三元材料反应釜

管清友:新能源汽车行业2022年度展望(中)

  人类汽车工业已有百余年历史,中国汽车工业也走过半个世纪的春秋,早已成长为全球最大的汽车市场,如今的中国汽车正面临着前所未有的变革和挑战。长远来看,无论是能源安全问题还是全球气候问题,都将倒逼汽车行业从能源、技术和制度等多方面完成重大转型与升级,赋予汽车行业全新发展动能。身处2021的末尾,长短周期叠加,新能源汽车行业正在完成从政策性产物到市场化产品的关键转身,后红利时代危机并存,且看2022如何演绎。研究报告成文于12月初,文中涉及统计数据为2021年10月数据,所涉及资本市场数据为截至2021年11月30日数据。本文所提及产业链上具体公司均不构成任何投资建议。

  本研究报告共分为上、中、下三部分,本文内容为报告第二部分“梳理:行业边际趋缓,产业链部分板块结构性机会值得关注”。《管清友:新能源汽车行业2022年度展望(上)》点击阅读。

  特斯拉地位依旧,比亚迪002594)表现抢眼,二者占据市场主要份额。根据乘联会数据,2021年10月纯电动车(BEV)销量前五分别为五菱宏光MINI EV(325166辆)、特斯拉Model 3(216583辆)、特斯拉Model Y(132814辆)、比亚迪汉EV(66867辆),插电式混动车(PHEV)销量前五分别为比亚迪秦PLUS DM(78316辆)、比亚迪宋DM(49291辆)、比亚迪唐 DM(31439辆)、比亚迪汉DM(24256辆)、名爵MG eHS(20344辆)。

  2021年为新能源汽车产品大年,低总价、高性能产品频出。优质车型集中登场从微观层面解释了2021年新能源汽车高渗透率现象。2021年市场主导产品五菱宏光MINI EV、特斯拉Model 3、比亚迪秦PLUS BEV等车型从标定续航里程角度看在相对低价的情况下续航里程较长、配置相对较高,更具性价比。

  主要厂商盈利能力修复情况良好,两年GAGR增速转正。以A股市场两主要新能源汽车厂商比亚迪(主要产品汉EV、秦PLUS BEV)、长城汽车601633)(主要产品欧拉好猫)为例,比亚迪2019年-2021年Q1-3业绩分别为18.95亿元(两年GAGR-26.0%)、49.02亿元(两年GAGR51.1%)、32.97亿元(两年GAGR31.9%),长城汽车业绩分别为29.51亿元(两年GAGR1.0%)、25.87亿元(两年GAGR9.2%)、49.45亿元(两年GAGR29.4%)。新能源汽车市场转向需求驱动,后疫情时期受益于乘用车消费需求反弹,两大国产厂商剔除疫情低基数高读数效应净利润两年GAGR转正,增速预期同时带动相关主机厂估值抬升明显,实现估值业绩双增。

  “新基建”赋能充电桩赛道,长期成长性确认。相关部委近年来持续关注加强新能源汽车充电基础设施即充电桩建设,2020年中央还将其纳入了“新基建”假设规划中(5G基站建设、特高压、高铁和城市轨道交通、人工智能、大数据中心、工业互联网、新能源汽车充电桩七大领域)。在新基建政策的加持下,充电桩市场热度陡增,作为新能源汽车推广的配套设施,充电桩市场有望迎来黄金发展期。

  车企主导私立桩模式与运营商主导加电站模式同跑,私立桩市场份额占优。从产业链上看,充电桩产业链上、中、下游环节与其对应模式分别如下:上游――特锐德300001)、国电南瑞600406)、许继电气000400)等充电设备与模块供应商;中游――特来电(特锐德子公司)、国家电网、星星充电等充电站运营商,向上游厂商采购充电设备,收取下游新能源汽车充电费用;下游――各大新能源车企,汽车用户可以从中游充电站运营商处充电,车企也可以通过向上游设备供应商处采购充电设备提供给汽车用户。从具体商业模式看,涉及充电桩赛道商业模式可分为两类,一是运营商主导模式,比如国家电网与特来电等公司,通过采购充电设备向汽车用户提供充电服务赚取费用;二是车企主导模式,比如特斯拉、蔚来通过向购车用户提供充电桩设立服务,该模式对车企来说不直接产生收入,但可以协助车企完成生态链整合,提高整体服务质量与用户体验。

