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锂电铜箔行业专题报告:疫情不改高端锂电铜箔长期确定性

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来源:未来智库

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新能源汽车市场扩大推动锂电铜箔需求增加

1、锂电铜箔是新能源汽车锂电池核心原材料之一

铜箔是锂电池负极集流体的核心材料,而锂电池的生产工艺、成本和最终 产品的性能都和正负极集流体也就是铝箔和铜箔的性能有着密切的关系。在锂 电池的生产过程中通常将负极浆料涂布在锂电铜箔上,再经过干燥、辊压、分 切等工序,从而得到锂电池的负极极片。根据锂电铜箔的产业链,锂电铜箔主 要用于锂电池的负极制造,锂电池主要用于新能源汽车、3C 数码以及储能系统。

根据全球 2014 年-2018 年各终端锂离子电池产量, 3C数码电池和储能电 池整体增长量较少,动力电池产量增速最快,从 2014 年的 13.8GWH 增长至 2018 年的 107GWh,累计增长 675%,动力电池高增速的主要原因是新能源汽 车的高速发展。近年来,全球温室效应日趋显著,世界各国政府均加大对可再 生资源的重视程度,在政策大力支持下,全球新能源汽车市场进入快速发展通 道。

新能源汽车通常是指将采用非常规能源作为动力来源的汽车,目前,新能 源汽车主要有混合插电动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车、氢发动机汽车几种类型。目前新能源汽车市场主要以纯电动汽车占据主导地位,其余类型的 新能源汽车产业化有限。

电池、电机、电控是纯电力新能源汽车的核心技术,而这三样技术决定着 新能源车两个核心指标:续航里程和动力性。其中,电池是电动车最基础和最 重要的技术之一,也是目前用于解决里程焦虑、提升电动车性能,降低生产成 本等解决电动汽车多项难题的主要突破点。目前上市的高速纯电动车均采用锂 离子电池,包括磷酸铁锂、锰酸锂、三元锂电池等等。

但我们必须要指出的是,目前不同类型的锂离子电池主要区别为涂在正负 极片铝箔及铜箔上的材料不同,比如涂在正极片上的氧化钴锂 LiCoO2、氧化 锰锂 LiMn2O4、三元化合物 Li(NiCo)O2 和涂在负极片铜箔上的石墨或钛酸 锂等,而不管是哪一种类型的锂电池,其正负极均需要使用铝箔及铜箔作为正 负极的集流体。锂电铜箔是锂电池生产不可或缺的重要材料。

由于动力电池的需求持续增加,全球的锂电铜箔产量也呈逐年增长趋势, 从 2013 年至 2019 年锂电铜箔产量从 4.6 万吨增长至 17.7 万吨,累计增长率 达到 285%,年复合增长率达到 25%以上。随着未来新能源汽车需求的进一步 增长,将推动重要原材料锂电铜箔需求上升。

2、全球新能源汽车销量增长确定性强,锂电铜箔未来需求空间大

近年来,随着全球温室效应问题日加严重,各国均出台相应的政策以及法 律推动新能源汽车的发展。比如欧洲目前已有多个国家发布了燃油车销售禁令, 挪威、荷兰、德国、爱尔兰均宣布分别在 2025 年、2030 年开始全面禁售汽车 及柴油车,这一规划在未来近几年将大幅度降低燃油车的销量,而在这一政策 环境下,各国的新能源汽车销售量有望迅速增长。

根据欧盟 2019 年 4 月出台的《2019/631 法令》将从 2020 年起严格限制 欧盟国家的汽车的碳排放量,并加大了针对违反条例的罚款力度,欧洲市场新 能源汽车需求有望在未来几年大幅度上升。根据欧盟环境局公布数据,2018 年 全年欧盟 28 个国家以及冰岛的汽车平均碳排放量为 120.4 g/Km,远超过欧盟 规定的 95g/Km,各国政府及汽车制造商为满足这一排放需求有望进一步推广 新能源汽车的销售。

