新能源汽车锂电池行业深度报告:动力电池产业链深度梳理

新能源汽车锂电池行业深度报告:动力电池产业链深度梳理
2021年12月07日 13:28 未来智库官网

(报告出品方/作者:山西证券,李召麒)

一、动力电池的宏观发展趋势

1.1 动力电池发展前景广阔

1.1.1 新能源汽车成为未来各国汽车发展方案的主角

随着车企停止销售燃油车计划的逐步推出与各国碳中和政策的陆续实施,新能源汽车无疑成为未来汽 车行业的发展方向。新能源汽车融汇新能源,新材料和互联网、大数据、人工智能等多种技术,推动汽车从 单纯的交通工具向移动智能终端、储能单元和数字空间转变。世界主要经济体提出了相应的“碳达峰”“碳 中和”方案,欧盟制定了严苛的绿色经济复苏计划,2021 年起对所有新车实施二氧化碳排放量不超过 95g/km 的规定,同时欧盟委员会计划要求新车和货车的排放量从 2030 年起下降 65%,从 2035 年开始下降 100%, 同时,欧洲各大车企也最迟将于 2035 年前停止销售燃油车型。

我国也提出相应“碳中和”发展目标,大力 发展新能源交通方式,根据 2020 年 11 月 2 日国务院办公厅发布《新能源汽车产业发展规划(2021-2035 年)》,到 2025 年,纯电动乘用车新车平均电耗降至 12.0 千瓦时/百公里,新能源汽车新车销售量达到汽车 新车销售总量的 20%左右。到 2035 年,纯电动汽车将成为新销售车辆的主流,将为世界经济发展注入新动 能。

2020 年 10 月 27 日,中国工业和信息化部发布的《节能与新能源汽车技术路线图 2.0》预测 2030 年新 能源汽车销量将超过 3000 万辆。全国动力电池产量及装机量和新能源汽车的产销量之间存在一个较为明 显的正相关关系,未来动力电池市场规模会随着新能源汽车销量增加而增加。根据我国《节能与新能源汽车技术路线图 2.0》的内容显示,2025 年新能源汽车占汽车总销量的比重达到 20%,2030 年新能源汽车在 总销量的占比达到 40%左右,2035 年新能源汽车销量占国内汽车市场销量的 50%以上。

同时混动新车的 占比也将在 2030 年达到传统能源乘用车的 75%以上,2035 年混动及新能源汽车在传统能源乘用车中的占 比将达到 100%。《总路线 2.0》也预测到 2035 年,汽车年产销规模将达到 4000 万辆以上,对动力电池的 需求也相应增加。根据 EV Volumes 预测,国内新能源乘用车预计销量达到 600 万辆,全球新能源乘用车 2025 年销量预计达到 1800 万辆,对应 2021 年-2025 年的年均增长率达到 44%,2025 年全球动力电池的需 求量预计为 919.4GWh,将逼近甚至超过 1TWh,而目前仅为 158.2Gwh,动力电池未来仍然具有很大潜 力。

新能源汽车目前主要研究方向集中在动力电池,系统和芯片三个方面,在这三个研究方向中,我国在动 力电池方向具有明显优势,2020 年我国动力电池厂商装机量占据全球 45%市场份额,且我国在动力电池主 要材料供应链正负极,隔膜、电解液、配套齐全,可以进行完全独立的设计和量产,在全球汽车行业电气化 的变革浪潮中,动力电池行业相关企业将会明显受益。根据《中国制造 2025》明确了动力电池的发展规划: 2020 年,电池能量密度达到 300Wh/kg;2025 年,电池能量密度达到 400Wh/kg;2030 年,电池能量密度达 到 500Wh/kg。在全球“碳中和”政策引导,新能源汽车技术进步和市场渗透率逐年提升的大背景下,新能 源汽车的未来是一片星辰大海。

1.1.2 新能源汽车渗透率不断增加,动力电池需求水涨船高

新能源汽车产销量同比均继续保持高速增长,同比增速持续显著领先行业。具体来看:2021 年 1-10 月, 全国汽车产销分别为 2058.7 万辆和 2097 万辆,同比增长 5.4%和 6.4%。同一时期,新能源汽车累计产销量 分别为 256.56 万辆、254.25 万辆,同比分别增长 175.30%、176.60%。

2021 年上半年,中国动力电池累计产量为 74.7GWh,同比增长 217.5%,较 2019 年同期增加 72%。今 年 1-6 月份,磷酸铁锂电池产量为 37.7GWh,同比增长 33.4%;三元锂电池产量 36.9GWh,同比增长 149.2%。 在电池安全性上取得突破的磷酸铁锂电池在 2021 年上半年实现产量对三元锂电池产量的反超。

磷酸铁锂的装机量所占市场份额实际经历了一段先下降后增长的阶段。2014 年和 2015 年间,磷酸铁锂 电池在新能源乘用车市场上一度占据主导地位;之后受到政策补贴的影响,三元锂电池装机量从 2016 年起 占据市场主导地位;进入 2020 年以后,随着宁德时代 CTP 技术发展,比亚迪电池的推出,针对高能量密度 电池(如三元锂电池)补贴的下降和三元锂材料电池安全性问题日益明显,磷酸铁锂电池市场份额重新超越 三元锂电池。

新能源汽车补贴政策退坡明显。经历过一段新能源汽车补贴“大跃进”的时期之后,我国对于新能源汽车的补贴政策开始趋于理性,不再一味以电池能量密度作为补贴的唯一标准,近年来新能源汽车补贴标准 退坡明显。在最新的补贴标准中,非公共新能源乘用车领域,2021 年补贴标准在 2020 年的基础上退坡 20%, 公共领域新能源乘用车补贴标准在 2020 年基础上下降 10%。

但本文预计,新能源汽车补贴的退坡并不会对新能源汽车销量产生较大影响。新能源汽车技术已经日 趋成熟,补贴金额的退坡对于意向购买新能源汽车消费者的消费意愿影响较小,新能源汽车市场从补贴驱 动转换为市场驱动。同时,汽车生产厂商生产线成本随着规模效应和生产技术的成熟也相应下降,补贴退坡 对于新能源汽车生产厂商的利润影响较小。未来补贴重点将会从对新能源汽车整车的补贴转向对新能源汽 车基础配套设施的补贴上。

1.1.3 中日韩三国企业引领动力电池发展方向

动力电池行业发展势头强劲,中日韩企业占据市场头部。2020 年全球动力电池装机量为 137GWh,同 比增长 17.5%,2021 年前六个月,全球动力电池装机量达到 114.1GWh,已经逼近 2019 年全年装机总量, 同比增长 153.7%。

按公司来看,全球动力电池集中在中日韩三国,主要供应商为宁德时代和 LG 新能源,两家公司 2020 年装机量达到 50GWh 和 48GWh,两家公司合计占据半数以上的市场份额。宁德时代连续多年占据市场份 额第一的位置,LG 新能源依托于上海特斯拉工厂和海外大众系列的订单,市场份额快速上升,宁德时代与 LG 新能源的差距逐渐缩小,二者现如今难分伯仲,但 2021 年头部动力电池生产企业装机量同比提升巨大。

全球动力电池公司行业集中效应十分明显,前三家企业所占市场份额呈逐年上涨趋势,在 2019 年的时 候占市场比例为 63%,2020 年上升到 68%,预计在 2021 年占据的市场份额将达到 71%。龙头企业集中资 金和技术优势,进一步拉开与其他企业的差距。

1.2 动力电池发展向上趋势已经成型

1.2.1 头部企业及高端产品将成为推动市场发展主力

2021 年开始,芯片短缺的阴霾一直笼罩着整个汽车行业。根据估算,2021 年芯片短缺造成的全球汽车 减产将达到 810 万辆,造成的经济损失将达到 6000 亿元。如果说“芯片荒”是传统车企造车时的最大危机 的话,那么新能源车企还面临着另一个重大挑战就是“电池荒”。根据公开资料显示,2020 年全球动力电池 行业平均产能利用率仅为 26.5%,动力电池行业目前高端电池产能不足,但低端产能过剩相对严重,实际电 池供应较为短缺。据估算,未来 5 年内,随着全球车企对动力电池需求的快速增长,动力电池将处于供不 应求的状态。

2021 年前三季度,整个车用动力电池行业前十名的企业占据了 93.6%的市场份额,市场高度集中。几 家头部企业的产能利用率达到 80%以上,但是十名之后的行业大部分企业,产能利用率仅为 10%甚至更低, 很多中小型企业正逐渐被淘汰。因此,在企业增资的新闻当中,只有头部电池生产企业在过去一段时间吸收 了大量资本,快速扩张,而更多的中小型企业对资本的吸引力正在下降,被逐渐挤出动力电池市场。

