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汽车行业104页深度研究报告:掘金新能源汽车十
admin 2021-07-31

  根据Canalys 最新预测,预计到2021年,电动汽车将占全球新车销量的7% 以上,销量将超过500万辆,同比增长66%;预计到2030年, 电动汽车的销量将会达到全球乘用车销量的48%。基于此预测, 我们预计到2025年,全球电动车销量将达到1500万辆,到2030 年全球电动车销量将达3000万辆。2021-2025年,全球新能源 汽车年均复合增速为36.37%,2026-2030年,全球新能源汽车 年均复合增速为14.87%。

  未来十年我国汽车工业或将诞生全球性的伟大企业。随着 我国人工智能、大数据、量子计算、自动驾驶等技术的进步, 新一轮的革命技术将应用于汽车制造领域,欧美日等老牌车企 的燃油车的技术垄断优势将荡然无存,中国车企将有机会和国 际龙头站在同一起跑线上。国内车企凭借国内庞大的消费市 场,完善的产业链配套体系,工程师红利带来的创新优势以及 企业家精神,有望在新一轮竞争中站上全球汽车行业的巅峰, 并诞生出诸如丰田、大众那样的全球伟大汽车制造企业。

  新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源(或使用常规的车用燃料、 采用新型车载动力装置),综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术,形成的技术原 理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车包括四大类型:混合动力电动汽车 (HEV)、纯电动汽车(BEV,包括太阳能汽车)、燃料电池电动汽车(FCEV),其他新能 源包括机械能(如超级电容器、飞轮、压缩空气等高效储能器)汽车等与非常规的车 用燃料指除汽油、柴油之外的燃料,如天然气(NG)、液化石油气(LPG)、乙醇汽油(EG)、 甲醇、二甲醚。

  48V 轻混:在传统车辆原有 12V 电能系统的层面上,将电压提高到 48V,并通过如 电动机、电池组等的加入,使得其有着辅助车辆驱动以及储存回收电能的效果,这种 启停技术本是有助于汽车节油。

  混合动力车(HEV):又被称为油电混动车/油混。不可充电,能量来源只是汽油, 发动机和电动机协同驱动。以日系车为代表,代表车型包括丰田 THS、本田 IMMD 和日 产 e-Power。

  插电式混合动力汽车(PHEV): 在油混的基础上多了插电功能,可以外接充电,并 提高电池容量,简称插混。

  增程式电动汽车(EREV):可充电,能量可以是汽油,也可以是充电电池,发动机 和电动机协同驱动,结构上和插电式混合动力汽车类似,区别在于增程式的发动机只负责发电,完全由电动机来驱动。增程式电动车的电池普遍更大,纯电续航里程远高 于插混,在市区完全可以当作纯电动车来开,而亏电或电量保持模式时的油耗也低于 同级燃油车。

  燃料电池车(FCEV):一般指的是氢燃料电池车,氢气与空气中的氧气在燃料电池 堆中发生化学反应(并非燃烧),释放出电能。不过燃料电池堆普遍输出功率较低,所 以在汽车上使用时,还需要搭配一块锂电池,锂电池与燃料电池堆协同充放电。

  从产品的生命周期来看,传统燃油车经过 100 多年的发展,技术最为成熟,目前 处于成熟期。纯电动车 2020 年渗透率达 5.4%,2021 年 1 季度渗透率快速提升至 7.9%, 未来五年仍有 30%的复合增速,纯电动车等品类处于快速成长期。而燃料电池车技术主 要由日本主导,国内技术尚不成熟,缺少相应的配套设施,2020 年销量仅 1000 辆,燃 料电池车目前尚处于导入期。而混合动力车则是过渡性产品,目的是节油减排,目前 处于衰退期。

  纯电动车和燃料电池车优势各自有自己的优势,但同时又有着目前看来技术上难 以逾越的劣势。优势方面,纯电动车零排放且结构简单,维护方便,使用成本最为低 廉。劣势在于受限于锂电池的能量密度,续航里程短,充电时间长,严重影响用户的 驾驶体验,目前国轩高科研制的三元锂电池单体电池能量密度达 302Wh/kg,系统能量 密度突破 200Wh/kg,接近液态电池能量密度的极限(进一步提高易引发火灾)。

  而燃料电池车方面,零污染,续航里程超过 1000 公里超过普通燃油车,燃料加注 时间仅需要 3-5 分钟和燃油车加油时间相当。缺点在于,由于技术不够成熟,单辆车 售价超过 40 万元,相对燃油车和纯电动车而言没有吸引力;二是因为加氢站建设成本 较高,国内加氢站布局严重不足,车主加氢困难;三是氢逃逸的问题无法解决,室内 停放存在燃爆的可能。

  由于纯电动车和燃料电池车的有着各自不同优缺点,决定未来其使用场景会不同。纯电动车更适用于城市内短途的交通通勤,而燃料电池车更适用于线路固定的长途运 输的商用车领域,因此纯电动汽车和燃料电池汽车并非直接竞争关系,二者或将长期 占据新能源汽车的主要部分。

  纯电动汽车不同于传统燃油车,没有复杂的动力系统和传动系统,电动机取代了 发动机成为动力源,燃油系统被动力电池取代,变速箱被固定减速比的减速箱或最多 两档的简单变速箱取代,没有排气管和前后传动轴,可以安装平整的电池和地板。

  因此纯电动车的结构较传统燃油车更简单,上游主要由电池组、电机、电控这三 大核心部件和其他零部件构成。中游整车与传统燃油车类似,分位乘用车、商用车和 专用车三类,下游配套设施及市场运营主要分为两个部分,一是电池回收,二是充、 换电设施。

  根据中国汽车工业协会的统计,2020 年中国实现新能源汽车销量为 1,367,315 辆, 同比增长 13.35%,过去五年年均复合增速为 32.80%,渗透率达 5.40%。2021 年 1-3 月, 我国新能源汽车销售 51.5 万辆,渗透率提升至 7.49%。

  2020 年,我国销售纯电动汽车 1,115,123 辆,占新能源汽车销量的 81.56%;插电 式混合动力汽车 251,010 辆,占新能源汽车销量的 18.36%;燃料电池汽车销售 1,182辆。2021 年 1 季度,我国销售纯电动车、插电式混合动力车和氢燃料电池车 43.2 万辆、 8.14 万辆和 150 辆。

  根据中国汽车工业协会联合天津大学中国汽车战略发展研究中心发布《中国汽车 市场中长期预测(2020-2035)》。2021 年中国汽车市场将呈现缓慢增长态势,未来五年 汽车市场也将会稳定增长,2021 年中国汽车市场总销量预计在 2630 万辆,同比增长 4%。其中,新能源汽车预计销量 180 万辆,同比增长 32%,2025 年汽车销量有望达到 3000 万辆,到 2035 年销量分别达近 3500 万辆。

  根据乘联会得最新预测 2021 年我国新能源车销量将超过 200 万辆,同比增长 46.32%。根据国务院办公厅印发的《新能源汽车产业发展规划(2021—2035 年)》,到 2025 年,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 汽车成为新销售车辆的主流,按照届时汽车销量一半为新能源车,预计到2025年和2035 年,我国新能源汽车销量分别为 600 万辆和 1750 万辆。预计 2021-2025 年,我国新能 源汽车年均复合增速为34.42%,2026-2035年,我国新能源汽车年均复合增速为11.30%。

  2020 年成为了新能源汽车发展最快的一年,包括纯电动和插电混动在内,全球新 能源汽车销量达到 324 万辆,而上一年的销量为 226 万辆。2020 年全球新能源乘用车 销售 318.05 万辆,同比增长 43.93%,过去五年,全球新能源车年均复合增速为 42.39%, 渗透率从 2015 年的 0.83%,提升至 2020 年的 5.93%,新能源车渗透率快速提升一方面 是新能源车销量快速提升,另一方面是因为传统燃油车在 2017 年达峰后持续萎缩造成。从车型构成来看,全球新能源车历年纯电和插混销量保持在 2:1 左右。

  为鼓励新能源汽车行业发展,2018 年国家发改委颁布了《汽车产业投资管理规定》 提出新建纯电动乘用车生产企业不再实行核准管理,调整为备案管理。这意味着生产 纯电动乘用车不再需要国家发改委颁发生产许,省级政府备案可即可生产。此外,纯 电动乘用车相对传统燃油车没有复杂的动力系统、燃油系统和传动系统,制造门槛大 大降低。

