中短期内由特斯拉、大众和丰田等新产品周期驱动的行业高增长,将推动锂电 行业的新一轮扩张周期,下游高增长确定性强,头部锂电设备企业将在这一轮扩张周期中更好 的匹配下游的新增需求,同时受益于行业的高增长和集中度的加速提升。
一、新能源汽车驱动行业巨大成长空间
(一)新能车渗透率提升,动力电池产能扩张
1、全球新能源汽车市场:大众、特斯拉新产品周期驱动行业加速放量
2020 年欧洲等海外地区新能车在大众、特斯拉等车企的强新产品周期驱动下,叠加补贴 政策和碳排放标准升级,新能车销量实现爆发式增长。5 月 19 日,欧盟提案将电动车纳入绿 色经济复苏计划。2019 年以来,欧洲对电动车的单车补贴最高接近 1 万欧元,直接导致 2020 年初以来欧洲新能车的高增长。目前全球新能车渗透率仍不足 5%,行业成长空间仍然巨大, 可以预见行业将在未来五年,大概率实现快速放量。
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新产品周期驱动:特斯拉和大众等国外车企新产品周期驱动新一轮电动化渗透率提升周 期,新能源汽车方向确定性进一步增强。短期内,到 2022 年,特斯拉全球产能有望达到 300 万辆,大众 MEB 车型的产能可以达到 120 万辆+;长期来看,特斯拉计划 2030 年其电动车产 量达 2000 万辆,大众计划未来十年新能车产量超 2600 万辆,丰田计划在 2025 年全球销售超 过 500 万辆新能源汽车。
各大国际车企积极布局新能源汽车,强新产品周期是驱动行业高增长的最重要原因,消费 者对电动车的消费可选范围进一步扩展,新能车行业从之前的政策驱动正式转变为市场驱动。叠加电池成本的进一步降低,目前新能车渗透率不足 5%,未来 5 年有望实现快速放量,行业 高成长性可期。
2、全球动力电池市场:需求快速释放,电池排产持续超预期
新能源汽车的高增长驱动动力电池行业排产持续超预期,部分头部企业的排产计划和新产 线招标都积极扩张。宁德时代计划在 2025 年之前扩产超过 500GWh 的产能,LG 在欧洲此前 规划超过 260GWh 的产能,在一期扩产 68GWh 之后,总排产计划有望进一步增加,以匹配大 众 MEB 车型销量超预期和特斯拉新产能的释放。
欧洲新能车销量的持续高增长,国内新能车市场在补贴退坡和一季度影响后逐步恢复,三 季度销量已经逐步转正。2021 年全球新能车市场高增长的确定性较强,未来五年行业的平均 增速有望达到 40%以上,预计到 2025 年,全球动力锂电池装机量将超过 900GWh,行业成长空间巨大。
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3、国内新能源汽车市场:行业低谷已过,高增长如期而至
2016 年-2018 年之间,受益于新能源车补贴政策,国内新能源汽车销量快速增长,由 2015 年 33 万辆快速提升到 2018 年 126 万辆,装机电量也由 2015 年的约 16GWh,提升到 2018 年 超过 60GWh。2018 年下半年到 2019 年上半年,新能源汽车补贴退坡加速,行业盈利能力受 到较大冲击,叠加合资车新产品周期几乎空档,行业销量出现下滑,预期较低。
2019 年下半年,随着特斯拉上海工厂投产预期加强,以及特斯拉德国工厂的规划,新能 源汽车行业由之前自主品牌电动车型和补贴政策驱动,逐步转变成合资品牌和特斯拉等造车新 势力新车型驱动,对补贴的依赖程度明显降低。此外,2020 年 4 月,新能源汽车购置补贴政 策延长 2 年,原计划的 2020-2022 年补贴退坡力度放缓,给予行业的发展更多空间。2020 年三 季度国内新能车在疫情影响之后逐步回暖,行业高增长在 9 月如期而至。
我们认为,国内新能车的渗透率将在未来 5 年显著提升,电动化趋势拥有较强的确定性, 未来 5 年国内的新能车平均增速有望达到 40%+,在 2025 年有望超过 750 万辆。
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4、电动化趋势:智能化驱动下的电动化渗透率提升
