锂行业专题报告：CTP是动力电池里程碑，金属锂有望崛起

报告摘要

CTP是动力电池的里程碑，技术变更有望加速

• CTP和刀片电池的出现是动力电池的里程碑，打破了锂电池的路径依赖

• 意味着整个产业愿意付出协同成本让动力电池获得更好的性能

• 新的技术应用可能加速，包括硅碳负极、预锂化；会带来上游产品结构的变化

预锂化带来金属锂的崛起

• 硅碳负极形成SEI膜的锂消耗量大，需要预锂化配合

• 金属锂带的补锂效果较好，下游对金属锂价格的接受度高

• 金属锂扩产限制条件较大，关注赣锋锂业和威华股份在金属锂方面的价值

工业的路径依赖

1937年火车的标准轨距被定义为1435mm（四 英尺八英寸半）。实际在1890年，美国大部 分铁路开始采用这一标准后，不再有悬念。

从蒸汽机车、电力机车、动车到高铁一直沿用 这一标准。

轨距越宽，货运大尺寸运输越方便，客运承运 能力越高。

为什么要一直使用接近100年前的标准？ 工业路径依赖！

1，铁路投资极高，更换轨距需要重新建设铁 路；

2，众多为标准轨距配套的零件以及生产零件 所使用的设备都需要更换；

极高的协同成本带来高铁的路径依赖。

工业中的路径依赖：突破路径依赖是新产品的里程碑

新技术、新产品出现后，是否能替代老技术、老产品。除了本身的性能/成本优势以外，还 需考虑这部分优势能否抵消需要付出的协同成本；在下游对新技术/新产品的优势足够认可 时，会打破原有的路径依赖。

打破路径依赖，是新技术/新产品发展的里程碑事件。

CTP：打破依赖，优化形态

锂电池-沿用工业电池的圆柱体结构

锂电池也存在路径依赖。1800年，帕维亚大学教授亚历山德罗·沃尔塔研发出世界上第一块电池。他将 铜和锌组成的一堆交替圆盘，并用浸泡在盐水中的粘贴板圆盘隔开，形成了圆柱形的伏打桩（Volta Pile） 结构。

随后，伏打桩激发了对不同类型电池的研究热潮，1860年，普兰特沿用了伏打桩的圆柱形结构，将两片 薄铅片松散地卷在一起，并用一块法兰绒或橡胶条隔开，发明了世界上第一块充电电池。

1990年，索尼推出第一块商业化锂离子电池，由于需要适应之前工业设备中的电池槽位，锂电池依旧延 续传统工业电池的圆柱形结构，以圆形结构为主的电池设计理念逐步成为工业生产主流。为适应圆柱体 结构，锂电池内部结构采取了卷绕设计。

叠片的性能更好，更适合动力电池

为了适应圆柱体结构，到目前为止卷绕仍 然是大部分锂电池的生产工艺。

锂离子电池的负极在充电时会膨胀，卷绕 的环形结构会导致非线性膨胀，集流体和 隔膜不断受到压力还受到拉力。在经过多 次循环后，锂离子的分布会变得不均匀。

相比卷绕式，叠片式的负极为线性膨胀， 所以在性能上叠片式要好于卷绕式。

但同样因为路径依赖，锂电池过去的大部 分设备配套都是为卷绕式设计的，经过很 多年的改进，生产效率高于叠片式。

动力占比超过50% 路径依赖理应让位性能追求

相比传统的电池应用，受制于有限 的重量和空间，需要承担剧烈变化 的输出要求，动力电池对于电池性 能的追求远高于其他应用。同时作 为新兴的应用场景，新能源车没有 已经形成并且协同成本很高的成熟 路径。

2018年开始，全球的锂离子电池中 已经超过一半为动力锂电池。国内 2019年超过60%。 动力锂电池在锂离子电池中的重要 性不断提升。

CTP打破依赖让大尺寸叠片成为可能

CTP（Cell to Pack）横空出世，这是第一款 从电池生产工艺就单纯为新能源汽车服务的电 池，是动力电池重要性的里程碑。

CTP的出现意味着整个产业链认可动力电池的 重要性，愿意单纯为动力电池付出协同成本。 CTP电池有众多的优势，其中最重要的一点： CTP可以装入大尺寸叠片的“刀片”电池。

