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来源：未来智库

模组逐渐由非标准化发展为无模组化

电池模组为动力电池包提供安全保障 

模组是动力电池系统的次级结构之一。动力电池系统的常规结构设计流程为电芯—模组—系统，模 组主要是单体电芯通过串并联方式，加保护线路板及外壳后，构成能够直接供电的组合体，是单体 电芯与 PACK的中间产品。电池模组主要由单体电芯、固定框架、电连接装置、温度传感器、电压检 测线等部分组成。按照单体电芯的形状不同，市场上的电池模组分为方形电池模组、圆柱电池模组、 软包电池模组。

模组是弥补单体电芯一致性与稳定性差的重要环节。2012 年以前，动力电池行业处于导入期阶段， 其特点为：1）企业生产规模小，大部分生产单体动力电芯的企业由传统 3C 小型锂电池企业转型而 来；2）电池生产技术的成熟度低，流程中工艺管控能力薄弱，单体电芯的一致性和稳定性相对较差。模组作为单体电芯与电池包之间的缓冲环节，有利于保障电池包的稳定性和安全性。

从生产工序来看，模组处于电芯和 PACK之间。电芯厂制备单体电芯后，PACK厂商通过单体电芯测 试与挑选、单体电芯通过串并联焊接成电芯模组、电芯模组集成与封装、安装电池管理系统（ BMS）、 充放电循环测试、产成品封装入库，最终得到动力电池系统。

电池模组的主要作用在于提升电池系统的安全性。1）电池模组的主要作用是连接、固定和安全保护；2）各个模组独立管理部分的电芯，有助于温度控制、防止热失控传播。模组对制造效率、自动化程 度、电池装车后的性能表现影响较大。衡量电池模组质量的标准为机械强度、电性能、热性能、故 障处理能力。

模组能够有效降低电池包售后维修的难度与成本。由于电池包系统中拥有多个独立的模组块，任何 一个模组出现故障或者短路，能够快速更换该模组单元，方便快捷且节约后期维护成本。 

模组导致电池包成组效率降低和成本增加 

重量增加、成组效率低带来系统能量密度低。由于每一个模组都需要独立的管理系统，同时需要封 装的外壳，外部需要有线束连接其他的模组，对应的零部件数量较多，增加了电池包系统的整体质 量，影响成组效率，影响电池包的能量密度。目前行业内圆柱电芯的模组成组效率约为 87%，系统 成组效率约为 65%；软包电芯模组成组效率约为 85%，系统成组效率约为 60%；方形电芯的模组成 组效率约为 89%，系统成组效率约为 70%。

模组端成本占比较高。模组带来的结构件、零部件增加，成本增加是模组的主要问题之一。根据高 工锂电数据，电芯成本占比约为 80%，PACK成本占整个电池包比例的 20%左右。 

从技术进步与产业发展看模组发展趋势 

动力电池技术进步带来单体电芯品质提升，弱化了对模组的性能要求。随着单体电芯以及上游原材 料的制备技术不断提高，单体电芯稳定性及安全性能不断提升，模组功能逐渐弱化。

模组的短板——能量密度低与成本占比高成为市场关注的方向。市场关注度开始针对模组的短板—— 能量密度低、成本占比高的问题寻求解决方案，从而推动电池模组走向标准化、大型化，以及无模 组化的发展趋势。

从具体的产业推动来看，电池模组主要分为四个发展阶段。

第一阶段：补贴政策刺激车企由燃油车改版新能源汽车，模组与单体电芯呈现多样化。从国内的新 能源汽车发展历程来看，补贴政策加码刺激国内燃油车改版成新能源汽车，各家车企的底盘装载电 池空间各不相同，导致对应的模组尺寸需求各不相同，对单体电芯尺寸需求多样化，导致电芯制造 工艺繁琐，同一产品型号的产线工艺技术积累难度加大，产线设备规模化效应带来的成本优势较小， 出现大量的市场冗余。这个阶段市场的成熟度相对较低，产品形状和性能均呈现多样化，企业的规 模效应较差，成本较高。