我们测算未来五年,国内纯电动乘用车的平均增速将大概率保持在 45%+的水平,2021 年 国内纯电动乘用车销量有望达到 140 万辆,2025 年有望超过 650 万辆。并且随着能量密度和 大尺寸电动车型占比的提升,纯电动乘用车的单车带电量将逐步提升 60 度电以上的水平,综 合分析,在非常谨慎的预测下,国内动力电池的出货量将超过 500GWh,年平均增速将保持在 50%左右的水平。
我们认为,电动化的渗透率提升已经从早期的环保需要驱动,逐步转变为,智能驾驶技术 发展对车型电子架构以及电动化要求的提升,倒推行业电动化的趋势。部分智能驾驶的技术需 要电动化以及电动车的电子设计架构去支撑部分智能驾驶功能,因此,智能化和电动化的发展 并不是孤立的,而是充分协同的发展。因此我们认为,电动车的发展并不仅是环保和对新能源 的需求驱动,也是汽车行业技术进步和行业变革需求下驱动的改变,电动车已经成为行业的确 定性趋势,渗透率可提升空间巨大。
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(二)5G 换机潮提升 3C 锂电池需求
1、5G 换机潮:带动 3C 电子产品换机升级
5G 通信网络落地实施,3C 电子产品不断更新发展,共同提高了 3C 锂电池市场增长率。5G 换机潮要求电池保持长续航时间,大容量电池成为智能手机必需品。5G 推出后,电池容量 由原来的 3800mAh 左右增长至 4200mAh 以上。同时软包电池的适用度高和贴合性好符合 5G 手机向体型轻、厚度薄趋势发展的要求。5G 智能手机的发展,可穿戴设备、无人机、服务机 器人等领域需求增长的带动,3C 软包电池将成为 3C 锂电池市场的主要增长点。
2、3C 锂电池市场:3C 产品消耗碳酸锂当量逐步增长
我们预计至 2025 年全球手机市场锂电池出货需求提升至 21.5GWh,在考虑 5G 购机潮和 单机带电量的双重影响下,预计至 2025 年 5G 手机渗透率将达到 35%,智能手机出货量在 5G 带动下由负转正。但考虑到整体手机市场趋于饱和,5G 换机潮带动存量市场的换机升级,市 场整体边际增长较为平缓,预计行业整体未来五年将维持 1.38%的年复合增长,至 2025 年锂 电池消耗碳酸锂当量为 1.81 万吨。充电宝是传统 3C 市场增量主要来源,同时也是未来拉动 3C 市场的核心动力,预计至 2025 年全球除手机外 3C 产品消耗碳酸锂约 6 万吨,年复合增长 率约为 4%。
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(三)储能市场驱动行业长期成长性
1、储能电池市场规模:空间巨大,降本仍是关键
储能电池发展潜力巨大,但由于电力、储能政策、锂电池价格等原因,相对于动力电池增 长滞后。2019 年,储能锂电池出货量总额为 3.8GWh,与 2018 年相比,同比增长 26.7%,其 国内市场出货量 0.7 GWh,占比 18%; 国外市场出货量 3.1 GWh,占比 82%,整体出货实现增 长,但国内占比仍然较低。
我们对储能市场的核心观点:1) 拉长时间周期,储能将作为电网峰谷调节的重要环节, 储能行业的发展趋势确定性较强;2)储能电池目前尚未放量的核心原因是电池成本仍然较高, 随着电池成本的逐步降低和规模效应的逐步凸显,储能电池放量有望如期而至;3)政策端支 持力度较大,短期放量仍有难度,中长期可以期待。
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2、储能电池市场发展趋势:成本下降将大幅提升市场渗透率
我们认为,储能电池成本降低的核心驱动因素包括:1)原材料成本的降低,目前电池行 业原材料占比较高,原材料价格的降低是关键;2)技术迭代,储能电池的技术演变路线将围 绕降本去进行的,采用低成本的技术路线;3)规模效应的体现,目前储能行业的规模仍然较 小,规模效应对成本的降低将逐步体现。
当存量市场渗透率为 30%时,储能装机规模有望达到 435GWh。国家发改委、财政部、科 技部、工信部、能源局联合发布《关于促进储能技术和产业发展的指导意见》,计划到 2025 年,使储能产业实现规模化发展,形成较为完整的产业体系,成为能源领域经济新增长点。在 政策的刺激下,电池领域上市公司纷纷开启储能产业布局。
