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新能源汽车行业深度研究:产业深化发展创新驱动进步

发布时间:2022-09-24 03:56:23 来源:乐鱼app官方手机版最新下载 作者:leyu乐鱼体育全站app登录

内容简介:  产销量 2021 年持续高景气,预计 2022 年维持高增速。新能源汽车行业自 2020 年因 疫情影响增长减缓后,2021 年高景气度延续,全年实现销量 350.7 万辆,同比+165%, 2022 年 Q1 新能源汽车继续实现高速增长,同比增长 143%。虽然 4 月以来,汽车供应链 持续受到疫情扰动,但新能源汽车渗透率持续提升逻辑不减,我们认为各地疫情受控、各 行各业复产复工、居民消费意愿回升后,2022 年 Q3~Q4 新能源汽车消费将持续高增长, 预计 2022 年全年销量有望达到 550 万辆,同比增长+57%。  工...

  产销量 2021 年持续高景气,预计 2022 年维持高增速。新能源汽车行业自 2020 年因 疫情影响增长减缓后,2021 年高景气度延续,全年实现销量 350.7 万辆,同比+165%, 2022 年 Q1 新能源汽车继续实现高速增长,同比增长 143%。虽然 4 月以来,汽车供应链 持续受到疫情扰动,但新能源汽车渗透率持续提升逻辑不减,我们认为各地疫情受控、各 行各业复产复工、居民消费意愿回升后,2022 年 Q3~Q4 新能源汽车消费将持续高增长, 预计 2022 年全年销量有望达到 550 万辆,同比增长+57%。

  工信部组织新一轮新能源汽车下乡,多地出台政策促进新能源汽车消费。5 月 27 日, 工业和信息化部召开提振工业经济电视电话会议。会议指出,组织新一轮新能源汽车下乡 活动,推出一批信息消费示范城市和示范项目,促进汽车、家电等大宗商品消费。包括上 海、广东、湖北、山东等在内的地区亦出台政策,促进新能源汽车消费。

  行业进入“1-N”的高速成长新阶段。新能源汽车行业过去十年经历了从无到有、高速 发展的过程,这大概可以分为三个阶段:1)阶段 I,导入早期,行业的渗透率极低,主要 依靠补贴驱动电动公交市场;2)阶段 II,导入晚期,行业渗透率超过了 1%,依然是补贴 驱动,A00 乘用车由于补贴更具“性价比”,因此其产销量占比很高;3)阶段 III,成长早 期,行业逐步从补贴驱动向市场驱动转换,进入从“1-N”的高速成长新阶段。

  补贴退坡有所影响,关注优质车型拉动需求。2022 年受到补贴退坡的影响,电动化 进程有所放缓,但另一方面欧洲新能源汽车行业已经进入了稳定发展的阶段,电动化率相 对稳定;同时,各家车企电动化战略激进,从未来几年计划推出的新车型数量以及销量目 标两个维度看,预计将从供给端有效刺激行业发展,不必对欧洲新能源汽车销量过于悲观。

  考虑到 2022 年欧洲市场电动化趋势持续提升,我们预计欧洲市场 2022-2023 年电动 车销量分别为 257/329 万辆,同比+18%/+28%,景气延续。

  2017 年-2021 年,美国新能源汽车销量分别为 20/35/32/32/65 万辆,2019-2020 年 销量较 2018 年持续下滑,同比-9%/0。随着后疫情时代到来及拜登政府上台,我们预计美 国市场 2022 年新能源汽车销量有望达到 110 万辆,同比+69%,实现高增长。

  拜登政府上台,政策环境趋好。拜登政府提出在 2030 年全国建立 50 万座电动车充电 桩,政府采购 300 万台新能源车,力争使美国在 2030 年实现 50%零排放汽车渗透率,2050 年之前实现 100%清洁能源经济和零净碳排放等目标。 根据美国 2021 年 10 月 28 日公布的《重建更好法案》,单车带电量不低于 40kWh 可 获得 7,500 美元税收抵免(2027 年提升至 50kWh)、由美国工会劳工组装可获得 4,500 美 元抵免、汽车零部件 50%美国本土化且使用美国生产的电芯可获得 500 美元抵免,单车 合计可获得 12,500 美元抵免,较此前规定的单车最高 7,500 美元大幅提升。此外,法案 取消了单一车企新能源汽车享受补贴最高 20 万辆的限制,提出新能源汽车销量占年度总 销量的 50%后,补贴才会逐步退坡,支撑了 2021 年 8 月份拜登政府提出 2030 年实现全 美新能源汽车销量 50%的目标。

  行业市场驱动、稳定成长趋势已经明确,创新是未来发展方向。新能源汽车行业具有 一定的科技属性,从技术成长曲线(Gartner 模型)看,产业经历了快速起步期、过热膨 胀期,近几年受补贴退坡影响,经历了行业出清阶段。2021 年是行业从出清期步入成长 早期的拐点,随着智能化推进,电动车产品力持续提升,消费者开始享受到好产品带来的 技术红利,产业已进入市场驱动、稳定成长阶段。我们认为,此前行业受到政策周期、车 型周期、技术周期、原料产能周期的叠加影响,往后看,创新是新能源汽车行业乃至储能 电池未来的发展方向。

  创新领域我们主要分为:1)材料体系创新;2)结构体系创新;3)模式与应用创新。

  材料体系方面,材料体系创新是电池发展的内在驱动力,行业材料体系创新从行业发 展之初就一直进行。展望未来,短期来看,三元和铁锂各有其应用场景,二者并行发展。 中长期来看,材料体系创新方兴未艾,铁锂可进一步升级为磷酸锰铁锂,在提升电池能量 密度的同时降低电池成本,有望在乘用车领域打开新的成长空间;三元逐渐向中镍高电压、 8 系及 9 系等超高镍方向发展,大幅提升电池能量密度,有望在高端电动车领域得到大规 模应用;此外硅碳负极、碳纳米管、隔膜设备以及 LiFSI 电解液等均有明确新技术升级。

  结构创新方面,动力电池领域结构创新能帮助大幅提升电池(包)的能量密度,同时 也可以大幅降低电池生产难度并降低生产成本。2021 年开始,行业加速结构创新的进展, 特斯拉率先开始使用 4680 电池,并已经在美国德州奥斯汀工厂生产出搭载 4680 电池的 Model Y 车型,国内的新能源车企在 800V 快充、CTB 以及 CTP3.0 等方面也在加速布局。 我们认为,结构创新提升新能源汽车性能,加速新能源汽车渗透率提升,是电池企业、车 企布局的重点方向。

  商业模式与应用创新方面,受益于应用场景丰富叠加终端需求快速增长,我们预计 2025 年全球储能电池出货量有望达到 500GWh,2020-2025 年复合增速 78%,未来行业 发展空间大,增速快;新能源汽车换电模式凭借其补能时间短,电池损耗低,行车安全有 保障,占地面积小等多维优势能够有效解决充电模式下的电动车发展困境;我们判断 2021 年前后动力电池是退役的高峰。此外,由于 2021 年动力电池装机量激增,预计将导致 2027 年前后电池报废量快速提升,电池回收领域未来发展空间巨大。伴随我国新能源车产销规 模与渗透率持续上升,新能源车起火事故频发,电池安全问题日益突出,预计电池热失控 解决、电芯与电池系统层面防护均是重要发展方向。

  材料体系创新是电池发展的内在驱动力,行业材料体系创新从行业发展之初就一直进 行。2016 年以前,受公交车电动化渗透率的快速提升,铁锂需求快速增长;2016 年随着 国家查处骗补现象并抬高补贴门槛,新能源商用车需求增长有所放缓,铁锂需求增速快速 下降;2017 年开始,在高能量密度需求的驱动下,三元在乘用车领域逐渐替代铁锂份额; 2019 年后,宁德时代与比亚迪相继发布 CTP 与“刀片电池”结构创新技术,极大提升铁 锂电池的能量密度,补足短板,加速推动铁锂在乘用车中的应用;与此同时,三元内部技 术迭代也在加速进行,从低镍逐渐向高电压、高镍迭代。

