性价比决定动力电池产业高质量发展看好多氟多、恩捷股份、国轩高科
性价比是影响动力电池产业的最重要的因素。在性价比低于燃油车的情况下,政府政策主导了动力电池市场需求的增长与波动。电池材料特别是六氟磷酸锂与隔膜环节壁垒较高,扩产周期较长,具有供给刚性,在需求上涨时受益最多。看好多氟多、恩捷股份、璞泰来。碳中和、碳达峰规划出台后,新能源汽车需求拉动全球动力电池材料供不应求。
产业政策容易激发投资的潮涌现象,助推产能过剩。此时,政策研究与预判很重要,一旦对政策和市场产生误判,激进扩张将导致企业陷入严重的债务危机。当前,动力电池行业呈现高端产能不足、低端产能过剩的格局。
随着技术进步,电动车与传统汽车之间的总体成本差距消失,动力电池市场需求的增长与波动将由经济基本面主导。随着全世界电动车渗透率提升,电动车销量将继续维持快速地增长趋势。
政府补贴政策对于动力电池的技术路线具备极其重大影响。与电池单位体积内的包含的能量挂钩的补贴政策推动了三元电池的发展(天时)。随着充电加氢网络建设运营的发展,单位体积内的包含的能量的重要性相对下降,自然安全事故频发也使得三元电池与磷酸铁锂电池呈分庭抗礼之势。固态电池、燃料电池若能取得技术突破,未来将具有广阔前景。
排除外资的政策和庞大的本土汽车市场推动了本土动力电池企业的发展(地利),优秀的管理层(制度和战略是人制定的)是企业核心竞争力的来源,通过正确的企业战略、对提升优率和效率的追求(勇于创新的奋斗者精神)、对产品质量和安全的重视(以用户为中心)、与上下游企业的战略合作伙伴关系(统一战线)、积极争取政府支持、良好的激励机制、平等开放分享的工程师文化(人和),宁德时代快速成长为行业龙头。
规模优势则构成了企业的护城河,在马太效应下,除非动力电池取得重大突破,否则中小动力电池将很难实现超越。一线企业中,继续看好三元电池龙头宁德时代。为了能够更好的保证供应链安全,下游企业不会任由宁德时代垄断市场,而是会培育竞争者。若比亚迪分离电池,并让出控股权,作为磷酸铁锂电池龙头,比亚迪电池的增速有望高于宁德时代。国轩高科在大众扶持下有望成为行业第三。
本文研究的问题是:未来动力电池市场将怎么样发展?要解决这一个问题,我们需要弄懂动力电池市场的发展规律。要把握动力电池市场的发展规律,就需要先界定研究对象动力电池,了解动力电池的发展历史,动力电池与替代品之间的竞争关系,动力电池与充电加氢网络之间的互补关系,各种动力电池之间的竞争关系,动力电池市场与上下游产业链之间的关系,动力电池市场的影响因素,企业的核心竞争力是什么。
电池指能将化学能转化成电能的化学电源,靠电池里面自发进行氧化、还原等化学反应的结果,这种反应分别在两个电极上进行。根据能源转化方式,电池可分为一次电池、二次电池(又称蓄电池)和燃料电池三种。其中,一次电池是指使用一次后就被废弃的电池;二次电池是指在电池放电后可通过充电的方式使活性物质激活而接着使用的电池;燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置,又称电化学发电器。
根据用途,电力可用动力、储能、消费电子等。动力电池就是指为工具提供动力来源的电源,应用有三大类:一是汽车和摩托车行业。主要是为发动机的起动点火和车载电子设备的使用提供电能。二是工业电力系统。用于输变电站、为动力机组提供合闸电流,为公共设施提供备用电源以及通讯用电源。三是电动汽车和电瓶车行业。取代汽油和柴油,作为电动汽车或电瓶车的行驶动力电源。本文专指为电动汽车或电瓶车的行驶动力电源,且不包含一次电池,仅包括二次电池和燃料电池。
1859年,法国著名物理学家普兰特发明了可充电的铅酸电池。1890年,爱迪生发明可充电的铁镍电池。1899 年,瑞典人金格发明可充电的镍镉电池。1976年,惠廷汉姆创造性地采用硫化钛作为正极材料,金属锂作为负极材料,帮助埃克森公司申请了世界上第一个可充电锂电池的发明专利。也正因此,惠廷汉姆获得“锂电池之父”的名号。1980年,Goodenough发明出钴酸锂,能使“锂”这个元素从活泼的金属态转移到稳定乖巧的离子态,让安全成为可能。1983年Goodenough等人发现锰尖晶石是优良的正极材料,具有低价、稳定和优良的导电、导锂性能。