  2020 年之前,中国已连续五年蝉联新能源汽车最大市场。为鼓励新能源车的销售 和应对疫情的不利影响,2020 年法国将新能源车补贴从每台车 6000 欧元提高至 7000 欧元,德国给与购车者和车企分别每台车 6000 欧元和 3000 欧元的补贴,荷兰也公布 了将原本结束于 2019 年底的电动汽车补贴延长到 2025,并将在 2020 年提供 1720 万欧 的补贴。由于执行更为激进的补贴和税收减免政策,促使欧洲在 2020 年一举超过中国 成为全球新能源汽车最大市场。

  在欧洲和中国以外,新能源汽车的增长较慢。在美国市场,尽管特斯拉 Model Y 已开始销售,但当地的新能源汽车销售仅增长了 4%。其他市场的表现各有不同,日本、 加拿大和澳大利亚的销量下滑,而韩国、印度、以色列、阿联酋和中国香港的销量都 有所上升。

  全球电动化在欧洲碳排放政策叠加超强补贴、中国双积分政策及供给端优质车型 加速、美国新能源高额投资规划下,未来行业产销仍然维持高增速。

  根据 Canalys 最新预测,预计到 2021 年,电动汽车将占全球新车销售的 7%以上, 销量将超过 500 万辆,同比增长 66%;预计到 2030 年,电动汽车的销量将会达到全球 乘用车销量的 48%。基于此预测,我们判断到 2025 年,全球电动车销量将达到 1500 万 辆,到 2030 年全球电动车销量将达 3000 万辆。预计 2021-2025 年,全球新能源汽车 年均复合增速为 36.37%,2026-2030 年,全球新能源汽车年均复合增速为 14.87%。

  为鼓励新能源汽车行业发展,2018 年国家发改委颁布了《汽车产业投资管理规定》 提出新建纯电动乘用车生产企业不再实行核准管理,调整为备案管理。这意味着生产 纯电动乘用车不再需要国家发改委颁发生产许,省级政府备案可即可生产。此外,纯 电动乘用车相对传统燃油车没有复杂的动力系统、燃油系统和传动系统,制造门槛大 大降低。

  国内纯电动车市场,销量排名前十的企业市占率维持在 75%左右变动,但从前五名 的排名来看,2017 年和 2018 年市占率前五的车企在 2020 年全部跌出前五名。其中北 汽新能源从 2017 年和 2018 年市占率第一,2019 年下滑至市占率第二,到 2020 年跌至 第六名。与此相反的是上汽通用五菱凭借宏光 MINI EV 以不到 4 万元的销售价格一举 攀上全国纯电动车的榜首。而特斯拉(中国)凭借上海工厂的建成,一举克服困扰数 年产能瓶颈,成为国内市占率第二的纯电动车制造商。比亚迪通过不断推出新车型满 足国内市场需求,连续三年排名市场前三。

  插电式混合动力车领域前十名市占率历年都在 90%以上,只有 2020 年略低于其他 年份。比亚迪连续四年成为插电式混合动力销量第一名,2020 年理想汽车凭借增程电 动车排名第二。

  全球市场,Top20 的车企占领了 80%左右的市场份额,传统欧系车企表现亮眼,其 凭借欧盟地区新能源车热销排名得以迅速攀升,2020 年,大众、宝马、奔驰、雷诺、 沃尔沃和奥迪则迅速分别攀升至第 2、第 5、第 6、第 7 和第 8 名。

  2020 年国产自主品牌车销量份额大幅缩水,主要有两方面原因:一是 2020 年持续 执行补贴退坡政策,而欧洲市场提高了补贴力度,欧系品牌电动车快速崛起,第二是 北汽新能源产品定位失误以及新车型市场认可度不足导致销量迅速滑落,全球排名从 2019 年的第三名直接跌出 TOP20 榜单。另一方面,国产合资品牌上汽通用五菱一跃进 入全球销量第四名。

  美系品牌:2020 年特斯拉 Model 3 年产量达 50 万量并推出一款新电动车型;2030 年推出一款新电动车型;福特计划 2022 年前推出 40 款电动车型(16 款 BEV,24 款 PHEV)。

  欧系品牌:大众汽车计划至 2023 年电动车产量超 100 万辆,2025 年电动车销量达 300 万辆,至 2029 年推出 75 款电动汽车,宝马计划到 2025 年电动车达到集团总销售 的 15%-25%,至 2023 年推出 13 款电动车型;雷诺到 2022 年推出 12 款电动车型,2022 年纯电动车销量占比达到 20%;沃尔沃 2025 年之前每年推出一款新能源汽车,至 2025 年纯电动车销量占比 50%;奥迪至 2025 年推出不少于 30 款电动车(20 款纯电动车) 且电动车销售收入占比 40%。戴姆勒计划到 2025 年纯电动车销售占比 25%,2030 年 BEV+PHEV 销量占比超过 50%。

  日系品牌:丰田 2030 年销售 550 万辆电气化车辆,包括 100 万辆纯电动车与燃料 电池车;日产至 2022 年底推出 8 款纯电动车。

  韩系品牌:至 2025 年推出 29 款新能源汽车(其中 23 款纯电动,6 款插电混动);至 2025 年纯电动汽车年销量达到 56 万辆。

  国产自主品牌:上汽集团计划 2025 年前投放近百款新能源车;比亚迪将新能源汽 车的应用范围从私家车、公交车、出租车延伸到环卫车、城市商品物流、道路客运和 城市建筑物流等常规领域及仓储、矿山、港口和机场等四大特殊领域,实现新能源汽 车对道路交通运输的全覆盖;吉利集团在共享出行、车联网系统、飞行汽车、卫星通 讯、锂电池梯次利用、充换电基础设施、碳循环制甲醇等行业新模式及前沿技术方面 均有布局;理想汽车计划在 2022 年推出一款全尺寸 SUV,其配备有下一代增程式动力 总成系统。欧系车企对新车型投入力度最大,其占全球市场份额有望持续扩张。

  由于相较传统燃油车技术门槛和准入门槛降低,加之未来前景的诱惑,吸引各方 资本入局,目前国内共有三方势力角逐新能源车市场,分别是传统车企、造车新势力、 互联网科技。但新能源汽车制造并非没有门槛,其中最大的阻碍之一莫过于资金。

  2020 年我国新能源汽车产业链投融资总金额达 1292.1 亿元,较上年同比增长 159%,平均单项投融资金额达 14.5 亿元,总额和平均单项金额均创历史新高。

  造车新势力中的第一梯队的三家蔚来、小鹏和理想已在美股上市,第二梯队也在 形成:零跑汽车、威马汽车、合众汽车,这三家均发布将在 2021 年-2022 年之间实现 科创板上市;零跑汽车刚发布的 B 轮 43 亿融资,并且实现超预期 10 亿+,不仅创始股 东增持,而且新加入的国投创益、浙大九智、涌铧资本等,尤其是这两年风头正红的 合肥政府:在完成重仓蔚来后,继续投资零跑汽车,这预示着零跑汽车正在成为第二 家“蔚来”汽车。而剩下的车企,目前来看竞争压力逐步加大,不论是从销量还是从 融资都急需补血。

  传统车企“转身慢”只是一种“错觉”。厚积而薄发,是这些在汽车行业摸爬滚打 数十年乃至上百年企业的一贯作风。事实上,在电动车的结构相较燃油车更加简单的 技术大背景下,拥有平台化研发积累和规模优势的传统车企,从平台开发到车型落地, 都能够做到比“新势力”更快、更高效。这几年“发展慢”的原因有四个方面:

  2、避免过早切换成新能源车,造成原有产线被过早废 弃,以达到利益最大化;

  国内传统车企中的二线品牌车企表现尤为突出,他们既有传 统车企的历史底蕴,但却没有一线车企那样的产能包袱,希望在产业巨变过程中超越 竞争对手成为一线品牌,这些车企“华丽转身”最为坚决也异常迅速。如比亚迪、长 城汽车、长安汽车等。这部分企业最有希望诞生丰田、大众那样世界级龙头。

  欧系车方面,自去年开始,欧洲的传统车企大众、宝马、奔驰等传统车企迅速崛 起,多个品牌进入全球销量榜榜单。未来传统车企将会把更多的新能源车型投放市场, 传统汽车很可能从造成新势力手中重新夺回“C 位”。