021 年上半年和过去一年相比,全球动力电池十大生产厂商并没有明显变化,但头部企业与二线企业 间的市场份额正逐步拉大。 随着动力电池的需求量日益增加,动力电池生产企业也在寻找未来动力电池的发展方向,以目前已经公 布的研究路径来看:钠离子电池,高镍三元锂离子电池和固态电解质电池是厂商主要选择的技术发展路径。

钠离子电池原材料储量丰富,生产效率快,性能与市场上锂离子电池没有明显差异,可以有效降低动力 电池生产成本。宁德时代在 2021 年 7 月 29 日发布钠离子电池,相较于锂离子电池,钠离子电池具有更低 的成本而且在储运方面具有巨大优势。钠离子电池在原理与结构上与锂离子电池十分相似,仅在材料的选 择上存在差异,钠离子电池生产线可以沿用锂离子电池生产线。目前钠离子电池初步应用于储能和低速动 力领域,随着宁德时代发布钠离子动力电池,钠离子电池应在动力领域向替代锂离子电池又迈进了一步。

钠离子电池具有高能量密度,高倍率充电,优异的热稳定性,良好的低温性能和高集成效率等优势。电 芯单体能量密度达到 160Wh/kg;常温充电 15 分钟,电池容量可以达到 80%以上;在-20℃低温环境中,放 电保持率可以达到 90%以上;系统集成效率可以达到 80%以上。根据宁德时代公布的研究计划,下一代钠 离子电池的研发目标是 200Wh/kg 以上。

高镍三元锂电池是以动力电池中镍含量为主要判断标准,主要包括 6 系、8 系三元锂电池,甚至是正在 研究的 9 系三元锂电池,在中高端新能源乘用车上有广阔应用前景,在未来解决安全性的前提下,中高端乘 用车动力电池能量密度将有质的飞跃。高镍三元锂电池较高能量密度带来的优势将驱动即使在单位成本价 格依旧高于的情况下,实现综合成本接近磷酸铁锂电池。目前全球主要动力电池生产厂商在高镍电池研发 上均有布局。

固态电解质电池在安全性,稳定性,循环寿命额能量密度等方面具有巨大优势,有望解决安全问题。使 用固态电解质代替当前锂电池中的易燃电解质溶液,可以更安全密集地储存能量,使用固态电解质将减少 对铜和铝的需求,不再对隔膜和液态电解液产生依赖,但目前也存在着技术不成熟,生产成本高昂,关键材 料制备困难等缺陷,但固态电解质电池可以有效减少动力电池组体积,保障动力电池安全,商业化前景广 阔,未来必定成为主流研究方向。

1.2.2 未来动力电池终端汽车行业将形成三足鼎立之势

传统车企、造车新势力和互联网与手机厂商均在新能源汽车这个万亿赛道展开布局,未来将形成三足 鼎立态势。三股势力均有各自优势,未来可能共同瓜分新能源这块大蛋糕。国内造车新势力包括蔚来、理想、小鹏等企业,这些企业入局时间早,技术积累时间久,具有先发优势,同时推出已经多款产品,满足不同消 费者对于新能源汽车的需求。

根据蔚来、理想和小鹏公布的 2020 年财报,三家公司毛利率均已转正,理想 甚至在 2020 年第四季度实现盈利,但在补贴退坡的政策背景之下,如何让盈利具有持续性是需要这些新兴 车企需要考虑的问题。造车新势力投入大笔资金在开发无人驾驶和汽车智能化等技术上,如果未来这些企 业在智能业务上技术产生突破,造车新势力将开启汽车工业的全新世代。但目前这些技术发展尚未完全成 熟,以及外部传统车企纷纷布局新能源汽车赛道背景下,造车新势力需要面临的挑战十分严峻。

特斯拉已经超越丰田成为全世界市值最大的汽车企业,但这并不意味着传统车企会选择坐以待毙。相 反,受到行业发展形式和各国出台的碳中和政策影响,几乎所有传统燃油车车企或多或少都在布局新能源 赛道。传统车企在市场认可度,营销渠道和供应链等方面较造车新势力具有明显优势,消费者显然对于传 统车企的新能源汽车有更高的接受度。特斯拉和造车新势力仅占 20%左右的市场份额,传统车企占据近 8 成, 表现出极大的竞争力。造车新势力主力车型面向的是中高端市场,但传统车企往往采用全面铺开战略,不仅 有奔驰、宝马等豪华品牌涌入市场,也有像五菱宏光、长安等车企瞄准 A 级及 A00 级车市场,传统车企在市 场渗透率方面有明显优势。国内传统车企比亚迪、吉利、广汽等品牌不论在目前还是未来,市场渗透率提升 潜力巨大。

汽车智能化的浪潮将互联网和智能手机厂商与汽车产业联系起来,互联网和手机厂商纷纷布局,准备进 入新能源汽车行业分一杯羹。互联网和手机厂商最大的优势在于将汽车视作计算机的一种外在表征,利用 数字化和智能化等软件,最终将汽车打造成为一种具有自我成长性的智慧化终端,同时一些手机厂商也具 有丰富的软硬件融合经验,并且在如何提升用户体验上颇有心得。互联网和手机厂商在新能源汽车赛道上 选择不同发展方向,有像华为、OPPO 等通过与车企合作布局汽车生态加入新能源汽车行业竞争的厂商,也 有像百度、小米等亲自成立汽车公司构筑起从软件到整车全产业链的公司。“互联网+新能源汽车”这极具吸引力的称号将会为行业注入相当可观的资本,但这并不意味着互联网公司在汽车行业天然具有领先优势, 未来这种商业模式仍具有很强的不确定性。

1.3 总结

不论从宏观政策还是具体到各车企未来十年发展计划,新能源汽车毫无疑问是汽车行业未来唯一的选 择。“碳中和”目标的确定和新能源汽车各项指标已经逼近甚至有的已经超过传统燃油车,新能源汽车行业 将开启一个新的万亿赛道。随着新能源汽车渗透率和销量的提升,对动力电池装机量和性能的需求也日益 增强。

从产品端的新能源动力电池和生产系能源汽车企业到材料端的动力电池上游原材料供应商,未来新 能源汽车产业链将会和十年前的苹果智能手机产业链一样迎来新一轮投资周期。2021 年前三季度,新能源 汽车渗透率已经突破 10%,而根据“创新扩散曲线”模型,当一个创新产品市占率突破 10%以后,将迎来最 为陡峭的上升曲线,新能源汽车行业将迎来倍速增长。动力电池作为新能源汽车的“心脏”,唯有拥有核心 竞争优势的企业最终才能在市场竞争中存活,建议重点关注布局全产业链和在关键技术上有重大突破与领 先优势的动力电池生产企业。

二、动力电池结构与产业链总览

2.1 动力电池产业链覆盖从上游资源到下游装机企业

传统意义上讲,锂离子动力电池是目前二次动力电池的最佳选择。它主要依靠锂离子在正负极的来回 移动达到充放电目的。在充电时,锂离子从正极脱嵌,经过电解质嵌入负极,负极此时处于富锂状态;放电 时则相反。锂离子具有能量密度高、输出功率大、使用寿命长、充电效率高等优点,且不会出现记忆效应等 问题,是现代高性能电池的代表。

动力电池占整个新能源汽车成本的 30%-40%,是新能源汽车上最重要的组成部分。动力电池整个产业 链可以分为上游金属及非金属材料;中游动力电池组成部分,包括正极材料、负极材料、隔膜、电解液和结 构件等;下游动力电池主要生产厂商及配套车型等。

动力电池已经超过消费电池成为占据锂离子电池应用比例最高的领域,目前市场主流的动力电池可以 被分为三元锂电池和磷酸铁锂电池。其余动力电池如锰酸锂电池、铅酸蓄电池和钴酸蓄电池受电池性能和 成本等因素影响,在新能源汽车领域应用较少,逐渐被市场淘汰。

锂离子电池电芯主要构件包括正极、负极、隔膜、电解液和结构件。在原材料成本中,正极材料在锂电 池材料中占比为 30%-40%、负极材料成本占比为 10%、电解液成本占比为 10%-15%、隔膜成本占比约为 20%- 30%,结构件成本占比为 10%-20%。

电极材料:主要是由活性物质,铜箔或铝箔等骨架以及添加剂组成,动力电池正极材料与负极材料之间 的电势差决定了动力电池的电压,而正极材料的电压则主要取决于氧化还原中心的电势和可脱嵌的离子数 目,决定了电极材料的性能。 隔膜:隔膜是被置于电池正极与负极之间防止正负极直接接触而造成短路的活性材料,但却允许锂 离子通过。隔膜一般具有对离子运动阻力小、化学稳定性高、绝缘、价格低廉等特点。