世界上最大的锂电池在允许电压下不导电的材料的制造商旭化成公司工作的吉野彰则借鉴了古迪纳夫的成果,吉野彰采用石墨代替金属锂作为锂电池的负极,并结合钴酸锂正极,在1985年开发了第一个商业上成功的可充锂离子电池。1985年,加拿大Moli能源公司推出了AA型的电池,用二硫化钼作为正极,金属锂作为负极。1989年,Moli能源第一代产品出现安全事故(起火爆炸),引起公众恐慌;Moli能源宣布召回所有已出售的产品,并对受害者提供经济赔偿;最终进入破产阶段,被日本电子巨头NEC收购。产品全部进行重新检测后,NEC宣布永久放弃将金属锂负极用于可充电电池的路线年,索尼公司获得吉野彰的技术后,与旭化成公司合作,首次将锂离子电池实现了商业化。1996年Padhi和Goodenough发现具备橄榄石结构的磷酸盐,如磷酸锂铁(LiFePO4),比传统的正极材料更具优越性。2001年4月,加拿大达尔豪斯大学物理学教授兼3M集团首席科学家杰夫·达恩,发明了成规模商业化的镍钴锰三元复合正极材料,促使锂电池突破走向市场的最后一步。当年4月27日,3M向美国申请了该项专利,即三元材料的基础核心专利。与此同时,阿贡国家实验室(ANL)首次提出了富锂的概念,并在此基础上发明了层状富锂高锰三元材料,且在2004年成功申请专利。2010年,丰田推出过续航能力可超过1000KM的固态电池。
碱性燃料电池(AFC)是最早开发的燃料电池技术,在20世纪60年代就成功的应用于航天飞行领域。磷酸型燃料电池(PAFC)也是第一代燃料电池技术,是目前最为成熟的应用技术,已确定进入了商业化应用和批量生产。由于其成本过高,目前只能作为区域性电站来现场供电、供热。熔融碳酸型燃料电池(MCFC)是第二代燃料电池技术,主要使用在于设备发电。固体氧化物燃料电池(SOFC)以其全固态结构、更高的能量效率和对煤气、天然气、混合气体等多种燃料气体广泛适应性等突出特点,发展最快,应用广泛,成为第三代燃料电池。目前正在开发的商用燃料电池还有质子交换膜燃料电池(PEMFC)。它具有较高的能量效率和单位体积内的包含的能量,体积重量小,冷启动时间短,运行安全可靠。
蒸汽汽车、电动汽车、内燃机汽车先后诞生。1769年法国工程师尼古拉斯.古诺将蒸汽机装到了一辆马车上,实现了没有马拉的马车,这是世界上第一辆用动力机械驱动的车辆,尽管它的性能还不如马车。1881年法国人 Gustave Trouve 制造出第一辆采用铅酸蓄电池供电的三轮纯电动汽车。1886年,卡尔本茨研制成功了单缸汽油发动机,发明了第一辆机动三轮车,被公认为世界上第一辆实用的汽车。电动车相对于内燃机驱动车辆有着更多优势:无气味、无震荡、无噪音、不用换挡和价格低,而内燃机动力性更佳,蒸汽汽车起步更早,于是形成了以蒸汽、电动和内燃机三分天下汽车市场。1900年,欧美出售的4200辆汽车中,40%是蒸汽机车,38%是电动汽车,剩下的22%才是燃油汽车。20世纪20年代,随着美国大规模油田开采,石油成本的下降和内燃机技术的提高,使得燃油汽车性价比超越蒸汽机车和电动汽车,燃油汽车成为汽车领域的霸主。
20世纪70年代爆发的石油危机,1990年全球环境保护意识加强,2008年全球金融危机后借新能源促经济发展,使得新能源汽车的研发受到政府和企业的重视。120世纪90年代阻碍电动车发展最大的问题是电池技术发展滞后,充电盒续航没有突破性的进展,使电动汽车制造商面临巨大的挑战。传统汽车制造商在市场压力下,开始研发混合动力汽车,以克服电池和续航能力短的问题。这一段时间最有代表的就是PHEV插电式混合动力和HEV混合动力。1995年东京车展上,丰田发布了名为Prius的混合动力概念车。1996年,丰田推出第一款燃料电池概念车FCHV-1,通用汽车推出现代世界第一款纯电动汽车EV1。2008 年,特斯拉发布第一辆电动车 Roadste。燃料电池系统和储氢系统占据整车成本的65%,锂离子纯电动汽车的电池成本占据整车成本的25%-40%,发动机占据整车成本的10%-20%。昂贵的价格使得内燃机汽车在经济性依然占有优势,需要依靠政策刺激需求、引导供给,通过规模经济和技术进步提高动力电池的性价比。
2008年经济危机之后,发达国家皆主动开始寻找战略性新兴起的产业,新能源汽车产业是全球各国竞相追逐的战略性新兴起的产业之一。世界上主要汽车制造大国,皆制订了目标远大的新能源汽车推广计划。2009年-2014年,全球新能源汽车发展从无到有,产品从试验场走向商业化,逐渐呈现规模化趋势。2009年新能源汽车销量不足4千辆,2013年销量超过18万辆。产品丰富度大幅增加。