  科技巨头纷纷入局新能源车市场,主要有三种模式。第一种是利用本身的科技为 新能源提供智能化赋能,但企业本身不介入整车制造环节。第二种是和传统车企合作, 利用车企的生产能力,代工制造新能源汽车,如江淮汽车为蔚来代工,海马汽车为小 鹏汽车,重庆力帆为理想汽车代工;第三种是自建汽车工厂,如威马汽车。其他宣布 入局的企业还有小米拟 10 年投资 100 亿美元造车,OPPO 集团已经在筹备造车事项。

  由于没有传统燃油车产能负担,“造车新势力”表现较传统汽车厂表现出对研发更 大的动力。国内前三大造车新势力研发投入占收入的比重均超过 10%,而传统燃油车企 业研发投入鲜有超过 5%。由于研发、营销投入较大,而收入规模较小,造车新势力大 多仍处于投入期,尚未实现盈利,但其短板在于在盈亏平衡前,需要不断的融资输血。

  艾瑞咨询对有意向购买新能源汽车的燃油车主进行问卷调查,未购买新能源车的 车主其主要顾虑可归结于电池和充电两方面。其中,电池主要问题是续航里程短和电 池寿命短;充电方面,充电桩覆盖率低、充电时间长和无法安装私人充电桩。有六成 以上的车主表示若可以提升新能源汽车的续航能力、电池容量和缩短充电时间,将会 考虑购买新能源汽车。

  续航里程焦虑是困扰着电动汽车发展的主要因素之一,对于里程焦虑来说也是纯 电动车发展历程当中需要面对的问题,里程焦虑这个问题主要还是由于在于车辆的充 电和电池上面,在车用动力电池发展路线上,针对“里程焦虑”问题,最简便的方法 是提高电池容量,但受限于能量密度限制,新增的电池将增加整车重量,带来耗电量 提升,因此如何提高电池能量密度是汽车厂和电池商最急切希望突破的技术难关。

  我们对工信部颁布的往届新能源车免车购税目录进行梳理,从 2019 年开始 400 公 里以上续航里程的纯电动车逐渐成为主流,2020 年 500 公里续航里程占比开始增多, 预计 2021 年续航 500 公里的纯电动车将成为入门标准。其中小鹏 P7 的 NEDC 续航里程 达到 706 公里,成为 2020 年年末的纯电动车冠军。

  近三年,纯电动车平均能量密度并未有太大的提升,纯电动车提高续航里程主要是 依靠轻量化技术减少车重并提高电池数量或是优化电机和电控技术来实现。

  随着大功率直流充电技术的成熟,目前使用快充仅需 0.5-1 小时即可充满,十几 分钟即可充电 80%。另外,随着充电桩分布越来越广,充电也越来越方便。

  尽管纯电动汽车 NEDC 续航里程从 200 公里提升至 400 公里,再提升至近期的 600 公里甚至是 700 公里,但在不同工况条件下实际行驶里程还是差强人意,平时在 城市里面开阔基本能够满足需要,但走上高速长途旅行里程不足的同时充电需要长 时间排队,且时间还是过长。购买纯电动汽车的用户通常将纯电动车仅用于市内通 勤,或家里另外拥有一辆燃油车,还有相当部分的消费者希望能够买一辆既节能环 保,经济实惠又能够拥有足够的续航里程,不需要为充电而焦虑的新能源车。目前, 纯电动车受限于能量密度和安全性制约,续航里程和充电时间进展短期内还难以满 足普通消费者的需求。

  针对该痛点,比亚迪结合增程车的优点,开发出新一代的超级混合动力车。该技 术次采用晓云-插混专用 1.5L 发动机,其热效率提升至 43%,搭载大容量刀片电池,纯 电状态下续航 120km。当 DM-i 车型电量充足时,就相当于一台纯电动车,电机的动力供应足够在各种路况下行驶。而当电量不足时,DM-i 车型就会根据系统工况,自主判 断用电还是用油,亦或是油电协同。超级混动状态下百公里油耗仅为 3L,NEDC 续航里 程达 1200 公里。此外长城汽车也开发出类似的 DHT 混动技术。由于插混的技术进步, 未来相当长时间,纯电动汽车将会和插混车将长期共存。

  传统燃油车基本都是机械+液压组成的结构,而电动汽车则要简单一些,其核心 部件为动力电池组、电机和 EMS 组成的三电系统。自动驾驶技术需要控制车辆,而 电力控制的电机无需太多的改造就可以与电子控制单元(ECU)结合。相比之下,发动 机这种纯机械结构,人工智能是很难控制其工作状态的,无论是可靠性、精准度、 响应度都很难直接控制,其需要研制新的操控装置,而这远复杂于电动汽车。此外, 燃油车很大一部分成本来自发动机和变速箱等动力总成结构,而新能源车的主要成 本来自三电系统电控电驱电池,相比之下对新能源车成本的控制更好把控。

  目前市场上没有线 级别的自动驾驶汽车,除了技术上的不足,各 地交通法对 L3 及以上级别自动驾驶汽车也存在诸多限制。我国计划在 2025 年实现 L3 级别自动驾驶水平的普及,实现 L4 级别自动驾驶汽车的规模化应用,也就意味着我 国最快在 2021 年年内就能开放 L3 级别自动驾驶的路权,并且在 2025 年之前开放 L4 级别自动驾驶的路权。到 2030 年,我们甚至能够看到拥有 L5 级别自动驾驶能力的 新物种行驶在大马路上。

  电池放电是将化学能转化为电能,而充电则相反将电能转化为化学能。通过电子 的在正负极的转移实现充放电。要想成为好的能量载体,电池材料就要以尽可能小的 体积和重量,存储和搬运更多的能量。因此,需要满足下面几个基本条件:

  电池材料的初步筛选,只能在元素周期表的第一周期和第二周期里面去找材料:氢、氦、锂、铍、硼、碳、氮、氧、氟、氖。排除惰性气体和氧化剂,只剩下氢、锂、 铍、硼、碳,这 5 个元素。氢元素是自然界最好的能量载体,接下来就是锂了,选择 锂元素来做电池,是基于地球当前的所有元素中,我们能够找到的相对优解(铍的储 量太少了,是稀有金属中的稀有金属)。氢燃料电池与锂离子电池的技术路线之争,在 电动汽车领域打的如火如荼,大概就是因为这两种元素,是目前能够找到的最好的能 量载体。

  锂电池按照形态可以分为圆柱形锂离子电池、方形锂离子电池、软包电池和纽扣 式锂离子电池。其中原型根据尺寸,主要又分为 18650(直径 18mm,长度 65mm)、26650(直 径 26mm,长度 65mm)、21700(直径 21mm,长度 70mm)等。

  按电解液不同可以分为液态锂离子电池、聚合物锂离子电池、和全固态锂离子电 池。其中液态锂离子电池由有机溶剂和锂盐构成,是目前锂离子电池的主流;聚合物 锂离子电池基体主要为 HFP-PVDF、PEO、PAN 和 PMMA 等;全固态锂离子电池目前尚未 实现商业化。按使用领域分为手机锂离子电池、数码相机锂离子电池、笔记本锂离子 电池、和电动汽车锂离子电池。

  按正极材料可分为三元锂离子电池、磷酸铁锂离子电池、钴酸锂离子电池、锰酸 锂离子电池和钛酸锂离子电池等。钴酸锂,作为锂电池的鼻祖,最先用在特斯拉 Roadster 上,但由于其循环寿命和安全性都较低,事实证明其并不适用作为动力电池。为了弥补这个缺点,特斯拉运用了号称世界上最顶尖的电池管理系统来保证电池的稳 定性。钴酸锂目前在 3C 领域的市场份额很大。第二是锰酸锂电池,主要最先由电池企 业 AESC 提出,锰酸锂代表车型是为日产聆风,由于其价格低,能量密度中等,安全性 也一般,具有所谓的较好综合性能。也是正因为这种不温不火的特性,其逐步被新的 技术所替代。接着是磷酸铁锂,作为比亚迪的主打,其稳定好,寿命长,且具有成本 优势,特别适用于需要经常充放电的插电式混合动力汽车,但其缺点是能量密度一般。最后是三元锂电池,能量密度可达最高,但安全性相对较差。对于续航里程有要求的 纯电动汽车,其前景更广,是目前动力电池主流方向。

