一、續航、續航、還是續航
續航能力是電動車發展過程中的一大痛點，也是各新能源車企積極研發、並尋求突破的重要方向。
提升續航能力的一個路徑是提高電芯的能量密度。這是電池廠商過去一直在做的事情，通過電池種類和化學配比的調整，儘可能提高電芯的能量密度。
目前，磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池的電芯能量密度越來越接近理論上限，如果不在材料上進行突破，向多元、甚至新元素上突破，提高能量密度的難度已經越來越大。
在這種情況下，進行系統結構創新，儘可能充分利用電池包體積，以提高成組效率，進而提高空間利用率，就成為提高電芯能量密度的另一重要路徑。
新能源汽車的空間非常寶貴，設計師為了提升舒適度，會儘可能為消費者創造更多的車內空間，但這意味著需要壓縮電池的空間。空間利用率越高，在有限的空間內就可以布置越多電池，進而能提高單位體積的能量密度和新能源車的續航里程。
市場正熱的CTP、CTC和CTB正是電池包的結構創新。
簡而言之，就是通過在一定空間裡，儘可能多的裝入電芯，來達到增加續航里程和降低成本的目的。
二、能量密度
電池的能量密度越大，單位體積、或單位重量內存儲的電量就越多，相應地，續航里程也越長。
在動力電池系統中，電芯是最小的動力電池單元。
傳統上，X 個電芯組成一個模組：
N 個模組組成一個電池包：
因此，一個動力電池系統包含 X * N 塊電芯。
下圖是特斯拉的電池包，裡面一個個電芯清晰可見、整齊排列。根據公開信息，特斯拉頂配的Model S使用了將近7000塊松下NCR 18650電池。
所以，單一電芯的能量密度高，並不代表電池包的能量密度就高，其中還涉及到空間利用率的問題。
電池的能量密度通常有重量能量密度和體積能量密度兩種表述：
電池包重量能量密度 = 電池包總能量/重量，基本單位為 Wh/kg (瓦時/千克)。
電池包體積能量密度 = 電池包總能量/體積，基本單位為 Wh/L (瓦時/升)。
需要注意的是，單體電芯的能量密度和電池包的能量密度是不同的概念。電芯的能量密度固然反映了動力電池廠商的實力，但對新能源汽車來說，電池包的能量密度更有參考價值。
三、電芯、模組與電池包
傳統動力電池是三級裝配模式，由電芯（Cell）組裝成模組（Module），再把模組安裝到電池包（Pack）里。
通過模組可以將不同數量的電芯集合在一起，同時，模組還提供電池監控和管理裝置，對電芯起固定、支撐和保護作用。
模組是針對不同車型的電池需求不同、以及電池廠家的電芯尺寸不同而提出的發展路徑，有助於規模經濟的形成和產品的統一。但存在的問題就是，模組以及這些結構件占用空間，導致模組中電池的空間利用率只有80%左右。
最後成型的電池包將多個模組通過串並聯的方式結合在一起，需要大量的梁結構來承重，還需要相應的結構件和配套系統，又會占去50%左右的電池包空間。
最終，早期電池包的有效空間利用率只有40%。
這就好比建造房子，一個房子由不同的獨立模塊組成，比如，臥室、客廳、廚房、衛生間等，如果戶型設計不合理，造成內部結構不規則，還有很多梁和柱，那麼，特定空間的利用效率就比較低。
為了便於理解，再舉個例子：
如果我們給上圖中的一車酒理解成一個電池包，那麼，一箱酒就相當於是其中的一個模組，而其中的單瓶酒則相當於一個電芯。
毫無疑問的是，酒箱也是占用空間的。
早期，新能源車企希望電芯標準化，進而利用規模化降低成本。但新能源車發展之初，很多車型由傳統燃油車的汽車底盤改裝設計，底盤結構中留給電池包的空間有很多不規則形狀，造成了各家車企以及不同車型的需求不同，因而，電池包對電芯的尺寸需求差異較大，電芯尺寸難以統一。後來退而求其次，轉而對模組進行標準化，整車企業給出模組規格，電芯企業根據需要進行設計開發。
國內早期純電動車比較常見的是 355 模組，即模組長度為 355mm。隨著對續航里程需求的提升，能夠提高空間利用率的390、590 模組相繼出現。
隨著新能源汽車的高速發展，底盤設計逐漸轉變，各公司陸續推出自己的電動化平台，電池包尺寸也愈發規則。
這些都有助於電池包向無模組方向進化。
四、CTP技術
近年來，隨著新能源汽車對提高續航里程、降低電池成本的需求越來越迫切，在傳統的鋰電池封裝技術「電芯（Cell）- 模組（Module）- 電池包（Pack）」的三級封裝工藝以外，行業急需開發新的封裝技術。
為了提升電池的空間利用率，減少中間環節，CTP技術應運而生！
2019 年 9 月，寧德時代在德國法蘭克福國際車展上推出了 CTP 電池開發平台。
CTP（即Cell to Pack）技術，也叫無模組技術，即省略模組或將模組減少，將電芯直接布置在電池包內。