  我国充电桩建设总量与新能源汽车保有高度相关,已经出现放量趋势。在总规模上,国内充电桩建设总量已经超过250万台。根据中国充电联盟统计数据,2016年、2017年、2018年、2019年、2020年、2021(10月)年我国充电桩建设总量分别为20.4万台、44.6万台、77.7万台、122.3万台、167.2万台、225.3万台,充电桩建设总量随2021新能源汽车放量明显。从结构上看,私立充电桩份额明显增加。充电桩可以根据运营主体分为公立充电桩(由充电站运营商、商场与写字楼物业等主体设立并运营的充电桩)和私立充电桩(由电动车企或车主自行设立于个人车位中,仅供车主使用的充电桩)。根据充电联盟数据,私立充电桩份额(私立充电桩建设数量/公立与私立充电桩总量)由2016年的33.0%增加至2020的61.1%,私立桩份额明显增加。从具体市场格局来看,以公立充电桩为例,当前充电站运营商市场规模前三位分别为星星充电(238597台)、特来电(232121台)、国家电网(196484台),头部效应明显。

  从“桩-车”比测算市场空间,保守估计未来5年充电桩市场有5倍以上空间。2015年国务院办公厅下发的《电动汽车充电基础设施发展指南(2015-2020年)》规划到2020年底“桩-车”比达1:1,但这一数值如今尚未实现(仅为约34%)。采取保守估计,假设到2025年新能源汽车保有量为2000万辆,2025年“桩-车”比为50%,依此测算到2025年充电桩建设总量可达千万台以上,对应GAGR为43.01%。

  从资本市场表现来看,随新能源汽车带动充电桩市场需求走高,主要相关标的估值、业绩双增。从盈利能力看,充电桩产业链涉及主要标的受新能源汽车渗透率提升带动,净利润仍保持一定增速,国电南瑞、许继电气2021Q3对应净利润同比增长分别为24.0%、19.2%;特锐德受制于旗下充电桩运营商特来电市场份额遭星星充电、国家电网挤兑,前期充电桩铺量成本提升,2021Q3净利润同比-65.3%,但随充电桩前期成本回收叠加充电站高行业景气度,盈利能力有望收窄止跌。从资本市场估值来看,特锐德、国电南瑞、许继电气截至11月末年内PE(TTM)涨幅分别达52%、72%、83%,行业增长预期上升,带动估值趋势性上涨。

  正极材料是区分动力电池产品性能核心要素。我们常见的二次锂电池主要依靠锂离子在正负极之间的往返嵌入和脱嵌来实现能量的存储和释放。从组成结构上来看,锂离子电池主要由四大部分组成:一是正极,正极材料是决定动力电池产品性能的关键,占锂离子电池成本30%到40%(GGII数据),直接影响锂电池包的能量密度和性能,常见的正极材料包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料等;二是负极,负极起着能量的储存与释放的作用,目前负极材料以石墨为主,在锂电成本中所占比例相对较低,技术壁垒略低于正极;三是隔膜,隔膜的主要作用就是将电池的正负极分开,在保持离子导电性的同时具有电子绝缘性,以实现正负极之间绝缘的机械隔离;四是电解液,电解液在正负电极间起到运输电荷的作用,它影响着锂电池包的能量密度、功率密度、宽温应用、循环寿命、安全性能等因素。

  从结构上看磷酸铁锂电池崛起势头迅猛,预计2022年动力电池总装机量增速约为35%。从市场总量来看,2021年10月各类动力电池装机总量为107.45GWh,相较于2020年同期40.07GWh增幅达168.1%。从需求结构来看,磷酸铁锂电池和三元材料电池二分市场,占据几乎全部市场份额,2021年1-10月三元材料和磷酸铁锂装机量分别为54.05GWh和53.21GWh,三元材料/磷酸铁锂=1.02(2020年1-10月该比值为2.11),受益于更低的成本与技术升级(比亚迪刀片电池),磷酸铁锂电池崛起势头迅猛。通过电动车增速测算,假设2022年乘用车市场总量不变,以2022年全年新能源汽车销量20%渗透率(2021年该数值约为14.8%)计算,2022年动力电池总装机量相较于2021年增速可达35.14%。