第二阶段：德国 VDA电池标准与大众 355模组推出，规范行业标准。随着新能源汽车规模逐渐扩大， 德国汽车工业联合会（VDA）基于市场上众多尺寸的电芯推出了系列标准，定义了圆柱、方形、软 包电池对应电动车的尺寸要求，车型上包括了 EV、HEV、PHEV等。继德国 VDA电池标准后，大众内 部推出 355模组。根据高工锂电资料，355模组尺寸为 355*151*108的电池模组，可以设计为软包或者 方形电池模组，软包模组设计为由 12个软包电芯组成的电池模组，排布有 2x6或者 3x4等串并联方 式；方形模组为 4个方形电芯组成。国内微宏动力首先推出 355模组产品，目前宁德时代、比亚迪、 国轩高科、力神、中航锂电等主流电池厂商均在生产 355电池模组，355模组逐渐成为动力电池模组 市场主流。

动力电池装机量集中度提升，模组标准化渗透率有望进一步提升。新能源汽车需求爆发带来动力电 池产能迅速扩张，行业出现低端产能过剩并洗牌加剧、高端产能持续扩产抢占市场份额的现象，产 业集中度不断提升，模组与电芯的标准化程度逐渐提升。对于标准化后的模组：1）有利于电芯厂对 于标准化制备工艺的技术积累；2）有利于标准化产能建设，规模优势凸显带来成本下降；3）有利 于电池包产品质量管控，提高产品一致性与安全性；4）尺寸标准化有利于产品的升级换代，新产品 可以直接替换电池包。

第三阶段：大众 MEB平台有望引领 590模组时代。355模组同样面临了一些问题：1）尺寸相对较小， 只适合轴距小的新能源汽车，需要车型平台的尺寸小。2）355模组装载 12个软包电芯或 4个方形电 芯，对电池包而言，成组效率仍较低，成本相对较高。对于纯电动车型，所需电量较大，采用更大 尺寸的模组，能够进一步减少系统内模组数量，减少零部件数量，有利于成本控制和轻量化带来的 系统能量密度提升。据电车资源资料，大众 MEB平台的核心即为标准化的模组，有望采用更大尺寸 的 590 标准模组，尺寸为 590*225*108，其优势在于尺寸大，成组效率更高，更具成本和续航里程优 势。大众 MEB平台设计的标准化模组优势就在于只要能够满足模组尺寸的要求，能够兼容软包、圆 柱、方形三种形态的单体电芯，避免受制于电芯的单一供应商，保障电芯供应量，进一步提升话语 权。

2023年 11月 4日，大众首款 MEB平台电动汽车 ID.3在德国工厂投产，ID.3装有高电压电池系统，外 观类似于一块巧克力，电池模组的数量可以调配，最多可以安装 12块电池模组，每个模组中含有 24 个单体电芯，同时为了减重，电池组外壳采用铝结构。

第四阶段：走向无模组化，国内主流企业开始推广 CTP技术与刀片电池。在经历模组标准化和大型 化后，为了进一步优化模组结构，国内企业率先提出无模组化方案，主要是以宁德时代推出的 CTP （Cell To PACK）技术，以及比亚迪推出的刀片电池技术。根据高工锂电资料，宁德时代的 CTP电池 包体积利用率提高 15%-20%，电池包零部件数量减少 40%，生产效率提升 50%，电池包能量密度提升 10%-15%，可达到 200Wh/kg 以上，大幅降低动力电池的制造成本。蜂巢能源发布会资料显示，与传 统 590模组相比，CTP第一代减少 24%的零部件，第二代成组效率提升 5%-10%，空间利用率提升 5%， 零部件数量再减少 22%。

无模组化技术降本路径清晰

规模优势与退坡压力双重刺激，电池价格持续下降 

宁德时代动力电池系统价格 2015-2023年均复合降幅达到 25%。2015年国内新能源汽车出现爆发式增 长，动力电池领域出现寡头垄断格局，龙头企业宁德时代市占率不断提升；同时，补贴退坡压力向 上游电池产业链传导，动力电池价格在 2015-2023年期间出现大幅的下降。根据宁德时代公告，2015 年其动力电池系统价格为 2.27 元/Wh，2023 年下降至 0.94 元/Wh，年均复合降幅为 24.7%；成本端从 2015年的 1.33元/Wh下降到 2023年的 0.67元/Wh，年均复合降幅为 15.8%；动力电池系统业务的毛利 率水平由 2015年的 41.4%下降到 2023年的 28.5%。

