钜大LARGE | 点击量:1476次 | 2019年10月28日
未来5年新能源汽车产业链大势
在下游动力电池企业产能利用率两极化的情况下,龙头动力电池企业将持续投建产能满足市场需求,同时龙头电池企业有望凭借全球竞争力进入欧洲等市场,有望开启海内外产能周期共振向上。
篇首
新能源汽车:清洁用能,全球必争
新能源汽车是具备清洁充能-用能能力的汽车,包括纯电动、插电混动、燃料电池等技术路线,前二者是新能源汽车的主体。
新能源汽车相比于燃油汽车全生命周期可显著节能减排;对我国而言,新能源汽车还具备协助维护能源安全的战略意义。
整车:中国政策切换,中欧引领全球
2019年上半年我国新能源汽车产销双双突破60万辆,供给优质化,后续补贴退坡幅度较大。我们估计,2019、2020年我国新能源汽车销量分别为140万辆、170万辆,产业得到优化。
全球新能源汽车市场的长期成长引擎在中国和欧洲。参照国际能源署研究结果并自“双积分”政策(征求意见稿)外推,至2023年中国新能源汽车产销或突破300万辆,2025年450-500万辆,2030年1000万辆;欧洲节能减排标准严格化倒逼新能源汽车产业发展,至2020年或达80万辆,2025年300万辆,2030年500万辆。中欧合计约占全球新能源汽车市场份额的3/4。
锂电池及材料:技术持续升级,龙头布局海外
提升锂电池能量密度仍是技术主流发展方向。锂电池材料技术层面,2019年是高镍NCM811正极开始规模化应用的起点,硅碳负极由于壁垒更高产业化进度相对滞后,电解液为配合高镍及硅碳化趋势需要研发新型添加剂,隔膜则为适应各类场景需要多元化发展。
行业格局层面,从锂电池到锂电池材料整体继续呈现龙头集聚、强者恒强局面。需求方面,随着补贴即将于2021年退出,国内动力锂电池需求依赖双积分托底作用,而随着海外市场如欧洲等加大新能源车推广力度,国内锂电池供应链企业有望跟随锂电池巨头加快走出去步伐,享受全球新能源车发展红利。
我们估计2025、2030年全球动力电池需求或分别达到550-650GWh、1.2-1.4TWh。降低锂电池成本是实现新能源车全生命周期平价的重要保障,从上游原材料到中游锂电池材料价格在全线持续回落,为锂电池降价提供让利空间。目前锂电池产业链毛利率仍有下降空间,但有望逐步企稳,以量补价将是行业长期趋势。
锂电设备:受益中欧电池扩产周期向上
国内双积分政策托底,据我们测算,在头部动力电池企业产能利用率60%假设下,2025年供需平衡所需动力电池产能预计600GWh左右,“十四五”国内动力电池投资将保持高强度。同时,欧洲主机厂开始大力提升新能源汽车渗透率,我们判断2020年开始欧洲将迎来产能周期,预计2025年欧洲动力电池实际需求达225GWh左右,未来8-10年年均建设规模或为30-40GWh。
鉴于国内锂电设备企业在资金实力及订单交付售后能力等方面竞争力远超日韩设备企业,我们判断海内外产能周期共振向上,利好国内锂电设备企业,年均设备需求或达400亿元人民币。
1新能源汽车:清洁用能,全球必争
1.新能源汽车,具备清洁充能-用能能力的汽车
对于汽车而言,能量补充方式、运行排放情况、是否需要燃烧和驱动方式等因素影响其“新能源”属性的强弱。根据国际能源署的定义,新能源汽车指插电混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车,亦即具备清洁充能-用能能力的汽车。
新能源汽车中,纯电动汽车的动力构型相对简单,电池、电机、电控三电系统是其和燃油乘用车的本质区别。混合动力汽车兼具发动机和电动机,作为新能源汽车还需要动力电池可和外部充电设施相连接。燃料电池汽车的能量储存和功率输出分别需要储氢罐和燃料电池发动机系统,部分燃料电池汽车也具备插电功能。
2.新能源汽车发展里程碑