  锂离子电池主要由正极材料、负极材料、隔膜和电解液构成。锂离子电池的充放 电过程,就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。在锂离子的嵌入和脱嵌过程中,同时伴随着 与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌(习惯上正极用嵌入或脱嵌表示,而负极用插入或 脱插表示)。在充放电过程中,锂离子在正、负极之间往返嵌入/脱嵌和插入/脱插,被 形象地称为“摇椅电池”。要实现这个过程,就需要正负极的材料很“容易”参与化学 反应,要活泼,要容易氧化和还原,从而实现能量转换,所以我们需要“活性物质” 来做电池的正负极。锂离子电池通常正极材料采用锂合金金属氧化物,而负极材料通 常采用石墨。

  电解质让锂离子能够自由的游来游去,所以呢,离子电导率要高(游泳的阻力小), 电子电导率要小(绝缘),化学稳定性要好,热稳定性要好,电位窗口要宽。基于这些 原则,经过长期的工程探索,人们找到了由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、和必要 的添加剂等原料,在一定条件下、按一定比例配制而成的电解质。有机溶剂有 PC(碳酸 丙烯酯),EC(碳酸乙烯酯),DMC(碳酸二甲酯),DEC(碳酸二乙酯),EMC(碳酸甲乙酯) 等材料。电解质锂盐有 LiPF6,LiBF4 等材料。

  隔膜则是为了阻止正负极材料直接接触而加进来的,我们希望把电池做的尽可能 的小,存储的能量尽可能的多,于是正负极之间的距离越来越小,短路成为一个巨大 的风险。为了防止正负极材料短路,造成能量的剧烈释放,就需要用一种材料将正负 极“隔离”开来,这就是隔离膜的由来。

  当电池充电时,正极上锂原子电离成锂离子和电子(脱嵌),锂离子经过电解液运动到负极,得到电子,被还原成锂原子嵌入到碳层的微孔中(插入);当电池放电时, 嵌在负极碳层中的锂原子,失去电子(脱插)成为锂离子,通过电解液,又运动回正 极(嵌入);锂电池的充放电过程,也就是锂离子在正负极间不断嵌入和脱嵌的过程, 同时伴随着等当量电子的嵌入和脱嵌。锂离子数量越多,充放电容量就越高。

  根据高工锂电测算每度电电池,每度三元 NCM523 电池和磷酸铁锂电池的电芯成本合计分别为 425.95 元和 310.97 元;电池 Pack 每度三元 NCM523 电池和磷酸铁锂电池 价格分别为 586.90 元和 474.93 元;加上电池管理系统和热管理组件、人工、折旧和 制造费用,每度三元NCM523电池和磷酸铁锂电池系统的价格分别为737.05元和625.10 元。

  从构成比例来看,NCM523 电池正负极材料占电池系统近一半成本。而磷酸铁锂正 极、负极、隔膜、电解液和其他电芯材料合计占尽电池系统近一半成本。

  动力电池有众多性能评价指标,其中功率密度和循环寿命是普通购车用户关注的 性能指标。其中,能量密度绝对电动车的行驶里程,循环寿命决定电动车电池使用寿 命。

  2020 年,全球动力电池安装量合计为 137GW,同比增长 17%,动力电池出货量为 213GW,同比增长 34%。截止到 2020 年,全球乘用车中纯电动车和插电式混合动力车的 渗透率为 4%,大客车的渗透率为 7%,卡车的渗透率为 1%,SNE Research 预测到 2025 年和 2030 年乘用车电动车的渗透率将分别提升至 21%和 48%,大客车渗透率分别提升 至 26%和 56%,卡车的渗透率分别提升至 12%和 32%。

  主要的电池厂商对 2021 年市场景气度保持乐观。预计 CATL, Panasonic, SDI 四 家龙头公司将达到近满产状态,LG 化学和三星 SDI 由于新产线不够稳定,产能利用率 不高。

  基于各个电池生产商生产能力,SNE Research 预计从 2023 年开始全球电池(电 动车+储能板块)安装需求将高于电池供给量。到 2025 年供不应求将达到峰值。

  在电池出货方面(电动车+储能板块),短缺情况则会提前一年,2022 年便会开始 出现,动力电池供应商需要更多扩充有效产能。

  竞争格局基本稳定。近 3 年以来,除 AESC 排名跌出前五,行业前五名基本没有 变动,龙头地位稳固。其中,宁德时代自 2018 年开始连续三年蝉联全球动力电池市场 占有率第一名。2020 年,LG 化学销量同比大幅增长 150%,其市占率和 CATL 差距拉 近至 3 个百分点,而松下因为新产线延迟投产导致排名由第二下滑至第三。到 2021 年 一季度,CATL 市占率提升至 32%,LG 化学和 CATL 的差距拉大到 12%。

  比亚迪电池主要供给比亚迪汽车,其份额受比亚迪汽车销量影响较大,其市占率 在 2019 年被 LG 化学超越。除 CATL 外,国产动力电池品牌表现最为亮眼的是中航锂 电,作为广汽埃安、长安的核心供应商,中航锂电又成功打入电动神车——宏光 Mini EV 的电池供应商阵营,并在部分热销车型中实现了独供。其市占率在 2020 年进入全球第 八名,2021 年一季度名列全球第七名,有望成为中国动力电池领域的一匹黑马。

  目前,全球动力电池市场竞争格局为中日韩三分天下,国产电池主要为国产新能 源车配套,韩系电池为特斯拉、宝马和韩系车配套,日系电池为特斯拉和日系车配套。其中,中国国内一众造车新势力配套首选宁德时代;LG 化学和松下除配套本国车型外, 还给特斯拉配套。因此未来中日韩三国中哪个国家新能源车销量好将影响其动力电池 的市场份额。中国是世界十最大的汽车生产国和销售市场,预计未来中国动力电池总 份额仍将保持全球第一。

  纯电动车的动力系统占总车辆总成本的 50%。其中,电池、电控和电机分别占车 辆成本的 38%、6.5%和 5.5%。而电池中正极材料、负极材料、隔膜和电解液分别占 电池成本的 45%、10%、10%和 10%。正极材料成本占整车成本近 20%。

  目前,常见的锂离子电池正极材料包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料(镍 钴锰和镍钴铝)等。其中,动力电池以三元锂电池和磷酸铁锂电池最为常见。

  由于三元锂电池能量密度高,虽然价格高,但补贴力度也大,一定程度上压制了 磷酸铁锂电池的需求。磷酸铁锂电池相较于三元锂电池虽然能量密度较低,但其拥有 更高的安全性以及低廉的价格,在后补贴时代,在考虑成本因素的条件下,磷酸铁锂 的需求会恢复到合理水平。

  比亚迪推出了磷酸铁锂刀片电池,省去了模组和大部分支撑结构,由电芯直接成 包,空间利用率大大提升了。同样的电池体积里,现在可以塞下比以前多得多的电芯。据比亚迪给出的数据,对电池包的重塑使刀片电池单位体积能量密度提升 50%,相当 于原来满充能跑 400 公里的电动车,如今能跑 600 公里,基本满足多数用户的日常需 求。而其他厂商为了赢得市场份额,将磷酸铁锂电池作为可选配件,相较三元锂电池 的车型,价格大幅降低。如特斯拉能够在中国市场一路高歌猛进,除了国产化降成本, 还有一个很重要的原因就是磷酸铁锂电池的使用,直接将 Model 3 的价格拉到了 25 万 以下。

  相比于其他锂离子电池正极材料,NCM 材料具有高比容量、低成本和良好的热稳定 性等优点,因此在储能领域、电动汽车领域具有十分广阔的应用前景。镍钴锰电池(NCM) 是由镍、钴和锰三种元素通过不同配比而制造而成。镍主要作用是用来嵌埋锂离子,提高镍的比例能够提升电池的能量密度,但过量 的镍会降低材料的循环性能,降低电池的使用寿命。

  钴能够提高导电率和改善循环性能,延长电池的使用寿命,但过量的钴,则会降 低嵌埋容量,降低能量密度,此外,由于钴资源贫乏,价格高,过高的钴含量将增加 电池的材料成本。

  锰的作用是提高安全性和材料结构的稳定性,由于成本低廉,可以降低电池的材 料成本,但过高的锰会出现尖晶石相,破坏层状结构。

  因此,三元锂电池需要在以上三种要素进行均衡配比,制造出能量密度足够高, 寿命和安全性足够好,成本足够低的电池。我们常见的 NCM 111 / 523 / 622 / 811 指 的都是这三种元素之间的比例。也就是说,NCM 811 是目前镍比例最高的电芯。

