三元高镍体系能够实现2020年动力电池单体能量密度目标-丰宁新闻-玉树新闻
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市场企业-三元高镍体系能够实现2020年动力电池单体能量密度目标-玉树新闻

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公安部通缉逃犯

隔膜在動力電池中,起着隔離電子防止短路,導通離子形成迴路的作用,直接影響着電池的充電快慢和安全性。鋰離子電池用隔膜生產工藝有干法和濕法兩種,由於工藝差別較大(干法屬於物理法,濕法屬於化學法),兩種生產出來的隔膜各性能參數有所不同。干法除了工藝簡單、成本低廉、熔點更高等優勢外,無論是在厚度、拉伸強度、孔隙率、安全性等方面皆比不上濕法隔膜。

由於動力電池財政補貼能量密度門檻提升及消費者對高續航新能源汽車的青睞,三元材料電池裝機量佔比持續提升。據GGII披露,2019年上半年三元體系動力電池裝機量為20.22GWh,市佔率達67.35%,較2016年提升44.46個百分點。

4  中游封裝:方形是當前主流,軟包未來佔比或提升

3.4 隔膜:濕法是主流,塗覆是趨勢,長期創新在新型基材

濕法隔膜是當前主流,佔比逐年提升。據GGII披露,2019上半年我國隔膜總產量11.5萬噸,其中濕法、干法分別生產8.39、3.11萬噸,同比增速93.54%、-3.74%。從趨勢上看,濕法隔膜市場佔比逐年提升,從2015年38.05%增加到2019上半年72.96%。在動力電池領域,濕法隔膜在性能和安全性上有着超越干法的顯著優勢,更能夠適應當前動力電池高能量密度化發展趨勢。

成組效率不佳、成本偏高、產品一致性差等問題造成軟包電池商業化進程偏慢,但軟包電池的高能量密度、高安全性、高倍率特性使得軟包具有很大的發展潛力。在消費領域,軟包電池滲透率就超過70%。目前全球軟包電池巨頭LG化學等紛紛擴大產能,開發的軟包電池已應用於日產、通用、大眾、雷諾、現代、戴姆勒等主流車企。據EV sales統計,2018年全球新能源乘用車銷量TOP10車型,軟包電池配套佔2款;銷量TOP10車企中7家已採用軟包動力電池方案。據GGII統計,2018年國內新能源乘用車上軟包動力電池裝機達5.1GWh,佔比15.4%。隨着配套軟包電池新車型發佈,預計軟包未來市場佔比提升。

5  下游Pack:車企切入Pack領域,第三方Pack廠被邊緣化

2.1 競爭管理:從扶持做大轉向鼓勵做強,擴大對外開放、引入國際競爭

目前從產業發展情況來看,單體能量密度、循環壽命、充電倍率、使用壽命等性能指標均已達到甚至超過2020年政策目標,但Pack能量密度仍有較大距離。電池成本方面,目前三元電池均價約1.05元/Wh、磷酸鐵鋰電池均價約1元/Wh,三元電池價格仍略高於政策目標。

快充技術日益受到產業鏈重視,不同背景的上下游企業紛紛布局。整車廠特斯拉今年3月份推出其第三代超級充電樁,充電功率250kW,相比二代充電樁功率提升72.4%;電池廠CATL在今年9月法蘭克福展會上展示了其超級快充技術,15分鐘可將電池從8%充到80%,相比常規充電技術時間縮短一半;充電樁運營商國家電網,在其2018年3月招標文件中首次出現475kW充電樁招標需求。

當前負極材料應用以人造石墨為主、天然石墨為輔。據GGII統計,2019上半年我國人造石墨、天然石墨、其他負極產量分別為87500、28800、5000噸,對應佔比72.14%、23.74%、4.12%,人造石墨佔比超過7成。從趨勢上看,人造石墨市場佔比緩慢提升,從2016年到2019H1增加4.29個百分點。

添加劑是電解液企業核心競爭力。電解液由溶劑、鋰鹽、添加劑三部分組成,其中溶劑、鋰鹽成分穩定,分別是DMC和LiFP6,添加劑品種多樣,是企業核心技術競爭力。常用電解液添加劑主要有四種:SEI成膜添加劑、導電添加劑、過充保護添加劑、低溫改性添加劑,對應提升動力電池的循環、倍率、安全、低溫性能。

4)梯次利用市場空間沒打開,動力電池梯次利用主要用於儲能、低速電動車領域,這兩個領域的電池,之前長期被鉛酸電池佔領,目前還在替換期。

2)Pack能量密度:差距較大。《促進方案》提出到2020年Pack比能量達到260Wh/kg。據2019年第8批《新能源汽車推廣應用推薦車型目錄》統計,絕大部分Pack比能量在140-160Wh/kg之間,其中帝豪JHC7002BEV41純電動轎車最高,Pack比能量182.44Wh/kg。