根据中国、欧盟纯电动汽车的销量,除中国市场 2019 年下半年销量同比 出现下滑,主要由于 2018 年相比 2017 年补贴政策退坡有限,同时对于工况续 航 400 公里以上新能源汽车的最高补贴额提高至 5 万元,从而拉动了 2018 年 下半年的销量,而 2019 年补贴政策相比 2018 年退坡度达到约 50%,在相比 2018 年下半年的高基数出现了一定下滑,但近年来纯电动车的销量整体依旧呈 迅速上升的趋势,尤其是欧盟国家,由于欧盟针对二氧化碳的排放管理逐步收 紧,以及部分欧盟国家计划在 10 年内全面禁止燃油车的销售,欧盟地区纯电 动车的销量在 2018 年-2019 年每季度均保持了 35%以上的同比增长,2019 年 四个季度均比 2018 年同期增长 75%以上,欧盟纯电动车销量增速远超中国市 场。

根据工信部、发改委及科技部发布的《汽车产业中长期发展规划》,文件明 确了对于新能源汽车产业发展规划的要求,到 2020 年我国新能源汽车年产量 将达到 200 万辆,2025 年汽车产量达到 3500 万辆,其中新能源汽车占汽车产 销 20%以上这一发展目标。在这一发展目标下,中国新能源汽车产量将持续保 持高速增长状态。

此外,由于全球各个国家针对降低碳排放,推广新能源汽车出台了一系列 的规划及法令,大量国际车企开始布局于新能源市场并扩大新能源汽车的产品 链,试图避免违反相应的法律法规并在新能源汽车市场占据领先地位。

3、新冠疫情为短期影响,不改新能源汽车长期增长逻辑

由于在全球蔓延的新型冠状病毒疫情导致全球经济活动强度出现短暂减弱, 和宏观经济具有较大关联性的汽车消费不可避免的受到了影响,以中国市场为 例,由于疫情及年末的双重影响,新能源汽车在 2020 年 1 月和 2 月的销售量 分别同比下滑了 51.5%和 71.5%,2 月仅销售了 12908 辆新能源汽车。同时由 于新能源汽车、动力电池的生产及复工受疫情防控的影响,2020 年 2 月的动力 电池装机量仅有 0.6GWh,同比下滑 73%。目前,由于新冠疫情在欧美地区的 流行和蔓延,大批欧洲汽车产业链相关生产厂商决定暂时关闭工厂,这一举措 对于汽车供应链有极大影响。当前,部分新能源汽车电池厂商也宣布暂时将美 国地区的工厂关停至 4 月 13 日,其中包含了松下、特斯拉、LG 化学和三星 SDI 等主流动力电池生产厂家。工厂的关闭将降低新能源汽车与动力电池的产 量,而同时疫情的发展对于欧美地区的消费和经济都有较明显的负面效应,这 两大因素都对新能源汽车的需求有较大影响。

但我们要指出的是,疫情对于新能源汽车消费的影响大概率为短期影响。目前对中国市场最有参考价值的为非典疫情,由于非典疫情的影响中国 2003 年 4-5 月的汽车消费出现了明显的增速下滑,同比增速从三月 30%+下滑至 10% 左右,但这一消费影响随着疫情的好转逐步好转,从 6 月起汽车消费增速恢复 至 30%左右增速。因此,随着疫情得到控制和工厂恢复,汽车尤其是新能源汽 车的消费逐步恢复为大概率事件。此外,3 月 31 日,国务院召开国务院常务会 议确定,为促进汽车消费,将新能源汽车购置补贴和免征购置税政策延续至 2022 年,这一决定将本应在今年年底正式结束的新能源汽车补贴和免征购置税 的停止节点从 2020 年 12 月 31 日顺延至 2022 年 12 月 31 日,而新能源汽车 购买的补贴及优惠政策的延长两年的决定在一定程度上能够促进新能源汽车和 动力电池产业链在疫情后的消费恢复,对于行业长期增长性有积极作用。此外, 部分地方政府出台了地方新能源汽车的补贴政策。同时,欧洲地区仍维持对于 新能源汽车的较高的购车补贴,例如德国和法国新能源汽车的单车购置补贴在 750-6000 欧元(约合 5937-4.74 万元人民币)不等,同时在德国还能享受免征 购置税和 10 年汽车税、部分区域免费停车等福利。而法国对于用于置换较老 柴油车新能源汽车购买者,可以通过“换车补贴”额外享受 2500-6300 欧元 (约合 1.98 万-4.99 万元人民币)的补贴等一系列政策。

