CTP与CTC引领行业变革,结构件行业系列之一:PACK工艺迭代探索

（以下内容从国泰君安《CTP与CTC引领行业变革,结构件行业系列之一:PACK工艺迭代探索》研报附件原文摘录）
　　作者：国泰君安电新团队 庞钧文/石岩/牟俊宇 来源：具体请见2022年6月15日报告《CTP与CTC引领行业变革，结构件行业系列之一：PACK工艺迭代探索》。PDF版报告全文欢迎联系对口销售或团队成员获取。 报告导读 CTP降本增效开启行业规模应用，CTC/CTB探索电池盒功能向车身集成。两种技术工艺皆处导入早期，有望并驾齐驱迎来发展。 摘要 投资建议：我们认为，CTP技术有利于主机厂降本提升续航和电池企业延伸价值量，CTC/CTB技术则推动了电池盒功能向车身“集成化”探索，两种技术工艺导入皆处于行业发展早期，有望并驾齐驱随新能源汽车市场增长而逐步导入，相关产业链将充分受益于行业的变化与机遇。推荐：1）具备CTC/CTB技术储备且进入加速期的一体化企业：比亚迪；2）引领CTP技术研发并对外技术输出的头部电池企业：宁德时代；3）受益电池托盘功能及工艺迭代的领先新能源电池托盘生产企业：和胜股份。 CTP技术实现电池结构创新，中国企业领跑全球。CTP技术省略传统模组结构，将电芯直接集成至电池包，空间利用率与能量密度大幅提升，有效解决了新能源汽车续航里程的痛点。在宁德时代与比亚迪两大头部企业的推动下，中国动力电池企业在CTP技术研发领域一路领先。 CTP规模应用元年开启，电池盒工艺与时俱进。CTP技术符合主机厂降本提升续航和动力电池企业延伸价值量的目的，同时，CTP技术也要求电池盒功能更丰富，相应的是生产流程会更复杂，使用工艺会更多，单车价值量相对于传统电池盒提升明显。在多款爆款新能源车型成功应用后，我们预计2022年将开启CTP技术规模化应用元年，预计到2025年国内新能源汽车电池托盘市场空间将超过200亿元，CARG 32.4%；全球市场有望超过350亿元，CARG 30.2%。 电池盒创新不一而足，CTP与CTC并驾齐驱。CTC/CTB技术实现电池盒向车身“集成化”创新，推动动力电池成为车身结构件，通过简化和集成车身结构实现电动车空间和成本的优化，增加电池续航里程，提高电动车生产组装效率，节省人力物力。就目前来看，新能源汽车市场仍以传统电池包工艺路线为主，电池集成技术在不同国家和地区间仍存在“代际”差别，CTP与CTC导入皆尚处行业发展早期，将有望同步迎来快速增长。 风险提示：新能源车销量不及预期，CTP/CTC渗透率不及预期。 1.CTP技术引领变革，电池盒结构更新迭代 1.1 动力电池系统重要部件，构建电池包首道安全防线 动力电池盒是新能源汽车动力电池的承载件，与电芯及电池管理系统共同组成动力电池系统。其中，电芯作为动力电池的能量存储单元，电池管理系统用于动力电池电芯的管理和监控，而动力电池盒保护锂电池在受到外界碰撞、挤压时不会损坏的同时，对于电池各个相关的子系统的安全性、密封性、防冲撞能力以及集成效应起到了至关重要的作用。一般情况下，电池盒由上壳体和下壳体（电池托盘）两部分组成，重量占整体电池系统的20%-30%，制造材料需要具备高精度、耐腐蚀、耐高温、抗冲击等性能，从而为动力电池系统提供最外层的安全保障。 1.2 中国动力电池企业引领，电池盒实现结构创新 CTP技术实现结构性创新，动力电池系统性能大幅提升。