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新能源动力电池详解——锂电池篇


  一、动力电池市场
  1、动力电池产业链:分为电池材料、动力电池及系统两部分,根据平安证券测算,电池材料市场规模超6000亿,动力电池及系统超5200亿。
  2、电池材料包括:正极材料(磷酸铁锂、三元)、负极材料、电解液、隔膜、铜箔、其他,是制造动力电池的原材料。
  3、下游规模:根据中国汽车工业协会数据,2022年国内新能源汽车销量688.7万辆,2023E年国内新能源汽车销量907.8万辆,同比+31.8%。根据平安证券数据,2022年国内动力电池出货量达到465.5GWh,同比+111.6%,其中出口达到68.1GWh,占比14.6%。预计2023年国内动力电池出货量达到666.7GWh,同比+43.2%。
  4、电池类型:据乘联会数据,2022年方形电池占比超90%;三元占比37.5%、磷酸铁锂62.4%,磷酸铁锂比例持续上升、三元下降。(三元价格高于磷酸铁锂)
  5、竞争格局:国内玩家占优,包括宁德时代、比亚迪、中创新航、国轩高科、欣旺达、孚能科技。
  二、电池材料
  从毛利率看,五大关键材料的毛利率排名为隔膜49%、电解液32%、负极材料24%、铜箔20%、磷酸铁锂15%、三元材料13%。(2022,平安证券测算)
  1、正极材料
  成本占比超45%,常见材料包括磷酸铁锂、三元材料、锰酸锂材料。三元锂电池理论比容量(能量密度)比磷酸铁锂高60%,充电倍率更高,低温性能好,适合于中高端乘用车。三元材料的发展方向是高镍化、无钴化、单晶化(51.7%,2022)。磷酸铁锂价格更低,近年来市占率持续上升(37.7%,2022)。锰酸锂主要用于两轮车,增速不高。
  出货竞争格局
  2022年磷酸铁锂国内产量前十:湖南裕能(29%)、德方纳米(15.9%)、龙蟠科技、融通高科、湖北万润、安达科技、国轩高科、富临精工比亚迪、圣钒科技。
  2022年三元材料国内产量前十:容百科技(15.5%)、华友钴业(13.8%)、当升科技(11%)、长远锂科、南通瑞翔、厦钨新能、振华新材、贝特瑞、广东邦普、巴斯夫杉杉。
  2、负极材料
  主要由天然石墨(15%)和人造石墨(84%)构成,2022年产量前十的企业:贝特瑞、杉杉股份、璞泰来、广东凯金、中科电气、尚太科技、翔丰华、广东东岛、河北坤天、深圳斯诺。
  3、电解液
  电解液用途可分为:动力、储能、3C,占比分别为68.7%、12.4%、18.9%。
  2022年电解液前十的企业:天赐材料、新宙邦、比亚迪、国泰华容、昆仑化学、中化蓝天、法恩莱特、珠海赛纬、杉杉新材、亿恩科天润。
  4、锂电铜箔
  2022年锂电铜箔前十企业:龙电华鑫(15.5%)、德福科技(13.1%)、嘉元科技(11.2%)、诺德股份、铜博科技、长春化工、华创新材、中一科技、铜冠铜箔、江铜铜箔。
  锂电铜箔主流厚度是6um,2022年市占率78%,发展方向是极薄化。
  5、隔膜
  隔膜主要包括湿法隔膜和干法隔膜,市占率分别为78.7%和21.3%。
  2022年隔膜前十企业:恩捷股份(38.1%)、星源材质(12.8%)、中材科技、中兴新材、河北金力、惠强新材、江苏厚生、北星新材、蓝科途、沧州明珠。
  三、动力电池结构和种类
  (一)动力电池的整体结构
  1、电池单体:组成动力电池的最小单元;
  2、电池模组:由数个电池单体并联焊接在一起;
  3、电池单元:由数个电池单体或电池组串联在一起构成;
  4、CSC采集系统:每一个电池内部都有一个CSC信息采集系统,来检测每个电池单体或电池组的电压、温度等信息;
  5、控制单元:电池控制单元(BMU)安装在动力电池内部,用来将电池的电压、电流、温度等信息上报给整车控制器(VCU)并根据VCU的指令完成对动力电池的控制;
  6、电池高压分配单元:安装在动力电池总成的正负极输出端,由高压正极继电器、高压负极继电器、预充继电器、电流传感器和预充电阻等组成;
  7、冷却系统:对动力电池进行散热,使其处于最佳工作状态。
  (二)电芯种类
  根据封装方式、电芯形状的不同,市场上的电芯可分为三大类:方形电芯、圆柱电芯和软包电芯,前二者是用硬壳封装,钢壳、铝壳居多。
  国内的动力电池主要使用方形电池,特斯拉主要使用圆柱形电池。三元材料成本、能量密度高于磷酸铁锂材料,安全性低于磷酸铁锂材料。国内磷酸铁锂增长速度快于三元材料。
  四、电池发展方向
  (一)总体方向
  1、安全性:通常有针刺、过热、过充、短路等测试,代表意外情况下电池燃烧的概率。
  2、一致性:长期稳定工作的前提,包括材料一致性和PACK工艺一致性。
  3、能量密度:影响续航里程,材料端围绕正极搭建化学体系,PACK成组效率提升是工艺手段。
  4、循环次数:影响使用年限和里程。
  5、倍率性能:影响充电时间,与负极克容量、倍率密切相关。
  (二)电池的技术升级
  三元正极向高镍化、单晶化发展;铁锂正极向高压实、锰铁锂方向发展;负极材料向掺硅发展。方形电池向CTP、CTC发展;圆柱形电池向大圆柱、CTC发展;刀片电池升级发展。固态电池代替电解液、隔膜;钠离子电池发展。

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