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车用锂电池调研报告.docx
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车用锂电池调研报告
新能源汽车动力锂电池调研报告
1、项目概况
1、动力电池
动力电池是为电动汽车动力系统提供能量的蓄电池,主要包括锂离子电池、镍氢电池和铅酸电池等。
铅酸电池由于安全性好,成本低,在微混和城市型纯电动汽车上具有一定优势;但由于能量密度低,无法在其它类型电动汽车上应用。
镍氢电池技术成熟、安全性好,在近几年内占据混合动力的主流地位,尤其是在轻混、中混和重混等车型上;但由于能量密度低,成本高,技术发展已接近极限,性能进一步提高的余地不大。
锂离子电池具有零污染、零排放、能量密度高、体积小和循环使用寿命长等优点,是国内外动力电池发展和应用的趋势,将逐步占据未来市场的主流地位;但由于安全性和成本问题,目前正处于发展期。
动力锂电池产业链下游主要是电动自行车、电动摩托车、电动轿车、电动客车等需要大功率的应用领域。
2、锂电池
(1)锂电池的分类
①按内部材料分为锂金属电池和锂离子电池两大类。
锂金属电池由于其性质不够稳定而且不能充电,所以无法作为反复使用的动力电池;而锂离子电池则具有反复充电的能力,被作为主要的动力电池发展,锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。
②按用途分为数码电池和动力电池两大类。
③按外壳材料分为钢壳电池、铝壳电池和聚合物电池三类。
④按形状分为圆柱电池、方形电池和异形电池三类。
(2)锂电池的结构
锂电池结构分为五部分,即正极、负极、隔膜、电解液和外壳。
锂电池正极包含活性物质、导电剂、溶剂、粘合剂、基体等物质;锂电池负极包含活性物质、粘合剂、溶剂、基体等物质;锂电池外壳包含钢壳、铝壳、盖板、极耳、绝缘胶带等五金件。
3、车用锂电池
车用锂电池是混合动力汽车及电动汽车的动力电池,通常我们说得最多的车用锂电池按正极材料分主要有磷酸铁锂电池、锰酸锂电池以及三元锂电池(三元镍钴锰)。
锰酸锂电池安全性较好,成本低,但高温性能较差,寿命较低;.三元锂电池能量密度高,性能比较均衡,但成本较高;磷酸铁锂电池安全性最好,循环寿命长,但低温特性较差、能量密度较低。
目前国外多数电池企业,如松下、三洋、SBL、LG、JCS等,主要选择三元材料;国内多数电池企业和美国A123,主要选择磷酸铁锂。
磷酸铁锂电池能够成为国内动力电池中的主力,归功于高效率输出、高安全性、电池的结构简单而稳定、极好的循环寿命、可快速充电及对环境无污染。
然而,随着美国特斯拉电动汽车进入中国,能量密度高、续航能力强的三元锂电池优势显现。
在乘用车市场上,由于乘用车留给电池的空间不多,鉴于目前磷酸铁锂电池能量密度已经基本达到理论的极致,而三元电池的能量密度还有很大的提升空间,不少厂家纷纷着手研发和应用三元材料,两种锂电池得到均衡发展。
业内专家表示,作为目前动力电池的主力军,磷酸铁锂的电池能量密度已经基本达到理论的极致,但是由于成本,安全等方面的优势,使得其在工业化生产上仍被需求。
2、项目市场及生产情况
1、市场需求情况
随着国际石油价格上扬及各国对于环保问题的逐渐重视,新能源汽车逐渐成为世界汽车产业的发展趋势。
政策倾斜力度增加、大型车企抢滩布局、消费者环保意识的不断增强,导致了我国新能源汽车市场迅速扩张。
2009年密集扶持政策打开了我国新能源汽车增长的快车道,2011年行业进入产业化阶段,2014年我国电动车市场更是呈现出井喷态势,产销量均同比大涨三倍以上。
我国新能源汽车销量从2012年至2015年分别为1.2万辆、1.76万辆、7.47万辆和33.1万辆。
2016年开始受补贴政策退坡影响,增速逐步放缓,但2016年新能源汽车累计产销分别达51.7万辆和50.7万辆,远超2015年整体水平。
2017年,我国新能源汽车产销为79.4万辆和77.7万辆(其中纯电动销量65.2万辆,插电式混动销量12.5万辆;比亚迪、北汽新能源销量均突破10万辆,东风新能源汽车突破5万辆),同比分别增长53.8%和53.3%,市场占比达到2.7%,比上年提高了0.9个百分点,带来了近36GWh的动力电池需求量。