使用便捷性是绝大多数情况下用户对汽车的接受底线和核心需求,可简明体现为汽车在某工况/工况组合下运行的行驶时间和充能时间,及对应的行驶路程。
行驶路程越长(对应续航能力)/行驶速度越快(对应动力性能),单次充能时间越短/充能时间占总时间的比例越小(对应充能能力),可认为整车的使用便捷性越高;在充能不便的条件下,单次充能的行驶路程越长,整车的使用便捷性越高。
综合考虑整车性能和基础设施完备度,动力电池是新能源汽车储能装置的首选,相应技术路线是新能源汽车的主流技术路线;而无论试图在强离网条件(能量密度-续航里程优先)还是强并网条件(充能时间优先)下取得用户认可,更先进的动力电池都是电动车“逆袭”燃油车的关键。
动力电池的典型组成部分包括正极、负极等活性物质,电解质(液态/固态)、或有隔膜等辅助组元;使用于常温或略偏离常温的温度环境下;理论上和电池外界没有物质交换,相应化学能的释放途径是电极的氧化还原反应;多要求具备电化学可充能力(二次电池,和一次电池相区分)。在锂离子电池商业化之前,铅酸电池和镍系(如镍镉、镍氢)电池是二次电池的主要选择。
20 世纪末-21 世纪初,以钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和多元金属酸锂为正极,以石墨为负极,配合电解质(电解液)和隔膜制成的锂离子电池(因使用电解液也称为液态锂离子电池)体现出了大幅超过原有二次电池的性能。这一方面使得锂离子电池淘汰镍氢电池成为 3C 电池的标配,另一方面也意味着锂离子电池可以作为动力电池汽车的核心储能装置,提供从未实现过的 200km 以上的续航及更短的充能时间,满足乘用车、商用车的基本使用需求。
自1990年至今,以单体能量密度(比能量)提升情况作为评价标准,锂离子动力电池的技术的进步幅度约为每年3%。
当前商业化的锂离子电池以石墨或硅碳复合材料为负极,以含锂的化合物如钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂(三元材料)、磷酸铁锂等作正极,以有机溶剂溶解锂盐并掺杂不同类型添加剂形成耐正极氧化、耐负极还原的电解液作为锂离子传输介质,以多孔的聚乙烯、聚丙烯薄膜本身或辅以涂覆改性手段物理隔离正负极、绝缘电子而又允许锂离子通过。锂离子在正负极材料中嵌入、脱嵌从而实现充放电过程;在锂离子嵌入或脱嵌的过程中,会同时伴随与锂离子等物质的量的电子通过外电路在正负极传导,由此完成闭路循环,并实现电池充电或对外电路做功的效果。
锂电池的生产过程可分为极片制作、电芯组装、电芯激活检测和电池封装四个工序。极片制作包括搅拌、涂布、辊压、分切、制片和极耳成形等工序,极片质量直接决定电池整体性能,因此对极片生产设备的性能、稳定性、自动化水平和生产效率有着很高的要求。电芯组装主要包括卷绕或叠片、电芯预封装、注电解液等,对精度、效率和一致性要求很高。电芯激活检测主要包括电芯化成、分容检测;电池封装包括对单体电池进行测试、分类和串并联以及对电池组性能、可靠性测试。
锂离子电池技术的进步直接驱动了优质新能源汽车产品的诞生。如问世于2008年,采用钴酸锂-石墨电池的特斯拉roadster 1代证实了电动车的较高动力性。近10年后,采用镍钴铝-硅碳电池的特斯拉Model 3证实了高性能电动车的可量产性和用户接受度。
除以动力电池技术进展为主的新能源汽车技术进展外,全球各主要经济体不同程度的政策驱动也对新能源汽车规模的提升起到了关键的作用。
在我国,新能源汽车补贴、双积分和路权政策是推动产业发展的重要因素。以2017-2018年间的补贴政策为例,工况续航、电池系统能量密度和整车整备质量-百公里电耗共同决定纯电动乘用车补贴。在补贴退坡过程中,电池系统能量密度、整车百公里电耗等关键参数的门槛要求逐渐提升,倒逼技术进步。