3  上游原材料:高鎳三元正極、硅碳負極、陶瓷塗覆隔膜是未來趨勢

3)當前動力電池特性決定,汽油着火點427℃,動力電池熱失控溫度200-220℃左右。2019年6月,歐陽明高教授在「2019中國(青海)鋰產業與動力電池國際高峰論壇」上披露,其測試電池熱失控起始溫度T1約90℃、熱失控觸發溫度T2約215℃、熱失控最高溫度T3可達900℃。

據中國汽車技術研究中心預測,至2020年我國動力電池累計退役量將達20萬噸(約25GWh),至2025年累計退役量約78萬噸(約116GWh),其中可進行梯次利用的約為55萬噸,佔總退役量70%。動力電池按照電量分為三個場景:1)服役狀態,使用時間較短,實際容量衰減較輕,可達額定容量80%及以上;2)梯次利用,使用時間較長,實際容量衰減嚴重,在額定容量20-80%之間,仍具有使用價值,用於儲能和低速電動車領域;3)再生利用,實際容量低於額定容量20%,使用價值低,安全隱患大,只能破碎再生回收貴金屬。

我們認為國內動力電池回收率低,主要原因有五個:

1.2 行業競爭加劇,產能結構性過剩

2.1 競爭管理:從扶持做大轉向鼓勵做強,擴大對外開放、引入國際競爭

文 恆大研究院 任澤平 連一席 郭雙桃

3.2 負極材料:人造石墨是主流,硅碳負極是趨勢

3.3 電解液:核心技術在添加劑

1)單體能量密度:部分達成。《促進汽車動力電池產業發展行動方案》(下稱《促進方案》)提出2020年動力電池單體比能量大於300Wh/kg。2018年底我國量產動力電池單體比能量達265Wh/kg。天津力神2019年研發的NCA三元高比能量動力鋰電池能量密度達303Wh/kg。

3.4 隔膜:濕法是主流,塗覆是趨勢,長期創新在新型基材

目錄1  動力電池行業高速增長,中國電池企業崛起

隨着新能源汽車市場由導入期邁向成長期,以及過度追求高比能量導致的電池安全性等問題,未來政策對技術性能的引導作用或將進一步減弱,車企將更多依據消費者的實際需求來選擇技術路線。在日前披露的《新能源汽車產業發展規劃(2021-2035)》(徵求意見稿)中,政策已經不再對動力電池的性能指標做具體的設計引導,而是強調企業在技術路線選擇、產品產能布局等方面的主體地位。

4)充電倍率:龍頭達標。《促進方案》指出,到2020年動力電池系統可具備3C充電能力。據CATL官網披露,其開發的43Ah三元動力電池最大充電倍率可達4C。

商用鋰離子動力電池正極材料主要有錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元體系,其中三元體系又可細分為鎳鈷錳NCM和鎳鈷鋁NCA。三元材料在能量密度方面有明顯優勢,已成為應用主流。

6.2 提高電池安全性:加強監管與事前預警

4)過度追求大容量,快充。高鎳降低材料的熱穩定性,快充增加單位時間產熱量,皆會提高電池的熱失控風險。

3  上游原材料:高鎳三元正極、硅碳負極、陶瓷塗覆隔膜是未來趨勢

6  挑戰與展望2019年8月中國汽車流通協會發佈《2019新能源汽車消費市場研究報告》顯示,車輛續航、電池安全、電池回收是消費者放棄購買新能源汽車三大主要因素,合計佔比87%。未來這些消費者關心的行業痛點能夠被解決嗎?

6  挑戰與展望6.1 解決里程焦慮:全固態、三元富鋰電池值得關注

4  中游封裝:方形是當前主流,軟包未來佔比或提升

2  政策端:鼓勵企業做強,市場主導,擴大開放

方形動力電池是當前市場主力,佔比超過八成。據真鋰研究統計,2019年上半年國內動力電池裝機量29.80GWh,其中方形、軟包、圓柱動力電池裝機量分別為24.56、2.60、2.65GWh,對應佔比82.4%、8.7%、8.9%。從趨勢上看,方形佔比持續提升,從2016年67.60%提升到2019H1的82.4%。因沃特瑪「爆雷」,圓柱佔比在2017年之後急劇縮小。

5  下游Pack:車企切入Pack領域,第三方Pack廠被邊緣化

正文1  動力電池行業高速增長,中國電池企業崛起

行業仍有很大發展空間。按照2025年新能源汽車產量590萬輛測算,動力電池需求量將達到330.6GWh,相比2018年57.07GWh,對應年複合增速為28.52%。

2)回收體系混亂,責任和能力脫節。國家規定新能源車企承擔動力電池回收主體責任,但是車企並沒有回收技術能力,2018年發佈的首批5家動力電池回收白名單,沒有一家車企。