  厂商竞争格局趋于稳定,头部效应明显。根据中国汽车动力电池产业创新联盟数据,2021年前三季度我国动力电池装车量前十名的企业分别为宁德时代300750)、比亚迪、中航锂电、LG新能源、国轩高科002074)、蜂巢能源、亿纬锂能300014)、塔菲尔新能源、孚能科技、捷威动力。从市场集中度来看,动力锂电池装机格局向宁德时代等头部厂商与比亚迪这类自供给核心厂商集中。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%。其中动力锂电池厂商CR10从三年前的约八成一跃升至93%,2018年-2020年CR10分别为83%、88%、93%;2021年前三季度我国新能源汽车市场共计54家动力电池企业实现装车配套,较去年同期减少10家,CR3、CR5、CR10动力电池企业动力电池装车量分别为67.2GWh、77.0GWh和84.4GWh,占总装车量比分别为73.0%、83.6%和91.7%;随着新能源汽车行业市场化进程的进一步推进,动力电池厂商集中度逐渐提升,头部化明显,市场集中度逐步提升且进一步头部话趋势十分明显。后补贴阶段,技术壁垒与议价权优势逐步凸显,动力锂电池厂商头部化趋势将进一步确立。一是技术壁垒问题。从技术端看铁锂与三元之争愈演愈烈,随着锂电技术路径分野、制造与技术水平分层,利好头部企业发展,厂商马太效应将会进一步凸显。二是供应商管控问题。由于动力锂电池厂商头部化现象明显,头部厂商市场垄断程度较高,与上游正负极材料、隔膜甚至原材料供应商议价权更强,可实现利润空间远大于中小厂商,加剧市场竞争格局头部化趋势。

  供应链端关注龙头新能源车企需求。头部锂电池厂商上下游议价权较强,但次头部厂商中、短期动力锂电池需求总量来自于下游主机厂,因此龙头新能源车企上游电池供应商基本面更加得以支撑。根据各公司年报,第一电动网,MarkLines等多方数据汇总,根据特斯拉、比亚迪、小鹏、蔚来、丰田、宝马、大众、吉利、广汽几大车企电池供应商信息,宁德时代(8家)、比亚迪(2家)、国轩高科(1家)、亿纬锂能(2家)、孚能科技(1家)五家上市公司占据市场较大份额。

  技术端关注比亚迪刀片电池技术与宁德时代CTP(Cell to Pack)技术带动企业电池装车放量。通常情况下,三元电池续航能力较强,但三元电池主要涉及原材料为钴,但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其价格较高,带动三元材料成本高企;而磷酸铁锂电池成本相对较低、安全系数更高,但受制于耐低温性较差导致冬季能量密度受损。宁德时代方案――CTP(Cell to Pack)降低三元电池制造成本。一般电动汽车上搭载的电池包,由电芯(Cell)组装成为模组(Module),再把模组组装成电池包(Pack),而CTP(Cell to Pack)是电芯直接集成为电池包,从而省去了中间模组环节,增加能量密度的同时降低制造成本。根据车研社资讯平台披露数据,特斯拉Model 3所采用的基于21700集成化大模组相对此前仅电池成本就降低了35%,宁德时代CTP技术也具有相同成效。比亚迪方案――刀片电池提成提升磷酸铁锂电池能量密度。比亚迪的刀片电池研发基于磷酸铁锂电池之上。传统电池模式多采用的是圆柱型,单体电池堆叠之后会形成较多的空隙,再除开支撑冷却以及支撑构件,最后空间利用率仅能达到40%多。扁平化的刀片电池可以缩小单体电池间的无效空隙,空间利用高达60%,能量密度得以提升,同时表面积的增大对于散热也可起到较大作用。

  资本市场端警惕中、短期估值回调风险。中、短期内科技成长型赛道,尤其是新能源汽车、动力电池等行业与赛道,已经积累了不小的涨幅。叠加前文分析到的如今赛道已经相对拥挤,多个龙头公司基本面虽然强劲,但历史估值水位逼近80%甚至90%以上,一旦内部流动性不太松,外部流动性微收紧,可能出现杀估值行情,风险十分值得关注。