新能源汽车在国外也不同程度受到扶持。以美国为例,2008年美国通过了《能源独立与安全法》(Energy Improvement and Extension Act),其中的30D条款专门针对新能源汽车(New qualified plug-in electric drive motor vehicles)出台专项税收抵扣。该条款经2009年的《美国复兴和再投资法》(The American Recovery and Reinvestment Act)和2013年的《美国纳税人救助法案》(American Taxpayer Relief Act ,ATRA)修订后执行至今。法案规定,美国纳税人自2009年12月31日以后新购置的符合条件的插电式混合动力汽车及纯电动汽车,可享受相对应的税收返还。返还金额具体计算方法:以车辆动力电池容量5kWh为起点,对应2500美元,大于5kWh的部分以417美元/kWh计算累进补贴,上限7500美元。同时,该法案规定,对某一制造厂商而言,按季度统计,当在美国国内累计销量达到20万台时,即触发补助退坡机制:从达标后的第二季度开始计算,在接下来的第一、二季度补贴减半,第三、四季度再减半,自此之后不再享受补贴。
技术、政策共同促进了新能源汽车产销、保有量的爆发式增长。根据国际能源署统计,全球新能源汽车保有量于2015年突破100万辆,于2018年突破500万辆。保有量结构中,中国约占全球50%,中国、美国、欧洲合计达全球90%以上。纯电动车型是新能源汽车的主体部分,插混车型也有相当数量。2018年全球新能源汽车销量达201.8万辆,其中中国销量达125.6万辆。
2018年,全球新能源汽车销量位居前三的车企是特斯拉、比亚迪、北汽新能源;年度车型销量冠军特斯拉Model 3取得14.58万辆销量。
3.新能源汽车产业意义
和燃油汽车相比,新能源汽车具有普适性的积极意义在于节能减排。有研究者分析了中国纯电动汽车和燃油汽车全生命周期(整车“从摇篮到坟墓”、运行“从油井到车轮”、回收“从坟墓到摇篮”)的碳排放并进行比较。研究结果表明2015年纯电动汽车即具备排放优势,2020年随着整车电耗的降低、动力电池良率的提升、规模效应等因素的积极作用,纯电动汽车的节能减排优势进一步拉大。
在国际能源署的类似研究中,纯电动、插电混动汽车的节能减排能力超过了燃油汽车(约 25%到 35%)和常规混合动力汽车(约 5%到 10%)。受限于氢源,燃料电池汽车的节能减排作用相对一般(和常规混合动力汽车相近)。另外,在满足基本使用需求的情况下,相对较小的动力电池包意味着较少的碳排放。
车型的大小对碳排放的影响也相当显著。体积的燃油汽车排量更大,全生命周期排放更高,而且随整车体积的增大,燃油车型排放的增幅要超过新能源车型排放的增幅。另外,电池较小的纯电动车型、用电比例较高的插混车型节能减排作用也较显著。
对我国而言,新能源汽车除了具有节能减排的积极意义外,还兼具强化国家能源安全的重要作用。
富煤、贫油、少气是我国化石能源的基本资源禀赋情况,可再生能源总体较丰富。而煤炭、一次电力适宜以电能形式消费。据中电联统计,我国发用电量持续增长;据国网能源院研究估计,至2050年,我国电气化水平(终端电能消费占终端用能比例)将达到约48%,是当前水平的2倍,接近发达经济体水平。
我国清洁能源电力(非化石能源电力,水电、核电、风电、太阳能)占比逐年提升。至2017年,清洁能源电力占比已接近消费总量的30%。随着清洁能源电力装机增速逐步增长、消纳能力逐步增强、平价上网逐步清晰、电力市场建设逐步推进,清洁能源电力占比有望持续提升。同样据国网能源研究院估计,至2035年,非化石能源在一次能源消费中的占比将超过1/3。
形成较鲜明对比的是,我国石油对外依存度居高不下。据中国石油集团经济技术研究院发布的《2018年国内外油气行业发展报告》,2018年中国石油净进口量4.4亿吨,同比增长11%,石油对外依存度升至69.8%;天然气进口量1254亿立方米,同比增长31.7%,对外依存度升至45.3%。预计2019年石油对外依存度升至70%。