2023年补贴新政推出，降本之道任重道远。2023年 4月 23日，财政部等四部委发布《关于完善新能 源汽车推广应用财政补贴政策的通知》，明确 2023-2023年补贴标准分别在上一年基础上退坡 10%、 20%、30%。对于新能源乘用车而言：1）2023年纯电动乘用车标准补贴退坡 10%，获补续航里程门槛 值由 250公里提升到 300公里，续航里程 300-400公里的车型标准补贴由 1.8万元调整为 1.62万元，400 公里以上车型由 2.5万元调整为 2.25万元；插电混动乘用车补贴退坡幅度 15%，由单车补贴 1万元调 整为 0.85 万元。2）能量密度要求不变，百公里耗电量门槛值有所提升。3）除“换电模式”车辆之 外，新能源乘用车补贴前售价须在 30万元以下（含 30万元），补贴限价规定在过渡期后执行。

模组与 PACK环节降本大有可为 

从动力电池系统拆分来看，主要由电芯-模组-PACK三个层面的结构组成。在 PACK工序，主要由模组、 冷却液、外壳、BMS及连接件等组成。在模组层面，主要由单体电芯、固定框架、电连接装置、温 度传感器、电压控制器等部件构成。在单体电芯层面，主要由正极活性物质、负极活性物质、电解 液、隔膜、正极集流体（铝箔）、负极集流体（铜箔）、粘结剂、导电剂、电芯壳体及正负极端子 等构成。

模组与PACK材料在动力电池系统的成本占比超过20%。我们以2023年的材料价格为基准，对NCM532 三元动力电池系统、磷酸铁锂动力电池系统进行成本拆分。测算结果显示，NCM532三元动力电芯材 料成本占比合计为 64.8%，PACK与模组材料成本合计占比为 22.5%；磷酸铁锂动力电芯材料成本占比 合计为 59%，PACK及模组材料成本合计占比为 27%。

动力电池系统的降本来源于规模效应、技术进步、原材料降价。1）规模效应：规模扩张将带来固定 成本折旧摊销下降、制造费用和人工费用的下降、期间费用率的下降。2）技术进步：主要分为四方 面，第一方面是材料研发技术，包括高镍三元材料、无钴材料、湿法涂覆隔膜、6微米铜箔、新型导 电剂、新型锂盐、固态锂电池等技术发展，未来有望提升电池性能，减少材料用量；第二方面是设 备研发技术，包括设备国产化率提升、设备生产效率提升（体现在单 GWh电池产线固定资产投资持 续下降），方形叠片技术开发等；第三方面是电池生产技术，工艺成熟度提升带来产品良率提升， 损耗下降；第四方面是电池设计技术，主要是无模组化电池包的发展。3）原材料降价：四大材料及 相关辅料的价格下降推动成本下降。

2015-2023年动力电池系统成本显著下降主要来自三因素共振。1）原材料成本下降：需求增长刺激上 游材料产能迅速扩张，竞争加剧导致价格显著下降；上游锂钴资源价格下降、材料企业本身规模效 应导致成本下降。2）技术进步：材料研发方面，单晶逐渐替代多晶，高镍材料、湿法隔膜渗透率提 升，电池能量密度不断提升；设备研发方面，设备自动化程度、设备国产化率提升，单 GWh产线的 固定资产投资显著下降。3）规模效应：参考动力电池龙头宁德时代招股说明书，2016-2017年公司动 力电池系统销量分别为 6.8GWh、11.84GWh，单位 Wh的人工费用分别下降 40.3%、36.9%，单位 Wh的 制造费用分别同比下降 24.9%、13.2%。