根据预测,未来新能源汽车行业仍将维持快速增长,2018-2020年新能源汽车产量将达到100万辆、137万辆和200万辆,对应动力电池需求量分别为47GWh、58GWh和95GWh。
国家“十三五”规划提出,截止2020年新能源汽车销量将达200万辆;近日中央四部委联合发布电动车免购置税政策延续至2020年,政策的倾斜更加佐证电动车是未来发展主流。
2、单车电池配比
目前纯电动客车所需电池容量最大,纯电动乘用车和专车所需电池容量相对较小,纯电动汽车的电池容量是插电式混合动力汽车电池容量的3-6倍,说明纯电动汽车电池的技术难度更高,价格更贵。
有关单台汽车电池配比数据见下表(单位:
KWh)。
电动(EV)
插电式混合(PHEV)
乘用车
30-80
10-15
客车
150
25
专用车
40
3、行业生产情况
(1)行业产能、产量和出货量
伴随新能源汽车销量增长,动力电池作为核心零部件也得到快速发展。
从2015年新能源汽车销量大幅增长后,国内外动力电池市场也呈现爆发趋势,电池厂商的产能、产量和出货量均大幅提升。
2017年全行业总产能为154.5GWh,其中方形、圆柱、软包三种类型电池产能分别达到68.5GWh、63GWh、23GWh,占比分别为45%、41%、15%。
2018年底全行业总产能预计将达到182GWH,其中方形产能达到93.5GWh、圆柱产能50.5GWh和软包产能达到38GWh,占比分别达到51%、28%、21%。
近两年新增产能集中在磷酸铁锂电池和三元锂电,2017年磷酸铁锂电池产能达73.7GWh,占总产能比例为48%,较16年占比提升20个百分点。
2018年从当前企业的规划来看,延续三元锂电扩产加速的态势,行业三元电池产能将增至112.3GWh,占比也提升至62%,其中比亚迪三元电池产能将新增5GWh,行业龙头CATL三元电池产能将由8.5GWh提升至19.5GWh,新增产能达11GWh,可满足众多乘用车车企的配套规划需求。
行业主要企业2017年锂电产能及2018年规划锂电产能情况见下表。
我国2016年车用动力锂电池产量为30.8GWh;2017年为49GWh;2018年预计为74GWh。
2014-2017年我国动力锂电池出货量分别为5.9GWh、17GWh、30.5GWh、39.2GWh,同比增长293%、188%、79%、28.5%。
2016年动力锂电池领域总投资已经超过374亿元,国内主流电池企业2017年产能已超100GWh,远超下游需求。
但另一方面,根据产业微观观测,国内优质的高端三元电池产品仍属稀缺,从部分乘用车用三元电池屡屡不达标准可见一斑。
因此,我们认为目前国内动力电池逐渐形成高端三元电池稀缺、磷酸铁锂与低端三元电池相对过剩的行业格局。
(2)产业发展趋势
从锂电池行业的地区分布来看,全球锂离子电池产业主要集中在中、日、韩三国,三者占据了全球95%以上的市场份额。
国际巨头相对于国内厂商而言在电池的一致性、稳定性、循环寿命等方面都有比较大的优势,对下游整车厂的吸引力也很大。
国内自主品牌的动力电池产品已开始陆续配套国内整车企业,包括乘用车、客车、专用车等市场,从技术路线上讲,镍氢电池、锰酸锂电池、磷酸铁锂电池已经在十二五结束时基本接近甚至达到国际先进水平,三元锂电池也开始产业化进程。
在动力电池激烈的行业竞争中,CATL、比亚迪、国轩高科等优势企业逐渐确立了自己的龙头地位,行业集中度不断提升。
2016年与2017年,国内动力电池前三家企业合计出货量占比超过50%;CATL也逐渐超过比亚迪,成为国内动力电池龙头。
17年以来,以宁德时代、比亚迪为首的动力电池龙头扩产幅度高于行业均值,CATL(17GWh)、比亚迪(16GWh)、国轩高科(10GWh)产能位列前三,亿纬锂能、北京国能、孚能科技、天津力神紧随其后,这导致行业集中度进一步提升。
以CATL、国轩、比亚迪、力神等为代表的企业,均在加强技术研发发展高镍三元锂电,另一方面加强与车企的基地产能配套,减小运输半径及有效降低成本,形成紧密的产能供给。
