2014年全球鋰離子電池市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到249億美元。產(chǎn)業(yè)主要集中在中、日、韓三國(guó),三者占據(jù)了全球95%左右的市場(chǎng)份額。2014年中國(guó)已經(jīng)占有40.7%的全球市場(chǎng),位居全球第一。但是我們也注意到,這40.7%的份額是由眾多中國(guó)鋰離子電池企業(yè)貢獻(xiàn)的,行業(yè)集中度遠(yuǎn)低于日韓。
移動(dòng)能源2.0勢(shì)在必行
移動(dòng)能源1.0:走到哪,“燒”到哪
移動(dòng)能源的定義是指能夠隨著使用者任意移動(dòng)而移動(dòng)的可攜帶能源,而非固定場(chǎng)所或特定線路供應(yīng)的能源。18世紀(jì)40年代,第一次工業(yè)革命——“蒸汽革命”標(biāo)志著人類(lèi)正式進(jìn)入移動(dòng)能源1.0時(shí)代:通過(guò)攜帶大量煤炭為蒸汽機(jī)不斷提供能量,蒸汽機(jī)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能驅(qū)動(dòng)機(jī)車(chē)前進(jìn)。第二次工業(yè)革命中內(nèi)燃機(jī)的出現(xiàn)擴(kuò)大了初始化石能源的種類(lèi),石油相關(guān)燃料成為新的能量來(lái)源。時(shí)至今日,我們周?chē)钠?chē)、飛機(jī)、輪船等主要移動(dòng)工具依然通過(guò)攜帶的化石能源的燃燒獲得動(dòng)力。我們依然處于1.0時(shí)代。
然而20世紀(jì)50年代左右,世界接連發(fā)展多起嚴(yán)重的環(huán)境污染事件,如洛杉磯光化學(xué)污染事件、倫敦?zé)熿F事件等,人們認(rèn)識(shí)到化石燃料的燃燒給環(huán)境帶來(lái)極大的破壞,直接威脅人類(lèi)的生存環(huán)境。汽車(chē)等交通工具的燃燒尾氣排放是重大污染源之一。雖然隨著科技的發(fā)展,人類(lèi)不斷發(fā)展清潔燃燒技術(shù)以及廢氣處理技術(shù),但是依然無(wú)法徹底解決這一弊端。
移動(dòng)能源2.0:走到哪,“電”到哪
隨著人們對(duì)環(huán)境問(wèn)題的嚴(yán)重性的深入認(rèn)識(shí),清潔的新能源正逐步擴(kuò)大比例,不斷挑戰(zhàn)傳統(tǒng)化石能源的統(tǒng)治地位。常見(jiàn)的新能源種類(lèi)包括核能、風(fēng)能、水能、地?zé)帷⒊毕艿鹊龋ǔ_@些新能源有極大的空間限制,很難成為移動(dòng)能源等。但是隨著19世紀(jì)末20世紀(jì)初電池技術(shù)的發(fā)展,可儲(chǔ)存的電能走入人們的視線,成為移動(dòng)能源的新可能。儲(chǔ)電設(shè)備作為移動(dòng)能源的最大優(yōu)勢(shì)是使用過(guò)程中不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染,電轉(zhuǎn)機(jī)械能的效率(電動(dòng)機(jī))比熱轉(zhuǎn)機(jī)械能(內(nèi)燃機(jī))的效率更高。移動(dòng)能源2.0時(shí)代即以電池為代表的儲(chǔ)電設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)成為主要移動(dòng)能源。但是與傳統(tǒng)的化石能源相比,目前儲(chǔ)電設(shè)備的能量密度與輸出功率仍達(dá)不到化石能源的級(jí)別,無(wú)法撼動(dòng)化石能源的主導(dǎo)地位。但是進(jìn)入2.0時(shí)代的趨勢(shì)已然形成,我們正在這樣這一浪潮中。
鋰離子電池:奔向移動(dòng)能源2.0時(shí)代的領(lǐng)跑者
鋰離子電池已深入日常
據(jù)預(yù)測(cè),2016年全球鋰離子電池總需求量達(dá)到950億Wh,市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到239億美元。鋰離子電池已經(jīng)在我們的日常生活中廣泛使用,例如手機(jī)、筆記本電腦、電動(dòng)交通工具等。
與二次電池領(lǐng)域傳統(tǒng)的鉛酸電池相比,鋰離子電池使用壽命長(zhǎng),比體積能量密度與比重量能量密度都優(yōu)于鉛酸電池。更為重要的是,鋰離子電池是綠色環(huán)保電池,對(duì)環(huán)境基本沒(méi)有污染。
隨著環(huán)境問(wèn)題日益突出,電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)迅速擴(kuò)大
在2014年,全球主要國(guó)家電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量超過(guò)20萬(wàn)臺(tái)。中國(guó)銷(xiāo)量45048輛。而這一數(shù)字在2015年激增至247482輛,增長(zhǎng)5.5倍!在2015年,國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量以30%的復(fù)合增長(zhǎng)率快速增長(zhǎng)。其中第四季度銷(xiāo)量210400余輛,占全年85%以上。第四季度銷(xiāo)量的激增可能與9-12月份密集出臺(tái)的新能源汽車(chē)鼓勵(lì)政策密切相關(guān)。
以鋰電為代表的新能源汽車(chē)得到政策支持