  钴金属在动力电芯里占比大概是 11%,在动力电池 pack 里面占比 6%。与钴相比, 镍的成本相对较低,对提高电池容量、延长电池使用寿命亦有优势。

  宁德时代正计划在印尼投资 50 亿美元兴建一家锂电池厂,协议要求宁德时代要确 保 60%的镍在印尼被加工成电池;此前特斯拉亦宣布将向“镍”车型转变,认为最大限度 利用镍将使价格降低 50%,而在能源密集车型里,特斯拉将使用 100%的镍;LG 化学 在今年 8 月宣布其联合通用研发的超级镍钴锰铝 NCMA 电池,有望明年实现量产;SKI 也于同期宣布成功商业化全球首个镍含量为 90%的 NCM9/0.5/0.5 电池。

  在新能源汽车续航里程提高和钴价不断高涨的双重刺激之下,高镍体系的 NCM811 和 NCA 材料已经成为市场竞逐的热点。目前,从国内动力锂电池制造厂家的选择来看,选择 NCM811 路线者较多,而选 择 NCA 路线的少。重要原因首先在于,高镍材料荷电状态下的热稳定性较差,导致电 池的安全性下降,使得电池生产公司和终端产品用户对 NCA 电池的安全性心存顾虑, 要从电芯设计、电源系统设计、电源使用等环节进行系统可靠的安全设计。

  其次是充放电过程存在严重的产气,这会导致电池鼓胀变形,循环及搁置寿命下 降,电池存在安全隐患,所以通常采用耐压的圆柱电池壳制作 NCA 电池,降低了产气 量以控制电池鼓胀变形问题。

  此外,NCA 要求在电池生产全过程均要控制湿度在 10%以下,而其他材料目前只 需注液工序对湿度进行严格控制,这对国内公司形成了很大的挑战。

  镍钴锰电池的续航表现不如镍钴铝电池,但好处是含锰三元体系热稳定性更佳更 为安全,所以目前国内重要研发镍钴锰电池。

  由于能量密度提升需求以及钴价格高涨,三元电池正极发展方向是高镍低钴。其中, NCM811 电池钴占正极材料的 10%左右,NCA 电池钴占正极材料的 5%左右。国内 NCM811 占三元电池比例 2019 年 9%,迅速提升至 2020 年超 20%;而国外市场主要 生产 NCA 三元电池。此外,磷酸铁锂因其价格低廉且安全的特征,近期热度逐渐升温。我们测算 2020 年,全球动力电池所需正极材料合计为 27 万吨,其中三元电池正 极材料需求 18.3 万吨,磷酸铁锂正极材料需求 8.7 万吨。如果没有颠覆性技术出现的 线 年全球动力电池正极材料需求将上升至 461 万吨,其中三元正极材料 271 万吨,磷酸铁锂 190 万吨。正极材料需求年均复合增长 32.81%。其中三元和磷酸 铁锂增速分别为 30.96%和 36.06%。

  2020 年,国内三元材料产量市场集中度继续小幅提升,2020 年达到 77.4%。2020 年行业 CR5 约为 52%,头部大型厂商之间的份额差距较小。其中,容百锂电为国内唯 一一家三元材料产量超过 2.5 万吨的企业,继续蝉联行业第一宝座,2020 年市占率为 14%;天津巴莫排名第二,2020 年市占率为 11%;长远锂科排名第三,2020 年市占 率为 10%。

  2020 年中国磷酸铁锂正极材料出货量大幅增长,出货 12.4 万吨,同比增长 40.9%, 市场规模约 45 亿元。从市场竞争格局来看,德方纳米凭借其独特的液相法优势和与大 客户宁德时代的绑定,从 2018 年开始成为行业第一,2019 年市占率 29%,2020 年受 限于产能,市占率略有下滑,但仍为市场第一。贝特瑞出货量为行业第二,公司将相 关业务转让给龙蟠科技(603906)。

  由于正极材料需求持续旺盛,而产能释放过程相对缓慢,主要产品价格在近期出 现上涨态势。其中磷酸铁锂均价从去年的 3.50 万元/吨,升至今年上半年的 4.67 万元/ 吨,涨幅为 33.45%;NCM622 从去年的 13.10 万元/吨,升至今年上半年的 16.40 万 元/吨,涨幅为 25.19%;NCM811 从去年的 17.91 万元/吨,升至今年上半年的 19.74 万元/吨,涨幅为 10.22%。

  锂电池的理论容量密度,其上限主要取决于正极材料和负极材料的短板。当前最 为常见的石墨负极材料理论比容量为 372mAh/g,高于镍钴锰(NCM)160 mAh/g 和 镍钴铝(NCA)170mAh/g 的水平,因此正极材料决定锂离子电池能量密度上限。负极材料可分为碳材料和非碳材料,碳材料包含石墨类材料和无定形碳材料。石 墨类碳材料又可分为天然石墨、人造石墨和改性石墨;无定形碳材料可以分为软碳和 硬碳。非碳材料可分为硅基材料、锡基材料、氧化物和泰基材料。

  由于价格便宜,各项技术指标较为均衡,石墨材料是我国锂离子电池负极材料的 首选。近两年石墨材料几乎垄断我国锂离子电池的负极材料。其中人造石墨占比更是 达到了八成。

  (1) 硅可与锂形成 Li4.4Si 合金,理论储锂比容量高达 4200mAh/g;

  (3) 硅的惰性更强,不易与电解液发生反应,可以避免有机溶剂的共嵌现象。但同时 硅基材料也存在自身缺陷导致目前并未大面积推广:

  (1) 硅与锂生成 Li4.4Si 合金时会充分吸收锂离子,随后其体积会膨胀至 300%,而石 墨在吸收锂离子之后膨胀率仅为 7%。当这种反复的体积变化,会造成固态电极变得“松 软”,容易导致颗粒粉化,使得活性物质从集流体中脱落,最终崩离影响电极的循环性 能。

  (2) 电解液中的 LiPF6 分解后产生的微量 HF 会腐蚀硅,易引起负极容量的显著衰减, 从而使电池的寿命大大降低。

  (3) 硅阳极由于充放电时容易膨胀和伸缩,所以会破坏锂电池电解质 SEI 膜的形成。这个膜是在锂电池初次循环时所形成的,对于阳极材料有保护作用,可以防止材料结 构崩塌。而 SEI 膜重复生长,会消耗电解液和锂源,最终导致电池的循环性能变差。

  所以尽管采用硅材料做负极,对电池能量密度会有显著提升,但是其也带来电池 循环性能等一系列副作用,最终会导致电池寿命缩短。而特斯拉采取的方案是,逐步 在石墨阳极中添加少量的硅,在能量密度和循环寿命中寻找平衡点。特斯拉为电池负 极材料进行优化改进,在普通石墨负极中加入 10%硅材料,从而提升电池整体能量密 度,这种在电池能量上的突破带动国内锂电行业在硅碳材料方面的进一步探索和突破。

  根据 ICC 鑫椤资讯统计,2020 年中国石墨负极材料出货量为 46 万吨,海外出货 量为 8 万吨,全球合计为 54 万吨。我们测算到 2030 年全球石墨负极材料需求量为 522 万吨,年均复合增速为 25.48%。

  现有企业中璞泰来(江西紫宸)、杉杉股份、国民技术(斯诺实业)、中科电气、 翔丰华、凯金能源都在加紧部署负极材料产能与石墨化加工能力。此外,包括福鞍碳 材料、湖北宝乾、金泰能、闽光新材料、龙蟠科技、山河智能、华舜新能源相继宣布 投资或开工负极材料项目。负极材料行业“马太效应”凸显。国内负极材料市场集中 度持续提升,产品毛利率持续走低,新进入者增多的情形下,企业整体面临较大的竞 争压力。

  隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开来,防止两极接触而短路,此外还具 有能使电解质离子通过的功能。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等,直接影 响电电池的种类不同,采用的隔膜也不同。对于锂电池系列,由于电解液为有机溶剂 体系,因而需要有耐有机溶剂的隔膜材料,一般采用高强度薄膜化的聚烯烃多孔膜。隔膜的新能要求:(1) 化学稳定:不与电解质、电极材料发生反应;

  湿法技术(Wet)主要用于聚乙烯(PE)隔膜的制造。由于工艺中需要使用石蜡 油与 PE 混合占位造孔,在拉伸工艺后需要用溶剂萃取移除,所以该工艺称为湿法。干 法技术(Dry)主要用于聚丙烯(PP)隔膜的制造。干法技术主要包括 3 种工艺技术:吹膜+单向拉伸、铸片+单向拉伸以及双向拉伸。