在政策补助的扶持下,中国新能源汽车2009年销售0.23万辆,2013年销售1.76万辆,其中乘用车约1.5万辆。欧洲新能源汽车2009年销售0.03万辆,2013年销售3.3万辆。日本新能源汽车2009年销售0.1万辆,2013年销售3.1万辆。2010年美国市场仅有Leaf和Volt两款新能源车在销售,合计0.04万辆,2013年已经接近20款,主流汽车企业皆推出新能源汽车产品参与该细分市场的竞争,销量9.7万辆,占全球销量一半左右。
2020年全世界汽车销售7797.12万辆,同比下降13.77%。但全球电动汽车销量首次达到324万辆,涨幅高达43%;其在全世界汽车销量中的份额从2019年的2.5%升至2020年的4.2%。其中欧洲市场增长137%至140万辆,占比第一,为43.06%;中国市场增长12%至134万辆,约占41.27%,排名第二。分产品来看,纯电动和插混动力汽车为新能源汽车基本的产品,占比合计在99%以上。
1790年,法国人西夫拉克发明了世界上第一辆自行车。1885年,戴姆勒制造了世界上第一辆摩托。1886年,被称为“自行车之父”的机械工程师斯塔利,设计出了新的自行车样式,为自行车的大量生产和推广应用开辟了宽阔的道路。1895年,奥格登·博尔顿发明了直驱式轮毂电动车,他也因此成为了第一个获得电池驱动自行车专利的人。1985年诞生了中国第一辆电瓶车。1992年的“Zike”是第一款上市的电瓶车,它拥有一个集成的镍镉电池系统和一个850克永磁电机。电瓶车的目标市场主要以个人代步为交通工具,竞争者为自行车与摩托车。在速度与动力层面,摩托车最优,自行车最次,电瓶车居中;在购买价格与使用成本方面,自行车最优,电瓶车居中,摩托车最次。随着居民收入水平提升,自行车更多用于健身,节约时间能选择汽车,电动自行车优势愈发明显。
与加油站类似,充电桩以及加氢等基础设施是动力电池系统的配套设施。通过充电加氢网络,可以提升新能源汽车的续航能力,降低对能量密度的需求。但是,充电和加氢基础设施建设成本较高,需要结合建设成本与电池成本合理设置网点分布密度。新能源汽车产业发展之初,由于充换电设施不健全,消费者重视汽车续航里程,能量密度更高的三元锂电池逐步替代磷酸铁锂电池。随着近年来充换电服务网越来越完善,消费者对汽车续航里程的要求逐渐理性,车企也不再大规模追捧三元锂电池,开始选择性价比更高的磷酸铁锂电池。
铅酸电池是一种电极主要由铅及其氧化物制成,电解液是硫酸溶液的蓄电池。铅酸蓄电池安全性好、易维护、耐过充电和过放电性能好、高低温性能好、自放电速度小、使用过程对环境友好、具有易回收性和重复利用性;相对于锂电池,铅酸电池还具有明显的低成本优势,其成本仅为锂电池的30%左右。但是,铅酸电池质量重,比能量小,不能快充深放,循环寿命短。铅酸电池在电动助力车电池市场高居霸主地位。目前采用阀控式铅蓄电池的电瓶车,一次充电可以行驶35~40 km,可以完全满足人们上下班和上街购物的需要。
镍氢电池是正极活性物质主要由镍制成,负极活性物质主要由贮氢合金制成的一种碱性蓄电池。镍氢电池具有高比功率、适应大电流放电、无污染、发热量较小、安全性能好等特点。但是,镍氢电池具有记忆效应,过度充电或放电,都可能加剧电池的容量损耗,循环寿命短。目前主要运用的车型是丰田普锐斯、通用EV1。
高铁电池是以合成稳定的高铁酸盐作为正极材料的电池。单位体积内的包含的能量大、体积小、重量轻、寿命长、无污染,主要缺点是生产工艺要求非常高,并且价格不菲。它的主要的应用车型:比亚迪e6、比亚迪F3DM。
锂离子电池是使用锂合金金属氧化物作为正极材料、使用石墨作为负极材料,使用非水电解质的电池。锂离子电池具有循环寿命高、比能量大、自放电小、电压高等特点。但是,锂离子电池大电流性能差、价格高、具有安全性问题。根据正极材料的不同,锂离子电池又可以分为三元材料电池、磷酸铁锂电池、锰酸锂电池、钛酸锂电池、钴酸锂电池。其中,钴酸锂电池具有结构稳定、容量比高、一致性好、综合性能突出,但安全性能差、成本非常高,主要用于制造手机和笔记本电脑及其它便携式电子设备的锂离子电池作正极材料。但是,特斯拉第一代Roadster跑车采用的是钴酸锂电池。