此外,回顾欧洲(EU 和 EFTA)2016 年-2019 年纯电动车各季度销售量 可以明显发现,欧洲地区新能源汽车的销售旺季集中在三四季度,而欧洲市场 的新冠疫情爆发于 3 月初,如果欧洲各国能够在 2-3 个月内将疫情基本控制, 预计新能源汽车销量能够在 3 季度开始恢复,即使存在由于宏观经济带来的一 定负面影响,有较高购买补贴政策的新能源汽车相比传统燃油车拥有更强的竞 争力。

而欧洲市场汽车在 2020 年 1-2 月的销量变化在一定程度上能够证明新能 源汽车在欧洲市场需求长期增长逻辑稳固。2020 年 1 月和 2 月欧洲市场乘用车 销量分别下滑了 7.5%和 7.4%,但新能源汽车(包含混合动力和纯电动汽车) 的销量分别同比增长了 121%和 111%,其中纯电动车销量分别增长 89%和 88%,达到了 38825 和 39330 辆。在乘用车销量下滑的情况下,新能源汽车销 量出现逆势增长显示了新能源汽车需求的高增长性。

此外,根据最新数据,欧洲部分国家汽车 3 月销量由于新冠等负面影响, 乘用车销量出现下滑,但新能源汽车销量表现出较为积极的信号,例如法国乘 用车销量下滑 72.2%,但新能源汽车在乘用车中的渗透率达到了 11.7%,法国 2020 年 Q1 新能源乘用车渗透率达到了 9.7%,同比 2019 年 1 季度的 2.6%, 上升近 4 倍,而挪威市场乘用车 3 月总销量同比下滑 32.3%,但由于新能源汽 车市场渗透率上升至 75%,新能源汽车销量仅下滑了 26.7%。新能源汽车在疫 情影响下仍较为积极的数据证明了欧洲市场新能源汽车长期增长的逻辑,同时 一旦疫情得到控制,汽车销量复苏过程中,新能源汽车相比传统燃油车拥有更 快和更大概率恢复的可能性。

因此,从政府政策的鼓励以及车企在新能源汽车尤其是纯电动车市场的布 局,在全球范围内,新能源汽车的需求在近几年都将处于快速增长的状态且持 续增长的确定性较强,而锂电铜箔作为纯电动车核心动力来源锂电池的重要原 材料,新能源汽车产量的迅速增长将带动锂电铜箔的需求迅速上升。

根据 IEA 预测,全球新能源汽车的销量将持续增长,以 2018 年为基准, 2020 年,2025 年,2030 年新能源汽车的销量(含纯电动侧及混合动力)将达 到 475 万辆,1238 万辆和 2253 万辆,而新能源汽车在全球汽车保有量占比在 2030 年占比将达到 30%,达到 13410 万辆。

新能源汽车行业的需求增长将带动锂电池行业景气度上升,从全球需求来看,锂电铜箔作为锂离子电池的核心 原材料市场需求量将保持持续增长趋势,预计需求量增速将达到10%以上。

根据嘉元科技招股书,2018 年全球锂电铜箔总产量为 14.6 万吨,在新能 源汽车销量的拉动下,2020 年锂电铜箔全球需求量将达到 18 万吨,2030 年将 达到 66 万吨,年复合增长率达到 14.27%,在新能源汽车需求持续增长的情况 下,作为锂电池关键原材料的锂电铜箔需求在未来 10 年内将持续增长。