5.2 企業布局無模組化、快充、低溫改性技術

單個電芯電壓低、容量小,遠不能滿足電動汽車高壓驅動、長續航要求,故在電動汽車上應用的不是單個電芯,而是由大量電芯組成模組,再由若干模組組成的動力電池Pack。

整車廠紛紛切入Pack領域。一方面,由於Pack的定製化屬性,在市場競爭加劇的情況下,整車廠切入Pack領域,可有效提升電池安全性和整車競爭力;另一方面,在補貼退坡背景下,車廠降成本意願強烈,切入Pack領域,可有效降低成本。因此上汽、北汽等整車廠紛紛布局Pack業務,例如上汽在2010、2017年分別與萬向123、CATL合資共建Pack公司,皆持股51%。

5.2.3 低溫改性技術改善汽車冬季續航

1)監管缺乏,部分事故可提前避免。《新能源汽車國家監管平台大數據安全監管成果報告》顯示,發現的79起新能源汽車安全事故中,接入國家監管平台的事故車輛有47輛,28起事故在發生前10天內,已經被監管平台預警提醒。

在競爭加劇、補貼退坡、規模效應等因素共同作用下,電池價格快速下降,部分已接近1元/Wh。目前國內動力電池系統按照材料體系劃分主要有磷酸鐵鋰(LFP,正極材料)、三元鎳鈷錳(NCM,正極材料)、鈦酸鋰(LTO,負極材料)、錳酸鋰(LMO,正極材料)四種。據統計,2014年第一季度LFP、NCM、LTO、LMO動力電池Pack售價分別為2.80、2.90、4.00、2.10元/Wh,截止到2019年第二季度售價分別下降到1.05、1.10、1.80、1.00元/Wh,對應下降幅度62.5%、62.0%、55.0%、52.4%。

目前動力電池回收率不到1/4。龐大的數量讓退役動力電池的回收成為不可忽視的問題,如不能妥善處理,不僅會帶來巨大的環境污染、安全隱患,還會導致鎳、鈷、鋰等貴金屬資源的大量浪費。對此,政府非常重視,僅2018年工信部就發佈了4項動力電池回收相關政策,例如發佈首批「動力電池回收白名單」。但是我國鋰離子動力電池回收佔比仍然較低。據GGII統計,2018年我國實現廢舊動力電池回收1.35萬噸,實際回收比只有22.9%。

各企業布局低溫改性技術,改善電動車冬季續航。電解液廠國泰華榮針對性開發低溫電解液,公司搭載該款電解液電池產品,-40°C、0.2C放電容量大於90%,0.5C放電容量大於80%。電池廠國軒高科,針對高寒低區開發的低溫動力電池,-40℃放電容量可達到常溫90%。整車廠蔚來、比亞迪等在其最新車型均搭載智能溫控系統,在低溫下啟動PTC加熱電池組。

6.2 提高電池安全性:加強監管與事前預警

3)溫度特性:龍頭達標。《促進方案》指出,到2020年Pack使用環境需達到-30℃到55℃。據CATL官網披露,其電芯在-30℃到60℃下,各項性能穩定。

3.1 正極材料:三元是主流,高鎳化是趨勢,NCA與國外仍有差距

6.3 提高電池回收率:建立電池回收體系,重點在獎勵處罰機制

5)回收利潤低,回收意願不強烈。退役動力電池型號多,無法流水線作業;量很不穩定,無法保證設備開工率;且早期多為LFP電池,回收價值低;再加上環保、Li等貴金屬降價壓力,回收企業利潤率很低。回收龍頭格林美(002340,股吧)2018年報披露,公司2018年電池材料毛利率只有22.01%。

目前三元高鎳體系能夠實現2020年動力電池單體能量密度目標,但2025、2030年目標有待新技術突破,全固態、三元富鋰值得關注。理論上能夠實現更高容量目標的技術有五種:全固態電池、三元富鋰正極、鋰空氣電池、鋰硫電池、氫燃料電池,其中前兩者具有一定的產業化基礎,后三者還有很長一段路要走。全固態電池有兩大優勢:1)安全性更高,使用的是全固態電解質,不易燃、不易發生副反應;2)能量密度更高,負極可採用金屬鋰,容量更高和電壓更高。三元富鋰正極也有兩大優勢:1)電池容量更高,理論容量較NCM811高20-35%;2)電壓平台更高,綜合放電平台在4.0-4.2V之間,比當前三元3.6V更高。

鋰離子電池主要由四大原材料組成,分別是:正極、負極、隔膜、電解液。如圖所示,充電時Li+從正極脫出,進入電解液中,嵌入負極,其中隔膜起着導通離子,阻隔電子的作用;反之放電時Li+從負極脫出,經電解液嵌入正極。

