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新能源汽车行业2022年度展望(下)

2022-01-12 16:34:44

作者:管清友    责编:张健

正极材料是决定锂离子电池性能的关键材料之一。从成本上来看,动力电池是整车成本最高的集成部件之一,而正极材料占据了锂电池成本的约四成,无论是成本角度还是技术角度看,正极材料都是锂电池的核心所在。

上游——电极、隔膜、电解液:关注宁德时代、比亚迪双龙头供应链

正极:锂电性能之核心所在,三元与磷酸铁锂市场实现差异化竞争

正极材料是决定锂离子电池性能的关键材料之一。正极材料一直是锂离子电池核心,正极材料的选择直接决定了电池性能的高低。常见的正极材料主要以氧化物为主,它们具有相对于锂较高的电极电势,可以保证电池有较高的开路电压。从成本上来看,动力电池是整车成本最高的集成部件之一,而正极材料占据了锂电池成本的约四成,无论是成本角度还是技术角度看,正极材料都是锂电池的核心所在。由于正极材料对电池性能影响较大,因此各大厂商长期致力于基于不同的技术方案研发出性能更高的正极材料。常见的锂电正极材料主要有三元锂(NCM)、磷酸铁锂(LFP)、钴酸锂(LCO)和锰酸锂(LMO)等。经过多年技术路径迭代,如今LFP和NCM占据了新能源汽车动力电池的几乎全部市场份额。

三元材料——“高镍化”是三元正极材料的发展趋势,当前“中镍三元”仍是市场主流。三元材料是与钴酸锂结构极为相似的锂镍钴锰氧化物的俗称。其中镍、钴、锰三种元素可在比能量、循环性、安全性和成本方面可以进行均衡和调控。镍、钴、锰三种元素的不同配置将为材料带来不同的性能:镍含量增加将增加材料的容量,但会使循环性能变差;钴的存在可使材料结构更加稳定,但含量过高会使容量降低,同时钴元素主要产地来自刚果且市场处于垄断地位,受制于钴供应不稳定导致成本升高;锰的存在可以降低成本并改善安全性能,但含量过高则会破坏材料的层状结构,因此找到三种材料的比例关系以达到综合性能最优化是三元材料研发的重点。

根据镍、钴、锰三种元素占比,当前市场常见三元正极可划分为NCM523、NCM622、NCM811等类型(其中后三位数字分别代表镍(N)、钴(C)、锰(M)三种元素占比,比如NCM523镍、钴、锰三种元素比例为5:3:2)。NCM523其镍元素质量占比为30.8%,顾称之为“中镍三元”,同理NCM622、NCM811镍含量分别为37.3%、50.7%,可成为“中高镍三元”与“高镍三元”。由于镍、钴、锰三种元素质量占比各不相同,上述类型三元正极材料所呈现性能也各有优劣。例如NCM523能量密度较低,但整体性价比较高;NCM811能量密度优势明显,但工艺门槛更高,制造难度更大。因此从市场份额来看,综合性价比更高的NCM523市场占比更大。根据鑫椤资讯数据,2020年NCM523、NCM622、NCM811所对应三元正极市场份额分别为53%、20%、22%。

磷酸铁锂——低成本+低性能=高性价比,磷酸铁锂破局之路在技术突破。磷酸铁锂(LiFePO4)是除三元材料外另一大最常用的锂离子正极材料之一,与三元正极相比具有更好的安全性、更低的生产成本,但对应电池能量密度更低、冬季电池衰减更加严重。磷酸铁锂的理论比容量为170mA/g,电压平台为3.7V,在全充电状态下具有良好的热稳定性、较小的吸湿性和优良的充放电循环性能,叠加较低的生产制造成本,成为了除三元材料之外动力锂离子电池领域研究和生产开发的重点。但由于其本身结构的限制,导致以LiFePO4为正极材料的锂离子电池导电率差、锂离子扩散速率慢,在低温条件下放电性能较差,同时能量密度也较低。作为“低成本+低性能”的代表,长期以来磷酸铁锂电池大多被用于中低端、主打性价比类车型。而如今比亚迪刀片电池已经在汉EV等车型上搭载,刀片电池电芯长度大于0.6m,并通过阵列的方式排布在一起就像“刀片”一样插入到电池包里面,一方面可提高动力电池包的空间利用率、增加能量密度,另一方面能够保证电芯具有足够大的散热面积,可将内部的热量传导至外部,从而匹配较高的能量密度。刀片电池通过无模组的集成方式,实现了相对更高的能量密度与相对中等的制造成本,同时兼顾了散热等其他性能。