  受益于本国稀土资源储备,永磁同步电机产量高、成本低,成为市场主流。从技术方案上分类,常见的电动机包括直流电动机、交流异步电动机、永磁同步电动机。其中,直流电动机是使用直流电直驱的电机,结构相对简单,具有良好的电磁转矩控制特性,但高速和大负荷运行时换向器表面易产生电火花,从而易产生电磁干扰,在电动汽车发展的早期相对常见,目前已经基本被淘汰;交流异步电机是将转子置于旋转磁场中获得转动力矩带动转子转动的电机,交流异步电机体积小、质量轻、价格较低,但在高速运转的情况下电机的转子发热严重,工作时要保证电机冷却,同时异步电机的驱动、控制系统很复杂,电机本体的成本也偏高,因此主要应用于大功率电动商用车中;永磁同步电动机是利用永磁体建立励磁磁场的同步电机,具有较高的(功率/质量)比,体积更小,质量更轻,但稀土式永磁同步电动机生产需要用到稀土材料,制造成本不太稳定。不过受益于稀土资源相对丰富,我国比较倾向于使用永磁同步电机的电动汽车驱动方案,该路径也已成为当今电动汽车应用最多的电机方案。

  电机装车总量随电动车销量走高而收益;龙头车企自产电机自用成为趋势,挤兑腰、尾部电机厂商市场份额。从市场总规模看,新能源汽车渗透率红利带动电机需求回暖。根据EVTank测算数据,预计2021年中国新能源汽车驱动电机的装机量将达到298.3万台,同比增长103.90%,到2025年中国新能源汽车驱动电机的出货量将超过1000万台。从竞争格局来看,主流车企电机国产替代正当时,龙头车企自产自用成为趋势。根据EVTank披露数据,2020年比亚迪电机的市场份额为13.2%,排名第一;特斯拉电机的市场份额为9.9%,排名第二;方正电机002196)的市场份额为6.7%,排名前三;蔚然动力、宁波双休、大众汽车、日本电产、博格华纳、进精电动、上海电驱动市场份额挤进全国前十,市场份额分别为6.0%、5.9%、5.2%、5.1%、4.0%、3.4%、3.0%。

  赛道总量增速仍在,但头部车企自造电机趋势下非头部厂商基本面临渊,警惕市场份额挤出风险。从市场总量层面看,新能源汽车增长红利叠加“双电四驱”释放电机需求,助推行业整体基本面改善。当前新能源汽车市场份额A级(紧凑型车)B级(中型车)A00级(微型车)A0级(小型车)C级(中大型车),由于B级(中型车)增长势头迅猛,带动“双电机+四驱”成为主流配置,电机翻倍需求有望助推电机市场高景气度。但从结构上看,虽然电机总量市场有较大扩张潜力,但市场份额主要由比亚迪、特斯拉、蔚来等头部企业旗下自造电机所占领。根据EVTank统计与预测数据,2020年中国新能源汽车驱动电机的市场规模约为74.64亿元,若根据2020年市场格局测算,方正电机与精进电动对应理论市场份额上限分别为5.00亿、2.54亿,腰、尾部电机企业空间不大,基本面临渊。同时受益于市场对于新能源汽车产业链高涨情绪,2021年内相关标的已经累积了不小涨幅,腰、尾部电机企业行情回调风险值得关注。

  轮毂电机――新概念技术值得关注,同时应警惕技术路径风险。轮毂电机是将车的动力系统、传动系统、刹车系统全部集成到轮毂的系统。一方面应用轮毂电机可以最大程度简化车辆的结构,节省出更多的空间与重量,减少了复杂机械结构导致的维修与保养成本。另一方面,若车辆每个车轮都安装轮毂电机可实现每个轮胎都是单独驱动的,从而实现多种复杂的驱动方式,传统燃油车的差速锁与全时四驱系统将不再占有任何优势,因此轮毂电机对于特种车辆有较强应用价值。但与此同时,轮毂电机增大簧下质量和轮毂的转动惯量进而影响车辆操控性能,轮毂电机系统所占物理空间过小导致加速与制动性能有限,另外轮毂电机系统对密封、散热也有较高要求,因此警惕技术路径风险也值得警惕,应秉持早期投资思路贯彻轮毂电机赛道投资,技术路径正确则全赢,路径技术错误则全输。由于轮毂电机技术在世界范围内仍不是技术主流路径,导致国内相关厂商较少,但亚太股份002284)、万安科技002590)、泰特机电等企业先后通过与国际厂商合资进行合作,快速推动轮毂驱动电机的发展与在新能源汽车中的应用,其中万安科技与泰特机电已相继退出或被收购。

  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300769)(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300073)(三元材料,5%)、杉杉股份600884)(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。