《中国制造2025》明确要求,2020年我国动力电池能量密度要达到300Wh/公斤,2025年达到400Wh/kg,2030年达到500Wh/kg。
科技部原部长万钢曾表示,要努力把动力电池单位能量密度提高一倍,把制造成本降低50%,使单位电池能量达到300Wh/kg以上,成本降至1元/瓦时以下。
磷酸铁锂电池能量密度的理论极限值为170Wh/kg,而三元电池远高于这个数值。
各大电池企业把提高能量密度的研究方向几乎都定为三元材料。
4、主要生产厂家
(1)CATL
CATL2017年总产能达17.09GWh,其中8.5GWh为三元锂电,主要材料体系为三元532/622,目前811体系电池正处于研发当中,预计明年有望量产。
2018年产能有望达到31.5GWh,19年达到45.9GWh,2020年产能达到54GWh。
基地主要集中在福建宁德、江苏溧阳、青海西宁等。
主要客户包括北汽、华晨宝马、吉利、一汽、南车时代、厦门金龙、郑州宇通和中通客车等。
(2)BYD
比亚迪17年总产能已经达到16GWh,其中LFP产能达10GWh,三元电池产能6GWh,17年启动青海10Gwh的三元电池产能扩充,预计完全达产时间为2019年6月。
2018年规划产能21GWh,2019年达到26GWh,2020年产能有望达39GWh。
生产基地以深圳坑梓、惠州两地为主,另外在青海等地也在新建生产基地。
(3)国轩高科
国轩高科的主力产品为方形磷酸铁锂电池,16年具备三元锂电池产能,目前在客车及乘用车方面客户基本覆盖主流车企。
2017年产能7.5GWh,其中磷酸铁锂产能为5.5GWh,三元产能达2GWh。
2018年是公司产能释放的关键年,预计将增加7GWh,其中合肥四期将增加5GWh三元622产能,庐江和唐山共增加2GWhLFP产能,18年底共计可达14.5GWh。
其它产地包括江苏昆山、南京、河北唐山一期(在建)。
主要客户包括南京金龙、江淮汽车、安凯客车、中联重科、上海申沃、东风汽车、河北御捷等。
(4)力神
力神圆柱技术国内排前三,21700产线是国内最早产能最大的产线,方形电池产品型号正逐步向大容量发展,主力产品为51AH,76AH、43AH左右,100AH以上的产品后续也会出来。
公司17年产能10GWh,主要生产基地是天津,青岛、苏州、绵阳,武汉等。
预计2018年产能将达15GWh(7.5GWh方形LFP+2.4GWh三元方形+5.2GWh三元圆柱),2020年规划达到30GWh。
主要客户包括江淮、吉利、一汽、东风汽车、南京金龙、厦门金龙、中通客车、天津清源等。
(5)亿纬锂能
公司2016年底产能2GWh,公司17年产能约7GWh,18年产能增至9GWh,主要是荆门新增1GWh三元方形和1GWh的磷酸铁锂,所有产能分为:
1GWh软包叠片、3.5GWh三元电池、4.5GWh磷酸铁锂电池。
预计19年将达到11GWh,2021年达到22GWh。
生产基地是湖北金泉和惠州。
(6)中航锂电
公司17年产能2.5GWh,其中三元电池约0.21GWh,磷酸铁锂2.23GWh,均在洛阳生产。
公司18年常州部分产能达产,产能约5GWh,其中三元1.21GWh,磷酸铁锂3.7GWh。
根据公司规划2020年产能达15GWh。
生产基地主要为洛阳和常州。
主要客户包括东风汽车、河南少林、陆地方舟、南京金龙、四川野马、中通客车、重庆瑞驰等。
(7)国能电池
2017年总产能达到11GWh,目前磷酸铁锂软包电池产能占比90%,其余为三元软包,预计2018年将在郑州继续扩产,总产能达到13GWh,公司规划2020年总产能升至20GWh。
生产基地有北京、郑州、襄阳、重庆、海宁、南昌、新余、龙岩等八大基地。
(8)孚能科技
公司是国内软包龙头,2017年孚能产能约为5GWh的三元软包电池,2018年预计产能最高达13GWh,北京顺义规划8GWh产能有望于年底至19年投产。
此外18年年内将开工赣州三期10GWh产能,预计将于19年开始陆续投放。
生产基地主要包括赣州、北京等地。
(9)卡耐新能源
公司专业从事动力锂离子软包电池生产销售,2017年三元软包电池的产能为0.75GWh,主要分布在上海基地产能为0.25Gwh,南昌基地的产能为0.5Gwh,2018年将持续大力扩产,南京产能预计年底可达5.8Gwh以上。