新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)也將供給側(cè)改革
今年1月23日,財(cái)政部部長(zhǎng)樓繼偉在中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)論壇表示將嚴(yán)厲打擊騙補(bǔ)行為,2020年后針對(duì)新能源汽車(chē)的補(bǔ)貼政策將退出,2017-2018年新能源汽車(chē)的補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)將在2016年的基礎(chǔ)上下調(diào)20%,2019年-2020年下調(diào)40%。對(duì)這一“利空”消息,周一鋰電池指數(shù)高開(kāi)1.02%,上午持續(xù)上行至1.68%,午后逐漸下行至-0.9%,尾盤(pán)半小時(shí)拉升翻紅至0.45%。說(shuō)明市場(chǎng)對(duì)于該消息反應(yīng)中性偏多。我們認(rèn)為,從中長(zhǎng)期來(lái)看,這是對(duì)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的利好。
原因有三:
1、正如樓繼偉所說(shuō),長(zhǎng)期執(zhí)行消費(fèi)補(bǔ)貼會(huì)讓企業(yè)患上政府依賴(lài)癥,缺乏技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的動(dòng)力;
2、“胡子眉毛一把抓”式的補(bǔ)貼政策導(dǎo)致低水平的新能源汽車(chē)企業(yè)盲目擴(kuò)張,形成產(chǎn)能過(guò)剩,雖然目前新能源汽車(chē)市場(chǎng)依舊火熱,但必須防范于未然。
3、恢復(fù)新能源汽車(chē)行業(yè)優(yōu)勝劣汰的“自然法則”,淘汰技術(shù)落后、質(zhì)量低下的小企業(yè),讓技術(shù)先進(jìn)、質(zhì)量?jī)?yōu)越的企業(yè)的市場(chǎng)更大,提高新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的集中度,更利于中國(guó)企業(yè)與國(guó)際新能源汽車(chē)巨頭在國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。
另外媒體報(bào)道,在該論壇“動(dòng)力電池的發(fā)展與突破”主題峰會(huì)上,工信部裝備工業(yè)司司長(zhǎng)張相木明確表示,出于對(duì)動(dòng)力電池安全問(wèn)題的考慮,目前暫停三元鋰電池客車(chē)列入新能源汽車(chē)推廣應(yīng)用推薦車(chē)型目錄。這對(duì)國(guó)內(nèi)布局三元體系的正極材料研發(fā)廠商有一定的影響,我們有幾點(diǎn)評(píng)論:
1、媒體報(bào)道有兩個(gè)口徑,一種說(shuō)法是三元電池客車(chē)被暫停推廣,另一種說(shuō)法三元材料商用車(chē)被暫停推廣。目前尚未有正式文件出臺(tái),但顯然前后兩者對(duì)三元材料的影響程度差別很大;
2、這一政策或許要在樓部長(zhǎng)講話的基礎(chǔ)上理解。正是由于補(bǔ)貼政策導(dǎo)致鋰電市場(chǎng)魚(yú)龍混雜,更容易出現(xiàn)安全事故,這對(duì)行業(yè)和社會(huì)都將構(gòu)成威脅;
3、從某種程度來(lái)說(shuō),這是對(duì)國(guó)內(nèi)電池企業(yè)的“保護(hù)措施”。因?yàn)橹袊?guó)與日韓在電池技術(shù)路線上差別較大,國(guó)內(nèi)大部分電池企業(yè)以磷酸鐵鋰為主,而日韓主打三元材料。4、對(duì)該政策我們持保留意見(jiàn)。技術(shù)問(wèn)題交給技術(shù)解決,安全問(wèn)題要靠規(guī)范和監(jiān)管來(lái)解決。通過(guò)政策來(lái)干預(yù)技術(shù)的發(fā)展是值得商榷的。
鋰離子電池ABC
鋰離子電池主要由電芯與外部保護(hù)電路板構(gòu)成
電芯是電池的核心部件,主要結(jié)構(gòu)包括四部分:正極、負(fù)極、隔膜、電解液。通常正極是插鋰化合物,如鈷酸鋰、錳酸鋰等,負(fù)極一般采用層狀的石墨。電解質(zhì)為溶解有鋰鹽的有機(jī)溶劑。隔膜通常使用聚合物的微孔膜。鋰離子電池的工作原理本質(zhì)是鋰離子在正負(fù)極材料嵌入和脫逸的過(guò)程。充電時(shí),鋰離子從正極脫出,經(jīng)過(guò)電解質(zhì),穿過(guò)隔膜,嵌入負(fù)極,負(fù)極處于富鋰狀態(tài),正極處于貧鋰狀態(tài),同時(shí)電子的補(bǔ)償電荷從外電路供給到碳負(fù)極。放電過(guò)程中,鋰離子從負(fù)極脫出,通過(guò)電解質(zhì),穿過(guò)隔膜,嵌入到正極材料中,正極處于富鋰狀態(tài),同時(shí)外電路電子從負(fù)極流向正極,同時(shí)對(duì)外做功。隔膜的主要功能是阻止電池內(nèi)部正負(fù)極之間電子傳導(dǎo)(自放電現(xiàn)象),同時(shí)還要保證鋰離子可以在正負(fù)極之間傳導(dǎo)。
鋰離子電池鋰≠電池