较高的电气化水平、逐步攀升的清洁能源电力占比使得以电代油成为和节油同等重要的降低原油对外依存度的手段。远期,以我国新能源汽车(以纯电动/插电混动计,不区分车型和百公里电耗差异)总保有量1亿辆,平均年行驶里程15000公里,平均百公里电耗20kWh估算,新能源汽车年用电量约为0.3万亿kWh,也远低于我国2017年全社会用电量6.3万亿kWh。我国具备新能源汽车替代的电力基础。
2整车:中国政策切换,中欧引领全球
1.中国补贴政策调整,完全退坡进行时
补贴政策是我国新能源汽车产业发展的关键直接推动力。2019年,我国新能源汽车补贴全面大幅退坡。
以总量、增量地位均最重要的乘用车为例,2019年补贴标准对纯电动乘用车的工况续航里程门槛直接提升至250km.250km-400km档位车型补贴降至1.8万元,400km以上车型补贴降至2.5万元,度电补贴上限550元,国补退坡幅度在47%到60%之间;营运车型补贴7折;过渡期至6月25日,过渡期后取消地补。
2019年补贴调整系数方面,电池系统能量密度最高档位维持160Wh/kg,但最高系数为1倍;百公里电耗优于国家限值35%可获1.1倍补贴。调整系数也全面加严。
从补贴政策开始到2019年的最新调整方案公布,整车续航里程、电池系统能量密度、百公里电耗等技术指标增长/加严明显,“门槛”逐渐提升。
综合考虑,2019年1月-3月,乘用车的补贴标准为2018年标准;4-6月底,单车补贴约退至2018年的2/3;6月底以后,单车补贴约退至2018年的1/3。
除乘用车外,商用车补贴也大幅退坡。仅公交车、燃料电池车型补贴后续确定。
2.车型供给丰富,技术指标进步
和2018年相比,2019年我国有大量高质量新能源车型投放市场。从2019年上海车展情况看,纯电动、插电混动车型不乏精品。
自主品牌的各类A00级经适车型的性能下限和性价比是消费者所关注的主要方面。如比亚迪e1依托于其成熟的纯电动e平台,整体电驱动系统布局合理,集成度较高,电机最高功率45kw,最大扭矩110N·m,充分满足该级别车型的动力需求;虽然是成本偏低的A00级车,但比亚迪仍然采用了液冷式电池温控系统,同级别的其他车型目前均为成本较低的风冷式电池。欧拉R1则充分依托轻量化、高电池系统能量密度的优势,将A00级车型的工况续航推高至350km以上,并保持了较低的成本。
当前经济车型的售价综合多维持在5-8万元级别。在补贴退坡的大背景下,保证车型基本性能参数稳步提升同时控制成本,并逐步着眼“后补贴时代”进行研发、投产的综合统筹,或是未来的长期趋势。
中高端纯电动车型一方面更适于作为主力车型,另一方面有利于体现车企的核心竞争力。本届车展上,众多自主品牌纷纷展出/更新有关车型(包括概念车型),如比亚迪展出秦Pro、宋Pro、唐和概念车E-SEED GT,北汽新能源推出EX3和概念车Arcfox,长城推出欧拉iq,广汽继Aion S上市后又推出Aion LX、吉利推出几何A等。
中高端车型的售价起步较高、价格浮动较大;工况续航也有大幅增长,自400km至500km以上;百公里电耗相对A00级车型较高,但已处在逐步下降的过程中。另外,短百公里加速时间、长续航、快充、智能驾驶、热泵空调等方面的特征也更多地出现在中高端车型上。
广汽新能源Aion LX是继Aion S后的又一款高性能纯电动乘用车,依托广汽第二代纯电专属平台技术GEP打造,是Aion家族的首个SUV产品。其电池系统能量密度或达180Wh/kg,工况续航或达650km,百公里加速短至3.9s.Aion LX有望依托其续航和动力性实现强大的产品力。
吉利几何A具有500km的工况续航,超过180Wh/kg的电池系统能量密度,和13.5kWh的百公里电耗。长续航+低电耗可能就是未来纯电动乘用车(特别是轿车)的理想技术形态。