2  政策端:鼓勵企業做強,市場主導,擴大開放

對此,我們建議:1)政府側:利用大數據平台等建立預警機制,並利用目錄管理加強對產品的質量監管;2)企業側:將安全性放在首位,加強技術研發與一致性檢測;3)媒體側:客觀報道,正確引導消費者對於新能源汽車的認識;4)用戶側:車主應提高安全意識,減少電池過充過放、重視充電異常、預警提醒,及時上報。6.3 提高電池回收率:建立電池回收體系,重點在獎勵處罰機制

3.2 負極材料:人造石墨是主流,硅碳負極是趨勢

5.1 車企切入Pack領域成最大勢力

5)媒體對新事物更為關注,加深了消費者對電動汽車更容易發生安全事故的誤解。以特斯拉為例,據美國消防協會披露,2003-2007年全美年平均28.7萬起汽車火災,按照2003年美國汽車保有量2.37億台計算,燃油車着火概率1.2‰;特斯拉上市至今起火事故大約50起,到2018年底累計銷量50萬左右,起火概率0.1‰。美國NFPA和NHTSA多次表態,燃油汽車發生自燃概率是電動汽車的五倍。

整車背景的Pack廠佔整體市場的比例超過50%。動力電池Pack企業按照背景可分為整車廠、電芯廠、第三方Pack廠三種。據GGII統計,2019上半年共有130家PACK企業,TOP20企業合計裝機25.48GWh,佔比84.9%。TOP20廠商中整車廠佔11家,分別是比亞迪、捷新動力(310328)、長安汽車(000625,股吧)、長城汽車(601633,股吧)、上汽大眾、江淮華霆、威睿電動、華晨寶馬、蜂巢能源、新中源豐田、威馬汽車,約佔TOP20市場份額54.4%,佔整體市場45.9%;電芯廠7家,分別是寧德時代、國軒高科、鵬輝能源(300438,股吧)、多氟多新能源、卡耐新能源、比克電池、捷威動力,約佔TOP20市場份額33.9%,佔整體市場29.0%;第三方PACK廠僅有普萊德、欣旺達(300207,股吧)兩家,約佔TOP20企業市場份額11.7%,佔整體市場10.0%。

導讀動力電池是新能源電動汽車的「心臟」,占整車成本的30%-40%,直接影響着電動汽車的續航和安全性。在新能源汽車產業的帶動下,動力電池過去十年迎來爆髮式增長,2009至2018年國內裝機量從0.03GWh增至57GWh,增長超千倍。當前中國動力(600482,股吧)電池產業政策、技術、市場有何發展趨勢?面對里程焦慮、電池安全等挑戰,行業能否破解諸多消費者痛點?未來前景如何?

未來LG化學、三星SDI等實力外資企業將重新進入中國市場,國內動力電池行業將迎來更加激烈的競爭,下游整車企業將有更多產品選擇空間。

1)第一階段為扶持企業做大。2015年5月工信部發佈《汽車動力蓄電池行業規範條件》要求,動力電池單體企業年產能不得低於2億Wh;2015年9月發佈的《鋰離子電池行業規範條件》,進一步細分到正極、負極、隔膜、電解液等四大原材料產能。此外,明確列入公告名單的企業將作為相關政策支持的基礎性依據。2015年11月至2016年6月之間先後發佈4批符合條件的企業目錄(俗稱動力電池白名單),共計57家廠商,主要是CATL、天津力神、國軒高科等國內企業。

從鋰離子動力電池的發展歷史來看,能量密度更高、更安全、成本更低始終是發展鋰電池的核心目標,這也對鋰電池四大原材料正極、負極、隔膜、電解液的工藝和材料技術提出了更高的要求。本章主要對四大原材料當前的發展現狀和技術趨勢進行分析。

3)回收技術不達標,技術和渠道脫節。當前大量的廢舊電池進入小作坊,小作坊由於沒有環保監管,半手工拆卸,固定開支低,利潤更高,所以其廢舊電池報價更高,拿貨更多;而擁有動力電池梯次利用、再生利用技術的大企業,渠道拿貨並沒有優勢。

5)循環壽命:龍頭電芯壽命超預期。《<中國製造2025>重點領域技術路線圖(2017版)》指出,到2020、2025、2030年Pack使用壽命達到10、12、15年。據CATL官網披露,其開發的長壽命電池單體可充電15000次,使用壽命長達15年(Pack壽命比電芯壽命短,部分企業在80%左右)。

本更高的LiOH、純氧氣氛、專門的除濕設備、水洗工藝除掉表面殘鹼等。

低溫不僅降低材料的反應活性,而且會造成電解液凝固、離子遷移率降低、極化電壓增大等。應用到動力電池,低溫就會造成:1)放電容量降低(部分Li+來不及反應);2)倍率性能下降(電解液接近凝固,離子遷移率下降);3)放電平台降低(電池阻抗增加,極化電壓增大)。根據部分代表車型冬季續航測試結果可以發現,在0℃左右的情況下,電動車續航會下降20-30%左右。