值得說(shuō)明的是,我們目前常提到的鋰電池通常是指鋰離子電池。但是在嚴(yán)格意義上,鋰電池與鋰離子電池并非完全相同。鋰電池通常負(fù)極為金屬鋰。實(shí)際上,金屬鋰的能量密度是遠(yuǎn)大于目前通常采用的石墨材料,但是金屬鋰作為負(fù)極最大的問(wèn)題是在充電過(guò)程中在金屬鋰表面會(huì)產(chǎn)生枝晶現(xiàn)象,會(huì)穿刺電池隔膜造成安全危險(xiǎn)。所以鋰電池也通常被稱(chēng)為鋰原電池或者鋰一次電池,禁止充電。鋰離子電池也是基于此問(wèn)題而開(kāi)發(fā)出來(lái)的,由于采用了層狀石墨電極,避免了鋰枝晶問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了充放電循環(huán)使用。早在20世紀(jì)50年代就是開(kāi)始鋰一次電池的研究,在60年代鋰一次電池快速發(fā)展,70年代成功商業(yè)化,今天鋰一次電池依然廣泛應(yīng)用,如我們常見(jiàn)的紐扣電池就是鋰一次電池。而鋰離子電池原型最早在20世紀(jì)80年代由電池領(lǐng)域著名專(zhuān)家--Armand教授提出,在1990年日本SONY公司正式推出鈷酸鋰作為正極,石墨作為負(fù)極的第一代鋰離子電池,克服了鋰二次電池循環(huán)壽命短、安全性差的缺點(diǎn),成功實(shí)現(xiàn)了鋰離子電池的商業(yè)化,是電池工業(yè)的一次革命。
鋰離子電池核心價(jià)值鏈
鋰離子電池的核心價(jià)值鏈主要包括正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解質(zhì)、電芯制造與電池封裝5個(gè)環(huán)節(jié)。
正極材料
正極材料的性能是制約鋰離子電池容量的關(guān)鍵因素。這是因?yàn)殇囯x子電池的容量主要由正負(fù)極材料的短板來(lái)決定。目前商用的正極材料的實(shí)際容量最大在200 mAh/g左右,而成熟的石墨負(fù)極材料可以達(dá)到300 mAh/g。所以正極材料的研發(fā)是鋰離子電池行業(yè)發(fā)展的重要領(lǐng)域。目前已經(jīng)市場(chǎng)化的鋰離子電池正極材料包括鈷酸鋰(LCO)、錳酸鋰(LMO)、磷酸鐵鋰(LFP)和三元材料等產(chǎn)品。鈷酸鋰是國(guó)內(nèi)小型鋰電領(lǐng)域正極材料的主力;磷酸鐵鋰、三元材料目前主要使用在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域。
鈷酸鋰是最早被商業(yè)化的鋰離子電池正極材料。鈷酸鋰具有工作電壓高、充放電電壓平穩(wěn),適合大電流充放電,比能量高、循環(huán)性能好等優(yōu)點(diǎn),目前是小型充電電池正極材料的主流。但鈷資源日益匱乏,價(jià)格昂貴,且鈷酸鋰電池在使用過(guò)程中存在安全隱患,鈷金屬本身具有很大的毒性。所以未來(lái)的發(fā)展方向是尋找鈷的替代品。
磷酸鐵鋰是目前國(guó)內(nèi)動(dòng)力鋰離子電池的主流正極材料。動(dòng)力電池與小型便攜鋰離子電池相比,更加要求批次一致性與安全性。磷酸鐵鋰該類(lèi)材料具有較高的能量密度、低廉的價(jià)格、優(yōu)異的安全性等特點(diǎn),特別適用于動(dòng)力電池。國(guó)內(nèi)最大動(dòng)力電池制造商比亞迪公司主要研究和生產(chǎn)磷酸鐵鋰電池。但是目前磷酸鐵鋰電池的能量密度已經(jīng)逐漸接近其理論極限,發(fā)展空間受限。磷酸鐵鋰電池理論能量密度大概在160Wh/kg,比亞迪的單體電池目前能量密度已達(dá)到130Wh/kg,幾乎觸碰能量密度的天花板。人們逐漸將目光投向能量密度更高的三元材料。
三元材料是動(dòng)力鋰離子電池的發(fā)展方向。三元材料指的是Ni、Co、Mn或Ni、Co、Al三種金屬元素為核心元素的正極材料。目前最常見(jiàn)的是鎳鈷猛酸鋰(NCM)和鎳鈷鋁酸鋰(NCA)。三元材料電池能量密度比磷酸鐵鋰要大,即同樣的電池重量續(xù)航時(shí)間更長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)2015年2月16日,科技部發(fā)布了《國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃新能源汽車(chē)重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)實(shí)施方案(征求意見(jiàn)稿)》,其中明確要求了2015年底轎車(chē)動(dòng)力電池能量密度要達(dá)到200Wh/kg。
美國(guó)特斯拉Model S系列的電池組就采用以NCA為正極材料的18650電芯。其電池組的能量密度約156 Wh/Kg。比國(guó)內(nèi)廣泛使用的磷酸鐵鋰電池組的能量密度( 80-100 Wh/Kg)高出約60%。但是其缺點(diǎn)也是明顯的:三元材料晶體結(jié)構(gòu)在充放電過(guò)程中不夠穩(wěn)定,與磷酸鐵鋰、錳酸鋰等材料相比對(duì)碰撞更為敏感。以特斯拉的Model S為例,松下生產(chǎn)的單個(gè)NCA18650電芯能量密度已經(jīng)達(dá)到252 Wh/Kg,但是為了保證電池組的安全,特斯拉Model S在電池組外圍安裝防沖擊的保護(hù)裝置,這個(gè)裝置貢獻(xiàn)了整個(gè)電池組50%以上的質(zhì)量,將電池組比質(zhì)量能量密度降低一半。正是因?yàn)檫@樣的原因,雖然磷酸鐵鋰在能量密度上無(wú)法與三元材料比擬,但以磷酸鐵鋰為電芯所組成的電池較為簡(jiǎn)單,安全性更高。所以在目前市場(chǎng)上各有側(cè)重:磷酸鐵鋰電池越來(lái)越多的活躍在電動(dòng)客車(chē)市場(chǎng)。2015年11月,磷酸鐵鋰電池的電動(dòng)大巴裝機(jī)量占到了64.9%,三元鋰電池裝機(jī)量只有27.6%。相反,在純電動(dòng)乘用車(chē)市場(chǎng),三元鋰電池在去年11月的裝機(jī)量超過(guò)76%。