电解液:动力电池的电极材料和隔膜通常被浸没在电解液中,电解液一般由溶质、溶剂、添加剂按一定 比例制备,电解液可以在与活性物质接触形成双电层,形成电极电位,同时也能保证正负离子间的导电作 用,参与电极反应。 结构件:电池结构件按照电池封装路线不同分为硬壳结构件(方形结构件、圆形结构件)和铝塑膜。 硬 壳结构件包括壳体和盖板结构件,具有高级机械强度,耐高低温环境和经受电解质腐蚀的特点。

对于一些高镍三元锂电池来讲,其正极材料的成本占比更高,高镍三元锂电池正极一般采用氢氧化锂, 而普通三元锂电池则采用碳酸锂制备三元正极,同时正极材料的性能优异与否是影响动力电池性能表现的 关键指标,因此在制备电极正极材料更具有成本和技术优势的企业在未来竞争中更容易脱颖而出。 正极材料是决定动力电池性能的关键指标之一,根据正极材料不同,动力电池可以被分为三元锂电池,磷酸锂电池,锰酸锂电池和钴酸锂电池等。

目前正极材料市场出现明显分化,高端正极材料需求旺盛,而低 端正极材料逐渐被市场淘汰。 而根据动力电池电芯封装方式不同,动力电池也可以被分为圆柱形电池,方形电池和软包电池。不同结 构件各有优缺点,中国企业在方形动力电池上市场占有率有明显优势,而日韩企业更偏好圆柱形电池。 而在下游产业链当中,中国市场上磷酸铁锂电池装机量超过了三元锂电池,中国企业在磷酸铁锂电池技 术路径上有明显优势,垄断了磷酸铁锂市场;日韩企业则偏好三元锂电池,但三元锂电池国产份额也在近年 迅速提升,下游动力电池市场形成了以宁德时代为龙头的“一超多强”局面。

三、动力电池产业链上游

锂离子电池成本受到供应链上游金属原材料价格波动影响较大,而其中最影响锂离子电池性能的金属 原材料包括钴、镍、锰、锂等金属原料及其化合物。由于正极材料在动力电池中成本占比最大,而原材料成 本占正极材料成本的比例达到 90%,正极材料的价格变化极大地影响了锂离子动力电池的研究方向和技术 路线。

市场上出现的钠离子动力电池和无钴电池等都是受到原材料价格波动而诞生的锂离子动力电池的替 代方案。 目前市场上主流的动力电池分别为磷酸铁锂电池和三元锂电池,而生产这两种电池正极材料的原材料 都很依赖进口,且近年来价格波动幅度较大。生产锂离子动力电池正极材料和前驱体的主要化合物为碳酸 锂、氢氧化锂、硫酸钴、硫酸镍和硫酸锰。

3.1 锂资源:主要依赖进口,行业龙头选择全球布局战略

碳酸锂和氢氧化锂是制造动力电池正极的主要原材料,主要提取自锂辉石等硬岩锂矿和封闭盆地内的 盐湖卤水锂矿。尽管硬岩锂矿提锂技术成熟,但国内 79%锂资源主要储存在盐湖之中,且开采具有一定难 度。在全球范围来说,具有开采价值的锂矿数量有限,且分布极不均匀。根据 USGS 统计,南美锂三角区域 合计占比 58%,澳洲占比 19%,中国锂资源全球占比为 7%。作为动力电池的全产业链生产大国,中国对锂 资源需求很大,十分依赖进口。

作为生产动力电池正极的主要原材料,碳酸锂在 2021 年 6 月之后价格持续走高。根据最新的市场价格, 在 2021 年 9 月碳酸锂的市场价格均价涨至 15.5 万元/吨,较上一周上涨 2.1 万吨。氢氧化锂的成交价格在 2021 年 9 月达到 15.65 万元/吨,较上一周价格上涨 2.1 万元。金属锂的成交价格 9 月均价为 84 万元/吨,较 上一周上涨 10 万元。锂离子电池供应链中下游产业需求旺盛,厂家报价持续高位,锂精矿价格持续上涨, 造成碳酸锂、氢氧化锂等正极原材料价格不断走高。受到疫情影响,锂精矿供应处于下降状态,大批优质锂 矿石资源集中在美国雅宝、智利矿业化工等少数几家公司手中,厂家库存和供应不足的局面预计在短期内 难以缓解。(报告来源:未来智库)

3.2 锰资源:地域差异较大,红星发展优势明显

锰矿石在 2020 年和 2021 年也经历了一轮原材料价格的上涨,市场需求却不降反升。电解二氧化锰是 制备锰酸锂电池的主要原材料,硫酸锰是生产三元锂动力电池前驱体的主要原材料。高纯硫酸锰是二氧化 锰和硫酸反应得到的化合物,而电解二氧化锰是二氧化锰经过制液,电解得到的具有优良性能的电池去极 化剂。电解二氧化锰行业龙头企业为湘潭电化,硫酸锰行业龙头企业为红星发展,湘潭电化。

根据贵州中伟正源新材料有限公司公开资料显示,球形镍钴锰三元氧化物生产线上硫酸镍、硫酸锰和硫 酸钴三种溶液液单耗分别为 3.6t/t,0.56t/t 和 1.4t/t,而预计 2021 年中国三元正极材料出货量为 36 万吨,对 应高纯硫酸锰需求量超过 15 万吨。CPM 集团 2019 年预测,2040 年全球锰需求量将增长 80 倍,其中 70% 来自高纯硫酸锰,高纯硫酸锰未来需求旺盛。 我国属于锰矿资源贫乏国家。

3.3 钴资源:稀有金属价格昂贵,对动力电池成本影响较大

钴是银白色铁磁性金属,在地壳中含量为 0.001%(质量),且没有单独的钴矿物,往往伴生于镍、铜、 铁、锌等硫化物矿床之中,作为新能源电池主要材料之一,是一种非常稀缺的战略金属,价格昂贵。2020 年 底全球钴资源储量约为 710 万吨,主要分布在刚果和澳大利亚,分别达 51%和 20%。我国钴资源比较稀缺, 钴资源对外依存度达到 97%,且产量较为分散,仅有洛阳钼业产量占全球产量的 12%,其余厂商产量占比 均小于 5%。

在我国,超过 80%的钴被加工为硫酸钴,用于生产动力电池三元材料前驱体,因此钴价格的变 动对动力电池的影响较大。钴资源行业龙头企业为洛阳钼业和华友钴业。尽管洛阳钼业是国内最大的钴生 产商,但其业务结构中铜钴仅占一半,生产产品无法直接用于三元前驱体制造;国内生产商中华友钴业与动 力电池的生产联系最为紧密,可被视为动力电池钴资源的龙头企业。

2021 年以来钴的价格持续上涨,截至 10 月 8 日,国内现货钴的价格已经从 2020 年 4 月的不到 24 万元 /吨上涨到 38 万元/吨,涨幅超过 60%。与此同时,由于钴价节节升高,动力电池的发展也出现了低钴化的 趋势,各大生产厂商增大研发投入,陆续开发出高镍低钴,甚至是无钴化电池,钴在中国动力电池领域前 景不甚明朗。2021 年 6 月以来,硫酸钴进入新一轮上涨周期,2021 年 7 月硫酸钴价格同比上涨 71%。硫酸 钴厂商出于对钴原材料供应的担心,报价始终维持高位,市场供应减少,随着低钴趋势逐渐形成,钴产品上 涨速度预计将有所减缓。

3.4 镍资源:高镍动力电池是未来发展的主要方向之一,镍潜力巨大

全球镍资源主要集中分布于赤道附近的国家,澳大利亚、巴西占据全球较多的镍资源储量,但菲律宾和 印尼由于具有成本优势且运输方便,是全球镍产量最多的国家,也是中国镍矿是的主要供应国。 受到政策补贴和续航里程的影响,三元锂电池高镍化一直是市场主流的发展方向之一。在 2020 年全球 镍消费结构中,不锈钢行业占主导地位,电池行业仅占镍消费的 3%。硫酸镍作为一种镍盐,主要用于动力 电池行业重要原材料和电镀行业。2016 年-2020 年全球硫酸镍消费量由 33 万吨增长至 66 万吨,其中动力电 池领域消费量由 9 万吨增长至 38 万吨,成为拉动硫酸镍需求增长主要动力。

根据 IEA 和 BloomBergNEF 预测,在未来高镍三元电池占据市场主流的背景下,动力电池领域硫酸镍 的需求量将从 2020 年的 38 万吨增长至 2035 年的 500 万吨;镍氢电池领域对硫酸镍需求将比 2020 年增长 613%,达到 57 万吨。中国作为高镍三元电池主要研究国,未来对硫酸镍需求将持续走高。近期镍价格震荡 下行,进口下滑,加之全国实行能耗双控,限产限电,无论现在还是将来,下游企业对镍资源都有较大需求。