  展望未来,短期来看,三元和铁锂各有其应用场景,二者并行发展。中长期来看,材 料体系创新方兴未艾,铁锂可进一步升级为磷酸锰铁锂,在提升电池能量密度的同时降低 电池成本,有望在乘用车领域打开新的成长空间;三元逐渐向中镍高电压、8 系及 9 系等 超高镍方向发展,大幅提升电池能量密度,有望在高端电动车领域得到大规模应用。

  磷酸铁锂正极材料具备较高性价比与安全性。相较于钴酸锂、镍钴锰酸锂(三元)等 正极材料,橄榄石型磷酸铁锂具有循环寿命高(5000 次以上)、安全性高、原料资源丰富 以及环境友好等优点,已广泛应用于新能源汽车和储能领域。此外,根据鑫椤锂电统计数 据,目前磷酸铁锂动力电池电芯价格在 0.76-0.84 元/Wh(不含税),明显低于三元电芯 0.83-0.92 元/Wh(不含税)的价格,具备较高的性价比。

  磷酸铁锂技术进步仍有空间。磷酸铁锂材料经过 20 余年发展,已经是较为成熟和稳 定的电池材料体系;未来针对磷酸铁锂性能的改进,预计将以磷酸锰铁锂等方向为主。根 据高工锂电与德方纳米公司的公告信息,磷酸锰铁锂较磷酸铁锂能量密度高 15%-20%, 电芯单体质量能量密度达到 220-230Wh/kg,体积能量密度达到 460-480Wh/L,与三元 NCM5 系高电压基本一致,是磷酸铁锂未来最重要的发展方向。

  磷酸锰铁锂此前受制于循环性较差,液相工艺有望大幅改善。磷酸锰铁锂并非全新的 正极材料技术体系,此前未得到广泛应用主要系:1)高温下 Mn 金属析出问题明显,材料 稳定性较差;2)制备成电池后,循环性约为 1000 次以内,很难应用于新能源汽车与储能 等高端市场。目前,德方纳米通过液相工艺改进,采用“涅甲界面改性技术”等创新工艺, 大幅提升磷酸锰铁锂的循环性能,我们预计目前量产中试产品循环性已经超过 3000 次, 可以应用于新能源乘用车与储能等高端领域。

  锰铁锂预计将提升 15%-20%能量密度,降低电池包 10%成本,有望在高端乘用车得 到广泛应用。磷酸锰铁锂相较磷酸铁锂有 15%-20%的能量密度提升,而电池材料成本仅 增加 5%左右。以 1GWh 电池为例,根据我们测算,目前 1GWh 磷酸铁锂电池成本约为 7 亿元左右,如果将其中磷酸铁锂更换为磷酸锰铁锂,其他材料体系不变,电池整体带电量 将达到 1.2GWh,而电池成本增加至 7.4 亿元(+5%),电池单位成本由铁锂的 0.7 元/Wh 下降至 0.62 元/Wh,电池单位成本下降 13%。因此,磷酸锰铁锂不仅可以提升电池包单 体能量密度,同时也可以大幅降低电池包单位成本,有望在全球高端乘用车上得到广泛应 用。

  不同元素配比带来三元材料不同性能,满足多样化应用需求。三元正极材料(NCM、 NCA)是以镍、钴、锰盐为原料,经过调配混料等多道工序制成三元前驱体,再与碳酸锂、 氢氧化锂等锂盐混合,经过烧结、粉碎等工序制成。按照镍、钴、锰用量比例的不同,三 元材料具体可细分为 333 型、523 型、622 型和 811 型等。在三种金属元素中,镍可以提 升电池的体积能量密度,进而提升续航里程;钴起到提升稳定性和延长电池寿命的作用, 也决定了电池的充放电速度和倍率性能;锰用于提高电池的安全性和稳定性。

  续航驱动下,高镍化将成为未来行业主流。三元正极材料中镍的占比越高,使用该材 料制造的锂电池能量密度越高,8 系 NCM 和 NCA 电池模组能量密度均超过 200mAh/g, 而 6 系及以下的三元电池模组能量密度普遍位于 155-175mAh/g 之间。在新能源汽车高续 航需求的驱动下,更多主流动力电池企业选择高镍三元正极材料技术方向。从近年来三元 正极材料出货结构来看,2018-2020 年 NCM811 出货占比分别为 10%/13%/23%,高镍化 趋势明显。

  主要三元前驱体与正极材料企业加速布局高镍产品。从主要三元前驱体和三元正极材 料企业公告的内容来看,三元材料头部企业正在加速布局高镍产品。三元前驱体企业如中 伟股份 2021年高镍系前驱体产品销售占比超过 80%,8系及 8系以上产品占比接近 50%; 三元正极材料公司如容百科技 2021 年高镍 8 系、9 系及 NCA 系列产品合计销量超过 5 万 吨,9 系超高镍产品开始批量出货,同时公司积极推进新一代高镍前驱体产线的建设,新 产线将能够兼容性生产 NCM811、Ni90 及以上超高镍、NCA 三元前驱体以及 NCMA 四元 前驱体。

  车企推出多款 811 电池车型,能量密度和续航里程提升显著。为了满足市场对长续航 的需求,车企纷纷推出配套 NCM811 电池车型,例如特斯拉部分国产 Model 3 使用 LG 化 学供应的 NCM811 电池;宝马 IX3、蔚来 ES6、小鹏 G3 和 P7 等均搭载由宁德时代配套 的高镍电池。相较于配套其他电池车型,这些配套 811 电池的车型系统能量密度大多超过 170wh/kg,续航里程大多在 500km 以上,性能提升显著。

  高镍化有望降低原料成本。以前驱体环节为例,随着三元前驱体高镍化,对应原材料 硫酸镍需求上升,硫酸钴、硫酸锰需求相对减少,以 2022 年 Q1 各种材料均价计算,理 论上 NCM811 原材料成本约 10.61 万元/吨,低于 NCM622(11.26 万元/吨)。

  负极材料种类多元,碳基材料使用率领先。锂电池负极材料主要分为碳基材料和非碳 基材料。碳基材料包括天然石墨负极、人造石墨负极、中间相碳微球 (MCMB) 、软碳 (如 焦炭) 负极、硬碳负极、碳纳米管、石墨烯、碳纤维等,非碳基材料主要分为硅基及其复 合材料、氮化物负极、锡基材料、钛酸锂、合金材料等。 硅基材料将成为高端市场首选,石墨类材料仍保持主流。目前,以人造石墨为代表的 碳基材料是锂离子电池负极的主要使用材料,石墨类负极材料占据负极材料 95%的市场份 额。从产能规划看,行业多数企业在积极布局负极及石墨化产能的同时,也持续加大硅基 负极研发力度,因此预计人造石墨在未来仍会是主流负极材料,但硅基负极也将拥有稳定 的客户群体。

  1)充放电时体积膨胀严重,导致材料产生裂纹直至粉化。硅材料在充/放电时膨胀严 重,体积变化达到 300%。这种不断收缩膨胀会造成硅基负极材料产生裂纹直至粉化,破 坏电极材料与集流体的接触性,使得活性材料从极片上脱离,引起电池容量的快速衰减。

  2)首次充电效率与电池寿命低。锂电池充电时,锂离子先由正极进入负极,放电时 又从负极回到正极,决定锂电池容量的是参与正负极循环的锂离子数量。在首次充放电时, 部分锂离子会在负极表面形成 SEI 膜,退出之后的循环。此外,部分锂离子嵌入负极后不 能再回到正极,形成不可逆嵌锂,也会导致锂离子衰减,电池放电量小于充电量。首次充 放电中充电量与放电量的比值就是首次充电效率(首次库伦效率)。首次充电效率越高, 电池寿命越长。