負(fù)極材料
目前鋰離子電池的負(fù)極基本都采用碳材料。從鋰離子電池的發(fā)展歷史來(lái)看,負(fù)極材料的研究對(duì)鋰離子電池的出現(xiàn)起著決定性作用。前文提到,鋰離子電池最早研究的負(fù)極材料是金屬鋰,由于電池的安全問(wèn)題以及循環(huán)性能不佳,鋰二次電池未能實(shí)用。90年代SONY公司首次將碳材料用于鋰離子電池負(fù)極,實(shí)現(xiàn)了鋰離子電池的商業(yè)化。
隔膜材料
常見(jiàn)的隔膜材料是聚烯烴多孔膜,例如聚乙烯、聚丙烯微孔膜等。隔膜材料必須具備良好的化學(xué)、電化學(xué)穩(wěn)定性,良好的力學(xué)性能以及反復(fù)充放電過(guò)程中對(duì)電解液保持高度浸潤(rùn)性。隔膜材料與電極之間的界面相容性、隔膜對(duì)電解質(zhì)的穩(wěn)定性對(duì)鋰離子電池的充放電性能、循環(huán)性能有著重大影響。
受益三元材料發(fā)展,高耐熱性的濕法隔膜將成為主流。干法由于工序簡(jiǎn)單,固定資產(chǎn)投入比濕法小。目前中國(guó)三分之一以上產(chǎn)能使用干法雙拉工藝,產(chǎn)品在中低端市場(chǎng)占據(jù)較大比例。目前我國(guó)濕法隔膜仍以進(jìn)口為主,國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池廠商濕法隔膜國(guó)產(chǎn)化需求迫切。對(duì)于動(dòng)力電池隔膜,最重要的是耐熱性問(wèn)題。因?yàn)閯?dòng)力電池與小型電池相比,輸出功率大,熱效應(yīng)明顯。如何避免隔膜在高溫環(huán)境發(fā)生微孔道關(guān)閉與膜收縮等問(wèn)題,是動(dòng)力電池隔膜的核心問(wèn)題。目前干法使用的原料是流動(dòng)性好、分子量低的聚烯烴,所以耐受高溫只能達(dá)到135度(熱關(guān)閉溫度),遇熱會(huì)收縮(<5%),安全性不適合做大功率、高容量電池;濕法使用不流動(dòng)、分子量高的原料,熱關(guān)閉溫度可以達(dá)到180度。并且濕法制備的薄膜可以通過(guò)涂覆無(wú)機(jī)氧化鋁、陶瓷粉末等提高薄膜的熱穩(wěn)定性,降低隔膜的熱收縮率。例如,德國(guó)德固賽(Degussa)公司的“Separion”隔膜,在纖維布上涂覆無(wú)機(jī)陶瓷,其熱關(guān)閉溫度可達(dá)到200度,能保證大功率電池的安全性。
電解質(zhì)
電解質(zhì)是電池的重要組成部分,承擔(dān)著通過(guò)電池內(nèi)部在正負(fù)電極之間傳輸離子的作用。用于鋰離子電池的電解質(zhì)應(yīng)具有高的離子電導(dǎo)率,保證正負(fù)極之間的離子傳輸速率。更重要的是,電解液必須高的熱穩(wěn)定性、化學(xué)及電化學(xué)穩(wěn)定性,保證在電池工作條件下電解液不發(fā)生分解。另外,電解液還需對(duì)環(huán)境無(wú)毒無(wú)污染。根據(jù)電解質(zhì)的形態(tài)特征,可以將電解質(zhì)分為液體和固體兩大類(lèi)。
目前液體電解質(zhì)(電解液)主要由溶質(zhì)、溶劑以及添加劑三部分構(gòu)成。溶質(zhì)即電解質(zhì)鋰鹽,是電解質(zhì)中鋰離子的提供者,同時(shí)也對(duì)電解質(zhì)的物理化學(xué)性能有重要影響。目前鋰離子電池電解質(zhì)中廣泛采用的鋰鹽是六氟磷酸鋰(LiPF6),它在導(dǎo)電率與電化學(xué)穩(wěn)定性上都滿足鋰離子電池的要求。溶劑基本選用碳酸乙烯酯(EC)為主,碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)輔助的混合液。實(shí)際上,溶質(zhì)與溶劑的選擇在各種類(lèi)型的鋰離子電池中基本類(lèi)同,各個(gè)電解質(zhì)生產(chǎn)廠家的配方也基本相同。
電解質(zhì)添加劑是電解質(zhì)的核心技術(shù)。在有機(jī)電解質(zhì)中添加少量的某些物質(zhì),能夠顯著改善電池的某些性能,如電解液的電導(dǎo)率、電池循環(huán)效率、使用壽命等,這些少量物質(zhì)被成為功能添加劑。通常,添加劑的種類(lèi)和配方是各個(gè)電解質(zhì)生產(chǎn)廠商的核心技術(shù),對(duì)外保密。優(yōu)質(zhì)電解質(zhì)廠商有較明顯的技術(shù)壁壘。
固體電解質(zhì)是鋰離子電池未來(lái)發(fā)展方向。所謂固體電解質(zhì)就是將傳統(tǒng)的液體電解液替換成無(wú)機(jī)固體或者聚合物當(dāng)做正負(fù)極之間鋰離子傳遞的介質(zhì)。采用固體電解質(zhì),特別是聚合物類(lèi)電解質(zhì)的鋰離子電池具有塑性靈活性,可以根據(jù)實(shí)際需求制備薄膜、任意形狀的鋰離子電池。盡管聚合物電解質(zhì)的室溫電導(dǎo)率不高,較液體電解質(zhì)的低2~3個(gè)數(shù)量級(jí),由于可以加工成很薄的膜,使電池內(nèi)阻大大降低,從而可通過(guò)提高面積/厚度比值來(lái)補(bǔ)償電導(dǎo)的偏低。隨著最近動(dòng)力電池的需求增大,對(duì)全固態(tài)鋰離子電池的研究更具前景:采用有機(jī)電解液的傳統(tǒng)鋰離子電池,因有過(guò)度充電、內(nèi)部短路等異常時(shí)可能導(dǎo)致電解液發(fā)熱,有自燃或甚至爆炸的危險(xiǎn)。而固態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池,其安全性可大幅提高。雖然目前固態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池存在導(dǎo)電率不高,機(jī)械強(qiáng)度不夠等問(wèn)題,但是許多專(zhuān)家認(rèn)為固態(tài)電解質(zhì)及全固態(tài)鋰離子電池是鋰離子電池的終極方向。從這個(gè)角度看,一旦全固態(tài)鋰離子電池實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用,現(xiàn)有的電解液和六氟磷酸鋰產(chǎn)品乃至隔膜材料產(chǎn)品的市場(chǎng)份額會(huì)大幅萎縮。
