CTP 電池技術

2021年剛拿下全球最大的電動車電池設計製造大廠CATL(中國福建的寧德時代Contemporary Amperex Technology)於昨天(2022/3/30)宣布即將推出新的電池包封裝技術：CTP 3.0 (Cell To Pack)以提升電池的能量比(Wh/kg, Specific Energy)與能量密度(Wh/L, Energy Density，由於封裝材質密度通常大於一，所以此數值通常是能量比的兩三倍)。顧名思義的直覺翻譯就是直接將電池封裝在電池包內。

這聽起來有點廢話，電池本來不就是包在電池包裡面嗎？話說驅動電動車馬達的那一大包無論有電沒電都一樣沉重的電池包有個特殊的名稱叫做動力電池(英文稱作Traction Battery)(附註：這與燃油車油箱加滿與空油箱可以差到四五十公斤是很不一樣)。這一大包東西如果只裝一顆很大的電池芯而非我們熟悉的許多小顆的18650, 21700, 或最新的4680電池芯(一顆18650或21700電池芯大概就比一般的AA大一些，前兩位數是直徑mm，接下來兩位是高mm，忽略最後的零)，如果其中一個接點損壞整顆沒電車子就顧路了。顧路還好萬一正在高速行駛就很危險那是瞬間失能包含車速、無液壓EPS方向盤輔助、與煞車輔助(燃油車的液壓HPS方向盤輔助還會有殘餘壓力)。所以在安全設計上，動力電池會由多個電池芯組成電池模組(散熱考量)，再由多個電池模組組成一個大電池包，也就是一般我們看到覆蓋在電動車底盤上方的那一大片堅硬的金屬水密包覆的電池包。這樣如果一個電池芯損壞或一個電池模組損壞如果不影響整體電壓狀況下仍能經由模組內或模組間的BMS(Battery Management System)的平衡功能持續供電。

CTP簡單來說就是省去了模組部分直接將許多電池芯包在電池包裡面，這原因當然因該是CATL對其電池芯品質與穩定度加上BMS的信心。不過CATL用的電池芯是長方形(blade或prismatic)且頗大顆的(200x172x33mm)，與上述18650/21700甚至4680都大許多，其實我傾向將它看成單芯模組。很明顯的省掉了模組占用的空間與重量，就可以塞進更多的電池芯提升容量。這樣的設計讓CTP電池包的能量比可從傳統電池包設計的170Wh/kg提升到160Wh/kg(LFP磷酸鐵鋰)~250Wh/kg(NCM三元鋰)。這裡要注意一下，由於電池包多了許多封裝材料，這個數值會比電池芯的數值低許多。儘管如此，CTP NCM的電池包能量比高達250Wh/kg讓人相當吃驚，因為即使是目前量產的電池芯能量比最高也只介於250~300之間。甚至產學界認定300Wh/kg已是鋰離子電池芯的極限。

這下直接就比特斯拉最近大張旗鼓宣稱即將量產的4680更高了13%，如果用在中國生產的特斯拉，在性能上肯定又是一個大賣點。