行业产能结构性过剩,技术革新启动新一轮成长周期。

1、技术革新推动极薄铜箔将成为主流

铜箔根据厚度不同,可以分为极薄铜箔(≤6μm)、超薄铜箔(6-12μm)、薄铜 箔(12-18μm)、常规铜箔(18-90μm)和厚铜箔(>70μ m) ,其中锂电铜箔主流厚 度主要集中于 6μm-8μm。近年来,由于政府补贴退坡、提升新能源汽车性能和 增加续航里程等原因,锂电池生产厂商开始逐步采用轻更薄的锂电铜箔,从而 有效提升锂电池单体能量密度。

新能源汽车补贴退坡及政策规划推动锂电池单位能量密度提高。2019 年 3 月 27 日工信部等四部门发布《关于进一步完善新能源汽车推广应用财政补贴 政策的通知》,针对新能源汽车的补贴政策进行进一步修改,在本次修改中退坡 幅度明显,且能量密度等标准大幅提高,明确了“扶优扶强”的补贴政策以及 “稳步提高新能源汽车动力电池系统能量密度门槛要求,适度提高新能源汽车 整车能耗要求,提高纯电动乘用车续驶里程门槛要求。”的补贴政策趋势。

根据 2019 年 3 月新发布的新能源汽车补贴方案,可以明显发现 2019 年补 贴相比 2018 补贴下滑明显,同时能量密度及能耗优化标准大多上浮或降低补 贴系数,获得较高水平的补贴相比 2018 年更为困难。因此,对于新能源汽车 行业,提高电池单位能量密度,提高续航里程以尽可能在补贴总体下滑大环境 下获取相对较高补贴是维持自身竞争优势的有效方式。

此外,工信部、发改委、科技部在 2017 年联合发布的《汽车产业中长期 发展规划》, 其中明确了到 2020 年,动力电池单体能量密度达到 300Wh/kg 以 上,力争实现 350Wh/kg,到 2025 年,动力电池系统比能量达到 350Wh/kg 这一锂电池相关规划,参考《电动汽车观察家》整理的 2019 年 10 月国内生产的 新能源汽车动力电池单体能量密度,能量密度排名前十产品单体能量密度均值 约为 243.22Wh/kg,排名第一的产品单体能量密度为 257.39 Wh/kg,距离工 信部 300Wh/kg 的规划仍有一定距离。

根据近期路透社报道,特斯拉与宁德时代即将达成合作协议,特斯拉计划 向宁德时代采购“无钴电池”,应用于国产 Model 3 车型上,预计从 2020 年 7 月 1 日起正式为特斯拉供给动力电池。钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂和 镍钴锰三元材料等是目前已经市场化的锂电池正极材料。由于市场规模化生产 的电池技术路线主要集中于含“钴”的镍钴锰锂电池以及磷酸铁锂(LFP)电 池,因此,特斯拉和宁德时代的采购协议标的显著提高了磷酸铁锂电池的可能 性。相比三元锂电池,在特斯拉通过全国产化以进一步降低生产成本的规划下, 制造成本低是磷酸锂铁电池短期内无法被替代的优势。根据高工锂电数据,由 于磷酸锂铁电池不需要使用稀有金属钴,国内电池系统成本已经达到 0.6 元 /Wh,而三元锂电池的系统成本维持在 1 元/Wh,磷酸铁锂电池的成本优势明 显。此外,磷酸铁锂电池还拥有安全性高和循环寿命更长等优点。

但我们必须要指出的是,单体能量密度的提升是磷酸铁锂电池最迫切解决 的问题之一。多数汽车装载电池的能量密度可以达到 200Wh/kg 以上,预计将 有可能在短期内达到 300Wh/kg,而装载的磷酸铁锂电池能量密度通常较小, 大多数在 100~150Wh/kg。因而在同样的电池体积下三元锂电池新能源汽车电 池的单体能量密度大,续航能力更强。