電芯制造與電池封裝(pack)
動(dòng)力電池的BMS技術(shù)是核心競(jìng)爭(zhēng)力。電芯制造是指將正極、負(fù)極、隔膜、電解質(zhì)等初步組裝起來(lái)形成電芯。而電池pack是指在電芯的基礎(chǔ)上加上保護(hù)電路板,使之具有沖放電功能,形成可以供給下游廠商使用的電池。目前電芯制造與電池pack技術(shù)已經(jīng)較為成熟,特別是小型3C電池。而動(dòng)力電池的pack技術(shù)要求較高,涉及電子技術(shù)、電工技術(shù)、微電子及功率器件技術(shù)、散熱技術(shù)、高壓技術(shù)、通信技術(shù)、抗干擾及可靠性技術(shù)等等,是一個(gè)綜合性的系統(tǒng)工程。例如全球電動(dòng)汽車(chē)企業(yè)的標(biāo)桿特斯拉公司,其最大的優(yōu)勢(shì)就是其獨(dú)有的電池管理系統(tǒng)(BMS),最大程度的發(fā)揮了7000多顆松下18650電池的整體效能。這是其他電動(dòng)汽車(chē)難以跨越的技術(shù)壁壘。所以有評(píng)論稱(chēng),最后動(dòng)力電池的PACK拼的一定是BMS,拼是BMS的整個(gè)方案的解決實(shí)力和服務(wù)能力。
鋰離子電池行業(yè)全球“分蛋糕”
負(fù)極材料
全球負(fù)極材料行業(yè)集中度較高,生產(chǎn)企業(yè)主要包括日本的日立化學(xué)、JFE化學(xué)、三菱化學(xué)日本碳素以及中國(guó)的貝特瑞、杉杉股份等,2014年這五家企業(yè)的市場(chǎng)份額之和達(dá)80%以上。其中人造石墨負(fù)極材料以日立化學(xué)、杉杉股份為主,天然石墨負(fù)極材料以貝特瑞、三菱化學(xué)為主,MCMB負(fù)極材料以JFE化學(xué)、杉杉股份為主。
截止2014年底,中國(guó)從事鋰電池負(fù)極材料生產(chǎn)的企業(yè)達(dá)50家以上,大部分是2010年之后新進(jìn)入該行業(yè)。2014年中國(guó)鋰電池負(fù)極材料產(chǎn)能前五的企業(yè)分別為貝特瑞、杉杉股份、深圳斯諾、江西紫宸和江西正拓,產(chǎn)能之和達(dá)6.7萬(wàn)噸。其中貝特瑞和杉杉股份在中國(guó)的市場(chǎng)占有率達(dá)60%左右。
正極材料
中日韓三國(guó)占領(lǐng)鋰離子電池正極材料市場(chǎng)90%以上份額,中國(guó)處于全球第一位置。但是在14年中國(guó)企業(yè)的正極材料產(chǎn)品市場(chǎng)占有率開(kāi)始下滑,從接近50%的市場(chǎng)占有率下降到43.77%,甚至低于2012年47.37%。韓國(guó)企業(yè)占有率迅速上升到30.56%。專(zhuān)家認(rèn)為,這是因?yàn)轫n國(guó)電池巨頭開(kāi)始自己生產(chǎn)正極材料來(lái)降低電池成本。同時(shí),日本企業(yè)也在積極布局三元材料體系,針對(duì)動(dòng)力電池需求增長(zhǎng)。對(duì)比來(lái)看,中國(guó)企業(yè)依然集中生產(chǎn)小型3C電池的鈷酸鋰(LCO)材料。從出貨量看,正極材料全球前五名是韓國(guó)L&F,日本日亞化學(xué),韓國(guó)優(yōu)美科(umicore),湖南杉杉,湖南瑞翔。目前國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池正極材料(LFP,NCM,NCA)嚴(yán)重不足,幾家主要國(guó)內(nèi)企業(yè)總出貨量不及日本日亞化學(xué)一家。
電解液
總體來(lái)講,電解液技術(shù)門(mén)檻不高,國(guó)產(chǎn)電解液經(jīng)過(guò)多年發(fā)展,已經(jīng)成為四大材料中技術(shù)最為成熟的品種,目前已經(jīng)大量出口,全球份額占比超過(guò)50%。預(yù)計(jì)2016年全球電解液需求7.1萬(wàn)噸。但國(guó)內(nèi)電解液處于供過(guò)于求的狀態(tài)。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為,我國(guó)鋰電池電解液行業(yè)正出現(xiàn)明顯分化,已進(jìn)入產(chǎn)品技術(shù)升級(jí)和集中度提高的整合期。2014年國(guó)內(nèi)電解液主要企業(yè)總產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到7.1萬(wàn)噸,而實(shí)際銷(xiāo)量只有4.15萬(wàn)噸,產(chǎn)銷(xiāo)率不足六成。
隔膜