格林美、华友钴业和洛阳钼业是中国布局镍资源的龙头企业。格林美 8 系高镍等新一代前驱体材料的 出货量占比 70%以上,同时积极布局镍资源,打通了“城市矿山+自建镍资源基地+国际巨头战略合作”的 多原料战略通道,形成镍原料供应体系。华友钴业布局镍资源的采、选和初加工业务,同时具有生产电池级 硫酸镍和三元前驱体的能力,打造镍原料——前驱体的一体化优势。洛阳钼业投资的华月镍钴在印尼布局 镍的开采、冶炼和深加工等,是世界红土镍矿的引领者,项目投产预计有年产 6 万吨的能力,市场前景广 阔。

3.5 三元前驱体:三元正极主流原材料之一,影响电池性能

三元前驱体是一种前驱体,经溶液过程制备出多种元素高度均匀分布的中间产物,该产物经与锂盐化学 反应可以支撑三元正极材料,主要分为镍钴锰(NCM)前驱体和镍钴铝(NCA)前驱体。主要原材料包括硫酸 镍、硫酸钴、硫酸锰(铝)等,按照镍、钴、锰(铝)的构成比例,可以细分为 NCM811 前驱体、NCM622 前 驱体、NCM523 前驱体以及 NCA 前驱体等。三元前驱体中镍的占比越高,锂电池能量密度也就越高,因此 对 NCM622 前驱体和 NCM811 前驱体的市场需求在逐年扩大。

三元前驱体上市企业中,中伟股份是行业龙头,市占率全球第一。2020 年中伟股份三元前驱体出货量 为 7.3 万吨,全球和国内市场占有率分别为 17%和 24%。中伟股份三元前驱体总产能为 14 万吨,2025 年规 划产能将超过 50 万吨。中伟股份专注于研发生产高镍三元前驱体,2017 年 5 系三元锂电池占比 80%,到 2020 年占比已经降至 20%,而高镍系三元锂电池占比已经超过 80%。中伟股份高镍三元前驱体在振实密度, 松装密度和比表面积等核心指标上表现优异,处于行业领先水平,并且中伟股份与 LG 化学、宁德时代、厦 门钨业等一众优质动力电池生产企业建立稳定客户关系,全球份额有望持续增长。同时,中伟股份积极布局 上游资源,降低成本,长期建立“技术+客户+成本”的三重护城河,公司成长空间巨大。

2020 年后半年至 2021 年年初,三元前驱体经历了一波比较明显的上涨周期,5 系,6 系,8 系镍钴锰 三元前驱体价格均突破了当时的历史高点。2021 年第二季度以来,由于三元前驱体生产厂商扩产,三元前 驱体行业出现产能过剩情况,原料端硫酸镍价格下跌,三元前驱体价格有所回落,较高点下降超过 30%。但 之后随着镍价重新上涨,且地方政府出台新的环保政策,导致一些硫酸锰生产厂商停产,硫酸锰供应紧张价 格上涨,三元前驱体价格开启新一轮的上涨周期。

3.6 磷酸铁资源:磷酸铁锂电池装机量增加激发磷酸铁产能

磷酸铁锂是具有橄榄型结构的磷酸盐,可以作为电池的正极材料涂敷在铝模与电池正极连接。磷酸铁是 一种白色、灰白色单斜晶体粉末,属于铁盐溶液和磷酸钠作用的盐,可作为磷酸铁锂电池的前驱体,80%磷 酸铁锂的需求通过磷酸铁工艺路径来实现,是生产磷酸铁锂正极材料的主要原料。随着磷酸铁锂需求的增 加,众多企业改变赛道,许多钛白粉、磷化工企业宣布进军磷酸铁的生产。磷化工企业在原料端具有成本优 势,在加工端可以通过将磷铵装置向下游延伸,使用成熟工艺节约能耗和运费。在预计规划产能中,磷化工 企业规划产能超过 100 万吨,预计 2025 年 274.2 万吨磷酸铁锂需求对应 209 万吨磷酸铁,目前国内磷酸铁 规划产能超过 300 万吨,预计未来磷酸铁出现供给宽松的情形。

磷酸铁的制备主要有两种方法:固相法和液相法。固相法工艺成熟,产品具有较高的压实密度,是目前 生产磷酸铁最常用的方法,液相法是德方纳米的主要生产方式,具有产品一致性高的优点,但是因为具有较 高的技术壁垒,市场中使用的企业较少。 2020 年后半段,随着比亚迪“刀片电池”的上市,市场对于磷酸铁锂电池需求量增加,磷酸铁锂电池 装车量已经直逼三元锂电池装车量。同时受到疫情影响,大宗商品价格上涨,磷酸铁上游原材料成本增加, 导致磷酸铁价格不断提升,从 2021 年初的 1.2 万元/吨,增长至 2021 年 10 月 15 日的 2.6 万元/吨,涨幅达 到 116%。

3.7 石墨资源:高端石墨需求量增加,低端石墨市场竞争激烈

目前锂离子电池负极材料包括天然石墨材料、人造石墨材料、硅基及其他负极材料。人造石墨虽然成本较天然石墨更高,但凭借出色性能,与正极材料更好的匹配在动力电池领域占据绝对主流;而天然石墨主要 用于消费和储能。 人造石墨具有锂离子导电率高,锂离子扩散系数大,嵌锂容量高和嵌锂电势低等优点,且石墨材料来源 广泛、价格便宜,拥有成熟产业链,人造石墨未来仍将是负极材料的主流。 2016-2020 年,我国人造石墨出货量从 7.7 万吨提升至 30.7 万吨,在负极材料中的占比从 68%提升至 84%,2021 年上半年我国人造石墨出货量 28.2 万吨,占比达到 85%。

石墨资源储量较为丰富,价格便宜,但生产石墨企业属于高能耗企业,受到国家能源政策和电价波动影 响较大,因此石墨产能主要集中在电价较低地区。石墨化企业积极布局一体化产能,石墨化产能较高企业同 时也在动力电池负极材料上产能较高。尽管人造石墨占据市场主流,但负极材料头部企业贝特瑞却是以生 产天然石墨为主。在性能上,贝特瑞在首次效率,比容量上相较于其他公司产品有一定优势,贝特瑞天然石 墨制备的负极材料可以作为高端负极材料供给海内外电池厂商。目前贝特瑞天然石墨领域市场份额占比 70%,天然+人工市场份额占比 22%,位列行业第一。

3.8 动力电池上游产业链壁垒分析

动力电池产业链上游壁垒主要集中在资源储备和资金壁垒。生产锂离子动力电池相关的矿产资源在国 内分布稀缺,目前市场上龙头企业均在多年前在全球范围内收购矿产,通过合资、并购等方式获得国外优质 资源,从源头把握市场需要。 其次,受到新能源产业链的火爆的影响以及新冠肺炎疫情的冲击,动力电池上游产业链产品过去一段时 间价格波动大,投资相关产业链需要面临市场价格波动风险,同时回款周期长,对于企业流动资金要求较 大。

四、动力电池中游分析

动力电池中游是生产动力电池最为关键的环节,产业链包括动力电池正极材料、负极材料、电池隔膜、 电解液和结构件,中游产品性能直接决定了动力电池的表现。

4.1 正极材料:三元正极和磷酸铁锂正极并驾齐驱

正极材料是锂离子电池四大核心材料中最为重要的部分,在锂离子电池材料成本中的占比达到 40%- 45%,锂离子电池正极材料性能优劣直接决定了电池的综合性能。正极材料会在充电时释放锂离子,嵌入 负级材料的碳结构中,在放电时锂离子会从碳结构中析出重新形成化合物从而释放电能。 动力电池的正极材料是由镍、钴、锰、磷酸铁等化合物反应首先制出动力电池前驱体,后再与氢氧化 锂和碳酸锂反应所形成的。市场中主流的锂离子电池正极材料为磷酸铁锂(LFP)、三元锂(NCM/NCA) 和锰酸锂(LMO)。

进入 2021 年以来,磷酸铁锂市场占有达到 37%,增速加快,市场份额超过三元锂电池市场份额,成为 国内主流动力电池。但本文观点是动力电池高镍化趋势已经形成,长远来看,受到磷酸铁锂电池理论最大能 量密度较低的影响,三元锂电池具有更强的发展潜力,高镍三元锂电池和固态电池将在未来给动力电池行 业带来新的变革。

