核心结论:我们认为电池降本增效仍是当前行业发展重心,那么在体积能量密度以及度电成本等方面我们依然看到继续发挥的空间:
1)结构创新: 2019年 宁德时代CTP电池、20年比亚迪刀片电池以及22年比亚迪海豹的CTB、宁德时代CTP3.0麒麟电池,以及下半年即将装车特斯拉CTC电池包结构,CTX的变化核心在于提升体积能量密度、降低部件使用量对电池包起到减重功能。根据最新数据麒麟电池的设计能够将磷酸铁锂电池做到160Wh/kg、290Wh/L, 三元高镍电池250Wh/kg、450Wh/L ( 续航1000km),比4680 电池多装3%的电量;此外与4680相比,同样的空间上,可增加3%电量;若短距离交通时,可用中镍高电压替代高镍电池,降低成本。我们认为CTX的迭代过程中对于电池托盘的集成化程度有了更高的要求,同时麒麟电池内部对于液冷板的使用量也有所增加,相关产业链有望受益。推荐和胜股份,受益标的:祥鑫科技(电池托盘企业)、科创新源(液冷板)、飞荣达(液冷板)、银邦股份(液冷板材料)、华峰铝业(液冷板材料)
2)材料创新:当前背景下正极材料重视两大变化:1)中镍高电压的崛起:目前中镍产品镍含量基本在,68%左右,随着电压提升至4.4V的背景下,6系高电压产品质量能量密度已经达到8系水平,同时在考虑当前镍依然较高的价格成本,中镍产品比高镍产品在金属元素的成本优势更为明显,我们认为随着后续镍价的继续向下,中镍高电压产品与铁锂的电池成本将缩小到一毛以内,继续拥有更好的发挥空间。重点推荐厦钨新能。2)钠离子电池: 2022年将 是钠离子电池快速进步的一年,目前根据产业反馈钠电电芯能量密度已经达到140,进一步缩小与磷酸铁锂的差距,同时考虑碳酸锂价格的持续居高不下,我们认为钠离子电池凭借其成本、低温性能等特点在储能、两轮车以及与锂电池进行AB电池组合等场景均可以得到较好应用。从材料体系来看,金属层状氧化物路线凭借能量和倍率性能的优势,以及与三元产线兼容的特点目前来看进展最快,重点推荐振华新材、鼎胜新材。
一、电池CTX的结构创新
CTC/CTB技术实现电池盒向车身“集成化”创新,推动动力电池成为车身结构件。2020年8月,宁德时代提出CTC (Cell to Chassis)电池包封装技术,核心为把电芯和底盘集成一-起,再将电机、电控、整车高压等通过创新的架构集成在一起, 并通过智能化动力域控制器优化动力分配和降低能耗。同年9月,特斯拉发布CTC,指直接将电芯安装在底盘上,电池组将作为车身结构的一部分,以电池上壳体取代原有座舱底板,座椅直接安装在电池上壳体。2022年5月,比亚迪发布CTB (Cell to body)电池车身一体化技术。相比上一代CTP方案,CTB技术将电池上盖与车身地板进一步合二为一,从原来的电池三明治结构进化为整车三明治结构,让动力电池系统既是能量体也是结构件。CTC/CTB技术融合简化了车身结构和生产工艺,是对于传统车身设计的颠覆性变革。
CTP3.0麒麟电池:改变传统的底部水冷策略,将方型电池的较大面积侧放置水冷板,解决热扩散问题,能够从1000°C (高镍)控制到100°C, 预防单个电芯高温引发的连锁爆炸反应,由爆炸问题降低为质量问题,此外,侧面水冷板能解决快充引起的发热问题,让快充能够安全进行,4.0产品将在明年推出;循环过程中的受热膨胀能够释放应力,增加循环寿命;将传统底部水冷板去掉(6mm),增加电芯高度 (由90mm增加到96mm),增加电池容量,提高续航里程,而增加的侧面水冷板并没有占用太多空间,是由于电芯之间本身会有隔热板和缓冲层。该设计能够将磷酸铁锂电池做到160Wh/kg、290Wh/L,三元高镍电池250Wh/kg、450Wh/L ( 续航1000km),比4680电池多装3%的电量。与4680相 比,同样的空间上,可增加3%电量;若短距离交通时,可用中镍高电压替代高镍电池,降低成本。
放眼全球,电池集成技术“代际”差别会长期存在。目前来看,全球电池集成技术既存在时间上的代差,也存在空间上的差异。以奔驰、宝马、丰田、福特等为代表的传统车企正在面临新能源转型,基于燃油车造车思维在新能源发展战略制定、技术能力布局、组织架构调整以及人才培养转型等重大方向及决策上仍持相对稳健的态度,对于电池集成化的接受速度也慢于以特斯拉为代表的造车新势力。动力电池厂商方面,以LG新能源、松下、三星SDI为代表的日韩系厂商选择传统电池包路线,“ 电芯-模组-电池包”的结构设计仍是主流;特斯拉作为新能源汽车的领军企业,在技术创新领域也走在世界前列,快速奔向CTP+CTC等新技术形态,而国内动力电池企业则以宁德时代与比亚迪为代表,在电池形态的选择各有侧重。就目前来看,新能源汽车市场仍以传统电池包工艺路线为主,CTP+CTC导入皆 尚处发展早期,两者有望并驾齐驱。
