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电新行业深度报告双碳长路志千里,风光

来源:比亚迪 时间:2023/5/23

(报告出品方/作者:信达证券,武浩)

一、产业回归常态,着眼电池和新技术

新能源车从-年的关键词是“平价周期”,特斯拉作为行业的引领者带动产业实现0-1的过程;-年度的关键词是“供需错配”,在需求的带动下,出现了较多环节的供需错配,带来了量价齐升。展望年度,我们认为关键词是“新常态”,供需层面看,随着需求增速回归常态,供给的扩张陆续到来,在供需上对产业形成一定的冲击,产业到了去伪存真的时候,整体名义产能过剩,部分环节优质产能有望保持结构性的平衡。优质企业通过产业一体化降低成本,盈利有望保持稳定。另一方面,电池材料技术发展至今,即将迎来下一代的改良升级,包括钠离子、磷酸锰铁锂、PET铜箔等,随着新技术等的逐步兑现,有望涌现0-1,1-10的产业浪潮。国内新能源市场产销持续增长,领军企业出现分化。年11月,我国新能源汽车产销分别完成76.8万辆和78.6万辆,同比分别增长65.6%和72.3%,环比分别增长0.8%和10.1%,市场渗透率达到33.8%。11月乘联会统计新能源乘用车批发销量72.82万辆,同比增长70.2%,环比10月增长7.9%。11月新能源汽车厂商批发销量突破万辆的企业有14家,其中比亚迪汽车批发量为23.0万辆、特斯拉中国10.0辆、上汽通用五菱7.6万辆、吉利汽车3.5万辆、长安汽车3.2万辆、广汽埃安2.9万辆,环比增长5.5%、38.9%、46.2%、12.9%、-8.6%、-3.3%。

伴随半导体短缺等供应链制约因素缓解,Q3欧洲新能源车市场销量实现增长。Q3欧盟纯电动汽车销量达25.94万辆,同比增长22%,纯电动渗透率达到11.9%,环比提升1.9pct,混动汽车渗透率达22.6%,环比提升1.4pct。德国、英国市场增长强劲,德国新能源车市场在经历5个月下滑后,8月份开始实现同比增长,9月环比增速达到28%,延续高速增长态势。英国混动汽车占比逐渐降低,纯电汽车持续增长,在经历一系列结构调整后,9月英国新能源车销量5.04万辆,重回增长态势。美国市场渗透率基数低,增长潜力大。年1-9月美国新能源汽车销量已达64.39万辆,同比增长26%,渗透率达6.95%,我们预计全年销量接近90万辆,Q3美国新能源汽车(BEV+PHEV)销量22.4万辆,同比上升38.3%,环比下降1.4%。

二、电池环节盈利有望持续修复

2.1电池环节格局占优,盈利承压局面将改善

电池环节供需格局优。电池环节受到的供给影响弱,部分名义产能无法落地。1)由于上游碳酸锂的供给制约,正极环节的供给扩张受到制约,这意味着电池环节供给的扩张也会受到制约;2)电池环节是属于高端制造业,从企业的盈利差距上看,龙头宁德时代除年盈利受到挤压,以往的净利率大多保持在10-20%,其余的电池企业净利率和龙头仍有较大的差距,大多在亏损或者净利率10%以内,主要原因在于电池是电化学的集大成者,其制备环节较多,涉及到对工艺、良品率等的把控,这意味着部分企业的名义扩张需要较长时间工艺的磨合以及下游的验证,优质的电池产能并未过剩。

电池环节盈利有望持续改善。我们预计,年电池环节企业盈利将持续出现修复。1)上游原材料成本上涨空间有限,锂价上升趋势放缓、镍钴价格呈下降趋势;2)中游磷酸铁锂正极材料、负极材料、电解液、铜箔等产能释放带来材料端降本;3)原材料价格上涨促使价格联动机制形成。中长期视角,电池企业加强供应链布局、提升储能业务占比有望持续改善电池环节盈利。