在空间能量密度大幅提升质量能量密度提升的 同时，可以发挥叠片性能好的优势，可能成为 现阶段最适合动力电池的形态。

大尺寸叠片弥补了叠片最大的缺陷：生产效率 不如卷绕的问题。

更为重要的是，普遍被认为锂离子电池未来的 固态电池，只能采用叠片的方式进行生产。 CTP同样是通向未来的钥匙。

动力锂电池的新技术有望加速推广

• CPT和刀片电池的出现，意味着 产业链愿意付出更多成本来配套 动力电池。

• 所以动力锂电池的新技术应用可 能因此加速。

• 正极：高镍化已经进入实质性阶段。

• 负极：硅碳负极可能会加速应用。

• 其他应用：预锂化

预锂化与金属锂的崛起

硅碳负极与预锂化

硅碳负极应用有望加速。相比正极已经进入高镍化的快车道，负极可能成为未来一段时间变化 较大的主要电池材料。硅负极的能量密度显著高于石墨负极，但由于体积膨胀较大，因此折中 采用硅碳负极。采用叠片工艺的刀片锂电池是线性膨胀，硅碳负极的应用可能会因CTP的渗透 率提升而加速推广。

形成SEI膜会让电池损失10%的能量密度：锂离子电池的电量取决于其中可以在正负极之间移动 的锂离子。目前锂离子电池中的锂离子全部来自正极,磷酸铁锂正极可以脱嵌约90%的锂离子， 对三元来说可以自由移动的锂离子更加可贵，因为NCM811和NCA正极只能脱嵌约80%的锂离子。 约有10%的锂离子在首次充电进入负极（石墨负极）时会与电解液等物质形成SEI膜而无法继续 自由移动。硅材料的表面积高于石墨，如果采用硅碳负极，会损失更多的锂离子（15%-35%）。

预锂化降低SEI膜损失

预锂化可以挽回大部分SEI膜的损失。预先在负极加入的锂可以替代从正极移动的锂离子形成 SEI膜从而挽回能量密度的损失。特别是对于形成SEI膜损失更大的硅碳负极进行预锂化的必要 性更强。目前行业重点发展的是采用锂箔补锂和金属锂粉（SLMP）补锂。稳定化金属锂粉是 用碳酸锂等对锂粉进行钝化处理后的粉末，对负极进行预锂化处理后，可以降低40%的负极首 次不可逆容量。金属锂箔和稳定化金属锂粉的效果则更加突出，预锂化后可以将硅碳负极的首 次库伦效率从提升至85%以上，也就是降低了80.7%的负极首次不可逆容量，可能成为未来主要 的预锂化方式。

预锂化有望带来金属锂的崛起

预锂化带来单位千瓦时的材料变化。预锂 化等于使用锂提升了电池的能量密度，单 位千瓦时对锂的需求变化不大，但产品结 构会从锂盐倾向于锂金属。预锂化带来的 有效提升能量密度8%以上，除了锂以外的 正极、负极、电解液、铜箔铝箔集流体等 材料的需求可能相应降低。

锂箔价格在1171万/吨以下时电池可平价 提高能量密度。锂箔在预锂化过程中，几 乎所有的锂都可以增加电池的电量。按照 三元电池3.7V来计算，每增加1KWH需要 锂箔70克。按照电芯820元/KWH的价格来 计算，不计预锂化工艺费用，每吨锂箔价 格在1171万元以下，下游就可以在不增加 成本的情况下提升能量密度。目前金属锂 的价格54.5万元/吨，含量折合碳酸锂 10.31万元/吨，距离下游可接受的价格空 间较大。

金属锂的扩产不易

期待金属锂的崛起。预锂化在动力电 池中渗透率达到100%，则每年动力电 池的需求中8%-15%需要以金属锂的方 式提供，如果预锂化渗透率快速提高， 不排除金属锂价格独立上涨的可能。 金属锂工艺决定不易扩产。目前金属 锂的生产主要采用电解氯化锂的工艺， 每生产一吨金属锂，副产品5吨氯气。 氯气有毒无法直接在空气中排放，同 时因强腐蚀性无法长期储存，金属锂 厂附近需要有相应规模的使用氯气的 化工厂。较为严格的生产条件限制导 致金属锂扩产不易。

关注金属锂的相关公司

关注赣锋锂业和威华股份：赣锋锂业金属锂产能全球第一，截至2019年末公司拥有金 属锂产能1600吨，如果金属锂价格走出独立行情，公司有望成为最受益标的之一。威 华股份子公司致远锂业设计金属锂产能1000吨，同样值得关注。

……

（报告观点属于原作者，仅供参考。报告来源：天风证券）

如需完整报告请登录【未来智库官网】。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）