通過直接將多個電芯布置於箱體，使得零部件數量大幅減少，底盤空間利用率大幅提高。
CTP技術打破了行業固有的「單體成組、模組再成組電池包」 的三級成組設計思維，實現了「單體直接成組電池包」的兩級成組。
CTP技術的發展讓電芯本身成為電池包的結構，省去傳統小模組部分以及大量結構加強件，通過結構調整，直接提高了電池包內部空間利用率和體積能量密度。
根據寧德時代公布的資料，其CTP電池包體積利用率提高了15%-20%，電池包零部件數量減少40%，生產效率提升了50%，大幅降低動力電池的製造成本。同時，減少了傳統模組的生產工序。
電池封裝技術的變革，有效提升了電池系統的能量密度和續航里程，是行業技術發展的一大進步。
寧德時代 CTP 電池成包技術如下圖所示：
1、箱體組件；11、箱體；111、第一翻邊；12、固定梁；121、第一安裝孔；13、容置腔；
2、電池單體；20A、第一組電池單體；20B、第二組電池單體；
3、約束部件；31、限位部；32、安裝部；322、第二安裝孔；
4、外蓋；41、第二翻邊；
5、緊固件。
固定梁將箱體分隔成多個容置腔，電池包有多個電池單體，且多個電池單體在垂直於高度方向的平面內分為多組，各組均具有至少兩個電池單體，並分別設在不同的容置腔內。最底層的電池單體與箱體內底面之間、各組電池單體中的相鄰兩個電池單體之間、以及約束部件與最頂層的電池單體之間設有粘接層。
五、CTC和CTB技術
CTP技術是電池結構創新的一大進步，卻沒有突破電池包本身。在CTP技術中，電池包仍舊是一個獨立的零部件，更極致的做法是將電池包與車輛底盤進行整合。
CTC和CTB技術是在CTP的基礎上，將電池系統與底盤或車身進行高度融合的結果。
CTC（Cell to Chassis，電芯到底盤）技術，將電芯直接整合到車輛底盤結構內，進一步加深了電池系統與新能源車動力系統、底盤的集成，減少零部件數量，提升空間利用效率。
2020 年 9 月，特斯拉在電池日發布 CTC 技術，用電池上蓋取代座艙底板。特斯拉預測，CTC 技術將每 GWH 投資減少 55%，占用空間減少 35%。
CTC 技術要求電池製造商在更早階段介入車型設計，這要求電池企業具備更強的研發設計能力，配合主機廠進行深度開發。對相應的底盤技術要求也更高，具有更高的技術壁壘。
國內新勢力零跑C01領先特斯拉成為首款搭載CTC技術的量產車型，在2022年5月10日首發並開啟預售。
CTB（Cell to Body，電芯到車身）技術，是比亞迪提出的一種電芯集成方式，實現電池車身一體化的轉變。
比亞迪的 CTB 技術把車身地板面板與電池包上殼體合二為一，即在設計製造電池包時，將電池系統作為一個整體與車身集成。
CTB 將原來的「電池上蓋 - 電芯 - 托盤」的三明治結構，轉向了「車身踏板集成電池上蓋- 電芯 - 托盤」的整車三明治結構，減少了因車身與電池蓋連接而產生的空間損失。在這種結構模式下，電池不僅僅是能量體，同時也作為結構體參與整車傳力和受力。
比亞迪的海豹系列是搭載 CTB 技術的全球首款車型，該車型於2022年 5 月 20 日正式發布開售，宣告了 CTB 技術的落地應用。
六、麒麟電池
2022年6月23日，寧德時代發布CTP 3.0麒麟電池，該電池性能指標刷新行業最高水平。
系統集成度創全球新高，體積利用率達到72%，能量密度達255Wh/kg，可實現整車1000公里續航。
寧德時代推出的第三代CTP電池突破了功能邊界、重塑空間結構、顛覆傳統水冷技術，實現了安全、續航、快充、壽命、效率以及低溫性能的全面提升。
寧德時代從第一代CTP到第三代麒麟電池，電池包體積利用率從55%提升到了72%。
麒麟電池整合了使用需求，將橫縱梁、水冷板與隔熱墊合三為一，集成為多功能彈性夾層。在夾層內搭建微米橋連接裝置，靈活配合電芯呼吸進行自由伸縮，提升了電芯全生命周期可靠性。而電芯與多功能彈性夾層組成的一體化能量單元，在垂直於行車方向上構建更穩固的受力結構，提高了電池包抗振動、衝擊能力。
麒麟電池首次採用電芯大面冷卻技術，將水冷功能置於電芯之間，使換熱面積擴大四倍。電芯控溫時間縮短至原來的一半，從而實現5分鐘快速熱啟動及10分鐘快充功能。
隨著CTP 3.0麒麟電池的推出，寧德時代有望進一步拉大與動力電池廠商第二梯隊的差距。
七、結語
參照手機電池的發展歷程，早期手機電池基本是可拆卸更換的，隨著消費者對厚度、重量、性能等方面的需求上升，最終走向了集成化、不可更換電池，並發展出快充。
新能源汽車的集成化或是未來趨勢，而集成化程度更高的 CTC/CTB 電池將占據主流。