A00级车拉动磷酸铁锂,中、高端车拉动三元材料,二者实现差异化竞争,市场份额博弈还将持续。从市场份额总量来看,三元材料正极电池和磷酸铁锂正极电池占据市场几乎全部份额,根据中国汽车动力电池产业联盟数据,2021年1-10月三元材料正极电池和磷酸铁锂正极电池装车辆分别达到54.05GWh和53.21GWh,与去年同期(前十月)相比分别增长100.1% 和316.4%,增速均十分迅猛。同时磷酸铁锂表现更佳,市场份额迅速提高,(三元材料正极电池/磷酸铁锂正极电池)装机量之比从去年同期的2.11降至今年的1.02。我们对此现象的解释是,中镍三元常用于A级车,高镍三元常用于中B级与C级,而磷酸铁锂主要应用于A00级等微型车,这一点通过对比三元市场占比与C级新能源车市场占比,磷酸铁锂市场占比与A00级车市场占比也可以印证,三元市场占比与C级市场占比高度相关,磷酸铁锂市场占比与A00级车市场占比同样高度相关。因此磷酸铁锂电池受益于微型车成为电动车市场主力叠加比亚迪刀片电池放量,整体景气度明显上升,迅速抢占市场份额。但本质上三元材料正极电池与磷酸铁锂正极电池二者目标用户重叠性仍不高,二者市场实现错位发展,因此未来两者装机量齐高还将持续。

正极头部继续聚拢,关注宁德时代供应链。从竞争格局来看,三元正极、磷酸铁锂正极市场份额均继续向头部靠拢。根据GGII,鑫椤资讯,真锂研究等多方数据汇总,2020年正极材料市场份额前十厂商分别为德方纳米(磷酸铁锂,9%)、容百科技(三元材料,8%)、贝特瑞(磷酸铁锂,8%)、国轩高科(磷酸铁锂,6%)、天津巴莫(三元材料,6%)、湖南裕能(磷酸铁锂,6%)、长远锂科(三元材料,6%)、湖北万润(磷酸铁锂,5%)、当升科技(三元材料,5%)、杉杉股份(三元材料,5%),CR10达64%。由于动力电池头部效应明显,根据中国汽车动力电池产业创新联盟、GGII等机构数据汇总整理,2020年动力锂电池厂商市场集中度CR3、CR5、CR10分别为74%、84%、93%,宁德时代(2021H全球市场份额达29.9%)、比亚迪等头部厂商供应链企业值得关注。

负极:短期关注产能缺口带来的利润上涨,长期关注非碳材料龙头

人造石墨是用作动力锂电池负极的主要材料。负极是电池在充电过程中锂离子和电子的载体,起着能量的储存与释放的作用。因此,在选择负极材料时必须考虑到如下一些因素,一是选作为负极的材料必须满足锂离子在负极基体中的插入氧化还原电位尽可能低、二是插入化合物应有较好的电子电导率和离子电导率,插入化合物在整个电压范围内具有良好的化学稳定性,以此保证电池在正常运作的同时保有更高的能量密度与稳定性。从元素分类上,我们可以将已有的负极材料分为可分为碳材和非碳材两大类,其中碳系材料包括石墨材料(天然石墨、人造石墨以及中间相碳位球)与其它碳系(硬碳、软碳和石墨烯)两条路线;非碳系材料可细分为钛基材料、硅基材料、锡基材料、氮化物和金属锂等。相较于其它材料,人造石墨循环性能好、安全性占优且工艺成熟、原材料易获取,成本较低,是市场的主流选择。根据GGII披露信息,2020年人造石墨产品市场占比达到84%。以硅基负极为代表的其他负极材料,受到国内圆柱电池产品主要出货型号切换,以及方型动力电池高镍体系升级暂缓的影响,未能实现预期增长,市场占比有所下滑。