2.2电池企业加强供应链布局

电池企业逐步完善采矿-选矿-冶炼产业链布局,并通过保供、包销协议以及战略合作保障原材料供应。宁德时代取得枧下窝矿采矿权,一期万吨年选原矿产能计划于明年1月初建成,参考化山瓷石矿,一期项目对应年产4.17万吨碳酸锂产能;亿纬锂能通过参股大华化工享有大柴旦盐湖采矿权,参股兴华锂业、合资成立金海锂业布局冶炼产能;国轩高科布局有水南矿段、白水洞、华峰、华友等锂云母矿,同时通过国轩科丰等布局冶炼产能。除锂矿外,宁德时代、亿纬锂能等同时在印尼布局红土镍矿开发项目。

2.3电池企业积极开拓储能等新市场

GGII预测,至年中国储能锂电池出货量接近GWh,5年复合增长率超60%,全球储能电池出货量将超GWh,年全球储能电池出货将达到GWh。动力电池企业将新能源汽车上的经验移植到储能设备产品的开发上,将高度集成的一体化设计运用于储能电芯上,并逐步延伸至储能系统领域。宁德时代、比亚迪将动力电池CTP技术用于储能电芯的开发,中创新航推出储能核心产品L平台、亿纬锂能推出具有Ah超大容量的一代储能电池LFK。目前宁德时代储能产品已覆盖发电、电网、用电侧,匹配多场景储能需求。

2.4海外布局化解政策风险

为拓展增长潜力更大的美国市场、碳中和决心坚定的欧洲市场,国内企业纷纷出海建厂。国内企业出海多贴近客户生产基地或与客户成立合资工厂,以降低供应链风险。欧洲是国内车企出海建厂的主阵地,宁德时代为方便配套宝马、奔驰、大众等车企赴德国、匈牙利建厂,中创新航、亿纬锂能、国轩高科均在欧洲布局生产基地。如国轩高科在印度、美国、欧洲等地与客户成立合资工厂,以保证下游需求供应。

三、快充成趋势,大圆柱电池蓄势待发

3.1续航+充电+安全成为消费者主要考虑因素

里程焦虑+续航焦虑+安全性成阻碍消费者购买新能源车的主要因素。根据新出行对消费者的调查可以发现,安静、动力性能好及用车成本低是吸引消费者购买新能源车的主要因素,而充电不方便、续航不够及安全性是消费者的主要顾虑。

新能源车补贴退坡下,动力电池降本增效成趋势。《关于年新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》,年新能源汽车补贴标准在年基础上退坡30%,年上牌的车辆不再给予补贴。补贴退坡趋势下,动力电池作为占纯电动车40-60%成本的环节,其降本增效成为大势所趋。参考BloombergNET数据,锂离子电池组平均成本呈现明显下降趋势,年达到$/KWh,我们预计在未来新能源车补贴全面退坡情况下,动力电池降本增效将成大势所趋。

快充+提升电池能量密度+安全性为发展方向。参考《中国电动汽车用户充电行为白皮书》数据,年消费者平均单次充电时长约为49.9分钟,充电时长依然较长。根据GGII数据,三元电池系统从年Wh/kg-Wh/kg提升至目前Wh/kg以上,以宁德时代给东风岚图纯电动MVP配套的三元电池为例,其系统能量密度高达Wh/kg,提升幅度较为明显。而具体到电池端,为适配快充+高续航,则通过增大电池尺寸、化学体系变革(高镍正极、硅基负极)、电池封装及集成方式优化等来提升电池性能的同时保障安全性。

3.2快充时代来临,车企纷纷布局

年保时捷的Taycan全球首次推出V高电压电气架构,搭载V直流快充系统并支持kW大功率快充。在此之后,高压快充路线受到越来越多主机厂的青睐,现代起亚、奥迪、玛莎拉蒂等车企陆续发布V快充技术,比亚迪、长城、广汽埃安、小鹏汽车等国内主机厂也相继推出V快充方案。