  3)硅的导电性较差。此外,硅的导电性能相较碳材料来说较差,在高倍率下不利于 电池容量得到有效释放,也是制约硅基负极进一步得到应用的因素之一。

  解决方法:预锂化与材料端优化是前进方向。针对硅基负极膨胀等问题,目前主要的 解决方法包括:1)负极预锂化。预锂化是指在电池工作前向电池内部补充锂离子,将有 效提升首次充电效率与电池寿命。2)改进硅基复合材料。除硅碳(纳米硅)路线、硅氧 路线外,通过加入碳纳米管、石墨烯等新型导电剂材料,也将提升硅基负极的寿命与循环 性能。3)替换新型粘结剂和电解液。电解液方面,硅基负极的主要成膜添加剂的选择是 VC、FEC;粘结剂方面,考虑到硅材料的高膨胀率,因此对粘结剂的粘附性要求更高,主 流硅基负极粘结剂包括 CMC、PAA、PI 等。

  预计 2025 年全球硅基负极出货量将至少达 10 万吨,对应 2021-2025 年 CAGR 达 53%。电池端,随着 4680 大圆柱电池量产,带动国内企业跟进布局,叠加锂电池下游持 续景气,将打开硅基负极市场空间。整车端,未来两年是整车厂品牌向上最佳时间窗口, 高端车型有望密集推出,带动快充等补能需求的提升,硅碳材料高比容量优势逐渐凸显。

  “更薄+更少”是未来趋势。碳纳米管的发展方向是更小的管径和更长的长度,以降 低使用量,如单壁和寡壁碳纳米管,一方面增加导电性,另一方面间接提升电池能量密度。 行业保持高速迭代,需要企业大量的研发投入。目前,国内碳纳米管实验室技术已发展至 第六代,天奈科技已完成对第四代、第五代产品的布局,且第四代产品即将量产。

  单壁碳纳米管性能更优。与多壁碳纳米管相比,单壁碳纳米管柔韧、长径比更高、有 效添加量仅为 0.1%、可生产任何颜色的导电材料且可生产透明导电材料,此外,可保持 或改善材料的机械性能。

  硅碳负极提升电池能量密度,搭配碳纳米管性能更优。与传统用作负极材料的石墨相 比,硅可以存储的能量要高出十倍以上,硅:石墨= 4200 mAh / g:370 mAh / g,可有效提 高电池容量和能量密度。但在电池充电和放电过程中,硅的体积会大幅膨胀(高达 300%), 进而导致出现裂缝,导致硅负极电池快速衰竭。单壁碳纳米管由于其高电导性、高柔韧性 和长径比,可以提高锂离子在材料中的运输扩散速率、抑制充放电过程中硅材料的体积变 化,有效解决以上问题。

  4680 电池有望加速硅碳负极使用,利好单壁碳纳米管。4680 电池为特斯拉推出的新 一代圆柱电池,其技术创新点在于大容量、高能量密度、低成本、无极耳设计,4680 电 池兼具高镍、硅碳负极、快充快放等特点,搭配单壁碳纳米管,将有效提升电池综合性能。

  在提升能量密度和快充性能的需求之下,硅碳负极的渗透率有望加速提升,将带动单 壁碳纳米管的使用量。假设 2025 年硅碳负极的渗透率为 20%,单壁碳纳米管在负极添加 比例为 0.12%(随着硅含量的提升而提升),则对单壁 CNT 粉体的需求量近 300 吨。

  基膜与涂覆原是两种成熟技术,动力电池能量密度提升需求催生二者结合。隔膜技术 本质是制孔技术,难点在于孔径是否均匀分布、孔径大小是否均一,已有十多年规模化生 产历史。2016 年起,随着电动车行业补贴中所要求的能量密度门槛持续提升,安全性需 求日益增加,单一湿法基膜难以满足全方面的性能要求(主要是热收缩温度、刺穿强度要 求),迫切需要多重优异性能的隔膜。而涂覆技术本质是改善材料表面性能,已有数十年 规模化生产历史。湿法基膜经涂覆后可以满足锂电池对隔膜的要求(例如基膜 vs 涂覆膜 的隔膜失效温度约为 100 vs 200℃),因此在行业需求快速爆发的背景下,从主线产出的 基膜半成品会转送至涂覆线上进行涂覆,最终制成涂覆膜后再送至下游电池厂。

  电动产业化进入深水区,在线涂覆实现隔膜环节降本增效。行业各环节头部公司依靠 过去数年行业高速发展下积累的生产经验,不断拓宽能力边界,在生产环节、上下游等进 行一体化以实现降本增效。隔膜的生产环节一体化主要体现在基膜/涂覆设备一体化,作用 在于:1)质量改善,热定型后基膜内应力释放引发变形前涂涂覆,膜面平整性高涂布效 果更加理想,一致性提升明显;省略了离线涂布再次收放卷的工序,有效降低额外过辊引 起的膜面损伤以及异物混入所引发的品质风险。2)降低成本,减少部分涂布人力成本以 及内部涂布用基膜半成品中转等成本,减少离线涂布时产生的穿膜接带损耗及裁边损耗, 提升产品有效利用率。我们预计在线%的降本空间。(报告来源:未来智库)

  双氟磺酸亚胺锂(LiFSI)作为新一代锂盐更契合锂离子电池发展规划。电池的未来 发展方向依然是更高的能量密度以及更宽的工作温度,而当前一代的电池技术锂离子电池 也依然还存在提升空间。锂离子电池的性能主要由正、负极以及电解液共同决定,因此电 池性能突破可通过提升电解液性能来实现。目前基于六氟磷酸锂(LiPF6)的有机电解液存 在离子迁移率有限、高温稳定性较差的问题,若采用 LiFSI 作为锂盐的有机电解液则可大 幅弥补电池在上述方面的短板,因此 LiFSI 被视作下一代电解液的核心锂盐。

  LiFSI 经济性逐渐显现,LiFSI 有望逐步进入产业导入、需求爆发阶段。现阶段 LiPF6 市场价格约为 27 万元/吨,而 2021 年 LiFSI 市场价格约为 34 万元/吨。随着持续的技术突 破和工艺优化,叠加产品规模化带来的边际效应,两种锂盐的价差逐渐缩小。在经济性和 锂离子电池高性能发展需求的叠加作用下,我们预计 LiFSI 需求有望呈现快速增长态势。 根据我们测算,LiFSI 在 2025 年渗透率有望达到 30%,市场需求预计为 8.36 万吨。

  基于氯化亚砜的氯磺酸法合成 LiFSI 已成行业共识。由于 LiFSI 合成较为复杂,直到 2013 年才首次由日本触媒实现产业化生产。经过海内外企业的探索和优化,目前 LiFSI 合成工艺主要包括两类,分别是氯磺酸和硫酰氟法,其中氯磺酸由于原材料的选择不同可 进一步细分为氯化亚砜法和氯磺酰异氰酸酯法。现阶段,大部分企业都以氯化亚砜氯磺酸 法为导向做了不同层次、不同细分环节的专利布局,表明企业对该方法有极高的认可度。 此外,天赐材料和多氟多不仅掌握氯磺酸法,还布局了硫酰氟法,更注重全面进行 LiFSI 合成领域专利布局。

  未来氯磺酸法每吨 LiFSI 成本预计可以降至 10 万左右。目前 LiFSI 制造成本已成功 降至 12 万/吨左右,但基于氯化亚砜的制造工艺中多个核心原料依然存在使用率较低问题。 依据 LiPF6 工艺成熟度(原料使用效率在 90%左右),我们对优化后的该工艺路线的 LiFSI 原料成本进行了预测,考虑到人工成本和折旧成本的进一步优化,我们认为未来 LiFSI 制 造成本有望降至 10 万元/吨左右,略高于 LiPF6 8-10 万/吨左右的制造成本。