考虑到磷酸铁锂电池单体能量密度较低的情况,以现有技术下电池厂商可 能采取两种解决方案,一是增加电池的体积利用率,通过减少电池包的构件增 加电芯数以增加电池系统能量密度,进一步增加续航能力,例如宁德时代最新 的 CTP 专利,将电芯放在整个 PACK 里面直接进行安装,通过套筒进行固定, 省掉所有不重要结构的连接来尽可能简化模组,通过减少电池包内的零部件以 提高电池包的体积利用率。另一种是降低电芯的单体质量,通过减轻电芯正负 极集流体、隔膜材料和电芯包装材料等电芯辅材的质量以增加电池的单体能量 密度,或者采取两种方案结合对电池性能进行优化。对于锂电铜箔,在这两种 改进方法下,第一种方法通过简化电池包结构以增加电池包的体积利用率(降 低电池包整体质量),厂商也能够通过使用更多的电芯进一步增加电池的续航 能力(维持原油电池包质量) ,而这一方式有望额外增加作为电芯辅材的锂电 铜箔的使用量,第二种方法则会促使电池制造厂商使用更薄更轻的锂电铜箔用 于降低电芯的单体能量密度。

更薄的锂电铜箔能有效增加锂电池单体能量密度和续航里程,6μm 和 5 μm 的极薄锂电铜箔能够提升 5.3%和 8.2%的质量能量密度。在保持电池容量 不变的情况下降低电池质量能增加单体能量密度,而使用锂电铜箔厚度越小, 意味着电池的重量将越轻,单体能量密度就更大。同时,更薄的锂电铜箔能够 让负极拥有更小的电阻,从而提升电池的性能,通常情况下,仅采用薄型化的 铜箔就可以在不改变其他电池条件的情况下直接提升 3%-5%的电池能量密度和 活性材料的用量空间,因此在电芯体积不变的条件下,更薄的铜箔能够增加更 多的新能源汽车的续航里程通过测算,在电池容量不变的情况下,将 8μm 的 锂电铜箔换为 6μm 和 5μm 的极薄铜箔能有效的降低锂电池的质量,因而分 别增加了 5.3%和 8.2%电池质量能量密度,如果采用 4.5μm 的铜箔,能量密 度有望额外增加 1%。因此,对于采用磷酸锂铁电池的新能源电池生产商对切 换使用极薄的铜箔更为迫切。

根据高工锂电资讯,目前宁德时代与比亚迪对 6μm 锂电铜箔已应用成熟 并快速切换(将设备转为使用 6μm 的锂电铜箔进行锂电池生产),其中宁德时 代的切换率已经超过 9 成。后续 3-10 位排名的动力电池企业也在加速 6μm锂 电铜箔的应用。因此,我们认为 6μm 锂电铜箔将成为新一代锂电池负极集流 体的主流厚度,而未来使用更加轻薄的锂电铜箔是大趋势。

2、结构性产能过剩严重,高端产能缺口释放企业业绩弹性

从 2016 年我国新能源汽车生产突破 50 万辆,达到 51.7 万辆,而2015 年 仅 34.05 万辆,同比增速达到 51.8%,市场对锂电铜箔的需求呈现大幅增长, 导致锂电铜箔产品供不应求,市场价格大幅提升,根据高工锂电及中国产业信 息数据,2016 年全年 8μm 铜箔价格调整了 3 次,锂电铜箔市场价格从 2016 年初的 3.6万元/吨上升至 4.5万元/吨,而加工成本维持在 2-2.5万元/吨的水平, 使得行业毛利水平迅速攀升。根据嘉元科技(新三板时期)2016 年年报, 2016 年企业营业收入和净利润分别增长了 316.46%和 206.75%,由于产销量 及铜箔加工费的大幅度增长推动企业当期业绩大幅上升。

由于锂电铜箔的量价齐升带来了未来长期增长的市场预期,大量标准铜箔 生产厂商纷纷转产锂电铜箔,而本身是锂电铜箔的厂商也开始投资扩张。大量 的转产和项目的投建推动国内锂电铜箔产能出现爆发式增长,2019 年中国锂电 铜箔产能达到 28.23 万吨,相比 2015 年增长 527%。