和纯电动车型相比,插混车型的补贴调整金额相对较少。对限购区域用户而言仅牌照价值即可拥有足够竞争力;对非限购区域用户而言其节油和以电代油作用相信也将发挥较大作用。
本届车展中的插电混动车型价格区间在13-28万元,纯电续航分属50+km和80+km两类,车型定位也以较高的A/B级车型为主。同定位的插混车型比纯电车型成本更低,故同成本插混车型可定位更高,以换取空间感和驾驶/乘坐舒适性。
比亚迪宋Pro因荣获最佳首发新车大奖受到广泛关注。该车型提供燃油、插电混动以及纯电动三种动力版本,其中插电混动车型搭载了1.5T PHEV动力系统,发动机最大功率为118kW,综合扭矩输出达到了775N·m,百公里油耗仅为1.4L。新车科技感亮点丰富:首次启用了BYD Heart集成式操作台;新增Pro L2 PLUS级别的智能驾驶辅助系统,同时复合全新比亚迪宋Pro的多个配置,即TJA交通拥堵辅助系统、TSR交通标志识别系统和VRU行人识别保护系统等。
吉利星越也有2.0T汽油版、1.5T PHEV插电混动、1.5T+48V的MHEV弱混三种动力可选。其中1.5T+PHEV按照纯电续航里程分成80公里以及56公里两个版本,又按照车型分成驭星者和耀星者两个款式,同时配备GKUI 2.0吉客智能生态系统,相比老款系统在桌面交互、智能语音识别以及地图导航等功能方面进一步实现全面的迭代升级。
3.整车规模领先全球,产品结构持续向好
上半年相对友好的补贴政策和技术水平不断提升、产品力不断增强的新能源乘用车共同导致新能源汽车销量达历史之最。根据中汽协数据,上半年我国新能源汽车产销分别达61.4万辆和61.7万辆,约相当于2018年全年的一半,接近2017年全年产销。下半年,补贴退坡、透支因素尤其是营运车型透支因素开始产生影响,2019年7月,我国新能源汽车产销分别为8.4和8万辆,同比下降6.9%和4.7%。
对乘用车而言,根据乘用车厂家批发销量数据,2019年1-6月,新能源乘用车销量累计达57.50万辆,同比增长65%;1-7月累计销量达64万辆,同比增长54%。其中1-3月补贴政策延续2018年,同比去年高增速;4-5月补贴过渡期,销量增速放缓;6月抢装行情,销量增速重新走高;7月销量增速同比为负。
销量结构部分,2019年我国纯电动乘用车在乘用车中销量占比近80%。
另外,2019年上半年,我国新能源乘用车销量的全球占比持续提升到52%,中国新能源汽车市场的全球地位举足轻重。
具体到纯电动乘用车,2019年1-6月,我国纯电动乘用车销量累计为45.55万辆,累计同比增速80%;1-7月累计销量为50.72万辆,同比增速回落至69%。A级车是销量主力,1-6月占比稳居50%以上,远超去年同期和去年全年,营运车型对应主要的购置驱动力;A级车7月占比仍达45%。总体而言产品结构向好。
对于插混乘用车,A级、B级车型是销量主力;合资品牌车型如帕萨特PHEV等崭露头角。
2019年上半年,我国多款A级车销量较高;北汽EU系列名列新能源乘用车销量榜榜首,销量逼近5万辆。全球范围内占据销量榜首的车型仍然为特斯拉Model 3,同期销量达12万辆。
进入下半年,2019年7月营运用途明星车型销量走弱,家用车型如北汽EU系列、比亚迪元EV、比亚迪唐DM等仍保持相对较高销量;广汽Aion S则依靠出色的产品力位列7月销量前五。
2019年上半年,我国充电桩保有量突破100万个,其中公共充电桩达41.2万个。同期据公安部数据我国新能源汽车保有量达344万辆,车桩比持续处于高位。
4.安全性关注度提升,“红线”不可逾越