  降低电解质液体含量将是电池技术未来发展方向。传统锂离子电池一般采用有机电解 液作为电解质,但存在易燃问题,用于大容量存储时有较大的安全隐患。固态电解质具有 阻燃、易封装等优点,且具有较宽的电化学稳定窗口,可与高电压的电极材料配合使用, 提高电池的能量密度。此外,固态电解质具备较高的机械强度,能够有效抑制液态锂金属 电池在循环过程中锂枝晶刺穿,使开发具有高能量密度的锂金属电池成为可能。因此,全 固态电解质是锂离子电池的理想发展方向。

  半固态电解质和液态电解质无本质性区别。半固态电解质是一类由液态电解液和固态 基质组成的复合化合物,其中液体电解液充当离子传导的渗透途径,固体基质则为整个材 料增加了机械稳定性。目前,固体基质包括凝胶聚合物电解质、离子凝胶电解质和凝胶电 解质,而液体电解液方面与传统电解液配方上差别较小,主要区别在于溶剂含量更少。 中日韩与欧美地区对全固态电解质商业化路线存在差异性。固态电解质完全不同于液 态及半固态电解质,目前固态电解质主要包括聚合物、硫化物和氧化物三类,其中聚合物 和氧化物主要用于金属锂负极体系,而硫化物则还可以用于目前的正负极材料体系下的固 体电池。中日韩地区研究方向更倾向于硫化物和氧化物;欧美地区则立足于颠覆性的技术, 大多采用聚合物/氧化物+固态锂金属电池的路线。

  半固态电解质将较固态电解质更有望成为下一代动力电解液。半固态电解质技术层面 的难度更低,且与现阶段的电解液技术具有衔接性,有望成为下一代电解液发展趋势。国 轩高科、孚能科技等纷纷宣布 2023 年前后半固态电池陆续产业化,届时半固态电解质需 求预计开始逐步上升。固态电解质依然存在部分问题(如电解质导电率较低、固体电解质 /锂金属界面失效等)需要克服,预计中短期内实现产业技术迭代难度较大。

  动力电池领域结构创新能帮助大幅提升电池(包)的能量密度,同时也可以大幅降低 电池生产难度并降低生产成本。2021 年开始,行业加速结构创新的进展,特斯拉率先开 始使用 4680 电池,并已经在美国德州奥斯汀工厂生产出搭载 4680 电池的 Model Y 车型, 国内的新能源车企在 800V 快充、CTB 以及 CTP3.0 等方面也在加速布局。我们认为,结 构创新提升新能源汽车性能,加速新能源汽车渗透率提升,是电池企业、车企布局的重点 方向。

  特斯拉发布 4680电池,继 2170 电池后又一新尺寸。4680 电池是直径 46mm、高 80mm 的电池,于 2020 年 9 月的特斯拉电池日首次公开发布,相较于特斯拉此前采用的 2170 电池,4680 电池的电芯容量是其 5 倍,能够提高相应车型 16%的续航里程,输出功率 6 倍于 2170 电池。其中电池直径为 46mm 是做大电池后成本降低和续航里程提升同时达到 最优得出。

  4680 搭配全极耳,提升能量密度的同时,为功率密度提升打开空间。由于全极耳比 单极耳多出两块集流盘,而小电池中集流盘占到电池体积比例更高,影响能量密度,因此 大电池更适配全极耳。在产热方面,全极耳结构的电池由于电流在集流体上流过的电流路 径更短,电阻减小而产热减小为单极耳结构的 20%;散热方面,全极耳结构电池沿径向形 成强导热路径,热管理难度与能耗降低。因此 4680 电池扩大尺寸提升容量的同时,全极 耳结构减小了电阻发热和电池冷却所带来的损耗,最终电池的有效能量及能量密度增加。 另外,由于全极耳产热小、散热快,为 4680 电池实现大功率快充创造了物理条件。

  纯电车电压规格未来有望从 400V 升级至 800V。目前纯电动乘用车由于带电量不同, 电压等级在 250-450V 范畴,公交车/物流车由于带电量高,电芯串联之后电池包电压范围 在 450-700V。未来随着电动渗透率提升,快速补能需求凸显,电动乘用车电压规格有望 升级至 800V。

  快充是刚需,短期内预计先在高端车上应用,中长期看有望下沉至大众市场。近两年 是自主品牌冲击品牌向上的关键时期。各家高端化升级过程中竞争底线在于消弭短板。而 补能是各车企高端车共同面临的痛点,如比亚迪、长城、广汽、小鹏、理想等自主/新势力 品牌纷纷布局 800V,长期看 800V 快充料将成为高端车标配。另外,快速补能对低端车亦 是刚需,在换电路线在 toC 端发展速度较慢的前提下,800V 快充具备下沉潜力。

  800V 变革利好整车厂品牌向上,在供应链端有望加速硅碳负极和 SiC 渗透。在快充 时,电池中锂离子从正极脱出嵌入至负极,硅碳负极克容量较石墨负极大,可实现 4C 以 上快充,800V 有望加速硅碳负极渗透。而在功率半导体方面,800V 下 SiC 的耐压、开关 频率、损耗较 Si 基 IGBT 表现优异,有望受益 800V 加速替代。

  CTB 相比 CTP 集成度进一步提升。在电池包层面,CTB 相比 CTP 将车身底板和车 身上盖集成在一起,一方面可节省空间,另一方面“二合一”后可节省约 300 元的刚性 BOM 成本(以电池上盖体积、铝为材料测算)。在电芯层面,与 CTP 将电芯用额外的结 构保护起来相比,集成度较高的 CTB/CTC 则是将电芯作为结构件连接到车身/底盘,同样 传递、分担车身受力,使得整车扭转刚度提升,为整车提供更优的操控性和安全性。

  CTB 打开磷系电池应用天花板,中国电动化供应链全球竞争力进一步强化。以比亚迪 海豹为例,LFP 刀片电池搭配 CTB 技术,海豹的电池包体积利用率从 60%提升到 66%, 节省了约10cm高度,可用于增加电池容量。最终海豹成为全球首款以LFP电池实现700km 续航的车型,打开了磷系电池应用天花板,中国电动化供应链全球竞争力进一步强化。

  电池结构技术进步,打开 LFP 电池应用新局面。LFP 电芯体积能量密度低,大约在 300-400Wh/L,低于三元电芯(超过 500-600Wh/L),LFP 电池在乘用车上装载量过小而 难以满足高续航要求。宁德时代 2019 年发布的 CTP(Cell to Pack)与比亚迪 2020 年发 布的“刀片电池”技术极大提升了电池整体的利用效率。CTP(Cell to Pack)与“刀片”等 结构技术的进步,提升了 LFP 电池的体积效率(提升 50%以上),克服了短板,加速推动 LFP 在乘用车的应用。 宁德时代于 2019 年发布 CTP(Cell to Pack)无模组方案,根据公司介绍,CTP 电 池包相比传统电池包质量能量密度提升 10%-15%,空间利用率提升 15%-20%,同时零部 件数量将下降约 40%。 比亚迪于 2020 年发布“刀片”电池专利技术,可以使得 LFP 电池包体积比能量密度 提升比例达 50%以上,我们预计电池综合成本有望降低约 30%。

  从第一代 CTP 到麒麟电池(CTP3.0),龙头持续引领结构体系创新。2022 年 3 月, 在中国电动汽车百人会论坛上,宁德时代首席科学家吴凯在会上表示,宁德时代将推出第 三代 CTP 技术,内部称其为“麒麟电池”。采用 3.0 版本的 CTP,LFP 电池系统能量密度 可以达到 160Wh/kg 以上,NCM 电池系统能量密度可达 250Wh/kg 以上。在相同的化学 体系、同等电池包尺寸下,麒麟电池包的电量相比 4680 系统可以提升 13%,在系统重量、 能量密度及体积能量密度继续引领行业最高水平。

