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中天和自动化:动力电池行业报告之他山之石可以攻玉

文章来源: 深圳市中天和自动化设备有限企业 人气:1640发表时间:2017-11-13 19:53:51【】

中天和自动化:动力电池行业报告他山之石可以攻玉

他山之石可以攻玉放眼海外上下求索

  兴业证券认为,动力电池从电池材料、电芯的生产、电池模组化再到电池PACK,整条产业化路径并不是相互割裂的,而是有机的整体。未来要实现成本下降,不论是通过生产模式与商业模式上的改进还是通过物理与化学手段提升电池能量密度,都并非由某几个环节单向突破能够达成,而是基于全局角度设计达到终优化。

  例如,高比能量正极材料的使用需要相应负极、电解液与隔膜的升级配合,同时需要PACK成组系统中的BMS的升级,同时配合性能更好的温控系统。比能量的提升是以成本上升为代价的,对应到单位Wh的成本是否下降则需要不断地调试与优化,这方面海外已经走在前列。因此本章聚焦海外实现成熟商业化的车型与对应的电池技改降本之路,以窥未来国产高比能时代的降成本前景。

  全球动力电池产业集中在东亚

  目前,动力电池产能90%以上集中在日本、韩国与中国等东亚国家,松下、LG、SAMSUNG、比亚迪、CATL等企业供应了全球绝大部分的锂电池。日本早在上世纪90年代就大力投入锂电池研究,韩国与21世纪初跟进,而中国虽然进入时间较为滞后,但巨额补贴资金的投入也带来了巨大的收效。

  日韩企业在技术上具备优势

  国际一线车企主要车型的电芯供应几乎由日韩电池企业包办。2016年销量排行前20车型中,对应的电池供应商有日本的松下和AESC,韩国的LG化学、SAMSUNGSDISKI,北美电动汽车电池的供应商基本被日本和韩国垄断。本土暂时由于政策因素使得日韩未能大规模进入,但是仍然不能掩饰本土企业在技术储备上相较日韩的劣势。

  本土企业在成本方面具备优势,未来中国将成世界电池工厂

  然而,单就成本而言,中国在主要的产地已经展现出优势,在包括四大材料在内的主要电池材料供应环节均涌现一批规模化的企业,具备价格优势同时具备一定技术能力。

  根据CEMAC的测算,由于在劳动力成本与材料成本上的优势,截止2015年底,中国动力电池不论在成本还是在售价上均已处于全球低水平。考虑到今年以来本土电池掀起的新一轮降价潮(20%降幅),成本已经成为中国动力电池的核心优势所在。未来动力电池产能持续向中国转移是大趋势,而中国也将成为世界的动力电池工厂,培育出一批具备国际竞争力的动力电池。

  本土模仿吸取海外成熟技术是必由之路

  兴业证券认为国内动力电池企业在成本上较日韩有优势,但在技术储备上处于劣势。国内企业未来的降成本提技术之路必然是在对于国外的模仿基础上实现超越,模仿的对象不应局限在电芯级别,而是目前已在全球畅销车型中实现商业化的主流电池包及其采取的技术路线。

  兴业证券对三款为主流的车型电池组进行剖析,而这三款电池也正好对应三家日韩电池企业,松下、LG与SAMSUNG;以及三种主要的封装形式,圆柱、软包与方形路线。

  特斯拉Model3电池组:松下21700圆柱NCA电芯+BMS+液冷通用Bolt电池组:LG软包三元电芯宝马i3电池组:SAMSUNGSDI方形三元电芯5.1开启圆柱三元大众化路线的先锋:特斯拉系列车型

  电芯端:松下独供电芯,特斯拉负责PACK

  松下只为特斯拉提供电芯。2019年以前投资2000亿日币到电池单体的生产线上(超级工厂),由特斯拉负责土地、建筑、pack。电芯价格下降,跟特斯拉议定,未来三年企业预计整个pack价格要下降30%。企业的NCA里面增加添加剂,改进了安全性,所以特斯拉才会使用。

  松下认为主要降低成本的路径是:1)优化CellPack的生产工艺,以及通过产能扩张获取经济效益2)通过与客户工厂接近来降低包装,物流,报关,库存等运营成本3)提升良率,降低运营费用。

  从行业的角度来讲,现在没有统一标准,因为18650的只有松下在做。为特斯拉供应圆柱形电池,特斯拉也在分享技术,企业希翼圆柱形电池能得到更多推广,不过还是要看装在整车上什么位置。

  成组电池端:设计闭环+规模化降成本

  特斯拉的电池成本主要分为三个阶段,目前电池成本占比接近60%,未来投资50亿美金的超级电池工厂投产,成本有望下降30%以上。

动力锂电池厂家

  阶段12013年以前:18650电芯价格较低仅为$2,但是BMSPACK成本较高,电池成本占比为57%。此前松下一直为特斯拉的电池独家供应商,提供的电池为18650NCA电池,单个电芯为3.1Ah,能量为11.47Wh,单价为$2左右,预计该价格为松下抢占市场而有意放低的价格。以85kwhModelS为例,采用7263颗电芯,电池成本为$15246,特斯拉公告的BMSPACK成本为$20000,总电池成本为$352462013年特斯拉年报显示其毛利为22.5%,车子售价为$79900,其成本为$79900×(1-22.5%)=$61923,电池成本占比为$35246/$61923=57%