  锂电池湿法隔膜轻薄、不易撕裂,但 PE 熔点为 135℃,安全性低于干法隔膜,加 之原材料及生产流程不同,综合成本高于干法隔膜;干法隔膜产品熔点高,耐热性、 耐高压性及抗氧化性更好,但相对于湿法隔膜较厚,且容易纵向撕裂,对电池企业工 艺要求较高。

  隔膜是锂电池材料中技术壁垒最高的环节,其性能的优劣对锂电池的轻量化和安 全性至关重要。湿法隔膜比干法隔膜在力学性能、透气性能和理化性能方面均具有一 定优势,涂覆后可以大幅提升湿法隔膜的热稳定性,总体来说湿法涂覆隔膜具有明显 的性能优势。高端消费电池大多使用湿法隔膜,随着动力电池对能量密度要求的提升, 尤其是三元电池的广泛应用,湿法隔膜在动力电池的渗透率也将逐步提升。

  电解液占电芯成本的 7%-11%。据 ICC 鑫椤资讯统计,2020 年中国锂电池隔膜出货 量为 35 亿平方米,同比增长 36.7%,预计 2021 年,国内锂电池需求量就将超过 200GWh, 对应锂电隔膜需求量约 55 亿平米,同比增速达 55%。到 2025 年隔膜供应量将增长至 138 亿平方米,未来五年年均复合增速为 31.57%。

  目前头部隔膜企业持续保持满产生产,订单情况饱和,承接新订单的产能空间有 限。但另一方面,国内锂电隔膜产能自 2015 年开始快速扩张,截至 2020 年底,国内 湿法隔膜产能达到 70 亿平,干法隔膜产能接近 30 亿平。据不完全统计,2021 年仅恩 捷、中材、星源材质、河北金力等国内隔膜企业的新增基膜产能就将达到 22 亿平。快 速增长的产能一定程度的压制了隔膜的销售价格。此外,未来固态电池技术成熟后, 锂电池中隔膜将不再需要,锂电池隔膜市场需求将快速萎缩甚至消失。

  电解液在锂电池正、负极之间起到传导离子,是锂离子电池获得高电压、高比能 的保证。电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、必要的添加剂等原料构成, 其在一定条件下、按一定比例配制而成。

  在溶质材料中,LiAsF6 有非常高的电导率、稳定性和电池充电放电率,但由于砷 的毒性限制了它的应用。目前常用的锂电池的所有材料,包括电解液都是能符合欧盟 的 RoHS,REACH 要求的,LiPF6 各项性能较均衡,且无毒无污染,是使用最广的溶质 材料。

  有机溶剂是锂离子电池电解液的主体部分,与电解液的性能密切相关,一般用高 介电常数溶剂与低粘度溶剂混合使用。锂离子电池对溶剂的要求有安全性、氧化稳定 性、与负极的相容性、导电性等,总体要求溶剂具有较高的介电常数、较低的粘度等 特点。锂离子电池电解液中常用的溶剂有碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲 酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)等,一般不使用碳酸丙烯酯(PC)、乙二醇二甲醚(DME) 等重要用于锂一次电池的溶剂。PC 用于二次电池,与锂离子电池的石墨负极相容性很 差,充放电过程中,PC 在石墨负极表面发生分解,同时引起石墨层的剥落,造成锂离 子电池的循环性能下降。

  锂离子电池电解液有机溶剂在使用前必须严格控制质量,如要求纯度在 99.9%以 上,水分含量必须达到 10 -6 以下。溶剂的纯度与稳定电压之间有密切联系纯度达标的 有机溶剂的氧化电位在 5V 左右,有机溶剂的氧化电位关于研究防止电池过充、安全性 有很大意义。严格控制有机溶剂的水分,关于配制合格锂离子电池电解液有着决定性 影响。

  碳酸酯:碳酸乙烯酯(EC)是一种功能优秀的有机溶剂,可溶解多种聚合物。会刺 激眼睛,会影响呼吸系统和损坏皮肤。本品应贮存于阴凉、通风、干燥处,按一般化 学品规定储运。

  羧酸酯类:其种类繁多,也较便宜,简单做到比较高的纯度。化学性质还算稳定,即不 是很简单被氧化(甲酸酯除外),也不太简单被还原,常温下又多数是液态。

  碳酸酯和羧酸酯类:两者的混合溶剂可以使得锂电池包在首次充电过程中,负极 形成 SEI 膜的电位高,避免溶剂还原,保证电池安全性,进步低温电池的容量保持率 和高倍率充放电容量。

  添加剂是向电解质中掺入少量物质,快速改变电解液的物理和化学性能,其基本 要求包括:少量即可改善电池一种或几种性能;不与电池中其他材料发生反应;与有 机溶剂有较好的相溶性;无毒或低毒;价格便宜。

  电解液占电芯成本的 5%-8%。其中,溶质占电解液成本的一半。溶质价格显著影 响电解液的价格。其作用是保证电池在充放电过程中有充足的锂离子实现充放电循环, 目前使用最为广泛的溶质是六氟磷酸锂;溶剂成本占比约 30%,质量占比达 80%以 上,目前主要使用的是碳酸酯类溶剂;添加剂成本占比 10%,是电解液竞争力差异化 的主要来源之一。按照每 GW 电池需要电解液 1098 吨计算,到 2025 年全球动力电池需求量将达 1490GW,需要电解液 163.60 万吨。按照目前价格,市场空间约为 1200 亿元。但另 一方面,如果固态电池技术成熟,与锂电池隔膜类似,现有液态电解液将被快速替代, 市场需求将萎缩。

  锂是锂离子电池不可或缺和不可替代的元素。在锂离子电池电解液中加入锂盐, 是锂离子能量的载体,当电池放电时,锂离子从阴极穿过隔膜进入正极,而充电时, 锂离子穿过隔膜进入负极。此外,在磷酸铁锂电池中,磷酸铁锂也作为电池的正极材 料。自然界的锂存在于锂辉石、锂云母和磷锂铝石中以 LiO2 的形式存在,相当大的部 分还存在含盐湖卤水中。通过对含锂矿石加工得到工业级碳酸锂,再提纯精炼制成电 池级碳酸锂,再将碳酸锂制成各种锂电池需要的材料。

  全球锂资源总量丰富,分布集中,主要分布在南美洲、澳大利亚和中国。据美国 地质调查局的数据,2020 年全球锂资源储量约为 2100 万吨(金属锂),静态储采比超过 256 年,主要集中在智利(750 万吨,占比 48%)、中国(350 万吨,21%)澳大利亚(270 万吨,占比 17%}、阿根廷(200 万吨,占比 13%},其他锂资源较丰富的国家包括美国、 巴西、葡萄牙、津巴布韦。全球锂资源不仅表现出区域分布集中的特点,还表现出控 制权高度集中的特点。澳大利亚的 Talison Lithium 公司和银河资源(Galaxy Resources Ltd.)两家公司控制了全球约 70%的矿石锂供给,而 SQM、Rockwood 以及 FMC 三家 公司则控制了全球约 92%的盐湖锂供应。我国占全球锂矿消费量的近一半,进口依赖 度约 70%,其中约一半来自于澳大利亚。

  中国锂资源主要分布在青藏高原、四川、新疆、江西、内蒙等省份,锂矿资源类 型多种多样,但是约 80%以上锂资源赋存于盐湖中;绝大多数盐湖分布在青藏高原等生 态脆弱区;矿石锂资源集中于四川、江西、湖南、新疆等省份。

  未来 5-10 年,全球新能源汽车渗透率将快速升高。根据 Canalys 最新预测,预计 到 2021 年,电动汽车将占全球新车销售的 7%以上,进一步增长 66%,叠加美联储放 水的影响,2021 年碳酸锂价格有望保持上升趋势。

  中国锂矿资源主要分布再四川、青海和西藏,虽然矿藏量丰富,但因交通和地理 位置限制,短时间大规模开采可能性很大,加上部分矿产品位较低,提炼成本较高, 自由产能难以满足本土动力电池激增的需求。目前国内锂资源 70%依赖进口,随着中国锂离子电池需求和产能进一步扩张,对外依赖度将进一步提升。