2019年产能预计将达到13.2GWh。
生产基地:
公司具备南京1个技术中心、日本、北美两个海外技术中心、5个生产基地(上海、南昌、广西、两个核心基地)。
(10)比克
公司是国内三元圆柱领域内的优质公司,2017年三元圆柱产能达5GWh,其中具备811产能1GWh,2018年公司产能达8GWh,其中最高可具备4GWh的811电池,预计2019年产能有望达到12GWh,2020年将达到20GWh。
生产基地:
深圳和郑州。
5、国内主流新能源车电池成本
综合官方数据研判,目前新能源汽车动力电池(模组)的成本大约在1500元/度电左右。
(1)比亚迪e6
整车价格:
30.98—36.98万
电池容量:
80度电
电池成本估算:
12万元
(2)吉利帝豪ev300
整车价格:
19.48-24.98万
电池容量:
41度电
电池成本估算:
6.15万元
(3)腾势ev400
整车价格:
36.98-43.28万元
电池容量:
60度电
电池成本估算:
9万元
(4)北汽eu260
整车价格:
20.59-21.59万元
电池容量:
41度电
电池估算成本:
6.15万
3、生产工艺流程
锂电池生产工艺流程分为三大工段,一是极片制作,二是电芯制作,三是电池组装。
在锂电池生产工艺中,极片制作是基础,电芯制作是核心,电池组装关系到锂电池成品质量。
锂电池生产工艺流程具体环节包含正极拉浆、负极拉浆、正极片、负极片、钢壳装配、注液及检测以及组装等。
1、极片制作
(1)主要工艺流程:
将一定比例的正负极活性材料、导电剂、粘结剂与溶剂NMP一起混合高速分散制成一定粘度的浆料→通过涂布机将正负极浆料均匀涂布在集流体上,并烘干浆料,制成固体电极片→将涂布好的正负极片通过轧辊机辊压,以减小极片厚度,充分发挥极片能量密度→辊压后的极片通过五金模切机冲切成所需要尺寸的正负极片。
(2)主要设备:
NMP回收系统、混料机、自动上料系统、涂布机、五金模切机、正极滚压机、正极分切机、负极滚压机、负极分切机、真空烘箱、去离子水机等。
2、电芯制作
(1)主要工艺流程
叠片制作流程:
将冲切好的正负极片与隔膜一起叠片成芯包。
装配流程:
将芯包装入铝塑包装膜内→顶、底边封装→侧边封装→短路测试。
注液制作流程:
将单体电池在真空烘箱中干燥除水→将电解液注入干燥后的单体电池。
(2)主要设备:
自动叠片机、自动封装线、自动注液机、喷码机、检测仪、正压测漏机、充放电柜、内阻测试仪等。
3、电池组装
(1)化成老化流程:
单体电池注液口密封→注液后的单体电池预充电充分激活→抽气、整形→单体电池分容测试容量→单体电池测试内阻电压、尺寸等性能指标。
(2)化成老化主要设备:
软包电池化成柜、自动封口机、自动清洗机、自动除气切折烫一体设备、自动除气设备、VOC检测设备、全自动贴胶机、生产线体、喷码机、高温箱、软包电池分容柜、IMP/OCV分选设备等。
(3)分选、组装流程:
单体电池测试→电芯分选→组装电池组→整体组装→功能测试→循环测试→最终组装。
(4)分选、组装主要设备:
轨道装配线、检测装置、自动分选机、容量检测设备、扭力控制系统、chroma测试仪器、BMS检测装置、蜗壳检验装置等。
4、投资估算
1、产能门槛
2016年出台的《汽车动力电池行业规范条件(2017年)》(征求意见稿)提出了建立车用动力电池准入管理规定的要求,要求锂离子动力电池企业年生产能力不低于8GWh,近期据中国证券网报道,最新修改版《规范条件》将年产能门槛下调至3-5GWh之间,但将在研发、产品性能方面提出更高要求。
我们认为《规范条件》中提出的高门槛表明国家希望提高行业门槛,真正有资金、有实力、有决心做动力电池的企业才能最终立足。
总体来说,无论最终门槛定在哪个位置,《规范条件》的出台都将对整个行业带来一定冲击,真正想在行业立足的企业将在未来1-2年内大力扩产。
2、建设规模及投资
建设规模按年产3GWh锂离子电池,预估投资约20亿元。
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