3.3快充带来的新机遇:热效应等亟待解决

当电池进行大功率充电时,会发生三类“负面效应”热效应:高电压只是针对充电桩减小了电流,但对于单体电芯而言,电芯仍要承受电流增大带来的发热问题。在快充条件下,电池内外部的温度差超过10摄氏度,圆柱电池内部中心的温度要明显高于表面。对于软包而言,极耳处的温度要明显高于其他位置。不均匀的热分布以及过高的温度将引发一系列问题:粘结剂解体、电解液分解、SEI钝化膜的损耗以及锂枝晶等。直接导致的危害有:电池循环寿命降低、热失控引发的安全问题。因此,热效应对电池材料体系以及BMS管控系统提出了更高的要求。锂析出效应:在高充电倍率下,嵌锂的过程是不均匀的,锂离子会在负极表面沉积,形成锂金属。当锂金属不断沉积,就会形成锂枝晶。锂枝晶的危害:1)负极表面锂枝晶的持续生长,可能会刺破隔膜,造成电池内部短路从而导致热失控;2)锂枝晶在生长过程中会不断消耗活性锂离子,并不可逆转,导致电池容量降低,降低电池使用寿命。

机械效应:在快充条件下,锂离子快速从正极脱出,并嵌入负极,这会造成电池内部极高的锂离子浓度,其结果是活性颗粒之间的应力错配。当应力累计到一定值时,会造成活性颗粒、导电剂、粘结剂以及集流体之间的缝隙增大,并造成活性颗粒的微裂纹增加。直接影响:1)活性颗粒之间缝隙的增加会显著增加电池的内阻;2)颗粒微裂纹会降低电池的循环寿命。在快充趋势下,材料端改变主要是负极。电池快充性能主要由负极决定。正极的降解和正极CEI膜的增长对传统锂离子电池的快充没有影响。主要影响因素是负极,影响锂沉积和沉积结构(析锂)的因素包括:①锂离子在负极内的扩散速率;②负极界面处电解质的浓度梯度;③电极/电解质界面的副反应。因此,快充技术的升级或将带来电池材料尤其是负极材料的升级需求。在快充趋势下,石墨负极本身造粒、碳包覆工艺是目前拉开快充性能差距的重要因素,未来硅基负极+单壁碳纳米管有望成为发展趋势,同时搭配更适配快充体系的新型锂盐LiFSI提升导电性。

3.4热管理能力优秀+成本优势下,大圆柱电池蓄势待发

电池是一种直径46mm、高80mm的圆柱体电池。电池直径和高度的增加,使电芯厚度增加,曲率降低,空心部分更大,内部活性物资的容量随之增大,性能提升,更适配快充,安全性也得到提高。相比方形电池和软包电池电芯间的紧密连接,的圆柱弧形表面,能够一定程度上限制电池之间的热传递,热管理能力强。

与之前的动力电池相比,大圆柱在设计端以及材料端都进行了改进。在设计端,采用全极耳设计非传统的切割方式、干电池涂布以及CTC结合一体化压铸;在材料端,使用硅基负极、超高镍多元正极以及单壁碳管导电剂,性能进一步提升。采取顶部水冷和侧面水冷相结合的方式,进一步提高冷却效率。快充对电池热管理能力要求高,电池热管理能力优秀,不仅从材料体系适配快充,同时改变结构提高充电倍率。

特斯拉大圆柱性能提升显著,配合高镍正极、全极耳、高硅负极、干法电极、CTC等革命性技术,相比20最终电池成本降低56%,续航里程提升54%,单位设备投资强度下降69%;提高电池大小可以提升能量密度+成组效率+空间利用率,特斯拉Model3的20圆柱电池相较原来ModelS的圆柱电池单体容量提升35%,能量密度提升20%以上,此外圆柱电芯直径变大后,空间利用率提高;降低BMS难度,圆柱电池单体容量较小,因此整车需要圆柱电池数量较多,如特斯拉modelY采用需要+个,20需要+个,仅需个,电芯数量减少的同时也降低了BMS的难度。大圆柱生产流程主要包括卷芯制造、电芯组装,以及搭载了CTC压铸创新一体化生产。其中,大尺寸电芯+全极耳+干电池涂布+钢质外壳是核心。由于一些结构的变化(比如全极耳),与传统圆柱对比,涂布、极耳模切、焊接等环节采用了较为明显的差异化方案。在工艺方面,全极耳设计对涂布、分切、卷绕等工艺要求更加严格,增加了焊接量,新增了揉平工艺。在性能方面,特斯拉电池采用的无极耳设计缩短了极耳传导距离,全极耳设计的电流传输最大距离是电极的高度而非长度,电极高度通常是电极长度的5-20%,因此电阻相较单极耳减少了5-20倍,从而提高了传输效率,提高了电池的倍率性能。全极耳在电池内部没有集中发热点,热在内部均匀分布,相比单极耳倍率性能和安全性能更佳。