锰酸锂电池是指正极使用锰酸锂材料的电池,耐低温、倍率性能好、制备比较容易、没有专利限制,但高温性能差、循环性能差、衰减快,材料本身不稳定,需配以其它材料混合使用。2017年在新能源汽车市场出货量仅占总市场份额4.25%。主要应用于客车、物流车,在乘用车领域也略有配套。
钛酸锂电池,它能够快速放电并提供大功率的输出,能给大巴和坦克供电,但是能量密度比较低,而且原材料与制作成本太高。
磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池,具有更高的安全性、更长的使用寿命、不含任何重金属和稀有金属(原材料成本低)、支持快速充电、工作温度范围广。但能量密度较低;材料的制备成本与电池的制造成本比较高,电池成品率低,产品一致性差,涉及知识产权问题。与三元锂电池相比,磷酸铁锂电池在安全性、循环寿命、价格等方面具有优势,但是低温放电性不佳,以及单位体积内的包含的能量不高,进而影响了车辆的续航能力。随着自燃安全事故的频发,电池温控管理系统的应用以及磷酸铁锂电池技术的不断突破,磷酸铁锂电池扭转颓势,与三元电池分庭抗礼。
三元电池即三元材料锂电池,是指正极材料包含镍钴锰或者镍钴铝的锂电池。镍有助于高单位体积内的包含的能量,但会带来安全隐患;钴、铝可以提高抑制镍的副作用,但钴面临资源短缺问题,成本较高;Mn则不参与电化学反应,可提供安全性和稳定性,同时降低成本。镍钴铝电池工艺技术要求高且成本高,较镍钴锰电池能量密度高,但安全性较差。镍钴锰三元正极材料中镍钴锰比例可在一定范围内调整,并且其性能随着镍钴锰的比例的不同而变化。世界各国在镍钴锰三元材料的研究和开发方面做了大量的工作,提出了多个具有不同镍钴锰摩尔比组成的三元材料体系,包括333,523,811体系等。三元电池能量密度高、循环稳定性好、成本适中。在新能源汽车中,三元锂电池的占有率超过了磷酸铁锂电池成为一大亮点,包括吉利、奇瑞、长安、众泰、中华等大部分国内主流车企都纷纷推出采用三元动力电池的新能源车型。例如北汽EV系列、奇瑞eQ、艾瑞泽3EV、江淮iEV4、众泰云100、包括吉利帝豪EV等。
固态锂电池技术采用锂、钠制成的玻璃化合物为传导物质,取代以往锂电池的电解液,大大提升锂电池的能量密度,同时不可燃不漏液,安全性高。但生产效率低下,距商业化尚有较长距离。
锂离子聚合物电池是由锂离子电池演化而来。最主要的差异是电池中锂盐的电解质是由固态的聚合物如聚乙二醇或聚丙烯腈所携带、而非锂离子电池使用的有机溶液。锂聚电池比起锂离子电池,具有更有弹性的包装形状选择、可靠度和耐用性的优点,但充电电容量较小。
动力电池根据包装材料和形状的不同,电池又可大致分为软包电池、方形电池和圆柱电池。
方形锂电池通常是指铝壳或钢壳方形电池,方形电池的结构较为简单,能把内部材料卷覆得较为紧密,可以任意大小,整体附件重量要轻,相对单位体积内的包含的能量较高,再加上有铝壳限制不容易膨胀所以相对安全。
圆柱电池采用强度较高的不锈钢作为壳体,具有防爆安全阀的等附件,电芯以紧密的卷绕方式包装,内部排列更紧凑,聚集的能量更多,容量高、输出电压高、具有良好的充放电循环性能、输出电压稳定、能大电流放电、电化学性能稳定、使用安全、工作时候的温度范围宽、对环境友好。不过因为圆柱型的电池体积小,如果想要提供更多的能量,则需要大量的单体电池来组成电池包,所以电池的一致性很难保证,可能引发安全风险,对电池管理技术要求高。
软包电池是液态锂电池套上一层聚合物外壳,具备单位体积内的包含的能量高、充放电倍率高、可以做得更薄等特点,但其成本相对较高、生产一致性也较差,热扩散方面较差,质量情况并不稳定,电池会出现鼓胀、漏液情况,会有安全隐患。
随着方形电池的逐步发展和普及,其技术的进步越来越快,单位体积内的包含的能量已经远超软包电池。2017年三元软包锂电池的在整体新能源汽车领域的装机量占比为8.57%,在新能源乘用车领域的装机量占比为16%,而2018年这两个数字分别为8.59%和13.85%,2019年下滑到 7.06%和9.66%。
动力电池产业链为:矿石——原材料——电池组件——电池厂——整车厂等下游应用。