  储能应用场景丰富,大型电力系统中的应用分为发电侧、电网侧和用户侧三大类,包 含多种子场景。储能行业应用场景丰富,在电力系统主要有发电侧/电网侧/用户侧 3 大主 场景,此外,还包括微电网、分布式离网等,细分应用如下。 发电侧:火储联合调频,稳定输出功率;新能源发电配储,平抑出力波动,提高消纳 等。 电网侧:调峰、二次调频、冷备用、黑启动等。 用户侧:峰谷套利、需量管理、动态扩容。用户主要分为家庭、工业、商业、市政等。 微电网:主要为离主电网络较远的无电、弱电地区,需要自建电网,可采用可再生能 源与储能作为解决方案。 分布式离网:4G/5G 基站供电;风景区驿站供电;森林监控站供电;油田采油站供电; 高速加油站供电等。

  储能将成为风光高增的必然选择。根据发改委的预测,2025 年我国风光发电量占比 将提升至 16.5%,2030 年全国风光装机规模将超 1200GW。在发电侧,风光出力波动性 大造成供给不稳定,储能是最大限度实现风光发电利用率的必选项。在电网侧,储能参与 调峰,可以实现电力供给侧的削峰填谷,维护电网负荷稳定;储能参与调频,调节效果优 于传统机组,更好地维持电力系统的短时负荷平衡。在用户侧,由于电力供需错配是长期 存在的现实问题,电力供给侧的调配不能完全适应电力需求,所以用户侧的需求平滑也是 缓解错配的重要方式。

  分技术装机情况:抽水蓄能为主,电化学储能比例逐渐提升。根据能量存储方式的不 同,储能主要分为物理储能、电化学储能、热能储能、储氢与电动汽车储能。其中物理储 能在存储过程中不发生化学变化,可细分为抽水储能、压缩空气储能与飞轮储能,电化学 储能根据不同的储能介质可分为铅酸电池、锂离子电池、液流电池等 6 种细分种类。目前 抽水储能占据累计装机主要份额,但份额逐年下降。2017-2020 年全球和中国抽水储能累 计装机占比分别为 96%/94%/93%/90%和 99%/96%/94%/89%。而电化学储能成长趋势明 显,2017-2020 年全球和中国累计装机占比分别为 1.7%/3.7%/5.2%/7.5%和 1.3%/3.4%/ 5.3%/9.2%。

  锂电池响应快、寿命长、适应场景多,优势凸显。在电化学储能中,相较于铅酸电池、 液流电池、钠硫电池等其他技术路线,锂离子电池储能具有能量/功率密度更高、使用与循 环寿命更长、响应时间更快、适应场景多等优势,2020 年在全球已投运的电化学储能项 目中,锂离子电池储能占比达 92.0%,预计锂电池储能技术将成为未来主流的电化学储能 技术。

  预计 2020-2025 年全球储能电池出货量年复合增速约 78%,增速较快。受益于应用 场景丰富叠加终端需求快速增长,2020 年全球储能电池出货量约为 28GWh,我们预计 2025 年全球储能电池出货量有望达到 500GWh,2020-2025 年复合增速 78%,未来行业 发展空间大,增速快。

  换电通过更换电池来补充电能,解决充电发展困境。新能源汽车换电服务产业链由集 中充电站、换电站、用户、电池回收企业、储能系统等部分组成,换电模式主要通过集中 型充电站对大量电池进行集中存储、集中充电、统一配送,再于电池配送站内对电动车提 供电池更换服务。换电模式凭借其补能时间短、电池损耗低、行车安全有保障、占地面积 小等多维优势能够有效解决充电模式下的电动车发展困境。

  自 2020 年以来,换电模式迎来了新的历史机遇:伴随政策支持、企业布局、资本注 入、效率提升,换电站数量出现大规模增长,保留量从 2020 年 1 月的 306 座增长至 2022 年 4 月的 1480 座。我们认为,当前换电模式已经进入了新的发力阶段。 回顾换电模式的发展历史,从技术、政策和商业成熟度三个维度上,可以将其划分为 三个阶段,分别是起步阶段(2007~2012)、沉淀阶段(2013~2019)和发力阶段(2020 年以来)。起步阶段,技术思路初步形成,但政策及商业模式还不清晰;沉淀阶段,我国 政策关注充电模式发展,换电模式遇冷,但各方仍在不断探索可行的技术和运营模式,并 进行了一系列成功的尝试;发力阶段,政策转向鼓励换电模式发展,各方加大入局,大规 模开展换电站建设。

  截至 2022 年 4 月,我国共计换电站保有量达 1480 座,2021 年初为 562 座,一年多 累计增长 163.35%,预计 2022 年底约 1700 座。根据中国充电联盟的数据,目前我国换 电站市场主要是三家企业——奥动、蔚来、杭州伯坦。截至 2022 年 4 月,奥动换电站保 有量占比 29.32%,蔚来占比 63.38%,杭州伯坦占比 7.30%。仅根据行业龙头公司建设规 划,换电站规模在未来五年有望增长近 30 倍,从 1086 座增长至约 30000 座以上,空间 巨大。

  我们预计到 2025 年中国新能源汽车销量规模达 1300 万辆。《中国新能源汽车行业发 展白皮书(2022 年)》显示,2021 年全球新能源汽车销量达到 670 万辆,同比增长 102.4%。 中汽协数据显示,2021 年中国新能源汽车销量为 352.1 万辆,渗透率 13.4%。

  经过我们测算: 预计 2025 年新能源乘用车和商用车销量中,换电车型占比有望分别达到 14%和 37%, 换电车型销量分别达到 176 万辆和 16 万辆,总销量接近 200 万辆。 乘用车:2025 年乘用车换电站设备市场规模有望达 278 亿元,用电市场规模有望达 93 亿元,运营市场规模有望达 260 亿元。 商用车:2025 年商用车换电站设备市场规模有望达 124 亿元,用电市场规模有望达 45 亿元,运营市场规模有望达 345 亿元。 预计 2025 年当年新建换电站数量突破一万座,保有量突破三万座。2025 年换电站设 备市场规模有望达 402 亿元,用电市场规模有望达 138 亿元,运营市场规模有望达 606 亿元。(报告来源:未来智库)

  这部分我们重点从两个环节来探讨行业竞争力:1.换电运营商;2.换电设备供应商。

  换电运营商:具备行业资源整合能力的第三方运营商有望胜出。换电运营商是换电产 业链的核心环节,通过选址、建站、对接下游 G 端、B 端、C 端各种社会关系和资源方来 提供换电服务,综合能力要求最高: 1.资金实力要求高,需承担换电站建设甚至电池所有权,尤其在初期换电车辆保有量 不足时,需要超前建设换电站; 2.各地 ToG、ToB 资源积累丰厚,能够与各地资源对接获得优质换电站点位、购电额 度,尤其是 ToB 的出租车、网约车、城市建设、矿区运营的订单资源;

  3.第三方运营商卡位优势,换电站资本投入较大,具备多车型、多品牌扩容的运营商 更能享受到换电车型保有量提升的红利,而单一品牌绑定的换电站服务后期财务弹性存在 难度; 4.运营效率和产业一体化布局能力强。换电服务本质都是为一定区域内的车辆提供同 质的电池服务,服务本身同质化较强,除了前期的卡位能力外,后续同质化服务的高效运 营能力,如电池使用效率更高、人力成本更低等,以及一体化布局降本能力,如换电站设 备自研、电池梯次利用等,预计将成为行业盈利差异的核心。

