No entanto, as modificações no design da bateria também podem melhorar significativamente a autonomia do veículo, aumentando a densidade de energia ao nível da bateria. A tecnologia "cell-to-pack" é um exemplo disso e foi desenvolvida por várias empresas importantes, incluindo a BYD, a Tesla e a CATL. As tendências da tecnologia "cell-to-pack" são analisadas em detalhe no novo relatório de mercado da IDTechEx, "Materials for Electric Vehicle Battery Cells and Packs 2026–2036: Technologies, Markets, Forecasts".

Pacote de módulo de célula, célula para pacote e célula para chassis

A estrutura padrão de baterias utilizada pelos fabricantes de equipamento original (OEMs) automóveis nas décadas de 2010 e início de 2020 era a "célula-módulo-pacote" (CMP), que descreve um sistema no qual múltiplas células são agrupadas num módulo, e múltiplos módulos formam um pacote. A vantagem deste design é a elevada modularidade dos pacotes, permitindo um fácil escalonamento para veículos de maiores dimensões, bem como a facilidade de reparação e substituição. É também um projeto simples em termos de gestão térmica e integração do sistema de gestão de baterias. No entanto, a presença de uma camada adicional na hierarquia do pacote exige componentes não ativos adicionais, principalmente a caixa do módulo e a cablagem interna. Isto reduz a eficiência de empacotamento e, consequentemente, a densidade de energia tanto ao nível do pacote como ao nível do veículo.

O sistema célula-para-pacote (CTP) descreve um sistema no qual as células são integradas diretamente no pacote, sem serem armazenadas em módulos individuais. Isto reduz os componentes de material não ativo e aumenta a relação célula-pacote (ou seja, a relação entre o volume/massa das células e o volume/massa da embalagem), o que, por sua vez, permite um aumento da autonomia do veículo.

O sistema célula-carroçaria (CTB) leva este conceito um passo mais longe, descrevendo um sistema no qual as células são integradas diretamente na bateria, e a própria bateria atua como um componente estrutural da carroçaria do veículo. Isto requer materiais adicionais para reforçar mecanicamente a bateria, o que reduz a densidade de energia ao nível da bateria, mas ainda permite uma maior autonomia do veículo em comparação com o sistema célula-bateria, uma vez que aumenta a densidade de energia ao nível do veículo (devido à menor necessidade de material em toda a carroçaria).

Empresas que utilizam as tecnologias CTP e CTB: CATL, BYD, LG ES, Tesla

As tecnologias CTP e CTB só começaram a ser implementadas recentemente. Existem várias razões para tal: em primeiro lugar, a tecnologia requer sistemas alternativos de gestão térmica, que tiveram de ser desenvolvidos, e em segundo lugar, a tecnologia requer projetos de células adaptados. Especificamente, as tecnologias CTP e CTB só podem ser implementadas de forma viável utilizando células de grande formato, principalmente células prismáticas grandes e células cilíndricas grandes (46x).

Estes tipos de células começaram a ser implementados apenas nos últimos cinco anos, sendo a Blade Gen 1 da BYD uma das primeiras células prismáticas de grande formato compatíveis com designs CTP, enquanto a BYD e a Tesla foram os primeiros desenvolvedores de baterias CTB. Outros grandes players neste setor incluem os desenvolvedores de células e fabricantes de equipamento original (OEMs) automóveis, como a CATL, LG ES, Volkswagen, Stellantis e SVOLT. Para uma análise mais detalhada dos players de CTP e CTB, consulte o recente relatório da IDTechEx, "Electric Vehicle Battery Cell and Pack Materials 2026-2036: Technologies, Markets, Forecasts".

BYD Blade Gen 2: permite uma maior proporção de células em relação ao pacote

A BYD anunciou recentemente a primeira implementação da sua célula Blade de segunda geração na DENZA Z9GT, que, segundo consta, possui uma impressionante autonomia de 1.036 km. As células Blade de primeira geração da BYD dominaram o mercado e contribuíram significativamente para a predominância das baterias de fosfato de ferro-lítio (LFP) na China.

Tanto a primeira como a segunda geração utilizam um design de bateria prismática, embora o Blade 2.0 utilize um cátodo LMFP em vez de um cátodo LFP, bem como um ânodo composto de silício-carbono em vez de grafite puro. Ambas as alterações químicas permitem uma densidade de energia significativamente maior e um carregamento rápido melhorado. O Blade 2.0 utiliza também uma nova formulação de eletrólito, denominada "Flash-Flow", que visa melhorar a mobilidade dos iões de lítio e aumentar as velocidades de carregamento.

