過低被市場淘汰，燃油動力由于石油依賴問題，被各國列入了被替代名單中，電力在此背景下成為了汽車動力模式的"最優解"。不過，電力有兩個缺點，那就是電池的成本過高和能量密度低，而CTC以及CTP、CTB可以解決這兩個問題。在展開之前，先說清楚這些英文縮寫是什么意思。其中的"C"是"Cell"的縮寫，也就是"電芯"，"T"是"To"，"P"是"Pack"，也就是電池包的整包，"C"是"Chassis"，也就是底盤，"B"是"Body"，指車身。從名字上不難看出，這三種方案都是圍繞電芯做文章，涉及到了汽車的底盤和車身，可見它們的方向是結構創新，而非材料創新（動力電池的創新方向分為材料和結構）。在結構上，動力電池經過了多輪"進化"。行業最早的結構是MTP（Module to Pack），這種結構奠定了動力電池的結構雛形，包括電芯、模組和電池包三部分。一個模組由多個電芯組成，多個模組加上BMS、配重模塊等零部件組成一個電池包，然后裝在車內。大眾 ID.3 使用的就是MTP結構電池，其電池包由殼體、電池模組、電池控制模塊和電池管理系統等組成。MTP有一個致命缺點，那就是對于電池包的空間利用率極低，僅有40%，其中電芯對模組的空間利用率只有80%，模組對電池包的空間利用率為50%。當電池材料無法取得突破的情況下，電池創新只能從結構上入手，此時這個缺點就讓車企和電池廠難以忍受。也就是說，哪吒上CTC也是無奈之舉。但是，CTC真的對消費者沒用嗎？這個問題還要從動力電池結構的研究說起。先來看CTC，它的設計邏輯是把電池算作車身結構的一部分，目前有兩種模式。第一種是直接把電池包集成到底盤上，或者使用乘員艙地板做電池包的上蓋，零跑走的就是這個路線。第二種是把電池單體連接到底盤結構上。這是目前最激進的路線，采用這種路線的是特斯拉。兩者相比，零跑的電池包多了模組，相同之處是都去掉了電池包。正如馬斯克曾經舉過的一個例子，原本飛機的構架是把燃料箱放在機翼之中，但為了更大程度地利用空間，我們可以拿掉燃料箱、直接用機翼來儲存燃料。把燃料箱挪到機翼上的結果是，飛機內的空間利用率更大了。零跑首款搭載CTC技術的車型是C01，它的車身垂直空間上增加了10mm，同時電池容量空間比傳統方案增加了14.5%，續航提升了10%。CTP和CTC的本質都一樣，都是為了精簡電池結構，得到更大的空間利用率和更長的續航。CTP在MTP的基礎上去掉了模組，直接將電芯做成電池包。CTP有兩種思路，一種是將電池包看成一個完整大模組替代多個小模組的結構，逐步減少端側板等結構件，寧德時代的麒麟電池和蜂巢能源的短刀電池是這一路線的代表。另一種是直接去掉模組，以電池本身作為強度結構件，比亞迪的刀片電池是代表，這種路線也被稱為CTB。以刀片電池為例，它雖然采用能量密度低于三元鋰的磷酸鐵鋰材料，但得益于集成效率能達到86%以上，體積利用率提升了50%以上，其能量密度較傳統磷酸鐵鋰電池提高了大約 9%，體積能量密度達320Wh/L，已經可以比肩三元鋰電池。對比MTP，這三種方案的基本邏輯是相同的，那就是去掉"中間商"。對車企來說，這樣可以用更低的成本，推出續航不弱于搭載三元鋰電池的車型。而三元鋰電池一直應用于高端市場，這就為車企打"價格戰"或者拓寬市場空間提供了有力支撐。同時，消費者也能買到更有性價比的汽車。?CTC會是動力電池的終局嗎？如果說MTP是電池結構創新的1.0時代，那CTC和CTP就是2.0時代。在材料還沒取得突破的情況下，CTC和CTP是電池行業滿足市場要求的最優手段。但是，這前面需要加上"目前"兩個字。從動力電池的發展歷史來看，它的革命性變革都發生在材料突破上，結構創新更適合做過渡。最早應用的動力電池是鉛酸電池，由英國發明家托馬斯·帕克在1884年設計。當時，搭載鉛酸電池的電動車的續航里程約為40-65公里，最高時速約30公里/小時，不能滿足消費者的需求。