而锂电铜箔需求实际增速远低于产能增长速度,由于锂电铜箔生产企业通 常采取在实际生产中采取“以销定产”的生产模式,所以锂电铜箔的产量基本 反映的下游需求,2019 年中国市场的锂电铜箔产量预计为 11.61 万吨,相比 2015 年产量累计增长了 115%,但产量的增速远低于锂电铜箔产能 5 倍以上的 增长,导致了 2019 年实际产能利用率仅有 41.13%,因此锂电铜箔行业存在产 能过剩的情况。

但我们要指出的是,国内目前产能过剩属于“结构性产能过剩”,大多数锂 电铜箔产能集中于 8μm-12μm 中低端产能,而 6μm 及以下的高端锂电铜箔产 能十分有限,在锂电池生产厂商逐步切换使用 6μm 的趋势下,国内高端产能甚 至存在产能缺口。

国内动力锂电池市场较为集中,截至 2018 年 CR3 达到了 66.68%,按照 宁德时代 6μm 铜箔使用率达到 9 成计算,截至 2019 年,6μm 的锂电铜箔市 场渗透率达到 35%以上,目前比亚迪已经开始转用 6μm 锂电铜箔,且 3-10 位排名的动力电池企业也在加速 6μm 锂电铜箔的应用,预计 6μm 铜箔市场 渗透率在 2020 年将大幅增长,与此同时,新能源汽车销量的增长将带动需求 上升,6μm铜箔的需求量迅速增加确定性较强。

此外,相对于 8μm铜箔,6μm铜箔拥有较高的进入壁垒,一方面由于技 术限制目前国内能够批量化生产的企业有限,主要集中于诺德股份、嘉元科技、 灵宝华鑫、华威铜箔及超华科技等行业龙头企业,另一方面,极薄锂电铜箔的 投产周期较长,限制投产周期的重要原因是极薄铜箔的核心生产器械主要采用 新日铁生产的高端阴极辊,而这一市场基本为寡头市场,全球主要产能集中于 新日铁,但新日铁产能有限且短期内无扩产计划,通常需要 2-3 年的交货周期, 因此,极薄锂电铜箔产能无法在短期内迅速扩张。

3、产能缺口推动价格上升,释放企业业绩弹性

现有企业新增产能有限且无法在短期内迅速扩张产量,6μm 及以下锂电 铜箔在存在产量缺口的情况下,产品价格有望进一步上升,增厚相关企业业绩。

锂电池生产技术改革导致 6μm 及以下锂电铜箔面临产量结构性不足与 2016 年锂电铜箔供不应求局面相似,当期企业业绩变化有良好的参考价值。从 2016 年起,国内新能源汽车生产突破 50 万辆,达到 51.7 万辆,市场对于锂电 铜箔的需求出现爆炸式的增长,但当期国内铜箔产能主要集中于传统的标准铜 箔,锂电铜箔产品供不应求,市场价格大幅上升,价格的增长以及产品的紧缺 使得锂电铜箔生产企业当期业绩大幅增加。

首先,2016-2017 年锂电铜箔持续维持供不应求的状态,产品价格从 2016 年 9 月的 71.6 元/kg 起持续上涨,在2017 年 9 月达到 96.5 元/kg,价格上涨达 到 34.8%,直到 2018 年中部分锂电铜箔新建项目产能释放,铜箔价格才降至 91.5 元/kg,仅下滑 5.2%,2019 年至今,产品价格保持在 89.5 元/kg。因此, 产品的价格受供需格局变化影响较大,当产品供不应求时,生产企业具有较强 的提价能力。

