02 上游产业链
动力电池的上游是四大锂电材料等环节,下游是新能源汽车。上游四大锂电材料包括正极材料、负极材料、隔膜、电解液,各个环节呈现不一样的特征。正极材料对动力电池多方面性能有很强的决定性作用,隔膜材料是四大材料中毛利率最高的环节,负极材料环节盈利水平和行业格局较为稳定,电解液环节周期属性较为明显。
02-1 正极材料
正极材料作为锂离子电池最核心的部分,其特性对于电池的储能密度、循环寿命、安全性等具有直接影响。
锂电池常用的正极材料有磷酸铁锂(LFP)、钴酸锂(LCO)、锰酸锂(LMO)和三元材料(如NCA和NCM),不同种类的正极材料电池根据优劣势有不同的应用领域,新能源乘用车及货车细分市场三元锂电池为主,LFP为辅,而新能源客车领域则LFP占绝大比重,而其他种类正极材料的锂电池在动力领域应用较少。
三元材料正极一般是指镍盐、钴盐、锰盐三种成分进行不同比例调整组成的正极材料,因此称之为“三元”。有能量密度高,续航里程长的优点,但安全性相对较低,在高温作用下易发生燃烧或爆炸的现象。而LFP磷酸铁锂正极指用磷酸铁锂作为正极材料,能量密度较小,但具有耐高温,安全性强,循环性能更好的优势。
其中的锂、钴、镍未矿产资源,知名龙头企业有赣锋锂业、天齐锂业。
02-2 负极材料
锂电池负极内部活性物质为石墨,或近似石墨结构的碳,导电集流体则是使用厚度7-15微米的电解铜箔,负极在锂电池的成本占比仅6%左右,需求量较少。
特点:2022年市场规模约82亿元,负极材料中石墨的价格有所下滑,产能充足,CR5为65%,且负极在锂电池的成本占比仅6%左右,需求量较少,供给约为需求的2.5倍。年复合增长率约为20%。净利率15%~20%,未来会下降至10%左右。
壁垒:技术壁垒高,人造石墨工艺复杂,生产环节壁垒高。产品一致性、供应稳定性、成本等要求企业有更苛刻的要求。
02-3 隔膜
隔膜是保障电池安全的最重要组件之一,其浸渍在电解液中,位于正负极材料之间,起到避免正负极材料接触导致短路的作用。
在四个细分行业中,锂电池隔膜的行业集中度最高,CR5达到82.1%,仅龙头恩捷股份市占率就达到44.1%,行业壁垒较高,基本达到寡头垄断格局
02-4 电解液
电解液在锂电池组件中连接正负极材料,同时是锂离子传输的载体,是使电池具备高电压、高比能的关键。
目前,应用较多的为六氟磷酸锂LiPF6,但易水解、热稳定性存在不足。其中龙头企业有天赐材料、多氟多。
03 中游产业链
近两年全球新能源汽车领域发展极快,上游电芯、动力电池制造更是成为全球风口行业,动力电池PACK作为动力电池封装的核心工艺,其市场价值也在不断提升。
受下游需求不断增长的影响,我国锂电池产量持续攀升。据相关数据显示,2022年我国锂离子电池出货量达750GWh,同比增长超过130%,超过全球平均增速,占全球锂离子电池总体出货量的比重超75%,已连续六年成为全球第一,行业总产值突破1.2万亿元,是上一年行业总产值的约两倍。
头部厂商市场份额持续提升,二线厂商与头部厂商差距缩小
2022年动力电池市场CR3为78.19%,同比上年增长4.00%,份额连续三年大幅提升,且2022年增幅明显;CR6为87.78%,同比上年增长2.27%.
03-1 电机
一辆新能源汽车占生产成本最高的部件是动力电池,约占到30%左右,而电机占到10%。在该领域,国产的技术比较靠前,比造燃油车的发动机更有优势,且不存在很高技术壁垒的限制,因此国产电机的制造水准不比海外企业差。
目前新能源汽车电动机主要分为四种,分别是直流电机、交流异步电机、永磁同步电机与开关磁阻电机。目前市场的主流为永磁同步电机。
03-2 电控
新能源汽车电控系统主要由逆变器、驱动器、电源模块、控制器、保护模块、散热系统信号检测模块等组件组成,其中,逆变器、驱动器与控制器为电控系统的核心部件
04 下游:新能源汽车与充电桩
总量上看,充电桩供不应求。从保有量角度看,截至 2023 年底,国内充电桩保有量859.6万座,电动车保有量2041万辆,保有量车桩比为2.4:1,车桩比下降空间大。考虑到区域分布不均以及部分充电桩故障无法使用,市场上的有效供给实际上更为不足。
结构上看,国内充电桩目前绝大多数还是随车配套的私人桩,公共桩数量有待提高。按照所有权可分为公共桩和私人桩。2023 年底公共桩保有量272.6万座,私人桩保有量587万座。若以公共桩保有量计算,2023 年底国内车桩比7.5:1。
国内充电桩存量市场以交流慢充为主,未来大功率趋势明确。按照充电方式可分为直流快充桩和交流慢充桩。2023 年底国内直流桩保有量约120.3万座,占比14%;交流桩保有量共有739.2万座,占比86%。直流快充桩发展潜力可期。
05 发展新方向——固态电池
固态电池有望成为新一代高性能锂电池候选者。
传统的液态锂电池具有一定的缺陷:
1)传统液态锂离子电池的安全性有上限。有机易燃电解液在剧烈的撞击等条件下会引起一定的安全隐患,且液态电池隔膜的耐热极限约为160度,超过此温度后聚合物会转化为流动态,导致正负极直接短路。
2)当前液态锂电池的材料体系逐渐达到上限。当前液态锂电池能量密度上限约为350Wh/kg,目前基于氧化物正极与石墨负极的传统锂离子电池的能量密度越来越接近其理论上限。固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池。
固态电池可以极大缓解液态电池的问题。可以搭配高比能材料,大幅减重,能量密度提升,能量密度有望达到500Wh/kg甚至更高。在安全性方面,固态电池具有高强度、高电化学稳定性以及高燃点。在工信部装备工业司对《中国制造2025》的解释中也明确提出了“建立和健全富锂层氧化物正极材料/硅基合金体系锂离子电池、全固态锂离子电池、金属空气电池、锂硫电池等下一代锂离动力电池和新体系动力电池的产业链”。
固态电池分为半固态、准固态、全固态三种类型。半固态(Half solid)液体电解质质量百分比<10%,准固态(Nearly solid)液体电解质质量百分比<5%,全固态(All Solid)不含有任何液体电解质。目前国内产业化进程较快的基本为半固态电池,全固态电池的产业化尚需时日。
固态电池的两大优势:高能量密度+高安全性。
1、高能量密度:全固态电池电化学窗口可达5V以上,高于液态锂电池(4.2V),可以匹配高能正极和金属锂负极,大幅提升理论能量密度。
2、高安全性:固态电池将液态电解质替换为固态电解质,大大降低了电池热失控的风险。
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2026-2028年是不同技术路线全固态电池实现量产的关键阶段,其中硫化物路线
有望在2026年率先量产。2029年之后,随着全固态电池降本进行,锂电池产
业将进入成熟期的调结构阶段。根据亿欧智库预测,2030年全固态电池市场空
间将达到千亿元规模,固态电池产业规模有望达1800亿元。