受益于2014年動(dòng)力電池市場(chǎng)的拉動(dòng),全球鋰離子電池隔膜產(chǎn)量快速增長(zhǎng),2014年全球鋰離子電池整體產(chǎn)量為11.85億平米,產(chǎn)值20.75億美元。預(yù)計(jì)2017年將達(dá)到35.5億平米,總產(chǎn)值達(dá)42.6億美元。從隔膜生產(chǎn)企業(yè)來(lái)看,主要集中在日韓中美。2014年,日本旭化成(Asahi Kasei)以16.88%的市場(chǎng)占有率排名第一,其次分別為美國(guó)Celgard、日本東燃化學(xué)(TorayTonen)和韓國(guó)SKI。中國(guó)企業(yè)新鄉(xiāng)格瑞恩(Green)和星源材質(zhì)(Senior)的隔膜產(chǎn)品在2014年的出貨量全球市場(chǎng)占有率分別為6.75%和5.06%。宇部化學(xué)(UBE)和金輝高科各占4.22%。雖然目前中國(guó)薄膜總產(chǎn)量較大,但是集中在低附加值的干法拉伸薄膜。隨著動(dòng)力電池市場(chǎng)的增長(zhǎng),濕法薄膜的需求日益旺盛。金輝高科是國(guó)內(nèi)濕法薄膜的龍頭。
電芯制造與電池封裝
2014年全球鋰離子電池市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到249億美元。產(chǎn)業(yè)主要集中在中、日、韓三國(guó),三者占據(jù)了全球95%左右的市場(chǎng)份額。2014年中國(guó)已經(jīng)占有40.7%的全球市場(chǎng),位居全球第一。但是我們也注意到,這40.7%的份額是由眾多中國(guó)鋰離子電池企業(yè)貢獻(xiàn)的,行業(yè)集中度遠(yuǎn)低于日韓。中國(guó)鋰離子電池行業(yè)前三名:天津力神、ATL和比亞迪的市場(chǎng)份額之和仍不及三星SDI。在目前鋰離子電池技術(shù)較為成熟的情況下,企業(yè)的規(guī)模將決定制造成本,成本決定了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
鋰電三板掛牌忙,風(fēng)景這邊獨(dú)好
做市轉(zhuǎn)讓比例高于新三板整體
經(jīng)過(guò)梳理,新三板鋰離子電池相關(guān)企業(yè)已掛牌共42家。在這42支企業(yè)中,11家屬于做市轉(zhuǎn)讓?zhuān)急?6%,剩余31家為協(xié)議轉(zhuǎn)讓?zhuān)急?4%。而新三板整體做市轉(zhuǎn)讓企業(yè)占比22%。
營(yíng)收、凈利潤(rùn)漲幅高于新三板整體
據(jù)去年年報(bào)統(tǒng)計(jì),2014年新三板5499 家掛牌公司共實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)收入同比增長(zhǎng) 15%,凈利潤(rùn)同比增長(zhǎng)31%。相比涉及鋰離子電池的42家公司去年?duì)I業(yè)收入同比增長(zhǎng)率約22%,平均凈利潤(rùn)同比增長(zhǎng)率高達(dá)228%。從成長(zhǎng)性來(lái)看,鋰離子電池行業(yè)仍處于高速發(fā)展期,未來(lái)發(fā)展前景看好。
新三板掛牌的鋰離子電池相關(guān)企業(yè)
新三板鋰離子電池相關(guān)企業(yè)已掛牌共42家。
待掛牌+申請(qǐng)中鋰離子電池相關(guān)企業(yè)
待掛牌+申請(qǐng)中鋰離子電池相關(guān)企業(yè)20家。
鋰離子電池板塊細(xì)分行業(yè)
根據(jù)相關(guān)公司2014年年報(bào)的數(shù)據(jù),我們對(duì)鋰離子電池細(xì)分領(lǐng)域的營(yíng)業(yè)收入和凈利潤(rùn)進(jìn)行對(duì)比:第一梯隊(duì)的是正、負(fù)極材料加工企業(yè)和電池整裝企業(yè)。營(yíng)業(yè)收入和凈利潤(rùn)規(guī)模都較大,盈利能力強(qiáng);第二梯隊(duì)是電池檢測(cè)、電池管理系統(tǒng)以及鋰電生產(chǎn)設(shè)備制造相關(guān)企業(yè),盈利能力中等;第三梯隊(duì)是電解質(zhì)和隔膜企業(yè),其營(yíng)業(yè)收入等同甚至略高于第二梯隊(duì)企業(yè),但盈利能力較差,目前行業(yè)整體處于虧損狀態(tài)。但是從成長(zhǎng)能力來(lái)看,第二梯隊(duì)中的電池管理系統(tǒng)(BMS)相關(guān)企業(yè)在營(yíng)業(yè)收入增速和凈利潤(rùn)增速都是最快的。而電解質(zhì)行業(yè)不但處于虧損狀態(tài),并且未能看到扭虧為盈的跡象,凈利潤(rùn)以9%的速度下滑。
A股鋰離子電池相關(guān)上市公司“落子”新三板
三板已成中小企業(yè)聚集的大本營(yíng),就連A股上市公司也紛紛拆分子公司備戰(zhàn)新三板,目前擬申請(qǐng)掛牌的企業(yè)也在逐漸增多。根據(jù)Choice分類(lèi),A股共68只鋰離子電池概念股。平均市值137.5億元,平均PE 76.9倍。我們注意到有5家A股公司加一家港股公司已經(jīng)或計(jì)劃拆分子公司在新三板上市。
新三板“鋰”鑒金眼