未来原材料成本下降空间有限。材料环节中，正极材料成本占比较高，根据上述测算，三元材料、 磷酸铁锂分别占其动力电池系统成本比例为 33.5%、14.6%；从其原料端看，目前碳酸锂、钴的价格 均处于历史底部，未来供需格局改善，价格有望上行，反而可能会抬升正极材料成本；从盈利水平 来看，当前正极材料处于新建产能快速释放期，产能过剩导致对下游的议价权相对较弱，加工费及 利润率处于历史较低水平，下探空间相对较小，整体来看正极材料降本空间相对有限。其他三大材 料，一方面成本占比相对较低，降价对整体成本影响较小，另一方面，经过了前几年的价格战，价 格均有不同幅度的下降，未来继续大幅下降的空间相对较小。

无模组化有望精简模组与 PACK端结构，减重降本效果显著。模组与 PACK环节，在传统电池系统中 的成本占比仍比较高；剔除 BMS和热管理系统外，PACK与模组环节的箱体、结构件、线束等材料的 总成本，在三元和磷酸铁锂电池系统中的成本占比分别为 14.4%、16.7%。无模组化技术有望通过改 变电池结构设计，减少部分材料用量，简化生产工艺，实现降本效果。

国内龙头企业无模组化技术进入商业化应用

宁德时代推出 CTP技术，有望提升能量密度并降低成本 

CTP 技术设计思路解析

CTP 无模组化方案设计思路之一：电芯组装设计层面。根据宁德时代的专利资料（申请号：20161036552.0），在电芯设计层面，有以下几个结构特点：1）箱体由塑料筑成，箱体上侧敞开，且 有收容多个电芯的收容空间；2）具备多个散热板，设置于每两个电芯之间，散热板内部有沿宽度方 向的散热通道，并且贯穿箱体的两个侧壁，与外界相连通；3）多个单体电芯直接布置于箱体，无需 先将多个单体电芯组装成模组形式；4）在箱体外侧还设有风机，风机直接向散热板的散热通道内吹 风，另一方面散热通道直接与外部的冷却液管路连通。

CTP 无模组化方案设计思路之二：电池包结构设计层面。参考宁德时代的专利资料（申请号 201620149208.4），该设计方案的关键点在于：1）电芯单元设有电芯壳体，1个或者多个串联单体电 芯内置于上下壳体中，在单体电芯、电芯壳体之间和侧壁设有压力传感器和温度传感器，便于监控 电芯过热膨胀发生相互挤压；2）BMS元器件密封于保护外壳中，单独加强电芯与 BMS组件的防护等 级，降低电池包箱体的防护等级，加速箱体内空气与外界的流通速率，在保护壳体内设有导热胶， 便于及时散热；3）电芯与 BMS组件通过伸出的导电结构相连接。

CTP无模组化方案单独加强电芯与 BMS组件的防护等级。在传统电池包中，由电池模组、BMS控制 模组以及箱体构成，为了确保电池模组、BMS 模组的安全性，箱体的强度结构非常高。这种传统设 计结构主要有以下几个问题：1）箱体内模组产生的热量无法顺利排出，导致箱体温度升高；2）电 池模组内部需要焊接框架来固定电芯，增加了电池包的重量，加大了装配的难度，同时也不利于电 芯的单独更换和维修。通过无模组化方案在电芯-BMS控制组件层面的设计改善，实现了以下几个优 势：1）将电芯、BMS 组件单独加强防护等级，降低电池包壳体的防护等级，散热效率更高；2）降 低装配难度，提高生产效率；3）便于后期单体电芯的单独维修与更换。

CTP技术优势解析

CTP 技术注重电池包轻量化设计，提升能量密度并降低成本。高工锂电数据显示，宁德时代 CTP 电 池包体积利用率提高了 15%-20%，电池包零部件数量减少 40%，生产效率提升了 50%，电池包能量密 度提升了 10%-15%，可达到 200Wh/kg以上，大幅降低动力电池的制造成本。