以诺德股份和嘉元科技业绩变化为例,两家企业 2016 年毛利水平大幅上 升。2016 年诺德股份毛利率达到 25.42%,相比 2015 年增长了 13.2%,其中 2016 年和 2015 年营业成本基本持平,但当期营业收入增长 16%。根据诺德股 份年报,2016 年公司转让了电线电缆及附件产品和电池材料产品,对企业主营 业务收入造成一定的负面影响。2016 年公司铜箔业务的营收同比 2015 年增长 了 20.26%,产品销售单价上升 3.04%,销售量增长 16.71%,铜箔产品的短缺 推动诺德股份铜箔销售量价齐升,推动企业业绩迅速增长。这一波动趋势同样 表现在嘉元科技业绩变化中,2016 年嘉元科技毛利率达到 27.45%,相比 2015 年上升了 9.68 个百分点,其中营业收入增长 26.2%,营业成本仅增长 11%,当期产能利用率达到 127.40%。

因此,在 2016 年行业产品供不应求时,业内企业营收及毛利率水平均有 较大的增长,两家企业主营业务收入均出现了 15%以上的增长,在这一参考下, 当极薄锂电铜箔再次出现产能缺口的情况下,考虑到诺德股份及嘉元在 2020 年均有产能投产,龙头企业锂电铜箔业务在疫情过后有望量价齐升,再次释放 业绩弹性。

行业背景

1、铜箔为锂电池负极核心材料

最简单的锂离子电池由正集、负极、隔膜、电解液和正负集流体组成。电 池正极由正极活性物质(嵌锂过度金属氧化物,如 LiCoO2、LiMn2O4、LiVO2 及 LiNiO2 等)和少量的乙炔黑导电剂和有机粘合剂均匀混合后,涂覆于铝箔集流体上,电池的负极活性物质由大量的碳材料及少量的乙炔黑导电剂和有机粘 合剂均匀混合后,涂覆于铜箔集流体上。最早锂电池是由日本索尼公司在 1900 年发明的,索尼采用了以含锂的化合物作为正极,以炭材料为负极的电池,在 充放电的过程中,没有金属锂存在,只有锂离子的存在。

金属箔(铜箔、铝箔)是锂离子电池的主要材料,其作用是将电池活性物 质产生的电流汇集起来,以便形成较大的电流输出,因此,集流体需要在和活 性物质充分接触的同时但内阻需要尽可能地小。而铜箔由于导电性强、质地柔 软、制造工艺成熟,性价比高,价格相对低等特点,成为了锂电子电池负极集 流体的首选。

而铜箔根据生产工艺不同,可以分为压延铜箔和电解铜箔两大类,在锂电 池发展初期,用作于负极电流集流体的同比多位压延铜箔,由于压延铜箔的生 产成本高,且主要采用物理手段制造,存在一定的工序长、成本高、一致性差 等缺陷,同时也由于涂有活性物质的负极压延铜箔在制造工序中的操作性较差, 容易产生皱纹甚至断裂,因此目前中国市场主要采用电解法生产铜箔。

铜箔是锂离子电池负极集流体的核心材料,而锂电池的生产工艺、成本和 最终产品的性能都和铜箔的抗拉强度、伸长率、表面粗燥度、厚度均匀性及外 观质量等因素有着密切的关系。通常情况下,在混合动力和纯电动汽车中,纯 电动汽车配备更多的电池单元,仅采用铜箔的重量就可以达到 10Kg 以上,因 此,减轻电池上铜箔的质量一方面能有效的减少使用铜箔的原材料成本,另一 方面,在电池容量不变的情况下,使用更轻的铜箔能有效减少单体电池质量从 而提高电池的能量密度。目前市场降低铜箔质量的主流方式为减小铜箔的厚度, 因此随着电动汽车对于续航能力、电池能力密度需求的提高,铜箔的轻薄化将 成为主要发展趋势。

(参考资料:中国有色金属学报《铜箔在锂离子二次电池中的应用与发展》, 稀有金属《铜箔在锂离子电池中的应用与发展现状)