动力电池的上游为原材料资源的开采和加工,主要有锂资源、镍资源、钴资源和石墨等等。其中,锂资源是其中需求量最大的原材料。2018年,中国不仅是锂离子电池制造业的主体,而且集中供应用于生产锂离子电池的锂(全球总量的51%)、钴(62%)和球形石墨(100%),石墨是这三种物质中唯一主要由中国的矿山供应的。上游材料投资建设周期较长,具有供给刚性,在需求上涨时受益最多。
根据锂矿的不同类型,可分为盐湖卤水型锂矿、伟晶岩型锂矿和沉积型锂矿三种,盐湖卤水型锂资源主要分布在南美锂三角——阿根廷、智利、玻利维亚以及中国。目前商业开采的主要为盐湖卤水型锂矿,而智利SQM、美国雅宝和美国FMC几乎垄断了全球80%的卤水锂盐产量。对矿产资源匮乏的国家和地区而言,动力电池原材料需要进口。但全球锂矿产能充足,钠离子电池技术的发展也在进一步降低电池行业对锂矿资源的敏感性。
现有的三元锂电池技术路线当中,高镍电池是公认的提升能量密度的途径。镍含量接近100%的电解镍、镍粉、镍豆,可以用于电池的被称为一级镍。镍生铁、镍铁等镍含量在15%以下的则被称为二级镍,专门用于不锈钢的生产。虽然全球镍产量达到250万吨左右,但高纯的一级镍产能则非常有限。镍成为了锂电池产业链在资源端最为敏感,也最为重要的资源。为了解决高纯度一级镍的供应难题,所有生产者都把目光投向了如何从储量丰富、开采便宜的红土镍当中制取镍,而目前在业内公认可行的方案就是湿法冶金高压酸浸工艺。中冶恩菲设计院设计的巴布亚新几尼亚瑞木项目是当前全球少有的HPAL工艺达到设计产能并且平稳运行的项目。2021年5月,在位于印尼力勤矿业HPAL项目正式投产,氢氧化镍设计产能含镍3.5万吨。同时在印尼,同时还有另外三个HPAL项目在建,投资方囊括了中国目前电池原材料行业的所有巨头,华友钴业、洛阳钼业、格林美。
产业链中游主要涉及各种正极、负极材料,还有电解液、极耳、隔膜以及电芯等。在锂电池制造产业链中,电池包的制造核心部分就是电芯,电芯封装后再集成线束和PVC膜构成电池模组,再加入线束连接器、BMS电路板构成动力电池成品。
锂离子电池成本结构拆分:锂离子电池在不同的正负极材料下其成本有一定差别,整体来看材料成本占70%,人工、电力占20%,折旧及其他制造费用占10%,而材料成本则主要以正负极材料、隔膜、电解液和组件为主。正极材料决定电池的容量、寿命等多方面核心性能,一般情况下其成本占比高达30%-40%;隔膜的难点在于微孔结构成型技术与基底材料,目前占比约10%-20%。负极材料主要以石墨为主,成本占比15%左右;电解液主要以六氟磷酸锂为主,成本占比为10%左右。近年来,随着原材料成本上涨,镍、钴、锰三种元素的成本已经占到正极材料成本的90%以上,导致正极材料在动力电池成本中的占比已经达到50%。动力电池PACK成本可以拆分成材料成本和生产成本,其中材料成本又包括电芯材料、模组材料及PACK材料,生产成本包括人力成本、折旧及其他制造费用。
正极材料包括正极活性材料、正极用碳添加剂(导电剂)、正极粘合剂、正极集流体(铝箔)和正极组件正极端子。其中,活性材料占成本的绝大比重。
负极材料包括负极活性材料、负极粘合剂、负极集流体(铜箔)和负极组件负极端子。锂电池目前主流的负极材料是碳负极材料,已实际用于锂离子电池的负极材料基本上都是碳素材料,如人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳等。
负极材料产业集中度极高,表现在区域集中和企业集中。中国和日本是全球主要产销国,总量占全球负极材料产销量95%以上。日本的日立化成和吴羽化工,中国的贝特瑞和杉杉股份均为两国龙头企业,四家企业全球市占率在50%以上。
隔膜是锂电池最关键的内层结构之一,它的作用是隔开正负极防止电池短路,其性能决定电池的界面结构、内阻,直接影响电池容量、循环及安全性能等。锂电池隔膜在四大材料中技术壁垒最高,其成本占比仅次于正极材料,约为10%-14%,在高端电池中,隔膜成本占比甚至会达到20%。
电解液由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐(六氟磷酸锂,LiFL6)原料,按一定比例配制而成。2002年,国产电解液进入市场,并逐步取代进口产品。通过不断改进和提高,产品质量已达到国际先进水平。目前国内电池生产商电解液配套已基本实现国产化,只有少部分使用进口电解液。