全球市場中本土動力電池廠商市場份額佔比過半。據SNEResearch披露,2019年1-5月全球動力電池裝機量TOP10企業分別為:CATL、松下、比亞迪(002594,股吧)、LG化學、AESC、國軒高科(002074,股吧)、三星SDI、PEVE、SKI、力神;前十名本土廠商佔有五席,合計佔據48.6%的市場份額,前五名本土廠商佔有三席,CATL以25.4%市佔率位列全球第一。

5.2 企業布局無模組化、快充、低溫改性技術

1.1 十年增長超過一千倍,未來仍有很大空間

本文首發於微信公眾號:澤平宏觀。文章內容屬作者個人觀點,不代表和訊網立場。投資者據此操作,風險請自擔。

高鎳三元材料(NCM811、NCA)具有高容量、低成本優勢,各大動力電池企業均大力布局,目前仍處於產業化初期。國內動力電池巨頭CATL、比亞迪、力神、億緯鋰能等均選擇NCM811技術路線;國外巨頭除松下外,三星SDI、SKI、LG化學均同時布局NCM811和NCA技術路線,國內NCA技術與國外仍有差距。目前高鎳正極尚有安全性、生產工藝兩方面需要改進。1)安全性方面,鎳含量提升將導致電池熱穩定性急劇下降。由於Ni化學活性強,三元材料熱穩定性隨着鎳含量提升急劇降低。NCM811熱穩定溫度在230℃左右,遠低於NCM333的310℃。2)生產工藝方面,高鎳正極工藝複雜、對產品一致性要求更高。鎳離子由於活性高、陽離子混排、鹼性大等原因,在實際生產過程複雜,相比常規三元材料,三元高鎳材料需要成

1.2 行業競爭加劇,產能結構性過剩

國內市場中本土廠商佔據絕大多數市場份額。由於財政補貼、動力電池白名單等限制,外資在國內裝機量很低。據GGII統計,2019年上半年國內動力電池裝機量TOP10企業分別為CATL、比亞迪、國軒高科、力神、億緯鋰能(300014,股吧)、中航鋰電、比克、多氟多(002407,股吧)和卡耐,皆為本土廠商,合計佔據87.9%的市場份額。

摘要受益新能源汽車產銷規模擴大及單車帶電量提升,動力電池市場保持高速增長,未來仍有較大發展空間。2019年1-5月國內市場動力電池裝機量23.4GWh,同比增長83.9%。按照2025年新能源汽車產量590萬輛測算,動力電池需求量將達到330.6GWh,約為2018年裝機量的6倍。行業競爭激烈,本土電池巨頭崛起。下游新能源汽車由導入期邁入成長期、補貼退坡、技術性能要求提升等因素加劇了電池行業優勝劣汰,市場集中度提升。2018年我國動力電池總產能達260GWh、銷售不到60GWh,產能結構性過剩嚴重,過去5年內動力電池企業數量減少2/3。2019年上半年國內市場前十名廠商均為本土廠商,合計佔據87.9%市場份額,全球市場中寧德時代(300750,股吧)以25.4%市佔率超過日本松下位列第一。從政策端看,過去國家針對動力電池產業出台近30項重大政策,主要集中在競爭管理、技術引導等方面。1)競爭管理:從扶持做大轉向鼓勵做強,擴大對外開放、引入國際競爭。2019年工信部取消動力電池白名單,未來LG化學、三星SDI等實力外資企業將重新進入中國市場。2)技術引導:目前從產業發展情況來看,電池單體能量密度、循環壽命、充電倍率、使用壽命等性能指標均已達到甚至超過2020年政策目標,但Pack能量密度距離政策目標還有較大差距。電池成本方面,目前三元電池均價約1.05元/Wh,仍略高於1元/Wh的政策目標。在日前披露的《新能源汽車產業發展規劃(2021-2035)》(徵求意見稿)中,政策已經不再對動力電池的性能指標做具體的設計引導,而是強調企業在技術路線選擇、產品產能布局等方面的主體地位,未來車企將更多依據消費者的實際需求來選擇技術路線。從產業鏈看,能量密度更高、更安全、充電更快、成本更低始終是產業發展的核心目標。動力電池上游有正極、負極、電解液、隔膜四大原材料,中游有圓柱、方形、軟包三大封裝技術,下游Pack企業有整車廠、電池廠、第三方Pack三大勢力。1)上游原材料:高鎳正極、硅碳負極、陶瓷隔膜是行業未來趨勢,電解液核心技術在添加劑。其中三元高鎳正極安全性、工藝成熟度有待提升,NCA技術與國外仍有差異。2)中游封裝:方形、軟包、圓柱在不同車型上佔比差異較大,其中方形電池是當前主流,軟包電池能量密度、安全性優勢明顯,預計未來佔比提升。3)下游Pack:車企切入Pack領域,成Pack市場最大勢力,第三方Pack廠商被邊緣化。目前pack企業積極布局無模組化、快充、低溫改性等技術以提升能量密度和充電性能。中國汽車流通協會針對新能源汽車消費者的調查顯示,車輛續航問題、電池安全問題、電池回收問題是目前消費者放棄購買新能源汽車三大主要因素,合計佔比87%,均與電池有關。動力電池行業面臨的諸多痛點能否得到解決直接關係到新能源汽車行業的平穩健康發展。1)里程焦慮問題:在整車空間和質量約束條件下,提高電池能量密度是增加電動車續航最好的辦法,高容量電池技術是關鍵。三元高鎳體系能夠滿足2020年動力電池單體300Wh/kg目標,但無法實現2025、2030要求,全固態、三元富鋰電池值得關注。2)電池安全問題:新能源汽車安全問題既有技術因素,也有監管因素,更多的是由部分企業急功近利、安全意識淡薄所致。事實上,目前多數新能源汽車安全事故本可提前避免。《新能源汽車國家監管平台大數據安全監管成果報告》顯示,發現的79起新能源汽車安全事故中,接入國家監管平台的事故車輛有47輛,28起事故在發生前10天內曾被監管平台預警提醒。未來可利用大數據平台等建立預警機制,並通過目錄管理加強對產品的質量監管。3)電池回收問題:應加快統一動力電池的型號標準,同時建立更完善的回收體系。據統計2018年我國實現廢舊動力電池回收1.35萬噸,實際回收比只有22.9%。政策約束力差、回收體系混亂、梯次市場空間剛起步、利潤率低是造成動力電池回收率低的主要原因。