  阶段22013年至特斯拉的超级电池工厂Gigafactor投产前:受商业因素的而影响,电芯单体价格大幅上升为$3.5,得益于BMSPACK成本下降,电池成本占比为59%20131030号特斯拉与松下签订了高达70亿美金合同,此时18650NCA电芯的价格上涨到了$3.5,涨幅高达75%,同样85kwh7263颗电芯成本为7263×3.5=$26680,但是特斯拉单独出售的电池包价格和年报显示的毛利却没有太大的变化,估测BMS+PACK成本已经大幅降低为$10000,因为BMSPACK主要成本为设计费,本身的电子元器件和制造成本很低,整个电池包的成本为$26680+$10000=$36680,成本占比为$36680/$61923=59%

  阶段3:为超级电池工厂建成之后(2017-):电池成本下降30%以上。预计21700单体价格为$3.3,折合0.14美金/w。由于Model3电芯数量较少且容量较少,预计Model3BMS+PACK成本为$2880左右,综合电池包成本为$6960,电池包成本占比29%

  特斯拉实现圆柱路线大幅降本的秘诀在于设计闭环。兴业证券在前述分析中提到圆柱路线的电池包降成本空间已经非常有限,Tesla能够实现圆柱路线大幅度成本下降是一个例外。Tesla的电池、系统、整车一体化,全产业链覆盖,可以做到设计的闭环,这与其它企业有根本性的区别,Tesla可以全面评估更改的利弊,而这是国内18650电池厂目前所不具备的。

  5.2率先实现软包三元电芯成本迅速下降:通用bolt

  电芯端:LG独供软包电芯

  通用汽车在2015年曾经披露过Bolt电动车采用LGChem的电池,电芯cell的价格为145美金/kWh左右。在年度全球商业会议上,通用汽车进一步对外展示了Bolt的电池电芯cell的成本预测。其中2016年的成本为145美金/kWh,这个数值持续到2019年,2020年会下降到120美金/kWh。到2022年,该数值继续下降到100美金/kWh。合理推算得到通用bolt电池组成本在200美金/kWh,到2020年降至170美金/kWh

  成组电池端:爆款单车实现规模化降成本

  BoltEV与一代和二代Volt非常相似,采用了LG“袋状电池,也就是像食品真空袋那样的尺寸和形状,并且在两代Volt车型上分别只使用了288196个,显然效率高了很多。

  这种袋状电池相对于18650有几个优点,首先是冷却效果更好,温控更加均匀,每个点的温度也很容易达到一致性,随后我在实验室里看到了它的散热系统,就像主板的印刷电路那样,遍布袋状电池的每个部位,通用的工程师使用了水冷散热的方式,由于扁平的袋状电池有着更大的面积,因此印刷电路一般的水冷管路密布,确实更容易温控;其次它的寿命更长,也更加可靠,在极端环节下也相对稳定。

  5.3方形三元主流:宝马i3

  电芯端:SAMSUNGSDI独供方形电芯

  宝马i3一直使用的电芯是方形铝壳,三元NCM材料,由SAMSUNGSDI提供,额定电压在3.7V,电压限值区间为2.8-4.1VDC,电芯的比能在120Wh/kg以上,电芯的内阻在0.5mΩ左右。i3电池包共有8个模组组成,每个模组有12个电芯,共计96个电芯,串联。

  在动力电池方面企业现在celllevel成本210-220usd/kwh左右,目标是2020年降到120-130usd,有40%左右的成本下降。主要来自于规模效应,良率提升,产能增加带来的采购价格下降

  供应链方面现在消费电池的正极材料大部分来自中国,动力电池只有不到10%来自中国,隔膜和负极主要来自韩国,电解液有少部分由中国工业,大部分来自日韩。同时,企业表示未来将产业链从日韩向中国转移也是未来costreduction重要的机会。过去三年第一代到第二代产品能量密度有50%的增加,2018年的代产品会有20-30%的提升。

  成组电池端:宝马自主研发模块化与热管理

  i3是宝马真正意义上量产的一款电动车,在去年9月份就已全球销量突破6.6万辆。i3很多领域的技术都为宝马后续电动汽车开发做了充实的积累和探索,比如整车轻量化技术、电池系统模块化技术、热管理技术等。

  从动力电池系统角度来看,i3201311月份上市以来至今进行了一次升级,即在2016年电量由22kWh,提升为33kWh,电量提高50%,这一次升级,保持了电池包体积、结构不变。升级之前的i3续航里程在81英里/130公里(升级后33度电续航在114英里/183公里),电池包总电量为22kWh,容量60Ah,总电压353V;电池包的总重量约为235kg,比能为93.6Wh/kg(33度电的比能约为140.4Wh/kg)

  i3的电连接,高压线束(科士达Kostal提供)采用插接式与模组连接,与电极间的连接则通过超声焊实现,采样线先超声焊再点胶的方式与连接片相连。宝马i3的热管理采用直冷方案(也有液冷方案),制冷剂为R134a

  

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