  钴元素在三元正极材料中,起到提高导电率和改善循环性能,延长电池的使用寿 命的作用。全球钴资源储量较贫乏,但分布较集中。据美国地质调查局的数据,2020 年全球钴资源储量约为 710 万吨,静态储采比为 50 年,主要集中在刚果(金)(360 万吨,占比 51%)、澳大利亚(140 万吨,占比 20%}、古巴(50 万吨,占比 7%},其他 钴资源较丰富的国家包括俄罗斯和加拿大。

  在 2020 年之前,钴价格和新能源车销量增速变动方向基本一致。由于三元电池能 量密度相对高,钴占三元电池成本相当大的部分,钴需求大幅增长,钴价在 2018 年突 破 9 万美元/吨,三元电池成本也急剧升高。为降低成本同时提高能量密度,电池厂家 推出 NCM811 电池,钴需求量下滑,因此在 2020 年后钴价并未随新能源车销量增长 而提高。

  目前全球 60%的钴产量出自于 4 家企业,分别是嘉能可、洛阳钼业、欧亚资源 和金川集团。其中,嘉能可,洛阳钼业和欧亚资源三家公司的产量已达全球钴产量 的 40%。嘉能可目前是全球最大钴矿生产商,2016 年全年共产钴原料 28300 吨, 占全球钴矿总产量 23%;洛阳钼业并购的 Tenke 矿,2016 年生产钴金属 1.45 万吨, 居世界第二;欧亚资源集团(ERG),除了拥有 MukondoMountain 铜钴矿,控股的 Camrose 还拥有包括 KolweziTailings、Africo 项目和 Coe 项目等几个中小铜钴矿, 目前产量约 6 千多吨左右,居世界第三。国内钴供给 96%依靠进口。

  镍在三元电池的作用在于提高增加材料的体积能量密度。三元电池的发展从最早 期的 NCM111 到 NCM523,再从 NCM523 到 NCM622,再到最新的 NCM111,镍的比 例从 30%左右,提高到正极材料的 80%左右,使用比例不断提高。全球镍资源储量较丰富。据美国地质调查局的数据,2020 年全球镍资源储量约为 9400 万吨,静态储采比为 37.6 年,虽然静态储采比不高,但年新增探明储量大多高于 开采量,因此总储量大体保持增长态势。从矿产分布来看,主要集中在印尼(2100 万吨, 占比 18%)、澳大利亚(2000 万吨,占比 17%)、巴西(1600 万吨,占比 14%),其他镍 资源较丰富的国家包括俄罗斯和古巴。

  从镍的价格走势和新能源车产量增速对比来看,二者在 2019 年走势相近,但在 2019 年之后,随着镍在正极比例越来越高,镍的需求相对更旺盛,总体保持向上的走 势。高镍占三元材料出货量的占比在 2019-2020 年从 9%上升到 24.1%,从各国动力 电池技术路径规划来看,高镍将成为正极行业主流发展方向。2020 年 NCM811 电池占 宁德时代动力电池出货量的 20%,随着对电池能量密度提升的需求,NCM811 电池占 比将逐渐升高,未来镍的价格还有提升空间。

  目前在印尼布局镍资源的主要有三类玩家,第一类是手握资源的本土企业,代表 企业:安塔姆、Harita;第二类是长期扎根的西方巨头,淡水河谷、Eramet;第三类是 迅速崛起的中资企业,青山集团、宁德时代、格林美、华友钴业。上述三类企业也成 为电池、材料、车企合资的重要对象。

  在三元锂电池中锰的作用是提高安全性和提升结果稳定性。随着电池不断追求更 高的能量密度,锰的使用量逐步降低。全球锰资源储量较丰富。据美国地质调查局的数据,2020 年全球钴资源储量约为 130 万吨,静态储采比为 70 年,总探明储量大保持增长态势。从矿产分布来看,主要 集中在南非(52 万吨,占比 40%)、巴西 27 万吨,占比 20%}、乌克兰(14 万吨,占比 11%},其他锰资源较丰富的国家包括印度和中国。

  由于锰 90%用于钢铁冶炼,因此锰的价格和新能源汽车的产销走势不大相关,从 近期表现来看,锰价基本保持稳定。

  当动力锂电池容量衰减至 80%时,不适宜继续在车辆上服役,即将退役的动力电 池用在储能等其他领域作为电能的载体使用,从而充分发挥剩余价值。

  我国新能源汽车的推广是在 2015 年之后,并且在近几年实现了爆发性增长,锂离 子动力电池通常使用寿命为 5-8 年,因此从 2020 年开始,我国锂电池退役数量进入爆 发期。

  2019 年全国锂动力电池累计退役量约为 8.4 至 12.4 万吨。中国汽车技术研究中心 预测,2020 年,我国动力电池累计退役量将达 20 万吨(约 25GWh);2025 年,累 计退役量约为 78 万吨(约 116GWh),其中,约有 55 万吨(占总退役量 70%)退役动力电池可进入梯次利用环节,庞大的退役量也让动力电池回收成为当前行业前行过 程中亟待解决的问题。

  2018 年我国废旧动力电池回收市场规模约为 50-65 亿元,预计该市场规模在 2020 年可达到 70-75 亿元,2025 年市场规模或将突破 250 亿元。动力电池退役量的 持续攀升,也为动力电池回收市场带来了巨大的利润空间。

  国际环保组织绿色和平与中华环保联合会共同发布了《为资源续航:2030 年新能 源汽车电池循环经济潜力研究报告》。根据报告团队的估算,2021 至 2030 年,全球乘 用电动汽车动力电池退役总量将会达到 1285 万吨,其中中国动力电池退役总量将会达 到 705 万吨,到 2030 年全球乘用电动汽车的动力电池将面临总电量 463GWh 的大规 模退役,如果对退役电池进行梯次利用,几乎可以覆盖全球储能的用电需求,总价值将达到 1000 亿人民币,大约是 2019 年的 25 倍。

  电动汽车是指以车载电源为动力,用电机驱动车轮行驶。按工作电源种类划分:可分为直流电机和交流电机。按结构及工作原理可划分:无刷直流电机和有刷直流电 机。又可分为永磁直流电机和电磁直流电机。永磁直流电机按材料又分为稀土、铁氧 体、铝镍钴永磁直流电机。电磁直流电机按励磁方式又分为串励、并励、他励和复励 直流电机。交流电机可分:单相电机和三相电机。现在新能源汽车最常用的电动机有两种,一种是永磁同步电机、一种是交流异步 电机,永磁同步电机一般都被应用到搭载单电机的车身上,而交流异步电机一般都被 应用到搭载双电机的车身上,特斯拉中国 Model 3 和特斯拉 Model S 就是最好的例子。当然,两者的优缺点也很明显,永磁同步电机更节能、更轻量化,但是它需要用到稀 土材料,这使得它的造价成本更高,而且在高温和震动的情况下,它还有退磁的缺点。而交流异步电机则不需要珍贵的材料,而且它还能适应恶劣的环境,不过它的功率和 扭矩相较于永磁同步电机更低,而且它的体积也要比永磁同步电机大。国内新能源车 永磁同步电机装机比例占 98%-99%。

  永磁同步电机的定子由定子铁芯、定子齿轮与定子线圈组成。如果使用三相直流 电流电机,那么需要在定子中有三套绕组,每套绕组布置在 120 度的电机壳体内壁上, 三套绕组构成了完整的圆型定子。所以只要让这三套绕组交替通电,并且交替频率与 转子旋转频率保持一致,就能获得旋转磁场。永磁同步电机转子由铁芯和永磁体两部 分构成,永磁体通常采用稀土永磁材料。当电机工作时,由电子控制电路对三相电感 线圈依次通电,产生旋转的磁场,转子根据磁场旋转同步旋转,产生动力并驱动汽车行驶。

  永磁同步电机永磁电机是国内目前新能源汽车主要的应用方向,从产业链结构来 看,永磁体(钕铁硼)是其主要材料。永磁体占电机原材料成本比例高达 45%,是电 机中最核心的部件。稀土材料、硅钢、铜等金属材料对电机成本产生较大影响。