  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。

  石墨化在制造流程中占比最大,电价石墨化主要成本,经测算生产每吨人造石墨负极耗电成本高达87500500元。传统人造石墨工艺总计分为四部:一是预处理――即根据产品的不同,将石墨原料与沥青按不同比例混合,放入空气流磨中进行气流磨粉,将5~10mm粒径的原辅料磨至5-10微米。二是造粒――即将中间投入反应釜中,按照温度曲线进行电加热,后反应釜中挥发气由风机抽出,经冷凝罐冷凝,液态以焦油状凝结,气态废气由风机引出,经活性炭过滤后排空。三是石墨化――将造粒处理的物料进行石墨化处理,通常本步骤采取外包模式,是整个生产流程中主要成本。四是球磨筛分――石墨化后的物料通过真空输送到球磨机,进行物理混合、球磨,使用270目的分子筛进行筛分,筛下物进行检验、计量、包装入库。人造石墨负极材料传统制造业属性重,成本主要在上游人力成本与电费,根据山河智能002097)公告,坩埚艾奇逊炉、厢式炉和连续石墨炉的耗电约为10000-12000kWh/吨、7000-8000kWh/吨和5500kWh/吨,当前工业电费峰时段用电1.025元/kWh、平时段用电0.725元/kWh、谷时段用电0.425元/kWh,若以峰时、平时、谷时比例为1:1:0计算,齐对应生产过程耗电成本分别为8750-10500元/吨、6125-7000元/吨、4813元/万吨。若以年化产能为1万吨计算,则每年企业为制备人工石墨所花费纯电费成本约为8750万到10500万元。

  国内企业规模“出海”,厂商竞争态势仍在。从国内市场格局来看,根据GGII披露数据,2020年国内动力锂电池负极材料市场份额前五名企业分别为贝特瑞(中国市场份额20%)、杉杉股份(16%)、璞泰来603659)(17%)、凯金能源(13%)、翔丰华300890)(7%),国内市场厂商呈现“三大多小”竞争格局,CR5为73%。从全球市场看,中国企业占据全球动力电池负极市场绝大部分份额,根据GGII数据2020年全球动力锂电池负极材料市场份额前五名为璞泰来(全球市场份额12%)、贝特瑞(10%)、杉杉股份(10%)、凯金能源(7%)、浦项(5%),中国企业规模“出海”,抢占全球份额。由于负极材料尚未进入技术革新周期,参与壁垒主要为生产资本,技术壁垒相较于正极材料与产业链下游动力锂电池等赛道较低,因此厂商竞争态势仍在。

  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、焙烧设备和生产线毫米以下石墨电极生产线年底前全部退出,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。

  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。

  配合高镍三元锂电路径,湿法隔膜厂商有望迎来二次增长。锂电池隔膜一般按照工艺,分为干法工艺和湿法工艺。干法隔膜即通过生产硬弹性纤维的方法,制备出低结晶度的高取向聚丙烯或聚乙烯薄膜,在高温退火过程中,获得高结晶度的薄膜;湿法隔膜即将液态烃或一些小分子物质与聚烯烃树脂混合,加热熔融后,形成均匀的混合物,然后降温进行相分离,压制得膜片,再将膜片加热至接近熔点温度,进行双向拉伸使分子链取向,最后保温一定时间,用易挥发物质洗脱残留的溶剂,可制备出相互贯通的微孔膜材料。在物理性能和机械性能方面干法单向拉伸工艺生产的隔膜更具有优势,但采用湿法生产工艺生产出来的锂电池隔膜具有较高的孔隙率和良好的透气性,可以满足动力电池的大电流充放的要求,性能更加。目前动力电池中的磷酸铁锂电池大多使用干法隔膜,而三元锂电池大多使用湿法隔膜,目前三元电池装机量增加带来的湿法隔膜需求不断增大,同时磷酸铁锂正在升级,高端磷酸铁锂电池已经有干法隔膜转向为湿法隔的趋势,总体来看性能相对较好的湿法隔膜将更有可能成为主流技术路径。

  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002812)、星源材质300568)、天赐材料002709)、新宙邦300037)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。基于当前固态电池发展现状,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,关注市场份额大的龙头上游厂商。

  燃料电池与电动机串联是汽车实现氢能源动力的核心。燃料电池是一种能量转化装置,是按原电池工作原理把贮存在燃料(即氢气)和氧化剂中的化学能直接转化为电能的装置。通过氢燃料电池与电机协同工作,可以让汽车实现补给氢气后,转化为电能驱动车用电机,从而实现能量的转化。与传统电动车相比,燃料电池技术使汽车在保留了行驶性能好、乘车感舒适等优点的基础上,还具有能源补充快、续航里程长等无可比拟的优势,从一定程度上兼顾了电动车与传统动力汽车两方的长处。