4.1.1 三元正极材料:高镍三元正极材料市占率持续上升

三元正极材料是层状镍钴锰(铝)酸锂复合材料,按照镍盐、钴盐、锰(铝)盐的大致比例,可以分为 NCM333, NCM523,NCM622,NCM811,NCA 等型号。镍、钴、锰为过渡金属元素,所形成的固溶体可以任意比例 混合,镍元素比例上升可以提升电池容量,锰元素比例上升可以保证电池安全性,钴元素比例上升可以减少 阳离子混排,有利于电池的循环性能。

三元正极材料由于其具有高能量密度的优势,符合市场对新能源汽车续航里程要求以及政府补贴政策 支持,逐步占据汽车动力电池大部分市场份额。但受到磷酸铁锂电池续航里程增加和补贴退坡的影响,三元 锂电池增长率近年来持续下滑,市占率被磷酸铁锂电池反超。

《中国制造 2025》预计 2030 年动力电池能量密度将达到 500Wh/kg,动力电池高镍化将是达到能量密 度要求的最优解。选择高镍化,降低钴含量,不仅可以增加动力电池能量密度,而且可以有效降低成本。 NCM523、NCM622 和 NCM811 的原材料成本占比分别为 87.98%,86.78%和 81.55%。但短期内高镍三元正 极材料产能为 32 万吨,需求仅为 8 万吨,高镍三元锂电池尚未解决颗粒粉末化,安全性问题,短期内供大 于求,但长期来看,高镍三元锂电池续航里程有望突破 1000 公里,前景广阔。

高镍三元锂动力电池行业格局存在明显的集中趋势,5 系、6 系的三元锂动力电池 CR2 均不到 50%,但 高镍三元锂电池的 CR2 达到 82.2%。容百科技和天津巴莫在高镍电池正极材料中优势明显。高镍系列电池 在一些追求能量密度的高性能车型上具有极大的发展空间,未来更多豪华品牌涉足新能源电动汽车,以性 价比高为特点的传统磷酸铁锂电池难以满足豪华车型能量需求,预计高镍动力电池增速加快。

2025 年市场将形成以 8 系、9 系三元锂电池为主,7 系三元锂电池为辅的市场格局,高镍材料将成为市 场主导。但随着高镍三元电池市场份额的提升,技术壁垒逐渐升高,缺少核心技术的中小型三元正极材料生 产厂商会逐渐失去竞争力,最终被市场淘汰,未来三元正极材料市场集中度有进一步上升的趋势。

三元高镍征集材料 NCM811 的增长率超过 250%,而容百科技正是高镍正极材料的龙头企业,NCM811 出货量全球居首。2017 年容百科技成为首家在动力电池上大规模使用 NCM811 材料的企业,2020 年容百科技高镍正极材料中国市 场占有率达到 60%,全球高镍电池市占率达 40%,位列全球第一。容百科技在技术上具有优势,推进一体 化布局,产能利用率和前驱体自供率提升,拥有全自动化的高镍正极材料生产线,技术优势明显。2022 年, 容百科技计划量产含镍量达到 96%的 9 系高镍电池。除在高镍电池领域具有竞争优势以外,容百科技也是 2020 年国内唯一一家三元正极材料产销量超过 2.5 万吨的企业。公司目前三元正极材料产能为 4 万吨,计划到 2023 年底产能达到 25 万吨,2030 年产能规划达到 100 万吨。

4.1.2 磷酸铁锂正极材料:磷酸铁锂电池向中高端车型进军

磷酸铁锂电池(LFP)是在动力电池领域具有广泛分布的应用的一种电池,其正极材料磷酸铁锂主要由 磷酸铁前驱体和碳酸锂采用固相法或液相法制成,其具有安全性能好,循环寿命长,成本低廉等优点。主要 应用于动力电池和储能领域。

磷酸铁锂电池理论比容量低于三元锂电池,但三元锂电池需要复杂的电池管理系统,结合最先进的 CTP 技术,在制成电池包以后二者能量密度差异较小。根据工信部 2021 年发布的第三批新能源车型目录,搭载 磷酸铁锂电池的新能源汽车,平均模组能量密度为 151.3Wh/kg,搭载三元材料的新能源汽车,平均模组能 量密度为 164.7Wh/kg。其次是磷酸铁锂电池拥有更加低廉的价格。续航 400km 以上的磷酸铁锂电池其成本 会比相同续航的三元锂电池低 7000 元以上。最后一点是磷酸铁锂电池具有更高的使用寿命。磷酸铁锂电池 充放电次数普遍可以超过 4000 次,而普通的三元锂电池充放电次数仅为 1000-2000 次。

我国磷酸铁锂动力电池装机量 2019 年、2020 年和 2021 年 1-6 月市场占比分别为 4%、15%和 30%, 市场占比大幅增加,且装机量在 2021 年后半年超过三元锂电池装机量。2020 年磷酸铁锂正极材料出货量已 经达到 12.4 万吨,同比增长 40.9%,随着国内越来越多的热门车型,例如磷酸铁锂版特斯拉 Model3、比亚 迪汉和五菱宏光 EVmini 的上市,市场对于磷酸铁锂的需求未来进一步上升。

磷酸铁锂的生产主要经历从磷矿石到磷酸,磷酸到磷酸铁以及磷酸铁到磷酸铁锂三个环节。技术路径相 对成熟,传统磷化工企业在布局磷酸铁锂时具有一定优势。目前国内上市公司中,湖南裕能和德方纳米是磷 酸铁锂正极材料的主要供应商。

在国内主要胜场磷酸铁锂正极材料的厂商中,德方纳米是生产磷酸铁锂龙头,采用“液相法”生产磷酸 铁锂正极材料。“液相法”最大的特点是反应过程中加入了溶剂,因此具有混合均匀、产品一致性好、质量 相对较好的优点,但反应过程要求较高,生产设备较为复杂。“液相法”采用硝酸铁作为铁源,磷酸二氨作 为磷源,相比较“固相法”所使用的磷酸铁,“液相法”更具有成本优势。在加热过程中,“液相法”能耗相 对较低,进一步降低生产成本,“液相法”相比于“固相法”会产生 3000 元/吨的成本优势。2020 年底德方 纳米拥有产能 38580 吨、2021 年底产能将达到 12 万吨、2023 年规划产能将达到 35 万吨,产能扩大 10 倍 以上。

湖南裕能在 2020 年国内磷酸铁锂正极材料领域的市场占有率为 15%,位居国内行业第二名。湖南裕能 已经成为宁德时代、比亚迪、亿纬锂能、蜂巢能源、赣锋锂业、远景动力等众多锂电池企业的供应商。湖南 裕能在三元相关技术领域有较多技术储备,磷酸铁锂生产主要是以固相法为主。磷酸铁锂是公司的核心业 务,收入占比超过 95%,2020 年与磷酸铁锂有关的营业收入达到 9.27 亿元。2019、2020 年和 2021 年 1-3 月,公司磷酸铁锂业务毛利率分别为 25.36%、16.18%和 21.57%;同时期竞争对手德方纳米磷酸铁锂业务毛 利率则分别为 21.1%、10.18%和 17.4%。但是存在下游客户集中度过高的问题,宁德时代和比亚迪合计销售 收入占比达到 90%

4.2 负极材料:石墨负极材料产业龙头企业优势明显

动力电池用负极材料可以被分为碳系负极材料和非碳系负极材料。碳系负极材料具体可分为石墨、硬 碳、软碳和石墨烯等负极材料,其中石墨材料可进一步分为天然石墨、人造石墨和中间相碳微球。非碳系负 极材料包括钛基材料、硅基材料、锡基材料、氮化物和金属锂等。 早期锂离子电池负极材料主要为锂金属,但由于一直无法解决锂金属枝晶的问题,枝晶会刺破隔膜或电 芯外壳,造成电解液泄露,存在很大的安全隐患,现如今大规模使用的负极材料仅有石墨类碳材料和 LTO,还有其他负极材料包括 Si,Sn 等合金负材料。

正极材料和负极材料的选用是影响动力电池能量密度和使用 寿命的一个非常找那个要的因素。负极材料在动力电池成本构成中的占比约为 10%~15%。人造石墨是中国 负极材料的主要增长点,占整个负极市场的 80%,2020 年国内锂电池人造石墨负极材料的 CR4 为 71%。

人造石墨以石油焦、针状焦为主材,经破碎、整形、造粒以及石墨化以后形成的石墨负极产品,人造石 墨循环寿命优势突出,天然石墨循环寿命一般在千次以内,人造石墨可以达到 2000 次,而且人造石墨倍率 性能好,体积膨胀小,高低温性能有益;天然石墨价格优势突出,省去了石墨化工艺流程,能量密度高,但 和电解液相溶性较差,续航寿命短;复合石墨是以天然石墨为主材,通过表面改性、石墨化、炭化包覆或与 不同人造石墨进行复合搭配以后形成的石墨负极产品,其性能可以兼顾人造石墨和天然石墨的优点。