CTP（Cell To Pack）技术是指将电芯直接集成到电池包的一种创新结构方案，相较于传统电池包“电芯-模组-电池包”的三级结构，CTP技术直接省去或简少了模组组装环节，将电芯直接集成至电池包，拥有提升空间利用率、减轻电池包重量、提高能量密度和降低成本等多重优势。2019年宁德时代首次推出CTP电池，使得电池包体积利用率提高20%-30%，零部件数量减少40%，生产效率提升50%。2020年比亚迪发布磷酸铁锂刀片电池，同样打破传统电池系统的模组概念，利用刀片电池独特长宽比特征，实现超长尺寸电芯的紧密排列，体积利用率提高到60％以上，大幅提升续航里程。 2. CTP规模应用元年开启，电池盒工艺与时俱进 2.1 CTP技术解决续航里程痛点，满足主机厂及动力企业利益 CTP满足主机厂及动力电池企业利益。2017年开始，我国新能源补贴政策将能量密度作为指标引入评价体系，全面提高新能源汽车产品技术要求，从整车能耗、续驶里程、电池性能、安全要求等方面提高财政补贴准入门槛。根据行业估算，对于新能源纯电动汽车，汽车质量每减少 10%，电耗下降 5.5%，续航里程增加 5.5%，同时可减少制动距离，提高安全性能。CTP技术意味着电芯直接与电池包集成，可以实现降低自重、简化结构和提升系统能量密度密度，解决续航里程痛点的同时有利于主机厂实现降本及更高补贴的获取。同时，当前动力电池企业CTP技术落地领先主机厂，有望通过CTP技术进一步延伸产品价值量，拓宽动力电池企业竞争力。 大规模化应用元年开启。在头部动力电池企业大力推动下，CTP技术经过2020年的小规模试水，到2021年，已在多款爆款新能源乘用车上成熟应用，实现规模生产。宁德时代CTP电池包相继在小鹏P7、蔚来ES6等爆款车型规模导入；比亚迪亦明确宣布旗下全系车型搭载刀片电池。在此背景下，我们预计2022年将开启CTP电池规模应用元年。 2.2 CTP电池盒功能更为集成，工艺生产难度增加 传统含模组电池盒采用铝合金材料为主，制作工艺由挤压成型+搅拌摩擦焊（FSW）完成。动力电池盒主体结构分为上壳体和下壳体，主要材料包括钢材电池盒、铝合金电池盒以及复合材料电池盒等。其中电池盒上壳体一般采用金属或复合材料制作，相对下壳体来说更轻薄；电池盒下壳体需要承担电芯/电池模组的重量，因此需要较高的强度，一般采用金属制作。由于钢制托盘具有价格经济，加工及焊接性能优良等特点，被早期新能源汽车车型广泛采用，但是由于其重量较大，也对新能源汽车的续航里程形成了制约。由于铝合金材料的密度仅为钢材的1/3，在同等尺寸下，铝制电池壳体较钢制电池壳体可减重 20%-30%，主流纯电动车型电池下壳体逐渐采用铝合金材质，以期达到提升续航和降低能耗的作用。同时，通过合理的材料配比，铝合金材料在强度和挤压上可以满足动力电池壳体的安全需求。 CTP电池盒功能更为集成，热熔自攻铆接（FDS）接棒搅拌摩擦焊（FSW）。作为电池盒生产流程中的关键环节，焊接技术对于电池盒的强度以及密封性等关键指标有举足轻重的影响。当前传统具备模组的电池托盘多使用铝挤压+搅拌摩擦焊（FSW）作为主流工艺，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，最终得到区别于熔化焊铸造组织的精细锻造组织的焊接接头。而由于CTP电池盒涉及绝缘、隔热、液冷等材料的集成，对材料处理、加工精度以及气密性等指标的要求进一步提高，传统熔化焊以及FSW搅拌摩擦焊都会引起一定程度的焊接变形，无法适应CTP电池托盘的加工要求。热熔自攻铆接（FDS）可以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，自攻螺丝并冷成形螺栓连接，配合胶接工艺，在保证足够连接强度的同时实现箱体的密封性能。