  根据第一电动的统计,2020 年我国新能源汽车驱动电机装机数量为 140.92 万台, 同比增长 20.60%。2021 年 1-2 月,我国新能源汽车驱动电机装机数量为 29.03 万台, 同比增长 339.19%,考虑新冠的影响,2021 年 1-2 月较 2019 年 1-2 月年均复合增长 30.00%,而 2018-2020 年,我国新能源汽车驱动电机装机数量年均复合增速为 2.75%, 因此我们判断能源汽车驱动电机装机量正在加速增长。未来,随着新能源汽车渗透率 不断提高,新能源汽车电机需求量也将随之增长。新能源汽车驱动电机市场的主要参与者大致可以分为两类:一类是具备自产能力 或关联供应链的传统整车企业,如比亚迪、北汽、厦门金龙、郑州宇通等;另一类是 专门从事汽车零部件或电机电控产品的供应商,如博世、大陆、上海电驱动、上海大 郡、汇川技术、英威腾等。从市场份额上来看,整车龙头企业由于自身需求量十分巨 大,其配套的电机产品占据较高的市场份额。

  驱动电机控制系统是控制主牵引电源和电机之间能量传输的装置。其主要功能包 括车辆的怠速控制、车辆前进(控制电机正转)、车辆倒车(控制电机反转)、DC/AC 等。比亚迪 e6 双向逆变充放电式电机控制器(VTOG)是一款高度集成化的新型多功 能控制器,其主要功能是电机控制与车辆控制、电网对车辆充电、车辆对电网放电、 车辆对用电设备供电以及车辆充放电。驱动电机控制器通过采集加速、制动、挡位、 模式等信号控制动力输出。

  根据中国汽车工业信息网的统计,2020 年,我国新能源汽车电控市场规模合计达 124.8 亿元,其中乘用车,客车和专用车分别占 63.6%、14.7%和 21.7%。2016-2020 年,我国新能源汽车电控市场规模年均复合增长 25.95%,较同期新能源产量增速略低 1.5 个百分点,主要是因为技术进步,控制器的价格逐年降低,我们预计未来 5 年,我 国新能源汽车电控市场规模年均复合增速将达 30%左右。在新能源汽车领域,电机控制系统主要由逆变器、逆变驱动器、电源模块、中央 控制模块、软起动模块、保护模块、散热系统信号检测模块等组成,其中逆变器负责 蓄电池的直-交转换,从而驱动电机运转。IGBT 应用于逆变器中,占整个控制器成本的40-50% 。

  目前,高端 IGBT 器件国外企业占主导地位。英飞凌、ABB 、三菱、西门康、东 芝、富士占据主要市场,形成这种局面的原因主要是:国际厂商起步早,研发投入大, 形成了较高的专利壁垒,且国外高端制造业水平较高一定程度上支撑了国际厂商的技 术优势。中国功率半导体市场占世界市场的 50% 以上,但在 IGBT 芯片市场上,90% 主 要依赖进口,进口替代空间巨大。

  充电桩按使用地点可以分为公共充电桩、专用充电桩和自用充电桩。其中公共充 电桩是建设在公共停车场(库)结合停车泊位,为社会车辆提供公共充电服务的充电 桩。专用充电桩是建设单位(企业)自有停车场(库),为单位(企业)内部人员使 用的充电桩。自用充电桩是建设在个人自有车位(库),为私人用户提供充电的充电 桩。按输出电流,可分为直流充电桩、交流充电桩和交直流一体充电桩。其中直流通 常用于快充,功率大,充电速度快,但成本高。;而交流则用于慢充,功率小,充电速 度较慢,但成本低,多用于小区充电桩。截止到 2021 年 4 月,我国公共充电桩交流占总数的 58%、直流占总数的 42%。从年新增数量来看,交流充电桩每年均较快速增长,而直流充电桩新增量则波动较大, 2021 年 1-4 月,公共直流充电桩新增量 26.9 万台,和交流电 30.8 万台的数量快速拉 近。随着技术的发展,新能源汽车数量的增多,车主对充电速度需求的提高,未来我 国直流充电桩将渐渐成为主流。

  截止到 2020 年年末,我国充电基础设施保有量为 168.1 万台,按照公安部发布的全国新能源车保有量计算,我国车桩比为 2.93。2021 年 1 季度,我国充电基础设施保 有量为 178.8 万台,但由于新能源车保有量快速增长,车桩比升为 3.08。2015 年国务 院印发的《关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见》规划到 2020 年全国新能 源汽车销量达 500 万辆,充电桩数量达 480 万个,车桩比近 1:1,由此看出我国充电基 础设施相对于新能源车发展显著滞后。从公共充电桩区域分布来看,我国广东、上海、北京、江苏和浙江三省两市占据 全国公共充电桩数量的 50%,为其他 25 个省市自治区合计仅占 50%的比例。充电设 施分布不均,导致在广大的中西部地区充电难问题更加突出,这将限制新能源车在中 西部地区的销售。

  近日,国家发展改革委、国家能源局发布了《关于进一步提升充换电基础设施服 务保障能力的实施意见(征求意见稿)》,征求意见稿提出要提升城乡地区充换电保障 能力,优先利用存量停车场等土地资源,以新增土地供应方式建设的公共充换电场站;新建居住社区要落实 100%固定车位预留充电桩建设安装条件,满足直接装表接电需 要;加快高速公路快充网络有效覆盖,力争到 2025 年,国家生态文明试验区、大气污 染防治重点区域的高速公路服务区快充站覆盖率不低于 80%,其他地区不低于 60%。

  工信部发布的《新能源汽车产业发展规划(2021-2035)》征求意见稿提出,预计 到 2030 年,我国新能源汽车保有量将达 6420 万辆。根据车桩比 1:1 的建设目标,未来十年,我国充电桩建设存在 6300 万的缺口,预计将形成 1.02 万亿元的充电桩基 础设施建设市场。

  充电桩产业链可分为上游零部件,中游整机制造和下游终端用户和运营商。从充电桩设备的成本构成来看,充电机占据成本的大部分,而充电机最核心的部 件是 IGBT。IGBT 是能源转换与传输的核心器件,是电力电子装置的“CPU” 。采用IGBT 进行功率变换,能够提高用电效率和质量,具有高效节能和绿色环保的特点,其 占充电模块成本的 40%左右,占充电桩设备成本约 20%

  目前国内 IGBT 主要依赖进口,这使得充电桩成本居高不下,IGBT 的国产化替代 正在缓慢进行中。国内 IGBT 配套生产商包括比亚迪、华虹半导体等。IGBT 竞争格局 详见第十五章第 2 节。

  中游是设备提供商,其进入门槛较低,行业较为分散,其核心竞争力国家电网是 国内最大的充电桩公开招标企业,也是最早入行的建设运营方。2015-2019 年国网采 购充电桩设备中标数量前三分别是国电南瑞、许继电气和山东鲁能,均为国电旗下的 上市公司,三家合计占国网充电桩总采购量的 39%。

  下游包括私人客户和充电桩运营商。截止到 2021 年 4 月,各大运营商共建成 438,678 台充电桩,排名行业前三的运营商包括特来电、国网公司和星星充电市占率合 计达 82%,逐步呈现出寡头竞争格局。

  动力锂电池生产线包括动力锂电池模组/PACK 装配线和动力锂电池芯生产线两大 部分。动力锂电池芯生产线是指电池芯生产各工艺环节对应的智能机械设备流水线。分为前段制片(正、负极浆料搅拌、涂布到辊压分切成料带),中段组装(料带极耳成 形到注液),后段电芯激活与测试、筛选,直至电芯成形并检测合格。动力锂电池模组 /PACK 智能装配线是将客户锂电池包产品中的电芯、电池连接片、BMS、线束、电池 辅料、电池包外壳等按一定的 PACK 工艺流程组装成相关的 PACK 模组和电池包的装 配设备。动力锂电池模组/PACK 装配线通常是由模组线和 PACK 线组成。其中,动力 电池电芯生产线 年,全球锂电设备需求 2400 亿元

  伍德麦肯兹预测到 2030 年,全球锂电池产能将较现有产能翻两番,实现 1.3TWh。分区域市场来看,现阶段,亚太地区的锂电池产能占全球产能的 80%。预计未来十年 内,亚太仍将继续主导全球市场发展。包括宁德时代、LG 化学、比亚迪、SK Innovation 在内的行业领先者纷纷加足马力扩产能。中国锂电池储备项目容量将从 2020 年的 345GWh 增加至 2030 年的 800GWh。

  动力电池领域,受终端市场电动化加快影响,全球锂电池进入新一轮扩产竞备赛。2020-2025 年,全球动力电池企业产能扩张规划已超过 1000GWh,按照每 GW 设备 投资 3 亿元计算,全球未来十年总需求空间为 3000 亿元。目前,国产用锂电设备的国 产化率已达到 90%-92%。受新增产能带动,到 2022 年,属于国产锂电设备的市场份 额将达到 180-190 亿。