随着碳达峰和碳中和政策的执行,以及新能源汽车未来渗透率不断提升和风电光伏电站装机工作的推 进所导致的储能电池需求的提升,负极材料需求在未来会快速增长,行业未来空间广阔。在近几个月磷酸铁 锂正极材料动力电池的装机量首次超越三元锂正极材料动力电池的装机量,而磷酸铁锂动力电池对负极材 料的需求大于三元锂电池。在未来随着磷酸铁锂正极材料技术进步以及新能源汽车逐渐进入下沉市场,负 极材料行业将逐步形成规模效应,未来将有较大的成长空间。(报告来源:未来智库)

贝特瑞是全球最大的锂电负级材料龙头,主营天然石墨,布局全产业链,较其他品牌有明显领先优势。自 2013 年以来,贝特瑞负极材料出货量连续 8 年全球第一,负极材料市占率行业第一,达到 21.8%。在人 造石墨方面,公司出货量占比由 2017 年的 26.6%提升至 2020 年的 46.7%。截止到 2021 年 6 月,贝特瑞拥 有负极材料产能为 15 万吨,其中硅负极产能为 0.3 万吨,在建、规划产能达到 31.5 万吨。同时,贝特瑞产 品远销海外,下游客户包括松下,三星 SDI,LG 等国际电池巨头,2020 年贝特瑞海外销售收入占比达到 40%。

杉杉股份是国内唯一一家业务覆盖动力电池正极材料、负极材料和电解液的企业。2020 年,杉杉股份 负极材料出货量达到 12 万吨,位居行业第三。另外,正极材料产能为 6 万吨,电解液产能为 4 万吨。杉杉 股份在 2021 年上半年归母净利润 8.77 亿元,已经超过 2019、2020 年全年归母净利润。杉杉股份在 2021 年 采用瘦身战略,剥离公司次要业务,将公司主要精力集中在锂离子电池材料方面。2021 年杉杉股份对外投 资额超过 150 亿元,其中用 80 亿元在内蒙古建立产能 20 万吨锂离子电池负极材料一体化生产基地。杉杉 股份 2020 年海外客户销量为 53%,客户结构进一步改善,公司产品逐步进入全球主流动力电池供应链中。

4.3 电解液:随新能源汽车发展需求量进一步释放

动力电池电解液是电池中离子传输的载体。电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐和必要的添 加剂构成,在锂电池正负极之间起到传导离子的作用。在一定条件下,按照一定比例配置后可使得锂离子电 池获得高电压、高比能等优点。电解液成本约占整个动力电池生产的 10%~15%。而其中电解质又占电解液 成本的 50%。根据 Bloomberg 预测,到 2025 年全球锂电池需求量将达到 1200GWh,对应动力电池电解液 需求量约为 132 万吨。从国内来看,预计到 2025 年电解液总体出货量可达 86.5 万吨,年均增长速度约为 31.7%,其总体市场规模将达到约 200 亿元。

4.3.1 电解质锂盐

解质锂盐决定了电解液的基本理化性能,是电解液成分中对锂离子电池特性影响最重要的部分。根据性 能不同,锂盐可以采用单一锂盐、混合锂盐或者把另一种锂盐作为添加剂。 锂电池电解质锂盐市场最核心原材料为六氟磷酸锂。六氟磷酸锂具有良好的离子迁移数和解离常数, 较高的电导率和电化学稳定性,以及较好的抗氧化性能和铝箔钝化能力且与正极材料反应。但考虑到电池 成本、安全性能等因素,六氟磷酸锂是目前商业化应用最广泛的锂电池溶质。按照每吨电解液配比 0.12 吨 六氟磷酸锂计算,预计 2025 年全球六氟磷酸锂需求量约为 16.5 万吨。

六氟磷酸锂在 2018 年、2019 年间价格一直处于较低水平,导致许多产能退出市场,但自 2020 年 9 月 起价格开始大幅增加,截止到 2021 年 9 月价格已经达到 445000 元/吨;而另一种电解液主要类型磷酸铁锂 电解液价格也已经达到 99000 元/吨。近年来各国大力推行新能源汽车的发展,新能源产业恢复速度迅猛, 自 2020 年 9 月以来产业链上下游需求明显提升。由于六氟磷酸锂市场在 2020 年之前出现供过于求局面, 很多企业选择暂停生产,难以满足突然出现的需求增加局面,产能难以快速恢复,六氟磷酸锂市场需求和 价格极大增加。欧洲市场对新能源汽车订单数量的增加进一步扩大六氟磷酸锂的需求缺口。

4.3.2 溶剂

溶剂占到电解液成本的 30%左右。溶剂以使用碳酸酯类溶剂为主,包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸 甲乙酯、碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯等。其中链状碳酸酯类(DMC、DEC、EMC)粘度低、电化学稳定性好、可以提升电解液的低温性能。环状碳酸酯类(EC、PC)介电常数高、离子电导率高、在负板表面形成稳定 的 SEI 膜,产生的粘度也比较大。目前、碳酸二甲酯(DMC)作为溶剂中最常见的品种被广泛应用,但随 着电解液性能要求的提升,单一溶剂已经难以满足电解液的要求,未来将逐步向混合溶剂体系转型,通过高 介电常数和低粘度的溶剂实现性能提升。各类溶剂的需求量预计均会有所增长。

4.3.3 电解液添加剂

添加剂尽管在动力电池电解液中质量占比很小,但能在基本不改变生产成本和生产工艺的情况下显著 改善锂电池的各项性能。目前主流的电解液添加剂包括碳酸亚乙烯酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)和双 草酸硼酸锂(LiBOB)等。

4.4 隔膜:干法隔膜和湿法隔膜两条赛道长期并存

隔膜是锂电子结构中的关键内层组件之一,隔膜决定了电池的界面结构、内阻等,并直接影响了电池的性能。隔膜是一张多孔薄膜,主要是将正极负极分开,避免其直接接触导致短路,但可以做到锂离子、钠离 子自由通过,提高锂离子电池的综合性能。隔膜在电池成本中的占比约为 8%-10%,毛利率可达 50%-60%, 是四大主要材料中毛利率最高的产品。2020 年全球出货量为 62.8 亿平方米,同比增长 21.5%,其中我国出 货量为 38.7 亿平方米,同比增长 29.9%。根据中材科技公司公告预测,2025 年全球动力电池隔膜需求将超 过 140 亿平米。

锂离子电池隔膜是电池各构件中最晚实现国产化的内部组件,但最近几年经过持续不断的发展,性能逐 步提升,国产化率稳步增加,2013 年-2020 年,我国锂电池隔膜国产化比例从 40%上升至 93%。2021 年上 半年,锂电池隔膜出货量为 34.5 亿平方米,同比增长 202%。根据工艺的区别,锂电池隔膜主要分为干法隔 膜和湿法隔膜两种。干法隔膜主要依靠吹膜+单向拉伸、铸片+单向拉伸以及双向拉伸,干法技术工艺简单、 设备成本较低,主要用于聚丙烯(PP)隔膜的制造,主要应用于动力型磷酸铁锂电池中。湿法隔膜使用石蜡 油与 PE 混合占位造孔,在拉伸工艺后需要用溶剂萃取移除,主要用于聚乙烯(PE)隔膜的制造,在三元锂 电池中的应用更为广泛。湿法隔膜出货量在 2020 年已经达到 27.2 亿平方米,出货量占比由 2015 年的 29.27% 增长到 2020 年的 70.28%,湿法隔膜逐渐成为市场主角。不过随着磷酸铁锂电池装机量的提升,市场对于 干法隔膜的需求较前几年显著增加。

目前行业主要技术路径为磷酸铁锂和低端三元锂电池多使用干法隔膜;高端三元锂电池多使用湿法隔 膜,未来干法和湿法隔膜将长期并存。在可以预见的未来,磷酸铁锂电池仍具有很强的产品竞争力,但仍看 好高镍三元锂电池的高速增长,对湿法隔膜的需求也会大幅增加,因此,本文的主要观点是对于隔膜行业, 湿法隔膜具有很强的发展潜力,建议关注在湿法隔膜技术路径中具有竞争优势的企业。

隔膜在锂电池开发的初期主要应用在小型电池、数码 3C 等一些对能量密度要求较低、无需大规模充放 电的电池,因此使用干法隔膜较为适用。而锂离子动力电池在大功率充放电和安全性方面对隔膜的各项指 标提出了更高的要求,锂电池隔膜的主要材料因此由聚烯烃类材料向多种材料、复合材料的方向发展,结构 也从简单结构向复杂结构转变。