三元锂电池知识产权受到限制。3M通过对外输出专利和技术合作的方式赚取高利润,其中专利授权给了优美科、松下、日立、三星、LG、SK等多家日韩锂电企业,以及中国的杉杉、湖南瑞翔和北大先行等正极材料企业,总数有十几家之多。而阿贡的专利只授权给了三家:德国化工巨头巴斯夫、日本户田工业以及韩国LG。
整车厂介入动力电池业务是一个大的趋势。电池是电动汽车最核心的零部件,如果不掌握电池核心技术,整车厂就容易沦落为一个组装厂,很难获取更高的利润和话语权。在电动汽车的总成本中,电池占25-40%,电机占15%,电控占12%,电驱动零部件占8%,其它占25-40%,电池的成本占比最大。只有掌握电池核心技术,才有可能进一步减少相关成本,取得相对的竞争优势。要将三电(电池、电机、电控)核心技术很好地捏合在一起,整车厂也需要掌握其中至少一项核心技术。为了确保上游零部件供应的稳定与充分,也为了提高自己在整个供应链中的议价能力,同时更便于通过产业价值链实现对成本的有效控制,并为汽车大规模量产铺路奠基,整车生产商出现了自建或体系内合资创建电池企业的趋势。
电池业务总体上可分为电池芯和电池包两大类。相对来说,电池芯更核心更重要。倘若电池厂隶属于某个车企,电池又是最核心的零部件,存在核心技术向竞争对手泄密的可能。整车厂自制电池芯,无法开拓其他客户,电池芯成本下降速度可能会相对慢一些,最终会导致电池和车辆都失去竞争力。因而,越来越多的电动汽车厂商都已拥有或正在拥有电池包业务能力。
在性价比不及燃油车的情况下,政府政策是最重要的影响因素。政府对技术方向的选择有重要的引导作用,同时其能源结构和环保意识也对技术选择产生了一定的影响。中国能源结构和环保意识使得其对新能源的发展最为重视。美国能源较为丰富,环保意识较弱,因此重视程度最低。欧洲与日本在能源上较为缺乏,环保意识较强,对于新能源的发展更为重视。
中国对新能源及其产业发展的战略定位应承载能源-环境-经济三重使命,以助力中国实现创新驱动、转型发展,增强突破碳约束的能力。
从电力结构看,中国大陆的电力不清洁,但相对便宜:2019年,63.4%为煤电,3.3%为天然气发电,核电4.9%,高达6成的电力产生碳排放,去煤炭的道路依然还有很长的路要走。
2010年,中国工业和信息化部等四部委联合出台《关于开展私人购买新能源汽车补贴试点的通知》(以下简称《通知》)。《通知》明确,对满足支持条件的新能源汽车,按3000元/千瓦时给予补贴。插电式混合动力乘用车每辆最高补贴5万元,纯电动乘用车每辆最高补贴6万元。由于传统的汽车强国、汽车大公司在混合动力技术方面更具优势,2012年,科技部“十二五”《电动汽车科技发展规划》正式提出确立“纯电驱动”技术转型战略,包括纯电动汽车、插电式混合动力汽车、燃料电池电动汽车。2014年2月,四部委联合出台了《关于进一步做好新能源汽车推广应用工作的通知》,降低了补贴下调幅度,并且明确了政策延续性。3月,科技部、工信部还联合印发《2014-2015年节能减排科技专项行动方案》,对新能源汽车科技创新示范工程进行部署。各省区市政府也纷纷出台新能源汽车推广方案和实施细则。比如,北京采取1:1的补贴政策,国家和本市财政补助总额最高不超过车辆销售价格的60%;深圳按照国家2013年补贴标准,对新能源汽车购置给予1∶1配套补贴,并保持补贴政策3年不变等。2015年5月发布的《中国制造2025》,其中动力电池占据相当篇幅。2017年11月,中国首次发布《节能与新能源汽车技术路线年中国节能与新能源汽车的总体目标,以及分领域的技术目标。根据2020年发布的《节能与新能源汽车技术路线年,以混合动力汽车为代表的节能汽车,和新能源汽车的市场比例都将占到50%,停售燃油车,2050年全面停止使用燃油车。
2020年 9月,中国国家主席习在第75届联合国大会上宣布,中国将力争于2030年前达到碳排放峰值,并努力争取2060年前实现碳中和。在今年的全国 “两会”上,碳达峰、碳中和被首次写入政府工作报告。在全球主要国家先后公布碳中和时间表后,新能源汽车成为必然趋势,而现时全球仅 3% 的渗透率,意味着动力电池将是近万亿级市场。碳中和、碳达峰规划出台后,新能源汽车需求拉动全球动力电池材料供不应求。
美国的新能源策略目标在于降低石油依赖,并将发展新能源汽车作为在交通摆脱石油依赖的重要措施,并以法律法规的形式确定了新能源汽车的战略地位。