(四)锂电设备行业具有中长期高成长性
锂电设备行业的推荐逻辑之一是下游的高成长性。电池行业的下游的高成长的三个主要 驱动因素包括:1)动力电池是驱动行业高增长的核心因素,特斯拉、大众和丰田等国际主要 车企的电动车新产品周期驱动行业渗透率的显著提升,叠加国内和欧洲市场的政策支持力度, 行业高增长在短期、中期和长期都拥有较强的确定性;2)消费电池将在短期内驱动行业的成 长性,由 5G 换机潮驱动的消费类电池新增需求将在 1-2 年内集中释放;3)储能电池是驱动行 业长期增长的驱动因素,目前储能电池的成本仍是阻碍行业放量的核心因素,随着技术进步、 规模效应和原材料成本的降低,储能将在长周期内驱动行业的成长性。
我们认为,中短期内由特斯拉、大众和丰田等新产品周期驱动的行业高增长,将推动锂电 行业的新一轮扩张周期,下游高增长确定性强,头部锂电设备企业将在这一轮扩张周期中更好 的匹配下游的新增需求,同时受益于行业的高增长和集中度的加速提升。
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二、技术迭代推动的改造和升级需求
(一)主要产品及性能参数介绍
1、锂电设备分类:前道+中道+后道
锂离子电池生产程序,一般分为极片制作、电芯组装、后处理(激活电芯)等三大步骤, 分别为前中后三道程序。锂电池的核心设备包括前段的搅拌机、涂布机和辊分机等,中段的卷 绕机、叠片机和焊接机等,后段的化成分容设备。
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前道工序为极片制作,包括均浆、涂布、烘干、辊压、分切等工序,其中涂布、辊压和 分切为主要工序。
涂布:把搅拌后的浆料均匀涂抹在基材铜箔(负极载体)和铝箔(正极载体)上,以制作 正极和负极,是锂离子电池研制和生产中的关键工序之一。
辊压:对已涂好的正负极材料进行轧压使其压实更好的依附在铝箔和铜箔上,提升电池能 量密度。
分切:分条是指将较宽的整卷极片连续纵切成若干所需宽度的窄片。锂离子电池对极片的 主要技术要求是分条后的极片不能出现褶皱、脱粉,分条尺寸精度高等,同时要求极片边缘的 毛刺小。
中道工序为电芯组装,包括注液、焊接帽、焊接、入壳、卷绕或叠片等工序卷绕与叠, 其中卷绕或叠片为主要工序。
卷绕:将制片工序中制作的极片制成锂离子电池的裸电芯。卷绕电芯是指正极、负极极片 料卷或长片间夹有一层隔膜,一起卷绕成一个圆柱体或棱形体的电池芯体,是完成锂离子电池 制造的关键工序之一。
叠片:将模切完成的正、负极片与隔膜间隔堆叠成电池的裸电芯。
后道工序为后处理,其中电芯化成、分容为主要工序。
化成:进行充电活化并测量容量。
分容:将化成好的电池按照 1C 放电容量进行分类,以适合不同的容量需求。
检测:充放电机记录电芯充放电的相关数据和曲线图表,以作为计算电芯电容量及评价电 芯是否合格、如何分类的依据。在充放电之外,电芯静置前后还要接受专门的测试设备的检测, 以测试电芯的电压和内阻。
2、主要产品性能
锂离子电池极片制造关键工序为涂布。夹缝式挤压型涂布机是一款应用狭缝挤出式涂布模 头对基材进行非接触式涂布的一款设备。该设备通过配置狭缝挤压涂布模头、精密计量供料系 统与进料阀体配合可实现连续涂布和条纹涂布两种类型的涂布功能。目前主流锂电池涂布机的 辊面宽度为 750mm,涂布速度为 70m/min。国内主要的涂布机设备商为璞泰来(新嘉拓), 赢合科技和科恒股份(浩能科技),其中赢合科技的双层狭缝式挤压涂布机的辊面宽度最大可 达 1600mm,极限涂布速度可达 150m/min。
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锂离子电池电芯的制造工艺主要有卷绕和叠片两种工艺方法。圆柱形全自动卷绕机是圆柱 形电芯制造设备。设备用于正、负极片开卷纠偏后,正/负极耳进行超声波焊接、贴胶,极片 入片后同隔膜一起卷绕成圆柱形电芯,在完成切断,贴终止胶带,烫孔,直径检测,短路检查 后,最后用传送带送出至 ATC 电芯自动装盘。国内主要的卷绕或叠片机的设备商为先导智能, 赢合科技,其中赢合科技圆柱形全自动卷绕机的卷绕速度常规可达 35ppm,目前也可以做到 45ppm,可 6 小时不停机的水平,产品合格率为 99.5%。