4.5 动力电池结构件:中国企业选择方形电池,日韩企业选择圆柱和软包

动力锂离子电池的封装按照技术路线的不同,主要有方形,圆柱和软包三种形状。三种形状对应的结构 件为方形结构件、圆柱结构件和铝塑膜。而锂电池精密结构件是锂电池重要组成部分,对锂电池的安全性、 密闭性、能源使用效率都具有直接影响,锂离子电池精密结构件制造业属于多技术交叉,工艺品质高、设备 投入高的技术密集型高科技产业。

动力电池精密结构件主要包括电芯外壳顶盖、钢/铝外壳,正负极软连接和电池软连接排等,是电池封 装的重要材料。主要用于电池传输能量、承载电解液、保护安全性、固定支撑电池等作用,并根据环境不同, 具备可连接性、抗震性、散热性、防腐蚀性、防干扰性、抗静电性等特点。由于新能源汽车需要的是大功率 电能,因此在实际使用过程中,往往使用上百个电芯串、并联保证能量供应。单个动力锂电池结构件的市场 价格是传统便携式锂电池结构件的几十甚至上百倍。

国内市场生产的结构件产品已经超过国内市场需求,未来会有越来越多的结构件产品选择出海,全球动 力电池需求量的快速增加结构件未来的发展潜力。国内结构件市场中,方形结构电池占据市场绝对优势,市 场占有率为 85%,是软包电池的 10 倍,圆柱形电池的 13 倍。磷酸铁锂电池的装机量中,方形铝壳电池占 92.4%;而国内最大的 5 家生产三元锂电池的企业当中,仅孚能科技一家技术路线采用软包技术,其他几家 均以方形铝壳的技术路线为主。

目前方形封装壳体电池能量密度最高可以达到 238Wh/kg。尽管原理上讲,圆柱和软包的电芯能量密度 相比较方形电芯的能量密度分别高 20Wh/kg 和 40Wh/kg,而组成电池包以后,由于软包和圆柱的组成效率 低,理论上三种形状电池的能量密度并无太大差异。然而在实际组成电池组以后,大部分软包电芯能量密度 为 200Wh/kg-210Wh/kg,圆柱电芯能量密度为 200-215Wh/kg,均落后于方形电芯的能量密度。

科达利是方形电池精密结构件主要供应商,2021 年前三季度预计归属于上市公司股东净利润 3.6-3.8 亿 元,同比增长 270%-286%,其中第三季度净利润为 1.6-1.8 亿元,同比增长 183%-214%。受益于全球性能源 汽车需求量的增加和公司对动力电池结构件的需求提升,公司精密结构件订单量持续增加。近年来科达利 专注于锂电池结构件业务,市场占有率超过 50%。科达利主要合作客户包括 CATL、中航锂电、亿纬锂能等 国内客户以及 LG、松下、特斯拉等国外客户。科达利客户结构在逐渐优化,第一大客户营业收入比重由 2019 年的 58.51%下降到 2020 年的 75.86%,前五大客户营业收入比重由 2019 年的 83.11%下降到 2020 年的 75.85%。目前科达利已经在国内的华东、华南、东北、西北、西南等电池行业重点区域布局了 8 个动力电池 精密结构件生产基地,以及欧洲的德国、瑞典、匈牙利 3 个动力电池精密结构件生产基地,2022 年产能将 陆续释放。海外市场预计在 2022 年开始显著贡献收入,增量明显。

4.6 动力电池产业链中游壁垒分析

动力电池产业链中游存在客户认证壁垒和技术壁垒。动力电池产业链中游在行业发展初期出现“百花 齐放”局面,多种部件和多种技术路径并存,许多中小厂商尚能获得客户订单。但今年来随着技术进步和消 费者对于电池安全性、能量密度要求的提升,技术路线出现逐渐统一的趋势。头部企业已经在开发高镍征集 材料、硅负极材料和固态电解质等新一代动力电池材料,这些都要求长时间的技术积累和试错成本。对于缺 少核心领先技术的企业,市场中的技术壁垒愈来愈高。

同时,动力电池安全性能一直是消费者关注的重点。头部企业布局产业时间长,产品得到充分安全验 证,深受消费者信赖。下游动力电池厂商一般不会轻易更换中游动力电池材料供应商,且中游供应商多与下 游厂商深度绑定,依据下游客户需求生产定制产品,供应商可替代性较差,市场地位稳定。对于新进入者来 说,如何获得市场订单是最关键问题之一,市场客户认证壁垒明显。

五、动力电池下游分析

5.1 中国国内主要锂离子动力电池生产厂商情况

5.1.1 宁德时代:全球行业龙头,地位不可撼动

宁德时代是动力电池及储能电池领域当之无愧的行业龙头,在技术、产能和客户结构等方面优势巨大, 地位无人撼动。宁德时代是全球领先的锂离子电池供应商,专注于新能源汽车动力电池系统、储能系统的研 发与销售,致力于提供新能源应用的解决方案。2020 年工信部公布的 6800 余款注册的新能源车型,其中使 用宁德时代配套动力电池有 3400 余款车型,占比达到 50%,是配套车型最多的汽车厂商。宁德时代凭借出 色的电池创新技术和过硬技术实力收获众多海内外订单,客户结构合理;同时积极布局产业链上游,通过收 购、合资合作和技术合作等方式与供应商建立紧密联系,既保证了未来产能供应,有降低了生产成本;公司 动力电池各主要产品性能行业领先,同时在金属锂电池、全固态电池和钠离子电池等下一代电池的研发上 走在前列。

技术

2020 年宁德时代研发投入占营业收入的比例由 2019 年的 6.53%,上升到 2020 年的 7.09%。宁德时代 通过大量研发投入,从上至下覆盖整个产业链的研发体系,以及力图在各个环节掌握核心技术,在一些技术 上较其他企业具有明显优势。 在新型动力电池方面,宁德时代在 7 月 29 日发布第一代钠离子电池,电芯能量密度达到 160WH/kg; 具备快充能力;在-20℃的低温环境下放电效率无明显衰减;系统集成效率高;热稳定性也远超国家标准。

钠离子电池的推出可以有效缓解国内锂资源不足,过于依赖进口的问题,同时可以降低生产成本。目前 钠离子还处于能量密度较低阶段,但宁德时代表示下一代钠离子电池的能量密度可以达到 200Wh/kg。钠离 子资源在地壳中的丰度为 2.75%,而锂离子资源的地壳丰度仅为 0.0065%。钠离子资源的分布较为广泛,我 国有丰富的钠资源储备,钠资源价格相对较为低廉。钠离子电池的正负极材料均为铝箔,相比较锂离子电池 正极所需要的铜箔,铝箔更便宜且更耐用。综合来看,钠离子电池的材料成本相比于锂离子电池的材料成本 降低 30%~40%。在钠离子电池规模化以后,钠的储量丰富、价格低的优势就可以发挥出来,形成对锂离子 电池的成本优势。

由于钠离子电池和锂离子电池生产流程类似,电池生产设备和生产工艺可以完美兼容,产线可以进行快 速转换,实现产能布局。目前,宁德时代已经启动钠离子电池产业布局,2023 年可以基本形成产业链。钠 离子电池在目前对能量密度要求不高的场景中具有广阔的应用前景,在技术成熟之后,可以替代磷酸铁锂 电池,在低速动力领域和储能领域有所发挥。

在高镍电池方面,高镍 811 三元锂电池仍然是三元锂电池未来的必经之路。在 2021 年 4 月举办的上海 车展新发布的近 80 款新能源汽车亮相,其中 43 款中高端车型搭载了高镍车型。作为国内少数几家能大批 量生产高镍动力电池的厂商,宁德时代宣布开发出永远不起火的 811 电池,通过开发出高稳定性正极材料 和高安全电解液提高电池耐高温边界;设计了防止内短路电极并优化了电池包强度;提高了电池热管理监 控能力并提升阻止热扩散能力。

成长性分析

宁德时代的成长性主要源于其在动力电池行业的稳固地位和新能源汽车需求量的强势增加。 在行业发展方面,2020 年全球新能源汽车销售量为 324 万辆,预计 2030 年新能源汽车销量将达到 3000 万辆,2025 年新能源汽车渗透率将达到 25%。 在规划产能方面,宁德时代规划到 2025 年,产能达到 592GWh,比 2020 年现有 118GWh 产能扩大 4 倍。合资公司 2025 年规划产能为 150GWh,合计产能将达到 750GWh。而与争夺全球动力电池出货量第一 的 LG 新能源,2025 年预计规划产能仅为 430GWh,宁德时代将继续保持市占率第一位置并拉开与 LG 新能 源之间的差距。