从电力结构看,美国的电力既不清洁也不便宜:2019年,38.6%为天然气发电,23.9%为煤电,核电19.4%,非水可再生能源发电11.1%,高达6成的电力产生碳排放。
美国的新能源汽车技术方向经历了替代燃料--纯电动/插电式--燃料电池--纯电动/插电式的路线更替。近年来由于页岩油开采技术取得突破,美国石油供应安全的问题得到极大的缓解。总体来看,美国并没有松懈对纯电动车的发展,但意愿也并不十分强烈。
欧洲侧重于温室气体减排战略,日趋严格的二氧化碳排放法规是欧洲对新能源汽车发展的主要驱动力。欧洲的新能源汽车发展在早期主要以生物质燃料、天然气以及氢燃料为主,以实现减排的目标,世纪初曾经提出到2020年23%的石油替代目标。2014年,欧洲议会设定了一项当今全球最严格的汽车碳排放控制目标,该目标要求汽车制造商到2021年之前将汽车二氧化碳排放量削减27%。
在能源政策的引导以及排放标准的限定下,欧盟早期制定的新能源车发展战略方向为生物燃料汽车 (BFV) 和FCEV。其中,BFV产业是欧盟在短期内的发展重点,而FCEV是欧盟中长期的研发重点。近年来,欧洲则对电动汽车给予高度关注,例如德国2009年下半年发布电动汽车计划,2019年4月大众汽车说服德国汽车工业协会全面发展纯电动汽车。欧洲在2018年2月发布“电池战略行动计划”,从经济、技术、关键环节投入、掌握定价权方面规划了欧洲未来的电池战略。
从电力结构看,欧洲水能、核能、风能等清洁电力占据了大部分的电力比重,煤炭、天然气发电比重在2017年约占20.6%,并且在进一步降低。在清洁与廉价的电力条件下,欧洲有足够的动力发展电动汽车。欧洲的石油与天然气供给一直以来都要靠进口解决,目前俄罗斯几乎垄断了欧洲的天然气进口份额,发展新能源,对于欧洲而言不仅仅是解决交通污染的问题,同时也是日常能源消费安全的问题,因此,欧洲一直以来倾向于发展替代燃料与氢能源。
以德国为例,其新能源汽车战略演变如下: 第一阶段 ( 2000-2009 )以欧盟“发展可再生能源指令”和德国“可再生能源法”为指导纲领,主要发展生物燃料,特别是生物柴油汽车;第二阶段( 2010-2019 )以欧盟“清洁能源和节能汽车欧洲战略”和德国“国家电动汽车发展计划”为指导纲领,主要发展电动汽车;第三阶段( 2020 以后),根据欧盟“氢能与燃料电池发展计划”和德国“国家氢能和燃料电池技术发展计划”的规划,主要实现 HFCV 的技术突破。
目前德国正面临着纯电动汽车与燃料电池汽车技术路线的选择。德国大众已说服德国汽车工业界,全面发展纯电动汽车,而这一决定遭到了德国交通部长及气体界企业的反对。在德国车企进行充电站规划的同时,德国与法国也开展了加氢站的建设竞赛,一时间呈现出两条路线齐头并进的景象。
日本是一个资源贫乏的岛国,各种能源均需要进口。日本长期坚持确保能源安全和提高产业竞争力的双重战略,通过制订国家目标引导新能源汽车产业的发展。2006年,日本提出了新的国家能源战略,目标是到2030年交通领域对石油的依赖从100%降到80%,为了配合这个新能源战略的实施,提出了下一代汽车燃料计划,推进生物质燃料的应用,促进电动汽车和燃料电池汽车的应用等。目前,日本正全面发展三类电动汽车,其混合动力全球销量第一;在纯电驱动方面,固态电池规划和产业化推进步伐也是最快的;另外,日本燃料电池产品的研发和产业化推进也优于其他国家。
从电力结构看,2019年以火力发电占66.4%,甚至比美国更加依赖火电。2011年之前,日本经产省计划用核电代替燃煤发电,对可再生能源的研发投入并不算太积极。然而,2011年福岛核泄漏事故的发生及之后日本核电机组的暂停,致使煤炭为主的火力发电在日本再次大行其道。
由于本土目前的电力并不清洁,日本并未以纯电动汽车为发展主要方向,而选择了燃料电池方向,从澳大利亚进口液氢,目标是建立氢能社会。日本本土三大车企中,本田、丰田均主要发展了混合动力与燃料电池。日本并未完全放弃纯电动汽车,如丰田在拥有最先进的燃料电池技术同时,也在固态电池产品研发上拥有领先的地位,日产则选择了纯电动汽车。
2015年4月份财政部等四部委下发的《关于2016-2020年新能源汽车推广应用财政支持政策的通知》,新能源小客车生产企业对电池等关键零部件 提供的质保期,乘用车为8年或12万公里,商用车为5年或20万公里。按照规定,在质保期内,新能源车动力电池的性能衰减不能超过20%。在补贴力度整体退坡的情况下,新能源商用车的补贴退坡力度大于新能源乘用车。