涂布方法分为较为传统的湿法涂布和特斯拉在电池上采用的干粉涂布技术。相比湿法涂布,干法涂布不需要溶剂,在环节方面省去了浆料搅拌、干燥、有害溶剂回收等环节,节省了材料、时间、厂房和人工等生产成本。在产品性能方面,干法电极涂布电极更厚,能量密度更高,与电池适配度高。

趋势显现,潜在市场空间明显。我们预计年46系大圆柱渗透率将接近20%,需求量有望达到.95GWh,接近21年全年动力电池装机量,年复合增速超过%。

3.5四大电池材料格局和变化

3.5.1负极:硅基产业化进程有望加速

国内负极材料市场呈现“三大四小”格局。一线梯队主要有三家,分别为贝特瑞、璞泰来和杉杉股份。二线梯队主要有凯金能源、中科电气、尚太科技和翔丰华,呈现出“三大四小”的格局。根据华经情报网统计,年国内“三大”负极材料厂商在国内的市场占有率为56%,“四小”负极材料厂商市场占有率为39%,七家厂商占据了大部分的市场份额。从全球看,年全球前十大负极材料厂商中,只有一家海外企业。

引领材料变革,加速硅基负极产业化进程。在用户日益追求高能量密度的情形下,硅基负极逐步成为一种选择。由于大圆柱具有受力均匀、自动化程度高、膨胀容忍度高等优势,硅基负极搭配能量密度较高的高镍三元正极优势更加突出,因此大圆柱电池以及长续航快充车型放量有望推动硅基负极材料快速增长,未来放量后或将带动整体硅基负极需求量,并拉动圆柱电池和其他厂商的应用布局,加速硅基负极的产业化进程。

硅基负极提升或将带动单壁碳纳米管渗透需求。适配硅基负极,碳纳米管渗透率或将提升:碳纳米管导电性能优,适配硅基负极。碳纳米管(CNT)是一种新型导电剂,可以降低锂电池的内阻,提高锂电池极片的粘结强度和电池循环寿命。单壁碳纳米管提升15%电池续航里程。据OCSiAI,添加TUBALL单壁碳纳米管可生产内含20%SiO的负极,电池能量密度可高达Wh/kg和Wh/l,实现快充性能。在续航上,与目前市场优质的锂离子电池相比,含单壁碳纳米管的电池续航里程可提升15%以上。此外,添加单壁碳纳米管后可以将负极中的SiOX含量提高到90%,能量密度可以实现达到Wh/kg。因此,我们认为电池将带动硅基负极应用量提升,这或将带动单壁碳纳米管渗透率提升。

3.5.2隔膜:紧平衡状态持续,设备国产化进行时

隔膜设备国产化正在实现。以恩捷股份和星源材质为例,年左右新设设备产能国产化率我们预估约为15-16%。现如今的国产设备主要为辅助设备,但头部企业在绑定海外优质设备供应商产能同时,也在加紧设备国产化之路,以恩捷股份为例,公司收购苏州捷力、富强科技、JOT推行隔膜设备国产化,目前公司设备厂进展顺利,并计划明年拥有一条自研产线。同时,国内厂商也在加紧自主研发湿法锂电池隔膜生产线。