在客户结构方面,宁德时代客户结构将更加优化。2021 年前 3 季度,宁德时代前三大客户分别为特斯 拉、蔚来汽车和小鹏,合计占比 37.6%。深度绑定新能源汽车领先品牌和造车新势力,公司在 ToC 端优势明 显。 在研发方面,宁德时代 2021 年前三季度研发费用 55.9 亿元,领先于 LG 化学的电池板块研发投入。目 前已经在 CTP 技术、高镍电池技术和钠离子电池技术上出现领先,同时在研发无钴正极、硅负极、新型电 解液、固态电池、结构设计和智能制造等方面技术优势明显,宁德时代产品技术优势将继续保持。(报告来源:未来智库)

5.1.2 比亚迪:全球唯一自主生产电池整车企业,电池积极寻求外供

比亚迪集团业务跨越汽车、IT、新能源三大领域,建立全产业链,逐渐成长为中国自主品牌汽车领军 厂商和全球新能源汽车产业的领跑者之一。比亚迪拥有全球领先的电池、电机、电控及整车核心技术,以及全球首创的双模技术和双向逆变技术,此外,集团在动力电池领域建立起全球领先的技术优势和成本优势, 并通过动力电池产能的快速扩张建立起领先的规模优势。公司主要经营包括新能源汽车和传统燃油车在内 的汽车业务,手机部件及组装业务,二次充电电池及光伏业务,三大业务占比亚迪总收入的比例分别为 53.46%,38.34%和 7.72%。

技术

比亚迪是全球唯一一家实现动力电池完全自主配套的车企,动力电池装机量位居全国第二,全球第四; 同时也是市场中少有的掌握电池、电芯、电机等关键生产技术的公司。公司目前在动力电池领域具有技术领 先的无疑是刀片电池技术和 DM-i 超级混动系统。三元锂电池优势在 2018-2019 年期间十分明显的时期,比 亚迪仍深耕磷酸铁锂电池技术路线,在磷酸铁锂电池技术上有明显优势。比亚迪相继推出刀片电池和 DMI 超级混动两大技术,刀片电池主要保证了新能源汽车安全性和动力的需求,而通过 DMI 超级混动提出了新 能源车代替燃油车的解决方案。

比亚迪拥有先进的制造工艺,通过严苛的工序将正极、负极、模切裁断成单片,在隔膜中按照设定的层 数叠成极芯,并通过热压将极片与隔膜固定。极片长度约为 1000mm,条状的正负极片可以像一个个刀片一 样有序被插入到折叠隔膜当中,紧密排布,进一步压缩空间,提升能量密度。在高效利用电池组空间以后, 电池包体积比能量密度由从前的 251Wh/L 提升到了 332Wh/L,在系统能量密度方面和三元锂电池相差无几。

DM-i 超级混动技术:2021 年 1 月 11 日,比亚迪 DM-i 超级混动正式发布。DM-i 超级混动以超大安全 容量的电池和高性能大功率扁线电机为设计基础,主要依靠大功率电机进行驱动,汽油发动机主要功能是 在高效转速区发电,适时直驱,改变了传统混动主要依赖发动机,以油为主的设计架构,大幅降低油耗。 DM-i 超级混动的系统架构主要包括:EHS 电混系统、DM-i 超级混动专用功率型动力电池、混插专用高效 发电机。

EHS 电混系统主要负责混动车型上的动力协调和分配,拥有双电控+双电机的集成化设计,体积和重量 较第一代减少了 30%,但最高转速达到 16000r/min,峰值功率达到 160kW。同时配合油冷技术增强散热, 使电机功率密度达到 44.3kW/L。通过 IGBT4.0 技术,电控效率将达到 98.5%,通过对发动机,发电机和驱 动电机功率的智能分配,保障 DM-i 混动系统处于高校区间工作。根据行驶速度不同,EHS 电混系统则会采 用纯电动模式或 HEV 串联并联模式,兼顾经济与动力,进一步降低成本。

DM-i 超级混动系统架构的核心部件全部采用比亚迪自主研制的产品,同时比亚迪自主研发的 SoC 很好 的会控制车辆一直在高效区间内运动,发动机 38%以上高效区间工作占比高达 70%,整套动力系统优先用 电,追求极致效率,实现超低油耗。而整个 DM-i 混动系统使用的是专用功率型刀片电池,可以更好平衡发 动机效率,采用 DM-i 架构的新能源车型其 NEDC 亏电油耗仅为每百公里 3.8 升。

成长性分析

比亚迪通过多车型、多技术路线和多价格区间全方位布局保证未来发展。 在产品方面,比亚迪主要车型销量数据亮眼。在特斯拉 Model3 尚未大规模交付之前,比亚迪新能源汽 车出货量连续多年全球第一,在新能源汽车研发和销售上具有深厚的历史底蕴。比亚迪“汉”作为旗舰车型 已经连续 7 个月销量环比增长,连续多个月销量破万。比亚迪和特斯拉已经成为新能源汽车销售第一梯队, 同时比亚迪积极计划推出高端车型,进军高端汽车市场,产品销售未来可期。未来比亚迪进一步完善产品矩 阵,通过“王朝系列”和“海洋系列”实现多种车辆种类,多种技术路线和多种车型价格全方位覆盖。

5.1.3 中航锂电(中创新航):全球 Pre-IPO 阶段最大动力电池生产企业,未来可 期

中航锂电成立于 2007 年,是专门从事锂离子动力电池、电池管理系统、储能电池及相关集成产品和锂 电池材料研制、生产、销售和市场应用开发的企业。2021 年年中,中航锂电国内动力电池装机量超过 LG 化 学,市场份额升至行业第三。2020 年中航锂电营业收入 26.7 亿元,净利润为 1.3 亿元,公司总资产为 187 亿元。中航锂电目前仍处在 Pre-IPO 阶段,更名为“中创新航”,将军品业务和民品业务独立运营,为上市 做准备。中航锂电在全球 Top10 动力电池企业中增速第一,三元方形动力电池装机量全球前三,动力电池 装机量全国前三,发展前景较好。但距离国内行业巨头宁德时代、比亚迪,以及国外龙头企业 LG 新能源、 松下有不小差距。

技术

中航锂电的产品中最具有技术优势的产品为 One-Stop Battery。该产品具有高度集成、极简、高安全、 高可靠性四大特点。使用该技术的产品,三元锂电池系统电信能量密度为 300Wh/kg,电池包能量密度 240Wh/kg,续航里程可以达到 1000km;磷酸铁锂电池系统电芯能量密度为 200Wh/kg,电池包能量密度 160Wh/kg,续航里程达到 700km。

成长性分析

作为动力电池行业二线龙头,中航锂电未来产能增速远大于一线品牌。 在产能方面,2021 年中航锂电前三季度动力电池装机量为 5.81GWh,2025 年规划产能超过 500GWh, 而同期宁德时代仅为 582GWh,与宁德时代差距大幅缩小。同时目前公司落地签约产能达到 250GWh,仅次 于宁德时代和 LG。此外,中航锂电是全球第一个规划产能超过 1TWh 的企业,背靠中航工业,中航锂电在 产能扩张和产品研发投入上底气十足。

5.2 动力电池产业链下游壁垒分析

动力电池产业链下游主要存在的壁垒是客户认证壁垒、技术壁垒和资金壁垒。动力电池产业链下游生 产动力电池组直接供应给整车企业,整车企业对于续航里程、循环次数、安全性能等关键指标具有严格要 求,动力电池下游生产厂商需经过层层验证,多次实验测试才能最终成为整车企业动力电池供应商。作为新 能源汽车的“心脏”,动力电池的表现直接关系到整车企业的市场形象和消费者口碑,整个验证周期长,投 入资金大,整车企业一般不会轻易更换电池供应商,得到市场验证的下游企业只会“强者更强”,获取更多 订单,而新进入者获取订单较为困难。

动力电池下游产业往往在产能,技术上具有明显优势,同时电池组的成组工艺,电池内部结构设计和 BMS 系统设计等核心技术具有较高的技术壁垒,每年龙头企业的研发投入巨大,对于缺少技术积累的企业 很不友好。 动力电池下游产线资金投入巨大,根据 GGII 的调研,生产 1GWh 动力电池最少需要投入 3.6 亿元。动 力电池行业属于资金密集型行业,前期投入巨大,具有较高的资金壁垒。

六、投资分析

动力电池产业链行业壁垒高,马太效应明显,最关键的衡量标准是产能和技术。其中部分环节受到未来 发展方向不确定性的影响,可能会产生重大不利影响,因此重点关注其在行业具有稳固地位同时未来发展 潜力明确的企业。

(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。)

精选报告来源:【未来智库】。

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