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全自动锂电池叠片机将正负极及隔膜以叠片工艺装配裸电芯;侧面贴胶带后人工下料或自 助下料至流水线叠片模块,可任一模块单独运行,有效缩减维护和换型时间,高速,稳定,占 地少。赢合科技全自动锂电池叠片机的整机双工位效率约 0.2-0.3s/片,辅助时间为双工位 8s。
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锂离子电池的后处理的主要工序为化成和分容。方型电池负压化成设备主要用于方壳动力 锂电池的负压化成工艺,其功能是与电源柜配合,提供电池化成时所需要的电流、电压、容量、 温度、负压和步次的控制,对电池化成进行过程监控和保护,采集电池化成过程中的数据。充 放电分容设备用于将充放电装置中各单体电池的放电电压予以升高并转换成交流电返返回至商业电网或局域电网中。目前国内主要的设备商为先导智能,杭可科技和星云股份。
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(二)电池技术路径驱动的改造和置换需求
1、软包、方形、圆柱电池结构、性能和制作工艺比较
锂离子电池按外形分为软包锂电池、方形锂电池和圆柱形锂电池。
软包电池:液态锂离子电池套上一层聚合物外壳。在结构上采用铝塑膜包装,在发生安 全隐患的情况下软包电池只会鼓气裂开。
方形电池:通常指铝壳或钢壳方形电池。
圆柱电池:分为磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、钴锰混合、三元材料不同体系,外壳分为 钢壳和聚合物两种。
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软包、方形、圆柱电池在不同性能上各有优势。其中,在产品一致性上,圆柱电池表现优 于软包、方形电池。而软包电池在电芯安全性、设立灵活性、循环寿命和充放电倍率性能上都 表现最佳,圆柱电池表现较弱。方形电池在 PACK 成组效率性能上也表现优于圆柱电池。
除了电池结构和性能的不同外,软包电池和方形电池的制作工艺也不同。在前段工序上, 软包电池和方形电池的制作工序基本一致,因此前段工序所需的设备稳定。相反,在中段和后 段工序上,软包电池和方形电池的制作工序区别较大。方形电池的中段工序主要为卷绕、焊软 连接、卷芯入壳、焊顶盖和气密性检测等,而软包电池的中段工序主要为叠片、TAB 焊接、 极耳贴胶、电芯平压测 Hi-pot 和热冷压等。在后段工序上,方形电池的主要工序为化成、焊 接封顶、分容测试等,而软包电池的主要工序为化成、TAB 套绝缘管、容量测试、其他测试 等。因此,锂电池未来仍有改造升级的需求,技术路径的切换将导致设备置换的需求。
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2、软包、方形、圆柱电池充电放电设备发展历程比较
软包、方形、圆柱电池产品不断更新迭代及创新。90 年代末,首台量产型软包电池充放电设备和首台圆柱电池充放电设备面世;2000 年首台方形电池充放电设备面世。2005 年,首 台高精度软包电池充放电设备(电流精度 0.3%)和首批高精度设备(电流精度 0.07%)推出。2009 年,方形电池电压精度达 0.1%,且具备能量回收功能。2012 年首台软包电池高温加压充 放电设备发售;2014 年高精度且具备能量回收功能的充放电设备发售(电压精度 0.02%)。2016 年以后,软包、方形、圆柱电池都已具备完整的后处理系统设计与集成能力,且不断地 进行改造升级,技术迭代的需求将进一步驱动设备置换的需求。
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