因此，CTP电池托盘多采用或者增加热熔自攻铆接（FDS）的工艺应用。 2.3 CTP电池托盘价值提升，打造新能源电池托盘百亿市场 CTP技术持续升级，换电模式扩大应用空间。2022年3月，宁德时代首席科学家吴凯在中国电动汽车百人会公布了CTP 3.0电池方案，即“麒麟电池”。CTP 3.0本质上是CTP技术的进阶版本，由平台电芯模块、可拓展电气模块、柔性可拓展热管理模块和柔性可拓展箱体模块组成。采用 CTP 3.0 技术的磷酸铁锂电池能量密度可达 160Wh/kg，NCM三元电池则高达 250Wh/kg，能量密度进一步提升。与此同时，宁德时代在22年1月发布的EVOGO换电模式中采用的巧克力换电块也使用了CTP技术，单个电池块续航里程已经达到200km，能量密度超过160Wh/kg，拓展了CTP电池的下游应用场景。 单车价值量不断提升，新能源汽车电池托盘打造百亿市场空间。目前市场上主流电池托盘仍为含有模组结构件的电池盒产品，单车价值量价值较低，而CTP电池盒由于功能更多（隔热、承重、线缆归集、液冷集成）、集成度更高、生产工艺难度更大，单车价值量相对于传统电池盒提升明显。在全球新能源汽车销量持续增长以及CTP技术渗透率逐年上升的背景下，我们预计到2025年国内新能源汽车电池托盘市场空间将超过200亿元，CARG 32.4%；全球市场有望超过350亿元，CARG 30.2%。 3. 电池盒创新不一而足，CTP与CTC并驾齐驱 3.1 向车身“集成化”初探索，电池盒转型承载结构件 CTC/CTB技术实现电池盒向车身“集成化”创新，推动动力电池成为车身结构件。2020年8月，宁德时代提出CTC（Cell to Chassis）电池包封装技术，核心为把电芯和底盘集成一起，再将电机、电控、整车高压等通过创新的架构集成在一起，并通过智能化动力域控制器优化动力分配和降低能耗。同年9月，特斯拉发布CTC，指直接将电芯安装在底盘上，电池组将作为车身结构的一部分，以电池上壳体取代原有座舱底板，座椅直接安装在电池上壳体。2022年5月，比亚迪发布 CTB（Cell to body）电池车身一体化技术。相比上一代CTP方案，CTB技术将电池上盖与车身地板进一步合二为一，从原来的电池三明治结构进化为整车三明治结构，让动力电池系统既是能量体也是结构件。CTC/CTB技术融合简化了车身结构和生产工艺，是对于传统车身设计的颠覆性变革。 CTC/CTB模式本质是通过简化和集成车身结构实现电动车空间和成本的优化。CTC/CTB模式进一步加深了电池系统与电动车动力系统、底盘的集成，减少零部件数量，节省空间，提高结构效率，并且大幅度降低车重，增加电池续航里程，提高电动车生产组装效率，节省人力物力。 电池盒转型承载结构件，性能要求进一步提高。一般情况下，家用乘用车均采用承载式车身，即汽车没有刚性车架，只是加强了车头，侧围，车尾，底板等部位，发动机、前后悬架、传动系的一部分等总成部件装配在车身上设计要求的位置，车身负载通过悬架装置传给车轮。最初的电池盒搭载动力电池系统共同成为新能源汽车需要重点保护的核心部分，随着CTP/CTC技术迭代，电池盒实现了在轻量化、抗冲击、抗震动、高刚性等多方面性能显著提升，已经逐渐转型为新能源汽车中重要的承载式结构件。 电池托盘与下车体高度融合，有望进一步提升价值量。在车身一体化方案下，电池托盘将和汽车底部车身充分结合，直接参与碰撞吸能过程，从原本对于电池系统的保护件直接上升为保障整车与乘员安全的关键结构件。