传统电池模组散热较差，是影响电池包安全性和循环寿命的原因之一。传统电池模组结构是将单体 电池大面相互贴合，采用焊接侧板和端板的方式，将单体电芯固定成电池模组，再将电池模组整体 置于箱体中，利用箱体的侧面与单体电芯的底面接触导热，再在箱体侧面安装散热风道，对风道进 行散热。在散热方面存在以下几个方面的问题：1）散热效率低：电芯大面积被挤压，热量在电芯之 间传递，缩短了电芯的寿命，大面热量无法传导，仅仅通过电池壳体底部接触进行热量传递，底部 散热分布少，散热效率低；2）导热硅胶散热有限：目前采用的是导热硅胶或液态灌封胶填充电芯的 侧面和电池壳体的侧壁，散热面积有限，同时灌封量难控制，填充不均匀，硬化时间长，难以返修；3）单体电芯贴合紧密影响寿命：单体电芯相互之间精密贴合，无预留空间，一旦发生紧急情况电芯 出现膨胀，会相互挤压，影响使用寿命；4）冷却效率低、冷却方式受限：只能对箱体外围进行风冷 散热，风无法吹进单体电 池内部，更无法采用水冷方式，散热方式单一，无法应对后续大功率单体 电池散热需求；5）箱体采用压铸件、降低电池包能量密度：箱体无法采用轻量化材料，由于箱体需 要与电芯接触导热，要采用压铸件，无法采用导热较差的塑胶箱体结构。

CTP 无模组化方案具备比较优势。1）简化了电池包的组装工艺，降低了生产成本；2）箱体由塑料 单独浇筑成型，有利于电池包的轻量化设计，提高能量密度；3）散热板设置在相邻的两个单体电芯 之间，避免了电芯发热膨胀相互挤压，同时避免热量相互传递，提高单体电芯寿命；4）散热板直接 与单体电芯的大面积接触，提高导热效率；5）传统电池包只能小面积方向上风冷，CTP技术实现了 风冷与水冷相结合，提高散热效率。

比亚迪推出刀片电池，具备高体积能量密度与高安全性 

刀片电池设 计思路解析

刀片电池是比亚迪提出的无模组化电池包方案。根据高工锂电资料，2023年 3月 29日，比亚迪官方 在深圳举办了“刀片电池发布会”， “刀片电池出鞘安天下”成为比亚迪董事长王传福对刀片电池的总结。刀片电池的实质是省略了电芯-模组的步骤，省去了横梁、纵梁以及螺栓等结构件，将电池包壳体内 部的空间利用率由原来的 40%-50%提升到 60%-80%。

刀片电池将首先搭载于比亚迪汉 EV。根据高工锂电与比亚迪刀片电池发布会资料，比亚迪磷酸铁锂 体系的刀片电池将用于纯电动比亚迪汉 EV，百公里耗电量 15.4kWh/100km，能量密度为 140Wh/kg。2023 年5月13日，比亚迪宣布纯电动汉EV在欧洲首发，预估价格区间为4.5-5.5万欧元（折合人民币34.6-42.3 万元），最大续航里程达到 605km，零百加速时间为 3.9秒，预计将于 2023年 6月在国内投产上市。

刀片电池的单体电芯能够起到支撑作用，替代传统模组中的横梁、纵梁。根据比亚迪申请的专利（申 请号：202310544929.3），刀片电池直接将单体电芯组成的电池阵列与支撑体安装到电池包中，省略 了电池模组的步骤。电池阵列由若干个单体电池组成，至少一个单体电芯满足 600mm≤第一尺寸 ≤2500mm，包括壳体和壳体内的极芯；通过电池阵列的排布方式，将电芯类似于“刀片”竖插入电池包 内。由于单体电池的壳体为硬壳，尺寸较长，本身可以作为加强电池包结构强度的横梁和纵梁，电 池包中不需要再添加加强结构。电池阵列，可支撑于支撑件上，确保电池包在外力作用下不易发生 形变。

刀片电池技术优势解析

刀片电池生产成本有效降低。单体电芯本身的支撑作用减少了电池底盘的加强筋，同时减少了传统 电池模组中的端板、侧板，以及大量用于固定安全电池的螺钉等零部件，节省了大量的人工和材料 费用。根据高工锂电数据，在电芯制备过程的良率和一致性达到稳定状态后，生产成本相比传统磷 酸铁锂电池包预计下降 30%。

刀片电池的体积利用率和能量密度显著提升。由于单体电芯自身具备支撑作用，可以减少辅助的支 撑件和固定件的使用，使等体积的电池包中能够容纳