而且鉛酸電池具有體積大、質量大、能量密度小、功率密度低的特點，如果想增加續航，只能搭載體積更大的電池，總之就是不實用。相比之下，燃油車的出現時間雖然比電動車晚，但由于汽油更實用，燃油車反而更早走上了街頭。鉛酸電池被淘汰和燃油車的后來居上，給動力電池行業提供了血的教訓，那就是一切都應以實用為先。1997年，豐田推出了搭載鎳氫電池的普銳斯混動，給行業提供了新的方向。但是，除了豐田外，大多數車企用的不是鎳氫電池，而是我們最熟知的鋰電池。這是因為鎳氫電池有三個至關重要的缺陷，分別是循環壽命低、能量密度低、快充和低溫性能差，這三點都是電動汽車補能體驗的關鍵，哪怕占了一條，都會嚴重影響體驗。鋰電池在這三點和空間利用率、低溫性能上都比相比鎳氫電池有優勢。當然，鋰電池的低溫性能也不見得有多好，搭載鋰電池的電動汽車在冬季，續航普遍要打骨折，可見鎳氫電池在低溫情況下的表現有多差。從鉛酸到鎳氫，再到鋰，動力電池的進步本質上是材料的進步，因此結構創新更適合做企業的過渡選擇。另外，就算CTC、CTP是電池行業的終局，也需要不斷"創新"，因為它們本身有局限。在市場上，關于CTC、CTP的局限性，有很多傳言，流傳最廣的是不能換電和維修費用高，如果細究，有些傳言是站不住腳的。據多份第三方調研顯示，消費者購車時首要考慮的因素就是續航，而換電是目前最高效的補能方式，可以減少消費者的續航焦慮。但是，這個問題需要全面地看。換電的效率確實高，蔚來的第三代換電站，完成換電流程只需要四分四十秒，和加油體驗相差無幾。不過，換電模式需要在終端上兩頭發力，一頭是汽車，背后是車企和電池廠，另一頭是換電站，背后也是車企和電池廠，這兩頭都需要更大規模投入。據業內分析，蔚來三代換電站的成本大概在150萬-200萬元。2023年，蔚來新建1035 座換電站，累計建成 2350 座，投入有多大可想而知。換電站的運營成本也很高，蔚來一個換電站一年的運營成本在30萬-40萬元左右。李斌不久前對媒體表示，Nio Power實現盈利還需要幾年時間，單個換電站一天60單可以實現盈利，但蔚來整個換電網絡距離這個平衡點仍有差距。更重要的是，當前車企和消費者有更"高效"的選擇，那就是可油可電的混動模式，CTC、CTP是否支持換電就不那么重要了。CTC技術真正的局限在于，由于電池和底盤、車身的設計是一體，如果發生車身的碰撞事故，電池也可能會連帶著被換掉，這會增加維修成本，這和車企都在推廣一體化壓鑄技術是相似的。另外，我再補充一個"傳言"，那就是隨著結構創新成為電池行業的發展趨勢，電池廠商和車企的競爭會變多，電池包領域的格局會被改寫。由于CTC涉及汽車底盤制造，這是車企的優勢地帶，隨著電池廠商推出CTP方案，它們也在向底盤方向滲透。同時，車企隨著CTC方案，也在向電池包、電池模組領域滲透，雙方的交集變多了，競爭不可避免。而在二者的夾擊下，首當其沖的是第三方電池包企業，它們的市場份額會被蠶食。?結語在材料創新上，動力電池行業目前有兩個方向，一個是鈉離子電池，另一個是固態電池。鈉離子電池有很多優點，比如儲量是鋰資源的440倍、耐低溫，但由于它的能量密度低于鋰離子，所以更適合應用在A00級市場，與磷酸鐵鋰互補。江淮釔為旗下的"花仙子鈉電版"，是全球首款搭載鈉離子電池汽車，它的電池包容量是23.2kWh，CLTC工況下的續航只有230km。固態電池使用固體電解質，替代了傳統鋰電池中的電解液和隔膜，相比鋰離子電池，有著更好的安全性和更高的能量密度。但應用時間較長，電池行業龍頭寧德時代的計劃，到2030年實現固態電池的商品化。總的來看，盡管動力電池短期內在材料上還無法取得突破，只能依靠結構創新滿足當前日益增長的市場需求。這個結果雖有遺憾，但也有驚喜，那便是中國企業在材料和結構領域都擁有不可忽視的地位，中國企業只能望"洋"興嘆的日子已經過去了。