材料体系上,CTP/CTC技术对电池托盘提出了更高的防震、气密性以及轻量化等要求,目前行业主要采用挤压铝合金为主的材料体系,后续随着电池盒成为车身结构件,叠加对功能集成的进一步要求,对于电池托盘的材料选择、加工工艺、结构设计等各个环节都提出了更高的要求。
结构体系上,相较于传统电池包,CTP/CTC结构电池盒设计省却或大幅省去中间模组部件,PACK结构简化的过程中,部分零部件在生产供应的格局上也会发生较大变化。同时,CTP/CTC结构需要使用大量胶来连接固定电芯,结构胶与导热胶等应用增加。
二、材料创新
1)中镍高电压
高电压材料特性:由于高电压材料的Ni含量相对较低,Mn含量相对较高,生产工艺不如Ni8系以上复杂,因此高电压化正极材料在提升能量密度的同时还兼具了高安全性、长寿命、低成本等突出特性。
能量密度特性:随着中镍电压平台的上升,中镍高电压的能量密度已逐步向8系接近,产业调研反馈中镍高电压6系,产业链反馈目前中镍高电压的6系产品与8系多晶产品相差3%左右,随着国内如宁德在内的动力电池企业开始提升对高电压产品的接受度,6系为代表的中镍高电压国内需求陡峭,海外认识度逐步提升。从瓦时成本上来看,镍钴价格高企使得中镍高电压成本性价比优势进一步抬升, 且中镍平台安全优势凸显。
中镍高电压需要采用单晶三元正极材料,目前镍钴原材料价格下跌叠加中镍高电压技术认知度提升三元正极关注度明显,由于单晶物化性能优质,目前主流高电压工艺采用单晶三元正极材料,以鑫椤2021年三元单晶市场份额看,排名前三分别为振华新材(23%)、长远锂科 (18%) 、厦钨新能(15%),其中振华为全系单晶产品,长远高电压6系占比迅速提升,厦钨凭借高电压钴酸锂等技术储备可实现电压平台较高。
2)钠离子电池
钠离子电池是对锂离子电池的补充和延拓,并非完全替代关系。钠离子电池体系的能量密度已逼近磷酸铁锂;循环寿命虽不及磷酸铁锂,但显著优于三元材料和锰酸锂。从安全性看,由于钠离子电池的热失控起始温度略高于锂离子电池,因此电芯层面的安全性有所提升,但这两种电池都需使用高度易燃的有机电解液,都存在热失控情形下的爆燃风险。从目前的电芯穿刺等破坏性实验看,钠离子电池实际安全性可能与磷酸铁锂电池相近。最后,从成本看,钠离子电池能有效降低原材料成本。其一,活性材料(正极、电解质)中的锂化合物整体被钠化合物替代,铁、锰等廉价金属大量替代了正极中较贵的钴、镍等金属;其二,金属钠不与金属铝形成低共熔合金,正负极集流体均可采用,廉价的铝箔,替代了原先锂离子电池中较贵的铜制负极集流体;其三,由于钠离子的斯托克斯半径小于锂离子,因此电解质中溶质用量可大大减少。
钠离子电池的原理、产业链与锂离子电池类似,生产设备兼容。钠离子电池的工作原理与锂离子电池完全相同,即在一定的电势条件下,客体碱金属离子在宿主材料中的可逆脱出和嵌入,其中嵌入电势较高的作为正极,嵌入电势较低的作为负极,整个电池的充放电循环过程就是碱金属离子在正负极之间的往返定向迁移过程,这种工作机制的电池就是M. Armand所提出的“摇椅式电池”。产业链方面包含.上游、中游、下游三个部分。上游:原材料供给和电极材料合成,主要原材料包括纯碱、铝箔、锰矿等,以及各类辅材,涉及基础化工和有色金属等产业。中游:电芯封装、电池系统构建与集成等,涉及各类耗材和电子元器件。下游:终端应用市场,主要包括储能和低速电动交通工具等。
三、重点标的跟踪:
和胜股份: CTP/CTB趋势电池托盘降本增效规模化放量在即,价值量更高的第二代电池托盘渗透率提升将进一-步提升公司盈利,与CATL、广汽、BYD等优质客户深度合作配套保障产品竞争力和产能扩张消纳,同时公司通过配套CATL终端车型主要为新势力企业,与此次购置税减免车型不处于同- -价格带,影响忽略不计。预计22/23电池托盘出货量分别为60/120万套,公司归母净利润为3/5亿元.
厦钨新能:预计22/23年底公司三元+钴酸锂产能将分别达到10.5/15万吨,且10万吨雅安磷酸铁锂项目首期2万吨预计23年投产贡献业绩。其中二季度三元已经超过钴酸锂,全年来看新6系高电压产品将达到万吨级以上出货,三元整体出货量将超过5万吨,整体出货量9-9.5万吨。
振华新材:22/23年出货量将分别达到5-5.5万吨、9.5万吨左右;公司进一步加大产能扩张节奏,21年年底公司正极材料实现产能5万吨,在建产能3.2万吨,随着定增项目落地,公司正极材料产能有望达到18.2万吨,有利于实现客户结构的优化及开拓。此外作为较早布局钠电正极的企业之一,公司钠电正极材料具有高压实密度、高容量、低pH值和低游离钠的特性,能有效提升钠电池能量密度、稳定性及- -致性,降低电池产气鼓胀的风险。目前处于送样阶段,已得到部分下游客户的认可,且新扩产线与钠电正极兼容。
鼎胜新材:电池箔:预计2021-2023年分别实现出货5.5、12、19万吨。传统箔:预计021-2023年分 别实现出货75、73、70万吨,预计22/23年归母净利润,为8.09/10.5亿元。