  换电设备供应商:换电设备供应商主要为行业提供一站式换电设备,多为机械行业其 他领域设备供应商转型而来,是行业发展中前期最为确定性受益的领域,行业竞争力主要 提升为: 1.行业先发优势带来的技术领先和大客户资源,尤其是后者在行业成熟之后越发重要, 能携手下游大的运营商资源的供应商具备订单的高确定性,甚至最终有望胜出,如宁德时 代、协鑫能科、蔚来汽车等; 2.造成本,换电站设备成熟后,运营商必然有诉求通过自研降本来减少大规模建 站的资本投入,此时换电设备供应商要么通过股权能进行利益绑定,要么必须不断提升低 成本制造能力,才有望作为第三方设备供应商,进而站稳市场。

  圆柱电池转战小动力市场。电池按封装方式,可分为圆柱、方形和软包三类,其中圆 柱电池发展时间最长、标准化程度高,同时具备循环性能优越、可快速充放电等优点。但 由于圆柱电池本身尺寸较小,单体容量较小,因此应用于电动车等大型动力系统时需要强 大的 BMS 系统对数量庞大的电芯进行管理,一定程度上限制了圆柱电池在电动汽车市场 中的占比。基于其封装尺寸小、成组灵活、成本低且工艺成熟的特性,圆柱电池在电动工 具、两轮电动车等小动力市场日益受到欢迎。

  电动工具可分为工业级、专业级、通用级三种。工业级工具具有精度高、价格高等特 点。目标客户多为专业的工厂或工程建设施工队伍;专业级产品最为常见,市场最广,也 是行业竞争最激烈的领域,设计上强调对于复杂环境的适应性,工作状态强调稳定性,多 针对建筑行业、管道行业等。通用级产品耗材价格便宜,强调便携性和组合性,工作稳定 性相对略低,目标客户主要是一般家庭。电动工具设计原理相似但品种繁多,目前世界上 的电动工具已经发展到 500 多个品种,常见的电动工具包括吸尘器、电钻、电动砂轮机、 电动螺丝刀、电锤等等。

  无绳化叠加锂电技术成熟推动下游市场需求高涨,市场空间广阔。锂电池的技术升级 推动了电动工具无绳化,同时随下游对小型化、便捷化的需求提升与电池成本下降,无绳 电动工具发展迅速,锂电工具产量及渗透率均显著提高。2016-2019 年,中国锂电工具渗 透率由 11.5%增至 18.4%,根据中国电池产业研究院、伊维经济研究院、EVTank 联合发 布的《中国电动工具发展白皮书(2021 年)》,2020 年无绳电动工具占比约为 64%。2019 年全球锂电类电动工具产量超过 2.7 亿台,在无绳电动工具中占比达 85.7%。根据 Murata (村田)公告数据,2020 年全球电动工具锂电池出货量 24 亿颗,预计至 2025 年电动工 具锂电池出货量将达 44 亿颗,对应 2018-2025 年 CAGR 达 10.4%,增长空间广阔。

  我们预计 2025 年全球电动工具电池需求量将达到 50 亿颗,行业总体需求将达到 70 亿。根据全球消费电池龙头村田预测,2025 年电动工具消费锂电池需求量约为 44 亿颗。 考虑到无绳化趋势推动下电动工具锂电池需求量加速上升,我们将这一预测进行上调。叠 加电踏车、清洁工具(如吸尘器)等应用场景下的需求,预计 2025 年市场对消费类锂电 池的需求将达到 70 亿颗左右。

  新能源汽车逐步报废,动力电池退役高峰来临。中国新能源汽车于 2013 年开始大规 模推广应用,并于 2014 年进入爆发式增长阶段,而我国运营类新能源汽车动力电池的报 废年限为 3 至 5 年,私人乘用车的动力电池报废周期为 5 至 8 年。我们假设前期以商用车 应用为主的磷酸铁锂使用年限为 4 年,叠加 2 年的梯次利用,之后可进入报废环节;假设 三元电池使用 5-6 年后直接进入报废环节,因此判断 2021 年前后动力电池是退役的高峰。 此外,由于 2021 年动力电池装机量激增,预计将导致 2027 年前后电池报废量快速提升。

  动力电池材料需求旺盛,供给紧张催化钴、锂、镍等金属价格上涨。在目前新能源汽 车产销高增及资源供给相对紧张的带动下,钴、锂、镍等金属的价格均出现了不同程度的 上行,截至 2022 年 5 月 11 日,我国金属锂(≥99%工业级、电池级)价格收报 305.5 万 元/吨,较去年同期上涨约 405%;截至 2022 年 5 月 10 日,电解钴(≥99.8%)市场均价 约为 53.85 万元/吨,较去年同期上涨约 56%;截至 2022 年 5 月 11 日,碳酸锂(99.5% 电池级)市场均价约为 46.15 万元/吨,氢氧化锂(56.5%)市场均价约为 46.75 万元/吨。 国家多部门密集出台相关政策,助推行业发展。2012 年开始,国务院制定《节能与 新能源汽车产业发展规划》,提出要制定动力电池回收利用管理办法,之后工信部、商务 部等多部委均发布了相关政策。2021 年 10 月,工信部表示将加快推进动力电池回收利用 立法,完善监管措施等,从法规、政策、技术、标准、产业等方面,加快推动新能源汽车 动力电池回收利用。政策红利期将推动动力电池回收行业规范化发展。

  假设:1)三元电池使用 5 年后进入报废期,磷酸铁锂电池为 4 年正常使用加 2 年梯 次利用;2)电池生产企业每年废料占当年电池装机量的 5%;3)镍钴锰的电池回收率为 98%,锂的回收率为 85%,我们根据回收后生成的金属盐(包括碳酸锂、硫酸镍钴锰等) 的价格,测算 2027 年全球锂电池回收行业空间市场超 1500 亿元。

  行业空间大吸引众多企业纷纷入局,具有资质的企业数量有望增加。在巨大市场空间 的吸引及国家“十四五”循环经济发展目标等的引领下,众多企业加速布局动力电池回收 及梯次利用业务:2021 年动力电池回收企业注册量为 24415 家,同比高增 635.2%。但目 前符合《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》的企业只有 47 家,未来随 着行业规范化增强,具有资质的企业数量有望增加。

  动力电池安全问题日益突出,电池自燃仍为电车起火事件最大根源。伴随我国新能源 车产销规模与渗透率持续上升,新能源车起火事故频发,电池安全问题日益突出。据不完 全统计,2021 全年被媒体报道的烧车事故共 269 起,相比 2020 年增长了 117%,安全问 题愈发突出。据《电动汽车电池安全事故分析与研究现状》, 2014 至 2019 年全球有报道 的电动汽车起火事件中,电池自燃仍是起火事件的最大根源,占比为 38%,其中包括行驶 过程中的电池自燃(22%)与停置时的电池自燃(16%)。车辆停置状态下的自燃颠覆了人们对 汽车安全的常规认识,也为电池安全管理提出了更高的要求,不仅在运行过程中、在断电 状态下也要对电池进行有效监管与防护。

  政府高度重视,政策趋严要求加码。近几年,国务院及有关部委对国内愈发频出的新 能源汽车起火、自燃、热失控等安全事故高度重视。目前,动力电池安全所执行的最新标 准《电动汽车用动力蓄电池安全要求》(GB 38031-2020),新增三方面改动:(1)为适应 动力电池领域 CTP 等新技术趋势,模块安全要求不再作为必检项目,更强调电池系统安全; (2)聚焦动力电池使用过程的安全性问题,新增了过流、温度冲击等更加贴合实际使用 中易失效情景的测试项目;(3)针对近年频发的热失控问题,增加热扩散测试,将针刺测 试调整为引发热扩散的方式之一,要求电池热失控后系统必须在 5 分钟内不起火不爆炸等 一系列强制性标准要求。