為此,政府先後出台多項文件對動力電池能量密度提出規劃。2017年2月,工信部聯合其他部委發佈《促進汽車動力電池產業發展行動方案》指出,到2020、2025年,動力電池單體比能量分別達到300、500Wh/kg;2018年1月,國家製造強國建設戰略諮詢委員會發佈《<中國製造2025>重點領域技術路線圖(2017版)》指示,到2020、2025、2030年單體能量密度分別達到350、400、500Wh/kg。2019年1月工信部苗圩部長在「中國電動汽車百人會論壇(2019)」上披露,截止到2018年底我國量產的動力電池單體能量密度已達到265Wh/kg,基本達成2020目標。

6.1 解決里程焦慮:全固態、三元富鋰電池值得關注

鋰離子電池按照封裝形態可分為圓柱、扣式、方形、軟包四種,其中扣式基本只在實驗室測試使用。

方形、軟包、圓柱在不同車型上佔比差異較大。據GGII統計2018年三種形態動力電池在乘用車、客車、專用車的裝機量佔比,其中方形分別為54.4%、36.4%、9.2%,圓柱為70.5%、7.3%、22.2%,軟包為66.9%、18.8%、14.3%。對比發現:1)方形動力電池在專用車上的佔比較低,主要是由於方形電池龍頭CATL的客戶基本都是乘用車和客車企業;2)圓柱動力電池在客車上佔比較低,一方面是由於客車電池組能量200-300KWh(乘用車40-60KWh),而圓柱電芯單體能量較小,如果使用圓柱電池,需要的電池單體數量太大、難以管理,另一方面是由於國內圓柱動力電池主要採用三元材料,價格昂貴,用於客車上不經濟。

風險提示:新能源汽車銷量不達預期、政策支持不達預期、產業鏈成本降幅不達預期、數據統計口徑不同等。

5.2.2 快充技術解決充電痛點

整體產能過剩,結構性問題突出。由於行業規模效應、政策扶持、資本湧入等因素,我國動力電池產能擴張迅猛,當前產能嚴重過剩,且高端產能不足、低端產能利用率極低。據國家863電動車重大專項動力電池測試中心主任王子冬披露,2018年我國動力電池總產能達260GWh,銷售僅50GWh。據GGII統計,2019Q2我國動力電池企業整體產能利用率只有32.4%,2018年龍頭CATL產能利用率高達86%,而排名第3的捷威動力產能利用率只有49%不到一半,第10名星恆動力只有25%。

在新能源汽車產業帶動下,動力電池電解液行業保持高速增長。電解液號稱鋰離子電池的「血液」,導通電池正負極,對鋰離子電池的工作溫度、循環效率、安全性能、倍率性能等影響重大。據GGII披露,國內動力電池電解液產量從2015年3.26萬噸,增長到2018年8.59萬噸,年複合增長率38.12%。2019上半年國內動力電池電解液產量4.95萬噸,同比增長42.67%;前9名市場份額穩定,由高到低分別是廣州天賜、深圳新宙邦(300037,股吧)、江蘇國泰(002091,股吧)華榮、東莞杉杉、珠海賽緯、汕頭金光、香河崑崙、天津金牛、山東海容;前三名合計佔比57%,超過一半。