隔膜行业供给和需求紧平衡,全球隔膜供应以中国为主。国内市场集中度高,湿法隔膜占据主导地位,头部集中趋势显著。近几年,由于隔膜行业的价格战,行业格局较为稳定,隔膜供给和需求紧平衡。按照目前的扩产节奏叠加隔膜设备厂商制约产能释放,我们预计全球隔膜将维持至少2-3年的紧平衡。此外,全球产能不断向中国集中,中国产能向头部企业集中,国内厂商以恩捷股份、星源材质、中材科技等企业为主,国外以东丽、旭化成、宇部、Wscope、SKI、住友等企业为主。从全球市场竞争格局来看,年,73.8%的隔膜市场份额集中在中国,全球隔膜供应以中国为主,其余海外隔膜企业则以日韩企业为主。

国内头部企业积极扩张,未来趋势强者恒强。以恩捷股份、星源材质、沧州明珠、中材科技等为主的传统隔膜企业开启大规模扩产模式,星源材质与恩捷股份年隔膜及涂覆产能扩产总规划金额均超过亿元,头部厂商不断加大对市场的开拓力度,进军国际市场。而海外隔膜企业则相对保守,未来产能增长可能难以满足行业需求,国内头部企业市场份额有望继续增大。

3.5.3新型锂盐LIFSI快速发展

电解液属于轻资产环节,其扩产壁垒主要在于上游锂盐及添加剂等环节。六氟磷酸锂为电解液核心原材料之一,在-年经历了上行周期,伴随新建产能陆续投产,年以来价格处于下行周期。

电解液单环节盈利单薄,未来供需紧张缓解下行业过剩、产能加速出清,一体化进度快的企业竞争优势进一步凸显。以天赐材料为例,天赐材料先后布局了液体六氟磷酸锂、LiFSI、VC、DTD、二氟磷酸锂、FSI、TMSP等核心电解液原材料及添加剂,并逐步形成“基础材料-电解质/添加剂-电解液”产业链一体化战略布局,公司六氟自供比率超过95%,核心竞争力及成本优势持续强化。同时公司开展磷酸铁锂电池回收业务,拓宽锂源供应渠道。业务多点开花。公司优先抢占如LiSFI等新型锂盐、核心添加剂等产品的市场份额,LiFSI现有产能超吨,我们预计年末LIFSI产能将提升至3万吨;伴随未来磷酸铁二期20万吨产能释放、出货量进一步提升,预计盈利将得到进一步提升。

受益于需求带动,新型锂盐LIFSI加快发展。大圆柱往往搭配能量密度较高的高镍三元正极和对应的高镍电解液。天赐材料产品线经理周邵云向高工锂电表示,由于高镍三元动力电池中的正极材料镍比例不断提升,以及硅碳负极使用,导致电解液研发难度大,主要难点在于:1)产气:高镍中的4价镍离子具有高催化活性,氧化分解速度快,容易破坏电解液结构;2)破坏负极SEI膜:高镍体系电池循环过程中会有锰、钴等过渡金属溶出,它们会破坏负极SEI膜;3)硅系负极:硅系负极由于有较高的膨胀特性,对于电解液的循环和安全性能不利。LiFSI工艺壁垒高。LiFSI作为新型锂盐,与LiPF6相比可以有效改善电解液耐温、电导率特性,提升电池性能和热安全。但由于LiFSI合成工艺复杂,成本较高,此外由于含有硫元素,容易腐蚀铝箔。因此当前仅用于添加使用,且主要应用于三元电池材料电池中,尤其在高镍体系下,需求约占电解液总质量1%,约10吨/GWh。在技术、工艺难度大且下游需求不确定的情况下,当前的LiFSI产能较少,全球目前共吨产能。Lifsi的发展有望为电解液企业贡献盈利。