在车身一体化方案下，具备高强度、多功能、抗冲击性能的电池托盘已经成为刚需，这对于电池托盘的材料选择、加工工艺、结构设计等各个环节都提出了更高的要求，能够迅速配合下游客户研发，找到最佳技术路线的电池托盘厂商将在新一轮的市场竞争中占得先机。 3.2 电池集成技术存在代际差异，CTP与CTC并驾齐驱 放眼全球，电池集成技术“代际”差别会长期存在。目前来看，全球电池集成技术既存在时间上的代差，也存在空间上的差异。以奔驰、宝马、丰田、福特等为代表的传统车企正在面临新能源转型，基于燃油车造车思维在新能源发展战略制定、技术能力布局、组织架构调整以及人才培养转型等重大方向及决策上仍持相对稳健的态度，对于电池集成化的接受速度也慢于以特斯拉为代表的造车新势力。动力电池厂商方面，以LG新能源、松下、三星SDI为代表的日韩系厂商选择传统电池包路线，“电芯-模组-电池包”的结构设计仍是主流；特斯拉作为新能源汽车的领军企业，在技术创新领域也走在世界前列，快速奔向CTP+CTC等新技术形态，而国内动力电池企业则以宁德时代与比亚迪为代表，在电池形态的选择各有侧重。就目前来看，新能源汽车市场仍以传统电池包工艺路线为主，CTP+CTC导入皆尚处发展早期，两者有望并驾齐驱。 3.3 CTP与CTC技术迭代，催生电池盒供应链新变革 材料体系上，CTP/CTC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，目前行业主要采用挤压铝合金为主的材料体系，后续随着电池盒成为车身结构件，叠加对功能集成的进一步要求，对于电池托盘的材料选择、加工工艺、结构设计等各个环节都提出了更高的要求。 结构体系上，相较于传统电池包，CTP/CTC结构电池盒设计省却或大幅省去中间模组部件，PACK结构简化的过程中，部分零部件在生产供应的格局上也会发生较大变化。同时，CTP/CTC结构需要使用大量胶来连接固定电芯，结构胶与导热胶等应用增加。 现阶段动力电池企业具备CTP/CTC技术优势。除却特斯拉及比亚迪等纵向一体化研发实力强劲的新能源主机厂，从当前仍以传统电池包为主的电动车市场来看，动力电池企业依托于对电池体系的理解与研发端更早的布局，在以电池为核心的集成功能开发中比传统主机厂更具优势，有望在电池包生产环节中实现更大价值量和集中度的提升。 4. 投资建议 我们认为，新能源汽车市场目前仍以传统电池包工艺路线为主，CTP技术有利于主机厂降本提升续航和电池企业延伸价值量，CTC/CTB技术则推动了电池盒功能向车身“集成化”探索，两种技术工艺导入皆处于行业发展早期，有望并驾齐驱随新能源汽车市场增长而逐步导入，相关产业链将充分受益于行业的变化与机遇。推荐：1）具备CTC/CTB技术储备且进入加速期的一体化企业：比亚迪；2）引领CTP技术研发并对外技术输出的头部电池企业：宁德时代；3）受益电池托盘功能及工艺迭代的领先新能源电池托盘生产企业：和胜股份。 5. 风险提示 新能源车销量不及预期。当前国内疫情与国外政治局势反复不定，经济形势难以预测。若全球经济动能进一步低迷，可能导致新能源车需求下降，对行业发展产生一定冲击。 CTP/CTC渗透率不及预期。目前新能源汽车市场仍以传统电池包结构为主，若传统主机厂对导入CTP/CTC存在技术储备不足、担心安全等方面顾虑，则可能对行业发展产生一定影响。

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