中国发改委与工业和信息化部2015年6月2日颁布的《新建纯电动乘用车企业管理规定》,新能源汽车被纳入《新能源汽车推广应用推荐车型目录》,才能为其汽车产品申请政府补贴。外资电池企业被排除在外。在政策调整后,中国动力电池行业格局很快变化。江淮、上汽、北汽等纷纷更换掉外资电池、换上国产电池。2016年底,北汽集团与北京电子控股有限责任公司、韩国SKI在2013年共同投资的北京电控爱思开科技有限公司停产,LG转让南京工厂、三星SDI天津工厂艰难维持。
2015年,《汽车动力蓄电池行业规范条件》发布了5批名单,基本上囊括了锂离子动力电池主要企业,由于只有产能要求而缺乏具体技术指标,加速了产能增长,对于规范行业发展并未起到明显作用。
产业政策容易激发投资的潮涌现象,助推产能过剩。此时,政策研究与预判非常重要,一旦对政策和市场产生误判,激进扩张将导致企业陷入严重的债务危机。2015~2016年两年间,锂离子电池领域投资超过2000亿元,企业投资热情非常高,金融市场十分火热:一方面是国家财政支持新能源汽车推广的力度很大,新能源汽车市场前景广,动力电池需求量高,迫切需要投资来扩大产能,以满足市场需求;另一方面,动力电池的利润率很高,超过了50%,非常适合投资,包括众多上市公司在内的各方投资者通过收购、投资等各种手段纷纷涉足其中。由于战略扩张激进,市场误判及内部管理等问题,2018年,2017年还位列深圳市工业百强企业第18位沃特玛公司陷入了严重的债务危机,历经近2年尝试减债降负、生产自救、引进战投、调整结构等举措,但均因债务缠身、现金流枯竭等原因未能脱困,终致停工停产。2019年11月,沃特玛公司依法进入破产清算程序。
2016年的新能源汽车骗补事件中,财政部等四部委对93家新能源车企业进行了专项检查,苏州吉姆西、苏州金龙、深圳五洲龙、奇瑞万达贵州客车、河南少林客车等被点名通报。新能源客车骗补事件导致国家补贴政策的调整,也使得客车动力电池业务缩水。
2017年的电动车补贴政策,在产品技术要求上,首次提出以电池单位体积内的包含的能量为一项参考指标进行补贴。补贴和单位体积内的包含的能量挂钩以后,磷酸铁锂电池单位体积内的包含的能量提升瓶颈较为明显,三元材料电池能量密度大的优势成为乘用车的主流选择,动力电池的比容量开始不断飙升。
2017年6月28日, 中国发改委和商务部联合发布了《外商投资产业指导目录 (2017年修行) 》 ,解除外资在动力电池产业的股比限制。外资企业将获得独资公司设立的生产许可,但仍然限制外资企业在华建立两家及两家以下生产同类整车产品的合资企业。两部委移除了能量型动力电池以及电池正负极材料两方面的外商投资和相应的技术以及股比限制, 增加了燃料电池方面的外商鼓励投资。
马太效应,强者恒强。动力电池制造是一项资金、技术、人力三密集的行业,再加上产业链上游的原料、前驱体制造同样也是三密集的行业。所以整个动力电池产业链的马太效应明显,一旦形成领跑局面,就很难打破,除非开辟新的赛道。2018-2021年第一季度,全球动力电池市场集中度不断的提高,CR5从2018年的68%升至81%。随着全球动力电池市场规模的逐渐扩大,全球各企业动力电池产能布局的加快,市场集中度将继续逐渐提升。据韩国市场研究机构SNE Research 发布的多个方面数据显示,2021年第1季度的全球电动汽车电池销售市场上,中国5家公司(宁德时代、比亚迪、中航锂电、远景AESC、国轩高科)的市场占有率为45.0%,比2020年同期上升了15.8个百分点。一线企业中,继续看好三元电池龙头宁德时代。若比亚迪分离电池,并让出控股权,作为磷酸铁锂电池龙头,比亚迪电池的增速有望高于宁德时代。国轩高科在大众扶持下有望成为行业第三。
高端产能不足、低端产能过剩。2017年底,国内动力电池总产能约130GWh,全年动力电池出货量为36.2GWh,平均产能利用率只有30%。在我国100多家动力电池企业中,排名前五的企业市占率超过85%,却只占据45%不到的产能。大量中小企业产能利用率长期低于35%,供给处于严重超过标准状态。另一方面,高端市场却供不应求。行业前五厂商贡献了70%以上的装机量,且常常处于满产满销状态。奥迪、特斯拉、奔驰等厂商更是多次受困电池产能不足等问题,延迟交付车辆。