短期关注产能受限助推头部企业盈利增长,长期关注非碳材料龙头长期成长性。一方面,短期内国家对能耗双控政策层层加码,严格管控高耗能高排放项目,能耗“双控”制度下,负极材料石墨化等高耗能产业首当其冲。以内蒙古为例,规定自治区内普通功率和高功率石墨电极压型设备、焙烧设备和生产线,直径600毫米以下石墨电极生产线原则上2021年底前全部退出,因此短期来看人造石墨负极产能有缩减趋势。同时,由于人造石墨负极生产过程中石墨化流程大多外包,因此在负极产能缺口下,头部市占率高的厂商、石墨化工艺自给率高的厂商将从此受益。另一方面,虽然人造石墨规模化生产技术已相当成熟,但其当前技术条件已经逼近其理论比容量372mAh/g,难以满足市场对大容量锂离子电池的需求。当前碳硅负极材料尚未形成规模化应用,多数厂商其硅基负极技术发展尚处于概念阶段,但长期视角下,更高克容量的硅基负极等新技术值得关注。

隔膜、电解液:固态电池时代远未到,需求还有最后一程

短期内固态电池难以对隔膜、电解液市场产生冲击。在当前锂电技术路径中,液态锂离子电池占据主流。其中隔膜与电解液是锂离子电池关键材料,隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等,直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性,性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的用途;而电解液作为保证电池充放电过程中工作离子在正负极之间以一定的速率运动从而构成整个电路回路产生电流的重要介质,对锂电池的整体运作效率与安全性也有着极大的影响。但从技术路径上看,固态电池这一路径很可能在未来对液态锂离子电池产生冲击,二者使用的正极材料与负极材料相同,电池的工作原理也基本一致,但液态锂离子电池使用的是液体电解质,而固态电池则以固体聚合物电解质来代替,固体聚合物电解质可同时起到电解液与隔膜的用途,因此在真正意义上的固态电池中不再需要电解液与隔膜。固态电池在安全性能与能量密度方面相较于传统液态电池均有一定优势,若这一技术路径完全实现,则将取代现有隔膜与电解液市场。但从当前固态电池发展现状看,技术概念大于实用,生产成本过高,近几年很难成为市场主流技术方案,短期内固态电池难以对隔膜、电解液市场产生冲击。

电解液产品差异性较小,厂商竞争力主要在于市场份额与产业链垄断带来的议价权。电解液作为“锂电池的血液”,其作用是在电池中正负极之间传导电子,是锂离子电池获得高压、高比能等优点的重要保证。根据英才杂志披露数据,按成本占比来看,溶剂占比约30%、锂盐占比约40-50%、添加剂占比约10-30%,其中溶质和溶剂成本占据大头,导致各厂商电解液产品差异性较小,头部生产商都与多家上游电解液生产企业合作以保障原料采购需求的稳定,在市场份额高度集中的电解液行业竞争格局下,厂商竞争力主要在于市场份额与产业链垄断带来的议价权,头部、大型供应商在市场景气度良好的情况下可以长期获得良好的经营环境和盈利能力。

基本面跑在估值前,前固态电池时代,市场份额为大。从基本面看,上游隔膜电解液增长强劲,恩捷股份、星源材质、天赐材料、新宙邦净利润两年GAGR分别为66.5%、4.2%、315.4%、90.4%,分别对应PE(TTM)年内涨幅-9.4% 、36.3% 、-22.7%、-38.8%,基本面强劲带动估值消化明显。

(作者为如是金融研究院院长管清友)

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