我国新能源汽车产业规模稳居全球第一,但动力电池及基础设施也有安全事故发生。如2019年3月底至今,特斯拉已发生了5次自燃事故(3月26日广州,4月21日上海,5月3日美国旧金山,5月12日香港,5月31日比利时安特卫普);西安蔚来授权服务中心一辆ES8新能源汽车在维修时突然起火燃烧,后官方说明因此前车辆底盘遭受撞击等。此后,蔚来主动召回存在缺陷的近5000辆ES8车型。总之,快充、轻微事故等引发的自燃现象或影响消费者的购买决策,乃至影响新能源车市场的扩大和产业链的健康发展。
纯电动车辆的“心脏”动力电池包括活性物质和辅助组元两类组成部分,活性物质需直接发挥储能作用,存在一定安全性风险不可避免,且没有大幅降低的可能性;辅助组元理论上应只起辅助作用,但电解液、隔膜等液相、固相复合材料事实上本征储存了较多化学能而且高度不稳定,对安全事故的引发、扩大和最终失控有关键性负面作用。
业界认为,动力电池的内短路往往意味着热失控,使得电池发生安全事故。
对电池的机械滥用、热滥用、电滥用都可能导致隔膜失效,电池内部(正极、正极集流体)和(负极、负极集流体)之间短路,大量放热并引燃电极、电解液和隔膜,造成不可挽回的电池热失控。
在没有内短路发生的情况下,电池也可能发生事故。对使用NMC532正极、PET/陶瓷无纺布隔膜的动力电池进行的有关研究表明,电池热失控温度(231度)低于隔膜失效温度(257度);事故机理为,电池负极和电解液中溶剂的持续反应、电解液中六氟磷酸锂的分解引发电池早期的温升和性能退化;正极和电解液在较高温度条件下反应释氧,氧和正极对应的金属离子扩散至负极后大量反应产热造成热失控事故发生。也就是说,轻度的热滥用即可能使得负极-电解液-正极体系的稳定性遭到破坏。
综上可见,从顶层设计、研发生产到消费者购买,均需对新能源汽车安全性足够重视,产业才能获得良性健康的发展环境。
6月,工信部装备工业发展中心发布《关于开展新能源汽车安全隐患排查工作的通知》(装备中心[2019]520号,下称“通知”)。《通知》共包含工作要求、排查情况上报和新能源汽车起火燃烧事故调查等三部分。
安全排查方面,重点系统及零部件是整车的防水保护、高压线束、车辆碰撞、车载动力电池、车载充电装置、电池箱、机械部件和易损件等。对于运营类车辆,《通知》要求设定排查比例要求;对于私家车,《通知》要求生产企业明确告知用户车辆回店检修的触发条件。另外,《通知》要求企业排查服务机构的综合处置能力。
监控平台方面,企业需落实7*24小时值班制度,跟踪记录新能源汽车的维护、维修情况,及时上报处理结果,并对新能源汽车产品的技术状况、故障及主要问题等运行情况进行分析、总结,编写年度报告。
《通知》要求各新能源汽车生产企业于2019年10月底前完成新能源汽车安全隐患排查工作,形成书面报告,如实向装备中心报送安全隐患排查的组织情况、实施情况、运营主体配合情况、存在问题及问题处理情况等内容,填写《新能源汽车安全排查统计表》。对于发现存在未按要求开展排查、虚报瞒报、弄虚作假等问题的企业,视问题性质、严重程度,将采取公开通报、责令限期改正,暂停或取消企业及产品公告,并从新能源汽车推广应用推荐车型目录中剔除等处罚手段。
《通知》要求企业承担新能源汽车安全第一责任,对发生起火燃烧事故的,企业应及时开展事故调查,生产企业应在12小时内(如造成人员死亡或重大社会影响的,应在6小时内)将事故的基本信息,48小时以内将事故详细信息,主动上报新能源汽车工作联席会议牵头部门和装备中心。装备中心已经开通新能源车安全隐患专项排查系统,企业应当及时登录系统,注册后按照平台要求,如实上报事故信息及安全隐患排查的有关情况。
新能源汽车的起火事故,尤其是非主观失误型事故、“诱发-延时”型事故等会严重动摇消费者购车信心,甚至对国家的新能源汽车战略产生根本性影响。此番工信部发布的《关于开展新能源汽车安全隐患排查工作的通知》,是新能源汽车安全性主观上得以大幅提高、安全隐患得以有效排除、数据信息开始高效采集的制度保证。
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