  基于电池热失控及蔓延原理,目前电车提供从电芯到系统层面的风险解决策略。(1) 电芯层面防护:从单体电芯层面的热失控机理着手,改善正负极材料、隔膜、电解液等电 芯材料的热稳定性及电芯结构设计的热稳定性,从本征安全上提升电芯的安全性、可靠性。 (2)电池系统防护:分为被动防护和主动防护。被动防护,指利用隔热、散热或泄压等 方法,防止单体电芯热失控快速扩散,引起周围电芯的连锁热失控;主动防护,指以 BMS (电池管理系统)为核心,依托传感器技术,在热失控发生早期提前预警,提前介入以缓 解或终止热失控进程,当严重的热失控事故即将发生时,BMS 系统还需要向乘车人员发出 及时警告,为乘车人员留出足够的逃生时间。

  高镍化为动力三元趋势,但仍需解决安全掣肘。目前动力电池领域主流的正极材料为 三元材料和磷酸铁锂两种。磷酸铁锂因其橄榄石结构稳定,安全性能优异。为追求高能量 密度亦抵御原材料风险,高镍化为动力三元趋势,由于高镍正极材料自身固有缺陷和充放 电过程中产生的一系列继发劣变,如表面不稳定、Li+ /Ni2+混排,不可逆相转变、微裂纹、 有效组分溶解等,导致材料容量衰减、倍率及安全性能差。相较于磷酸铁锂 500-800℃的 自然温度,三元材料在 200℃时便处于完全热失控状态,热稳定性亟待提升。

  现阶段主要通过洗涤技术和改性技术对三元材料进行处理以增强其稳定性。洗涤技术 主要指用水洗涤富镍正极材料表面残 Li 以期解决材料不稳定、电化学性能衰退以及随之带 来的电池安全问题。此外,还有乙醇洗涤等,但效果不佳。改性技术包括表面包覆、体相 掺杂、单晶化及梯度结构四种。

  石墨材料稳定性强,为当前负极主流,硅基材料替代潜力大。负极材料目前主要分为 碳和非碳材料两大类。凭借稳定性高、导电性好、来源广等优点,石墨是目前市占率最高 的电池负极材料。但其比容量和倍率难以满足新能源车长期需求。硅基负极材料理论容量 可达 4200 mAh/g,约为石墨负极 10 倍,同时具有较低的脱嵌锂电位(略高于石墨),在 充电时可以避免表面的析锂现象,安全性能优于石墨负极材料。因此,硅基负极材料被认 为是当前石墨负极材料的替代首选。

  隔膜为热失控第一道防线,重要性不言而喻。电池热失控模型中,温度继续上升会引 发电池多孔隔膜闭孔,隔膜闭孔会阻断外部短路的电流回路,起到一定的自保护作用,但 如果温度继续上升,隔膜会在 190℃左右解体,引发内部短路,导致后续正极分解,电解 质燃烧、电池爆炸等后果。隔膜破裂对应热失控起始阶段,其结构直接影响电池热稳定性。 基膜改善:目前商业化的隔膜以聚烯烃的聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)为主,但其热稳定 性较差,将会给锂离子电池的安全带来隐患,加上隔膜薄型化的趋势,开发高安全性隔膜 越来越成为众多锂离子电池从业者研究的热点。基膜改善包括对现有聚烯烃隔膜工艺的改 进,使用新型有机隔膜材料,使用无机隔膜、复合隔膜四种方法。

  无机涂覆为目前主流选择,勃姆石兼顾强改善效果与成本优势。涂覆材料分为无机涂 覆、有机涂覆两种。无机涂覆具有良好的热稳定性和低成本等优点,为目前比较成熟的涂 覆工艺,相较于氧化铝,勃姆石硬度更低,能够降低工艺过程杂物带入风险,比表面积更 可控,和氧化铝相同重量涂覆面积更大有利于降本,吸水性更弱易保持隔膜的干燥度等优 势。动力电池安全性要求逐步加码背景下隔膜涂覆比例持续提升,勃姆石作为优异涂覆材 料渗透率有望持续提升。

  可燃的液态有机电解液是电池自燃的幕后元凶。锂离子电池的电解液由溶剂、电解质 锂盐(溶质)和添加剂等按照一定比例配置而成,它的作用是充当电池运行时的介质。近 几年新能源汽车起火事件的原因往往与电解液高燃性及腐蚀性的特性分不开,电解质燃烧 对应热失控高潮阶段,其结构直接影响电池热稳定性。

  添加剂主要解决电解质成膜和阻燃、阻电池胀气等安全性问题。添加剂是动力电池提 供安全保障的大功臣,其使用量约占电解液全部材料质量 5%,种类繁多。其中成膜添加 剂通过形成 SEI 膜,提高电极循环性能及使用寿命;阻燃添加剂能够防止电解液燃烧、提 高闪点温度,提升动力电池安全性能;过充保护添加剂可以有效防止因过充引起的电解液 燃烧、爆炸等危害。更多新型添加剂的研发及应用预计会成为该细分行业的发展趋势,未 来的行业竞争或转向添加剂种类多样化。 固体电解质不可燃烧,可彻底根除安全风险。固体电解质从工作原理看与液态电解质 并无差别,从结构看固体电解质既可以作电解液,又可以充当隔膜阻隔正负极。固态电解 质安全性更好,具有不可燃、耐高温、无腐蚀、不挥发的特性,可彻底避免传统锂电池热 失控模型中正负电极接触短路,电解质燃烧等现象,导致热失控模型失效,彻底根除安全 隐患。同时固态电解质相比液态电解质还具备体积更小,单体能量密度更高等优势。

  气凝胶是目前动力电池的保温隔热最佳材料。目前三元电池系统中主要在采用的防火 隔热材料有气凝胶、云母板、隔热泡棉、热陶瓷。气凝胶是一种隔热性能优异的固体材料, 具有高比表面积、纳米级孔洞、低密度等特殊的微观结构。SiO2 气凝胶高温耐受能力达 600~800℃以上,可以耐受住电池包短路造成的高温能量瞬间冲击,为驾乘人员逃离争取 时间,且气凝胶隔热效果好,可以保障电池的温度不至于过低,避免充电速度慢和汽车行 驶里程缩短等问题。

  泄压阀可以连续平衡电池包内外部压差。电池包在充、放电及不同工况运行时,其内 部电芯会产生较大热量造成动力电池包内部气体膨胀。当腔体内部压强大于或等于防爆阀 所设定爆破值时,内部压力顶开内置活塞体,气体将通过无障碍通道与外部直通,实现急 速排放气体,从而迅速降低腔内压力,防止腔体爆破。 新能源动力电池的冷却装置有空调循环冷却式、液冷式和风冷式,其中液冷式为主流。 新能源汽车动力电池作为汽车的动力源,其充电、放电的发热会一直存在。动力电池的性 能和电池温度密切相关,为了尽可能延长动力电池的使用寿命并获得最大功率,需在规定 温度范围内使用蓄电池,原则上在保证-40℃至+55℃范围内(实际电池温度)动力电池单 元处于可运行状态。

  电池管理系统(BMS)是主动安全模式的核心,监控并预防电池热失控发生。其功能 包括实时监控电池参数(电压/温度/形变/气体释放),评估电池运行状态,平衡电芯间电量, 控制充电过程等。同时,BMS 还要能够对过充电起火、碰撞短路起火、电池自燃等电池热 失控事故进行提前预警,以向车内乘客提供足够的逃离时间,避免因新能源车爆燃引起的 人身事故。目前,增加热失控预警传感器类型和数量,改进新能源车热失控预警算法,是 主动安全模式的主要发展方向。

  传统预警传感器难以提前预警,目前较广泛应用。目前,在电池模组中通常采用铜线 线束或柔性印刷电路板来进行温度和电压信号的采集。然而,电压、表面温度等参数在热 失控早期变化缓慢,其预警时间比气体传感器等可能存在 1-6 分钟的迟滞,不利于热失控 事故的提早预警。