2、磷酸铁锂电池在乘用车市场应用有望提升

在新能源汽车市场,三元锂电池大多使用于高端的乘用车市场,而磷酸铁 锂电池大多运用于城市客运大巴及专用车市场,在政府的高补贴政策聚焦于续 航能力、能量密度等因素时,三元锂电池由于能量密度大,质量轻,速度更快 作为了乘用车的主流选择。政府对于新能源汽车补贴大幅退坡且补贴预计在 2021 年-2022 年将全面退出,新能源汽车制造厂商逐步将汽车的设计重心转为 降低制造成本、提高续航里程和电池安全以保证品牌本身的竞争力。在这一情 况下,磷酸铁锂电池在新能源乘用车上的使用有望进一步提升。

根据工信部 2020 年公布最新的第一批与第二批《新能源汽车推广应用推 荐车型目录》,磷酸铁锂电池在乘用车市场的占比有一定提升。以 2019 年第四 批目录为参考,共有 45 种新推出的纯电动汽车,其中 82%的纯电动车采用三 元锂电池,13%为磷酸铁锂电池,而所有混合动力车均采用三元锂电池作为动 力电池。2020 年第一、二批推荐目录中,共有 58 种新推出的纯电动车,有 13 种车型采用了磷酸铁锂电池,占比上升至 22.4%,根据 2020 年新推出的纯电 动车车型目录,使用磷酸锂铁电池的纯电动乘用汽车占比上升。

此外,比亚迪最新的核心专利“刀片电池”出现将进一步推动磷酸铁锂电 池在纯电动乘用车中的运用。如“刀片电池”电芯结构图所示,“刀片电池”是 通过把电芯宽度无限拉长,厚度做薄,做成 900mm 甚至快 1m 的超长电芯。与传统方形电池相比,呈现“扁平”和“长条”形状,如同“刀片”状。

通常而言传统上的电池包需要层层集成——电芯 cell-模组 module-电池包 pack 三级,而 “刀片电池“采用类似无模组结构电池包,如下右图电池包的 结构示意图所示,电池包由多个单体电池沿动力电池包的长度 A 方向直接排列, 比亚迪减少了电池包中横梁或纵梁的使用,甚至可以不使用横梁或纵梁,通过 简化了模组的结构从而提高了电池包的空间利用率,进而提高整个电池包的容 量、电压以及续航能力;此外,通过电芯本身也可以提高电池包整体的刚度。根据高工锂电资讯,比亚迪的“刀片电池”能够明显的提升体积能量密度,较 原有电池系统可提升 30%以上,并且可以节省物料、人工费用等,成本有望降 低 30%。

但是这一电池包采用大模组及大电芯计划,对于电池本身的安全性要求较 高,由于磷酸铁锂技术的安全性能非常突出,失控温度通常在 500 摄氏度以上,同时具有较高的整体刚性,抗变形、耐挤压和穿刺的能力,运用于电池组内部 短路的几率接近于零,所以目前比亚迪的“刀片电池”技术主要作用于磷酸铁 锂电池体系,在三元电池系统的使用仍需要时间验证。

在工信部 2020 年第二批新车推广目录中,比亚迪已经推出装载了“刀片” 磷酸铁锂电池的纯电动车,虽然电池的系统能量密度小于三元锂电池,仅为 140Wh/kg,但这一车型的续驶里程最高达到了 605Km,续航能力与系统能量 密度为 180Wh/kg 的荣威三元锂电池纯电动轿车相似,因此,在比亚迪新的电 芯、电池包技术下,磷酸铁锂电池的续航能力又了明显的提升,基本可以做到 和三元锂电池持平。

在新能源汽车市场中,特斯拉开始转用无”钴”电池,比亚迪磷酸铁锂“刀 片”电池续航能力和三元电池不相上下,在政府对于新能源汽车补贴大幅降低 的情况下,预计更多的新能源汽车生产企业将汽车电池的设计目标从满足补贴 标准逐步转化为降本增效及提高新能源汽车的安全性,由于磷酸铁锂电池优势 明显,因此预计磷酸锂铁电池在乘用车市场的应用在未来可能增长。

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(报告来源:国金证券)

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