3.5.4正极材料盈利分化,前驱体一体化有望逐步兑现

三元正极出现明显分化。盈利能力的差异源自:1)原料采购与库存策略差异;2)产品结构差异;3)产能稼动率差异;4)下游客户结构差异,欧洲需求不及预期。目前三元正极企业一体化仍以参股、战略合作为主,降本主要依靠精细化的成本管控能力,同时锂电呈现多元技术路线并存的发展趋势,未来技术迭代能力也将是三元正极材料的核心竞争力。红土镍矿项目放量带动前驱体企业吨盈利提升。下半年开始前驱体企业镍矿项目陆续进入兑现期,华越6万吨镍金属量项目于上半年全面达产,华科4.5万吨镍金属量高冰镍项目首台转炉近期进入试产,中伟股份印尼莫罗瓦利产业基地首条冰镍产线于今年10月正式投料,伴随前驱体企业后端冶炼产能逐步配套,吨盈利将呈现持续提升的趋势。磷酸铁锂正极材料行业未来会向头部集中。H1磷酸铁锂正极材料市场快速增长,一线磷酸铁锂材料企业产能不足,动力电池企业积极导入新的磷酸铁锂材料供应商,一线磷酸铁锂材料企业市场份额略有下降。长期来看,伴随化工企业加入、原有企业扩产,磷酸铁锂行业未来竞争会进一步加剧,加工费水平可能进一步下降,对磷酸铁锂材料品质要求进一步提升,具备成本优势、产品优势的企业竞争力将更加突出,市场会日趋向头部集中。

四、锂电新技术涌现,年蓄势待发

4.1高锂价为钠离子带来发展机遇

年有望成为钠电池产业元年。锂价高企为钠电创造发展的窗口期,预计钠电将率先应用于对成本敏感度更高、能量密度要求较低的A00级乘用车、电动两轮车、储能等场景。年9月全球首批量产1Gwh钠离子电芯生产线投运,标志钠离子电池投入量产,年有望是钠离子从0-1的发展元年。目前钠电问题在于上游硬碳、电解液、正极等材料降本空间比较大,加之制造端良率水平有待提升,尚未与磷酸铁锂拉开成本差距,再考虑循环寿命有待提升,度电成本上尚未较铁锂呈现明显优势。目前碳酸锂价格尚未出现明显下降趋势,龙头入局也促使更多产业链企业加入,伴随工艺改进与规模化生产降本,预计钠电的竞争力有望持续提升。我们预计到年全球钠电需求将达58Gwh,-年复合增速超过%。

4.2磷酸锰铁锂有望与三元、铁锂共同竞争动力市场

磷酸锰铁锂实际比容量比肩5系三元正极,同时锰相较于镍、钴具备明显的成本优势,锰铁锂或将成为潜在中低镍三元的替代材料,结构技术的创新也会推动锰铁锂替代铁锂的部分高端应用场景。受限于双电压平台,以及锰铁锂本身导电、循环与倍率性能不足,磷酸锰铁锂将首先掺杂使用。磷酸锰铁锂本身属于锂电体系,材料端变化在正极,产业化进度较快,德方纳米11万吨新型磷酸盐基地已于年9月正式投产,容百科技、当升科技等也通过外延并购与自主研发推进锰铁锂的产业化进度,动力电池端龙头宁德时代预计年将M3P电芯推向市场,天能股份应用于电动两轮车的锰铁锂产品已经量产,锰铁锂产业化曙光已现。伴随锰铁锂综合性能逐步改良,将逐步成长为与三元、铁锂共同瓜分动力市场的材料体系。

4.3复合集流体逐步开始产业化应用

传统集流体受限于材料性质的限制,无法做到无限减薄,同时原材料成本较高、核心基材重量更大,而复合集流体综合具备安全性能高、原材料成本低的优势,同时可提升质量密度,早在年复合集流体产品就已在欧洲某车型得到了批量化应用,目前仍存在生产效率低、良率水平低、电池输出功率受限等问题,伴随工艺成熟、客户应用经验积累,PET铜箔成本下降、产品竞争力有望持续提升。年金美新材料6μm复合铜箔与8μm复合铝箔实现量产,解决了表面缺陷、孔洞问题,大幅提升产品物理性能、生产效率,年复合集流体或将迎来量产。复合集流体产业链环节包括:设备商、基材、复合集流体制造商、其他辅材,各环节企业进展整体较快,东威科技已经斩获超17亿元的复合铜箔设备订单,双星新材新产线即将建成并投产,宝明科技产品良率约80%,中一科技等传统铜箔企业也开始布局复合铜箔。

五、新能源车板块投资机会展望

重视快充和大圆柱产业趋势,

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