投资人眼中的固态电池、燃料电池、干电极、CTP和刀片电池

核心观点 

1、固态电池在电动汽车领域规模化应用至少需要7年，将率先在消费电子领域进行充分验证；

2、目前国内氢燃料电池与锂电池存在10年左右的技术落差，加氢站难以短时间内大规模建设，未来氢燃料电池将主要应用于商用车领域，如大巴、重卡等；

3、特斯拉干电极技术将助推高镍正极和硅碳负极的使用，加速半固态电池、固态电池在电动汽车领域的应用；

4、CTP更多的是电池包系统集成层面的创新，而刀片电池更多的是电芯设计和工艺层面的创新。

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固态电池规模化应用至少需7年

早在1881年，以铅酸电池作为动力来源的汽车就已经存在。1900年-1997年，镍氢电池开始在电动汽车领域规模化应用，代表有丰田普锐斯等车型。

目前，液态锂离子电池已经在电动汽车领域普及，实现商业化已经30年左右。

固态电池作为下一代动力电池技术，已经引发了行业的高度关注。

从技术角度来看，固态电解质是固态电池实现高能量密度、高循环稳定性和高安全性能的核心，主要分类有氧化物、硫化物和聚合物。

氧化物电解质电池目前少量应用于消费电子产业，国外代表企业有日本特殊陶业、Quantumscape、Sakti3、KAIST等，国内代表企业有台湾辉能、江苏清陶等。

硫化物电解质是电导率最高的一类固体电解质，可能率先实现快充快放，未来大规模应用于电动汽车的可能性最大，是产业关注的重点。丰田是现阶段硫化物固态电池龙头，2017年10月，丰田宣布投入200余人加速研发固态电池技术。除丰田外，还有三星、松下、本田、东芝等日韩企业在开展硫化物电解质的研究。

聚合物电解质可构成半固态电池。半固态电池是从液态电池到固态电池的过渡产品。这种电解质由聚合物基体与锂盐构成，呈凝胶状态。主要代表企业有博洛雷、SEEO、宁德时代等。

目前固态电池的产业基础还不完善，建立这个基础需要4年左右的时间。之后固态电池会先在消费电子领域充分的验证可行性，然后才可能在电动汽车上使用。预计固态电池在电动汽车领域实现规模化应用至少需要7年。

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燃料电池将主要应用于商用车

目前，国内氢燃料电池产业并不成熟，大部分核心材料和器件都依赖进口，与锂电池存在10年左右的技术落差，相关高端人才储备较少。

燃料电池主要由电堆和辅助系统组成，电堆中膜电极（MEA）、双极板、密封圈构成电池单体，多个单体封装成电池堆，类似锂电池Pack包。其中膜电极由质子交换膜、催化剂层、气体扩散层构成，类似于锂电池的正、负极。

氢燃料电池结构

虽然氢燃料电池汽车的加氢过程和加油一样简单，但是想要让加氢与加油一样方便，就需要很大的市场规模。

据统计国内约有10万座加油站，由于加氢站安全要求比加油站更高，使得加氢站短时间内难以达到较大的规模。

未来10年内中国电动汽车动力电池格局将以锂电池为主，氢燃料电池为辅。氢燃料电池将主要应用于商用车领域，如大巴、重卡等，会在加油不便捷的区域体现出优势。

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特斯拉干电极技术优势

特斯拉在2019年5月完成了对 Maxwell 的收购，主要用于研究依干电极技术。

目前的锂电池制造过程中需要将具有粘合剂的溶剂与负极或正极粉末混合后，把浆料涂在电极集电体上并干燥，这种工艺生产出的电极称为“湿电极”。

干电极技术即不使用溶剂，将活性材料、导电剂、固体粘结剂（PTFE）通过挤出做成薄膜，再通过热辊压模式与铜箔或者铝箔复合。由于特斯拉的工艺不需要溶剂，所以称之为干电极。

干电极技术相比湿电极技术有两大优势：

一、干电极技术采用的固体粘接剂PTFE具备弹性，因此可有效解决硅基负极膨胀导致与极片脱离的问题，循环寿命将数倍提升。

二、在干电极技术下，无需添加溶剂，不用担心金属锂与之产生反应，因此预补锂技术可以顺利实施。负极补锂可以弥补在初始充电时形成SEI膜所消耗的锂，从而提升首次库伦效率，既可提升电池能量密度，也可提升电池循环寿命。

未来，干电极技术一方面将助推高镍正极和硅碳负极的使用，另一方面将加速半固态电池、固态电池在电动汽车产业的应用。

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CTP电池与刀片电池的差异

2019年9月德国法兰克福国际车展上，宁德时代推出了全新的CTP电池。

动力电池的传统加工方式需要经过电芯（Cell）、模组（Module）、电池包（Pack）三个环节，而CTP电池（Cell to Pack）顾名思义，省去了电池模组组装环节，将电芯直接集成至电池包。

相比传统电池包，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%，将大幅降低动力电池的制造成本。

2020年3月，比亚迪正式发布了刀片电池，其电芯长度接近1米，形似刀片，采用叠片工艺将电芯集成入电池包。

刀片电池结构

相比传统电池包，刀片电池体积能量密度提升明显，较原有电池系统可提升30%以上，可节省物料、人工费用等，成本有望降低30%，刀片电池包比传统电池包更薄，散热效果更好。

很多人有所误解，认为刀片电池只能是磷酸铁锂电池，其实不然。三元材料同样也可以应用于刀片电池。

二者相比较而言，CTP电池和刀片电池都可以实现降低成本和提升能量密度，不同点在于CTP电池更多的是电池包系统集成层面的创新，而刀片电池更多的是电芯设计和工艺层面的创新。