負(fù)極材料、正極材料、電解質(zhì)行業(yè)關(guān)注規(guī)模大、效益好的龍頭企業(yè)。因?yàn)槟壳斑@三大材料制備技術(shù)較為成熟,其生產(chǎn)規(guī)模很大程度影響產(chǎn)品的成本。隔膜材料關(guān)注技術(shù)領(lǐng)先企業(yè)。隔膜材料國(guó)產(chǎn)化較晚,特別是濕法薄膜。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)很大程度被國(guó)外企業(yè)占領(lǐng)。國(guó)內(nèi)隔膜技術(shù)有所突破的企業(yè)或能替代國(guó)外隔膜所占據(jù)的市場(chǎng)。我們認(rèn)為電芯與電池整裝行業(yè)未來(lái)存在收購(gòu)兼并行情。目前各個(gè)廠商生產(chǎn)的電芯尺寸和材料體系各種各樣,但隨著電池整裝技術(shù)已然成熟,競(jìng)爭(zhēng)將會(huì)更加劇烈,行業(yè)集中度必將提高。大規(guī)模企業(yè)將在成本上更具優(yōu)勢(shì),小企業(yè)或?qū)⒈惶蕴d囯x子電池的電池管理系統(tǒng)是我們重點(diǎn)推薦的細(xì)分領(lǐng)域。BMS技術(shù)復(fù)雜,有較高的技術(shù)壁壘。一旦企業(yè)技術(shù)突破,將占有國(guó)內(nèi)大部分市場(chǎng)。
新三板藍(lán)籌股:貝特瑞
貝特瑞,中國(guó)第一大、世界第二大鋰離子電池負(fù)極材料供應(yīng)商。公司成立于2000年8月,在2015年12月28日掛牌上市。是中國(guó)寶安股份有限公司控股子公司。2014年總資產(chǎn)23.2億,營(yíng)收12.3億,處于新三板前100名,同比增速32.04%。2014年凈利潤(rùn)1.09億,處于新三板前60名,同比增速43.34%。其營(yíng)收占新三板負(fù)極材料細(xì)分板塊整體的85.6%,處于絕對(duì)龍頭地位。目前貝特瑞總股本8700萬(wàn)股,流通股本2857.92萬(wàn)股。協(xié)議轉(zhuǎn)讓?zhuān)两裆袩o(wú)交易。2015年兩次定增,以同樣35元價(jià)格定增400萬(wàn)股、100萬(wàn)股,共募集1.75億。按此價(jià)格估計(jì),貝特瑞市值約30.45億,PE約27.9X。
貝特瑞是我國(guó)鋰離子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定者。根據(jù)公司簡(jiǎn)介,貝特瑞參與起草編制《鋰離子電池碳負(fù)極材料國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制》,獲得編制“鋰離子動(dòng)力電池磷酸鐵鋰正極材料”國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制定權(quán)。其龍頭位置較為穩(wěn)定,2015年招股說(shuō)明書(shū)中引用:“2012 年全球鋰電池市場(chǎng)份額中有約90%集中在三星、松下、LG、天津力神、比亞迪等全球前十大鋰電池廠商中,而全球主要鋰電池廠商均是貝特瑞的重要客戶。鋰電池廠商對(duì)原材料供應(yīng)要求十分嚴(yán)格, 各個(gè)鋰電池廠商均有各自的原材料認(rèn)證體系,為避免出現(xiàn)較大的質(zhì)量波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn),鋰電池廠商一般不會(huì)輕易更換供應(yīng)商。”因此中長(zhǎng)期看好貝特瑞發(fā)展。
正極材料龍頭:杉杉科技
杉杉科技,中國(guó)第一大鋰離子電池正極材料提供商。2003年11月成立,目前待掛牌。其母公司是杉杉股份。2014年總資產(chǎn)17.6億,營(yíng)收14.7億,同比增速13.51%。2014年凈利潤(rùn)2206萬(wàn)元,較2013年4688萬(wàn)元有較明顯下滑。2014年凈利潤(rùn)大幅下滑的原因是2014年公司有重大資產(chǎn)重組,公司決議投資建設(shè)“萬(wàn)噸級(jí)高能量密度動(dòng)力型鋰電正極材料”項(xiàng)目。該項(xiàng)目是公司布局三元正極材料的重大舉措。投資方式是為公司設(shè)立全資子公司“湖南杉杉新能源有限公司”,注冊(cè)資金1億。并在同年7月份向子公司增資1.5億,注冊(cè)資本擴(kuò)大至2.5億。公司布局動(dòng)力電池正極材料已收到成效。但2015年半年報(bào)顯示,公司上半年?duì)I收已10.3億,凈利潤(rùn)2856萬(wàn)元,預(yù)期2015全年較2014年大幅增長(zhǎng)。
另外,杉杉科技的資產(chǎn)總額及營(yíng)業(yè)收入占母公司杉杉股份相當(dāng)比例。2013年杉杉科技站母公司資產(chǎn)總額的13%,這一比例在2015年提升到21%,營(yíng)業(yè)收入占比從2013年的32%到2015年的55%。利潤(rùn)占比在2013年達(dá)到30%。在2014、2015年利潤(rùn)占比降至7%和5%。我們認(rèn)為隨著動(dòng)力電池正極材料生產(chǎn)部署完成以及動(dòng)力電池市場(chǎng)進(jìn)一步擴(kuò)大,未來(lái)公司凈利潤(rùn)將快速增長(zhǎng)。在母公司的利潤(rùn)占比也將反彈擴(kuò)大。并且與貝特瑞類(lèi)似,正極材料行業(yè)也存在客戶粘性,杉杉科技的大客戶結(jié)構(gòu)逐步形成和穩(wěn)定。中長(zhǎng)期看好杉杉科技發(fā)展。
濕法隔膜實(shí)力派:鴻圖隔膜