1.3 本土動力電池廠商崛起

濕法隔膜相較干法隔膜雖存在諸多優勢,但其也存在熔斷溫度低、耐熱性差,高溫收縮率高等缺點。為改善濕法隔膜性能,目前主流工藝是在基膜表面塗覆一層陶瓷材料,利用陶瓷的剛性支撐提升隔膜的熱穩定性、改善機械強度提高其耐刺穿能力,塗覆工藝日益受到重視。

無模組技術可大幅提升集成效率,提升Pack能量密度。模組組裝帶來了部分問題:1)增加中間環節,降低了生產效率;2)增加成組件,降低了能量密度、提高了零部件成本。按照工信部2017年發佈的《促進汽車動力電池產業發展行動方案》要求到2020年,動力電池單體比能量達到300Wh/kg,Pack達到260Wh/kg。這要求從電芯到Pack的集成效率做到85%以上,而當前乘用車電池包的集成效率普遍在60%左右,集成效率需要大幅度提升才能滿足要求。2019年9月,北汽新能源與CATL聯合生產的無模組CTP電池包發佈,CTP電池包較傳統電池包體積利用率提高15%-20%、零部件數量減少40%、生產效率提升50%,在核心指標能量密度上,傳統電池包平均為140-150Wh/kg,而CTP電池包可達到200Wh/kg以上,提升效果顯著。

我們認為新能源汽車安全性問題突出,主要原因有五個:

2)第二階段為鼓勵企業做強。2018年12月發改委發佈《汽車產業投資管理規定》要求,只有上兩個年度車用動力電池產能利用率均不低於80%的動力電池企業才能擴產。2019年1月工信部發佈《鋰離子電池行業規範條件(2018年本)(徵求意見稿)》,取消對企業產能要求,鼓勵企業製造數字化、智能化。此外,2019年工信部發佈《廢止《汽車動力蓄電池行業規範條件》公告,動力電池白名單自2019年6月21日取消。

5.1 車企切入Pack領域成最大勢力

三種形狀電池各有優劣,其中軟包電池在能量密度、安全性、倍率性能方面優勢突出,但是生產效率低,產品一致性差,價格昂貴;方形電池成組效率高,綜合性能好,工藝成熟,但是安全性差、標準化程度低,能量密度偏低等問題突出;圓柱電池雖然工藝成熟,一致性高,但是電池內阻大、倍率、循環性能差,單個電芯容量小成組效率低。

《2019新能源汽車消費市場研究報告》顯示,電動車續航問題是消費者放棄購買純電動車主因,佔比高達46%。在整車空間和質量約束條件下,提高電池能量密度是增加電動車續航最好的辦法。

從市場集中度來看,方形最高、圓柱次之、軟包最低。據GGII統計2018年國內各形態動力電池市場集中度,方形動力電池最高,基本被CATL和比亞迪兩家壟斷,合計佔比82.0%;圓柱動力電池次之,比克、力神領先優勢明顯,合計佔比46.5%;軟包動力電池市場集中度最低,孚能科技、卡耐等市場份額相對較高,總體各企業間市佔率差別較小。

《2019新能源汽車消費市場研究報告》顯示,電池安全問題是消費者放棄購買純電動車第二大因素,佔比高達26%。2019年8月,新能源汽車國家大數據聯盟發佈《新能源汽車國家監管平台大數據安全監管成果報告》披露,自2019年5月起到報告發佈前,新能源汽車國家監管平台共發現79起安全事故,涉及車輛96輛。從車輛狀態看,在已查明狀態的車輛中,41%處在行駛狀態、40%處在靜置狀態、19%處在充電狀態;從電池材料看,86%使用三元(與三元材料市場佔比高有關)、7%使用磷酸鐵鋰、7%電池類型不確定;從原因來看,在已查明起火原因的車輛中,58%車輛起火源於電池問題,19%車輛起火源於碰撞問題,剩餘部分車輛起火源於浸水、零部件故障、使用問題等原因。

3.3 電解液:核心技術在添加劑

5.2.1 無模組技術顯著提升能量密度、降低電池成本

1.1 十年增長超過一千倍,未來仍有很大發展空間

相比燃油車3分鐘加油、5分鐘出站,電動汽車一般30分鐘左右才能充到80%,算上排隊等候時間則需要更久。充電體驗差極大地限制了電動汽車推廣進程。2019年8月,中國汽車流通協會發佈的《2019新能源汽車消費市場研究報告》調查顯示:1)新能源汽車在考慮充電時,快充關注度最高,達到了27.7%;2)新能源車用戶對充電體驗滿意度最低,只有7.3分,說明充電體驗已成為他們的核心痛點。