A Blade 2.0 parece também permitir uma maior proporção de células em relação ao volume da bateria, graças à tecnologia CTB. Embora as proporções específicas de células em relação ao volume da bateria dependam do modelo do veículo e do design da bateria, a tecnologia oferece uma utilização do volume da bateria de 76%, o que é significativamente superior à média para os designs CTB. É também superior à das baterias Blade de primeira geração, que inicialmente ofereciam uma utilização do volume da bateria de 62%.

Parte disso deve-se às melhorias no design do sistema de gestão térmica da bateria Blade 2.0, que utiliza o arrefecimento por líquido de refrigeração em dois planos: na parte superior e inferior da bateria. Isto aumenta também a relação gravimétrica entre as células e o conjunto, graças a uma redução significativa do peso do sistema de gestão térmica. Espera-se que esta tecnologia possibilite uma melhoria significativa na autonomia e nas capacidades de carregamento dos veículos elétricos chineses da próxima geração.

Perspetivas sobre materiais para o design de células e embalagens

As tecnologias de célula para embalagem modificam as proporções dos materiais da bateria de diversas formas. Em primeiro lugar, como exigem células maiores, as proporções de materiais não ativos ao nível da célula são reduzidas. Em segundo lugar, ao eliminar as carcaças dos módulos, os requisitos de materiais não ativos ao nível da embalagem também podem ser reduzidos. Em terceiro lugar, os designs de célula para pacote e célula para corpo podem exigir ajustes noutros materiais ao nível do pacote; por exemplo, sistemas de gestão térmica mais potentes (uma vez que o arrefecimento passivo é reduzido devido ao aumento da eficiência de empacotamento) e carcaças mecanicamente mais estáveis ​​para embalagens de célula para corpo (CTB). As tecnologias de célula para pacote (CTP) e célula para corpo conquistaram uma quota de mercado significativa na China e estão a ganhar popularidade na América do Norte e na Europa. A IDTechEx prevê que a CTP se torne a escolha dominante no design de pacotes para automóveis de passageiros na próxima década, uma vez que permite uma maior autonomia do veículo sem alterar os requisitos de espaço do pacote de baterias.

Além disso, o relatório destaca que a transição para as arquiteturas CTP e CTB não só satisfaz a necessidade de melhorar a densidade de energia, mas também de otimizar os custos do sistema. Ao reduzir o número de componentes estruturais e simplificar a montagem, os fabricantes podem diminuir os custos de materiais e de produção. Este é um factor crucial num contexto em que a competitividade dos veículos eléctricos depende cada vez mais da redução do custo total por kWh.
Outro aspeto relevante é o impacto destas arquiteturas na segurança das baterias. Embora a eliminação dos módulos introduza novos desafios, especialmente em relação à propagação térmica entre células, os avanços nos materiais de interface térmica, nas barreiras contra chamas e nos sistemas de arrefecimento ativo estão a mitigar estes riscos. De facto, os projetos mais recentes integram soluções avançadas de isolamento e dissipação de calor que podem igualar ou mesmo superar os níveis de segurança dos sistemas CMP tradicionais.

Em termos de materiais, a transição para CTP e CTB está a impulsionar uma procura crescente por soluções multifuncionais. Por exemplo, os materiais estruturais devem combinar a resistência mecânica com propriedades térmicas adequadas, enquanto os adesivos e os selantes devem oferecer tanto adesão estrutural como condutividade térmica ou resistência ao fogo. Isto está a fomentar a inovação em polímeros avançados, compósitos e materiais híbridos.
O relatório sublinha ainda que a adoção destas tecnologias não será uniforme em todo o mundo. A China está claramente a liderar a implementação de CTP e CTB graças à forte integração vertical das suas indústrias de baterias e automóvel, enquanto a Europa e a América do Norte estão a progredir a um ritmo mais lento, limitadas pela adaptação das suas cadeias de abastecimento e regulamentos de segurança.

Olhando para o futuro, a IDTechEx prevê que a convergência de novas químicas de baterias (como LMFP ou ânodos ricos em silício) e arquiteturas avançadas como CTP e CTB será crucial para alcançar autonomias superiores a 800-1000 km em veículos produzidos em massa. Simultaneamente, espera-se que estas inovações melhorem significativamente os tempos de carregamento e a vida útil da bateria.
Em conjunto, a transição para os designs célula-para-pacote e célula-para-carroçaria representa uma mudança estrutural na engenharia de baterias para veículos elétricos, com profundas implicações para os materiais, fabrico, custos e desempenho. Estas tecnologias não só redefinem a arquitetura dos conjuntos de baterias, como também desempenharão um papel fundamental na próxima geração da mobilidade elétrica.