  新型预警传感器优势明显,应用前景较强。压力(气压)、应力、特征气体等参数对 热失控反应灵敏,相关传感器产品成熟,应用前景广阔。德国戴姆勒公司研究者 SaschaKoch 对比了不同传感器在电池热失控检测中的表现,压力(气压)、特征气体、 电池间应力传感器对热失控响应较快,具有较明显优势,特征气体与柔性应力传感器在新 能源车应用渗透率有望持续提升。此外,使用单一传感器时,误报及漏报情况仍然可能发 生,仍需要多传感器配合预警。

  2022 年锂价预计保持高位运行。展望 2022 年下半年,在需求端维持强劲增长的预期 下,我们预计锂行业供需矛盾短期内无法缓解,国内市场价格预计维持高位运行。海外市 场除受益于需求增长外,还受益于定价模式变化带来的价格上涨,与中国现货市场的价差 正在逐步收窄。2022 年预计全球锂价将共振向上,行业高景气度有望延续。

  2023 年锂供需格局预计走向宽松,价格或将逐步回归至合理水平。全球锂行业已经 进入新一轮的资本开支周期,2023 年全球锂产能扩张加速,既包括澳洲锂矿、南美盐湖、 中国盐湖等传统产能,也包括非洲锂矿、江西云母、黏土等新型矿种。我们测算 2022 年 新增供应约 20 万吨,2023 年新增供应预计为 36 万吨,2024 年为 53 万吨,供应端增速 加快使得锂行业或在 2023 年再次出现供应过剩,至 2024 年随着非洲锂矿和阿根廷盐湖等 产能释放,锂价预计将回归至合理水平。

  进口扰动或将导致钴价在三季度再次上涨。2022 年第二季度以来,受下游需求走弱 影响,钴价高位回落。2022 年 4 月,国内钴原料进口量为 7155 吨(金属量),同比下滑 30%,环比下滑 25%,进口原料出现显著下滑。2022 年 4 月,钴的主要运输港口南非德 班港遭遇洪水,钴原料的运输受冲击较大,预计后续国内钴原料进口量将显著下降。原料 供应的阶段性趋紧将支撑钴价止跌反弹。

  供需再平衡将引导钴价逐渐回归。经历 2019-2021 年的产能出清,钴行业供给过剩压 力基本消除,2021 年需求端的爆发带动钴价快速上涨。展望后市,预计磷酸铁锂装机占 比的快速上升将导致钴需求增速下修,供应端则受益于刚果(金)铜钴产能和印尼镍钴产 能的逐步释放保持稳定增长。我们判断钴行业从 2022 年起将再度回归供需平衡状态,价 格或将从现有高位回落。我们判断未来到 25 年钴价运行区间为 25-30 美元/磅。

  印尼镍产能增长无法缓解短期供应紧张,镍价预计维持高位震荡。2018 年以来国内 企业加快在印尼布局电池镍产品的冶炼项目,截至目前已见规划的项目合计产能超过 80 万吨。2022 年下半年,随着华友钴业、格林美、中伟股份等公司项目相继建成投产,预 计国内三元前驱体行业对镍的需求将得到满足,从而减轻电解镍行业的供应压力。但由于 当前电解镍市场流通性较差,电解镍与其他镍产品之间出现脱钩,价格回归理性预计尚需 时间,2022 年下半年镍价预计维持高位震荡走势。

  2021 年新能源车产销量持续高景气,预计 2022 年维持高增速。行业自 2020 年疫情 影响减缓后,2021 年高景气度延续,2021 年新能源汽车全年实现销量 350.7 万辆,同比 +165%,2022 年 Q1 新能源汽车继续实现高速增长,同比增长 143%。虽然 4 月以来,汽 车供应链持续受到疫情扰动,但新能源汽车渗透率持续提升逻辑不减,我们认为各地疫情 受控、各行各业复产复工、居民消费意愿回升后,2022 年 Q3~Q4 新能源汽车消费将持续 高增长,预计 2022 年全年销量有望达到 550 万辆,同比增长+57%。

  国内需求:动力电池进入 TWh 时代,储能需求迎来爆发式增长。随着下游需求的高 景气,2021 年以来,宁德时代为代表的动力电池龙头纷纷融资扩产,外资巨头如 LG、三 星、SK 及松下整体产能建设进度在 20Q4-21Q3 开始加速进入集中招标阶段。根据中信证 券新能源车组的预测,预计全球动力和储能锂电池 2025 年需求接近 1.9TWh,2027 年需 求接近 3.2T,2021-27 年复合增长 43%。动力领域:预计 2025 年全球新能源汽车动力电 池需求有望达到 1,380GWh,行业将进入 TWh 时代。储能领域:预计到 2025 年全球储能 电池需求约 500GWh,行业进入爆发期,增速显著。

  海外需求:海外电池厂商扩产有望加速,国内设备厂商迎新机遇。随着海外疫情逐渐 结束以及俄乌战争导致化石能源价格高企,未来海外新能源车销量有望加速,根据 2022 年一季度海外电池厂 LGES、SK On 等企业的信息所示,海外动力电池厂扩产开始加速。 全球第二大动力电池生产企业 LGES 于 2022 年一季度宣布与 Stellantis 在加拿大合建动力 电池工厂,在美增建圆柱电池产能。LGES 22Q1 装机量 15.1GWh,同比+39%。LGES 产能规划 2022 年达 195GWh,2025 年达 520GWh,并正在研发用于储能应用的 LFP 电 池。全球二梯队电池厂 SK On 公司同样加速产能扩张,公司 2022 年一季度宣布与 Ford 在土耳其共建电池工厂,扩大欧洲版图。SK On 22Q1 装机量 6.3GWh,同比+142%。公 司产能规划 2022 年年底前达 77GWh,2025 年规划产能 220+GWh。海外电池企业的加 速扩产料将拉动设备企业需求增长。日韩设备企业的产能瓶颈明显,劳动力配套不足,为 国内设备厂商带来机遇,未来国产设备全球市场空间广阔。

  2021 年开始设备厂商订单大增,2022 年业绩逐步兑现。2021 年锂电池扩产潮带来 设备需求新一轮景气周期,国内龙头公司将成为国内和海外扩产的最大受益者。因行业需 求景气,一线锂电设备先导智能等厂商订单饱满,2021 年先导智能新签订单 187 亿元, 同比增长 70%。2021 年利元亨、海目星、联赢激光、杭可科技等公司新签订单均大幅增 长。2022 年一季度,先导、利元亨、海目星、联赢激光、杭可等核心锂电设备公司收入 及利润均高速增长,业绩逐步开始兑现。我们认为未来 2 年,锂电设备厂商有望在本轮扩 产潮中维持业绩高增长态势。

  看好绑定大客户、有整线供货能力、具备外延能力的锂电设备公司。经过多年发展, CATL、比亚迪、亿纬、蜂巢、中航等电池企业均有自己的技术特点,需要可信赖的核心 设备供应商绑定以保密开发新一代产线设备。目前看这种绑定关系初步形成,如 CATL-先 导、蜂巢-利元亨、中航-海目星等,绑定大客户为锂电设备商取得相对稳定的订单需求。 同时大客户绑定的相关设备商需要具备整线供货能力,从整线供货能力角度看,先导智能 最为领先,其次为利元亨,海目星从激光极耳切、电芯装配线等中段设备开始,目前供货 范围已扩充至中段卷绕机、叠片机以及前段的涂布机,未来有望进一步扩充产品线,向整 线供货能力的锂电设备公司迈进。同时随着锂电设备公司收入和人员规模的扩大,市场外 延成为公司重要的业务增长方式。目前部分锂电设备商成功在拓展非锂电业务,先导取得 尚德 TOPCON 整线订单,海目星取得晶科 TOPCON 相关设备 10 亿元订单。从锂电业务 外延光伏设备、显示模组设备、半导体设备等新领域成为锂电设备公司重要增长方式。

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