下游新能源汽車由導入期邁入成長期、補貼退坡、技術性能要求提升等因素加劇了電池行業優勝劣汰,市場集中度提升。據中汽中心統計,按照集團口徑,2018年我國新能源汽車動力電池配套企業數量只有93家,相比2015年240家減少近2/3。據合格證數據統計,國內動力電池市場CR3、CR5、CR10份額自2015年起持續提升,2019年7月市場CR3、CR5、CR10分別佔比84%、89%、94%,相比2015年1月36%、48%、71%分別提升48、41、23個百分點。

模組組裝作為承上啟下的中間環節,主要作用有四個:1)提升組裝效率。將電芯設計成固定的幾種標準化尺寸,組裝效率高,更利於Pack的結構設計;2)抑制體積膨脹。模組結構件提前施加預緊力,有效控制電芯充放電過程中由於Li+插層和產氣副反應引起的體積膨脹對周圍事物造成的擠壓效應;3)增加安全性。模組上裝有傳感器,實施監控電芯狀態;4)降低維修成本。模組上裝有傳感器,可快速定位故障位置,只用替換部分模組,不用更換整個電池包。

2)技術不夠成熟,且參差不齊。2019年6月,某造車新勢力宣布召回搭載在2018年4月至10月期間生產動力電池包的電動汽車,規模達數千輛,主要原因是搭載的電池模組內部電壓採樣線束走向不當。

鋰離子電池負極材料主要有人造石墨、天然石墨、中間相碳微球(MCMB)、硅碳負極四種。其中MCMB由於克容量較低、生產過程需要消耗大量有機溶劑,且成品率很低,導致成本偏高,應用有限。硅碳負極比容量最高,但是循環、倍率性能差,尚待改進;天然石墨容量密度比人造石墨高,但是循環、倍率性能較差;綜合比較,人造石墨性能最優。

3.1 正極材料:三元是主流,高鎳化是趨勢,NCA與國外仍有差距

為引導我國動力電池產業健康持續發展,國家先後針對性出台近30項重大政策,主要集中在行業競爭管理、技術規劃引導兩方面。

1)政策約束力度不夠,無激勵、處罰措施。電池回收問題在鉛酸電池時就存在,由於政策處罰力度不夠,實際回收率也不高。但鋰離子動力電池回收必要性要大得多,主要是因為:1)鋰離子電池污染更嚴重,鉛酸電池主要是硫酸和鉛,而鋰離子動力電池中的HF酸、有機氣體污染更嚴重;2)鋰離子電池回收價值更高,中國少鎳缺鈷,鋰、鎳、鈷等金屬價格昂貴,回收價值更大;3)鋰離子電池安全隱患更大,鋰離子動力電池容量更高有爆炸安全隱患,而鉛酸電池沒有。

政府競爭管理政策導向主要分為兩個階段:

除採用塗覆技術外,由於干法、濕法隔膜分別採用PP、PE材料做基膜,材料耐溫性能受限,適宜工作溫度在150℃以下;採用PET(熔點225℃)和PI(熔點>500℃)材料做基膜,耐溫性更佳的無紡布基膜值得重視。

對此我們建議:1)政府側:出台獎懲機制、加強行業監管;2)電芯廠:統一動力電池型號標準,完成電芯溯源標記;3)整車廠:採取充換電模式並舉,鼓勵以舊換新,完善回收體系;4)回收廠:加大回收技術投入,深化上下游產業鏈合作,提升回收效益。

受益新能源汽車產銷規模擴大及單車帶電量提升,動力電池市場保持高速增長。據中機中心合格證數據統計,2009-2018年期間,我國動力電池裝機量從0.028GWh增加到57.04GWh,十年增長超千倍,年複合增速達233.17%。據SNE Research和中機中心統計,2019年1-5月全球市場動力電池裝機量為41.76GWh,同比增長78.00%;國內市場動力電池裝機量為23.37GWh,同比增長83.94%。

1.3 本土動力電池廠商崛起

2.2 技術引導:部分技術指標已實現政策目標,未來或更多依賴市場選擇

2.2 技術引導:部分技術指標已實現政策目標,未來或更多依賴市場選擇

碳負極有望成為下一代負極材料。商用化石墨負極實際容量已接近理論值372mAh/g,提升空間有限,急需尋找新的替代材料。Si單質由於充電過程中體積膨脹大(接近300%,石墨10%),首次充電效率低、材料加工成本高、導電率差等缺點,無法單獨作為負極,但是其超高的理論容量(4200mAh/g)可成為理想的添加劑,碳負極中加入少量Si(5-10%)可顯著提升容量,硅碳負極有望成為下一代負極材料,各企業紛紛布局。國外松下硅碳負極技術領先,在2013年即實現量產(NCR18650),特斯拉Model 3用動力電池即採用硅碳負極。

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