鴻圖隔膜,國(guó)產(chǎn)濕法隔膜最具潛力的公司。公司成立于2005年3月。2014年總資產(chǎn)2.4億,營(yíng)收2647萬(wàn)元,同比增速91.3%,凈利潤(rùn)410萬(wàn),從2013年-691萬(wàn)元扭虧為盈。原因是2014年公司鋰離子電池隔膜項(xiàng)目正式投產(chǎn),實(shí)現(xiàn)快速盈利。2015年中報(bào)顯示營(yíng)收2264萬(wàn)元,凈利潤(rùn)542萬(wàn)元,已超過(guò)2014年全年凈利潤(rùn),預(yù)計(jì)2015年凈利潤(rùn)增速將達(dá)到164%。另外,公司在2015年底投建年產(chǎn)4500萬(wàn)平方米鋰離子電池隔膜生產(chǎn)線,加上現(xiàn)有生產(chǎn)規(guī)模能使遼源鴻圖總規(guī)模達(dá)到年產(chǎn)6300萬(wàn)平方米。規(guī)模擴(kuò)大將進(jìn)一步提高公司市場(chǎng)份額。
鴻圖隔膜的技術(shù)團(tuán)隊(duì)與先進(jìn)設(shè)備是核心競(jìng)爭(zhēng)力。公司從韓國(guó)聘請(qǐng)了專(zhuān)家技術(shù)團(tuán)隊(duì),全套引進(jìn)國(guó)外鋰電池隔膜生產(chǎn)和檢測(cè)設(shè)備,進(jìn)行技術(shù)突破和研發(fā),成功開(kāi)發(fā)了5微米、7微米超薄單層隔膜與動(dòng)力用高孔陶瓷涂層膜,填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白。產(chǎn)品通過(guò)了三星、LG、住友、帝人等國(guó)內(nèi)外知名企業(yè)認(rèn)證,與松下、力神等一線電池廠商建立了穩(wěn)定的供應(yīng)關(guān)系。
喧鬧中專(zhuān)注的力量:科列技術(shù)
科列技術(shù),電動(dòng)汽車(chē)電池管理系統(tǒng)(BMS)第一股。公司成立于2010年3月,2015年7月新三板掛牌上市。公司2014年?duì)I收2511萬(wàn)元,同比增長(zhǎng)501.9%,凈利潤(rùn)792萬(wàn)元,由2013年-287萬(wàn)元扭虧為盈。2015年中報(bào)顯示,公司實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)收入3865萬(wàn)元,同比增加3735萬(wàn)元,同比增長(zhǎng)2862.19%;凈利潤(rùn)1250萬(wàn)元,同比增加1398萬(wàn)元,較上年同比增長(zhǎng)947.36%。根據(jù)公司業(yè)績(jī)預(yù)增公告,公司2015年凈利潤(rùn)將增長(zhǎng)500-600%,即凈利潤(rùn)將達(dá)到3960-4752萬(wàn)元,實(shí)現(xiàn)跨越式增長(zhǎng)。從公司2015中報(bào)來(lái)看,用于客車(chē)和乘用車(chē)的產(chǎn)品收入都大幅增加,乘用車(chē)增幅大于客車(chē)。明公司可能從新客戶深圳比克接到大額電動(dòng)汽車(chē)訂單。公司在2014年乘用車(chē)產(chǎn)品營(yíng)收首次大于客車(chē)產(chǎn)品,說(shuō)明公司客戶已經(jīng)從以電動(dòng)客車(chē)企業(yè)為主到以普通電動(dòng)汽車(chē)企業(yè)為主。
從公司2012年鎖定動(dòng)力鋰離子電池BMS業(yè)務(wù)以來(lái),公司集中力量研發(fā)關(guān)鍵技術(shù),不動(dòng)搖,不改變,專(zhuān)注堅(jiān)持。這才實(shí)現(xiàn)了科列技術(shù)國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的BMS技術(shù)已經(jīng)快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)份額。董事長(zhǎng)張泱淵稱(chēng),未來(lái)三年科列技術(shù)市場(chǎng)占有率將由目前10%左右提升到30%。目前科列技術(shù)是行業(yè)內(nèi)首家開(kāi)發(fā)并批量應(yīng)用主動(dòng)均衡技術(shù)的公司,主動(dòng)均衡技術(shù)能共實(shí)時(shí)調(diào)整電池組容量差異,實(shí)現(xiàn)電池組能量均衡,能夠增加電池組20%的容量,延長(zhǎng)動(dòng)力鋰離子電池組25%的使用壽命。另外,科列技術(shù)還掌握“無(wú)線傳輸”“功能安全”“容量管理”等全球領(lǐng)先的電池管理技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)鮮有公司掌握主動(dòng)均衡技術(shù),大部分使用的是被動(dòng)式均衡。據(jù)報(bào)道,被動(dòng)均衡技術(shù)的BMS價(jià)格在2000-3000元每套,而主動(dòng)均衡BMS系統(tǒng)售價(jià)在1萬(wàn)元左右。隨著對(duì)動(dòng)力電池的能量密度和安全性越來(lái)越高的要求,主動(dòng)均衡BMS將逐漸淘汰被動(dòng)均衡技術(shù),成為市場(chǎng)主流。
科列技術(shù)第一次定增在2015年7月,定增6021萬(wàn)元,發(fā)行價(jià)格33.45元,主承銷(xiāo)商國(guó)信證券。在2016年1月第二次定增新三板,目前已經(jīng)通過(guò)股東大會(huì)批準(zhǔn),增發(fā)預(yù)案價(jià)格上下限分別是40元,60元。預(yù)計(jì)募集資金不超過(guò)1億,用于加大研發(fā)和市場(chǎng)投入,補(bǔ)充流動(dòng)資金和擴(kuò)大經(jīng)營(yíng)規(guī)模。我們預(yù)計(jì),公司營(yíng)收將在2016-2017年翻倍增長(zhǎng),公司凈利潤(rùn)將超過(guò)1億。