  PEMFC受益于氢车市场,装机量在各类电池中占据主导地位。质子交换膜燃料电池(PEMFC)指使用水基的酸性聚合物膜作为其电解质,具有铂基电极的燃料电池解决方案。PEMFC电池可以在相对低的温度下操作并且可以定制电输出以满足动态功率需求,因此是当前燃料电池汽车所最常用的电池解决方案。其主要优势比较明显:发电反应启动快、对使用工况要求比较低(不需要极端高温)、可直接用空气作为氧化剂(不需要单独加入纯氧)。根据ERM集团旗下网站E4tech发布的《燃料电池行业回顾2020》,2020年全球各类燃料电池装机量达1318.7兆瓦。其中PEMFC、DMFC、PAFC、SOFC、MCFC、AFC六大类电池装机量市场份额分别为1029.7、0.4、132.2、147.5、8.8、0.1,对应市场份额分别为78.1%、0.1%、10.0%、11.2%、0.7%、0.1%。其中PEMFC受益于氢车市场,装机量市场规模占比高达78.1%,并迅速从2016年341.0兆瓦增长至2020年1029.7兆瓦。

  国内燃料电池出货量增长较快,但受制于氢能车需求小,燃料电池市场整体规模不大。根据GGII发布的《燃料电池汽车月度数据库》统计数据显示,2020年我国氢燃料电池系统装机量约为79.2MW,同比下降37%。其中,氢燃料电池系统在客车上的合计装机量约为71.7MW,同比增长46%。当前我国国产燃料电池市场份额前五大厂商分别为爱德曼、亿华通、国宏重塑、探索汽车、潍柴动力000338),出货量市场份额占比分别为20.1%、15.4%、11.9%、11.6%、10.0%,其他厂商出货量市场份额占比31.0%。

  政策加码,长期视角下氢能源技术将作为电能的第一替补路径。氢气作为能源与空气中的氧气进行反应后,为汽车带去动力的同时仅产生水蒸气,是最理想化的减排技术,无需担心从下游汽车发动机到上游发电过程中产生的二氧化碳排放,也可以更好地实现碳达峰、碳中和的目标。因此近年来氢能源汽车这一技术路径得到了国家政策的大力扶持。2019年两会期间氢能被首次写进《政府工作报告》,随后燃料电池汽车示范应用政策的发布、新能源汽车产业发展规划(2021-2035)的发布,均为氢能产业的发展注入了动力。此外,近年来很多省市也纷纷发布“十四五”促进氢能产业发展规划。综合来看,氢能源技术未来将作为电能的第一替补路径,在政策鼓励下,氢能产业化节奏有望提速。

  滑板底盘脱胎于非承载车身技术,重新将汽车定义为“车=底盘+车壳”,助推电动车制造实现“电脑化”。近期由亚马逊、福特联合领投的Rivian在美股受到广泛关注,上市后市值接近1000亿美金,在一辆车没有卖出的情况下成为了继特斯拉、丰田之后全球市值第三大车企。Rivian的关注主要来源于其新型的底盘形式――即“滑板底盘”技术是一种有望重新定义汽车的技术。滑板底盘脱胎于非承载车身技术,是一种可以减轻整车开发负担的通用型底盘方案,主机厂只需要做上装的车身部分,下装部分可利用滑板底盘自由调整的特性,拉伸成所需的适配布局,实现“车=底盘+车壳”,即Rivian、Pixmoving等滑板底盘厂商,将电机、电池、传动系统、电控系统、悬挂系统等部件全部整合于滑板底盘之上,再将滑板底盘整体销售给汽车主机厂,主机厂购入滑板底盘,在底盘基础上对车型进行个性化设计。若滑板底盘技术普及,未来主机厂将无需专注于汽车机械性能开发,转向软件开发与产品整体设计,助推电动车制造技术实现“电脑化”。

  滑板底盘技术壁垒不高但市场壁垒较高,关注国内头部电动主机厂。一方面滑板底盘的底层技术并不复杂,主要在于电池、电机、电控与传统机械部件的整合,技术壁垒不高。但另一方面,承包主机厂底盘与电力机械系统相当于从主机厂手中夺取利润份额,市场壁垒较高。因此滑板底盘技术在国内大概率将由比亚迪等具备电池、电控系统制造技术的头部电动车主机厂发起。

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