電池知識

鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源

電動車用鐵鋰電池意味著什么？

2021-04-26 ryder

我們認為磷酸鐵鋰產業鏈底部已過、2020年有望迎來分明改善。電池環節有望筆直受益于鐵鋰電池帶來的成本下降與競爭力提升；正極環節需求彈性顯著，龍頭公司優點凸顯；碳酸鋰環節需求邊際向好。

鐵鋰可帶來多少成本下降？

鐵鋰價格與成本當前顯著低于三元電池

►價格：鐵鋰低于三元15%以上。依據GGII數據，至4Q19，三元與鐵鋰PACK的不含稅價格為0.83、0.75元/Wh，而至2M20，依據CIAPS數據，三元與鐵鋰PACK的不含稅價格已下降至0.77、0.64元/Wh，而三元與鐵鋰電芯的價格已下降至0.64、0.51元/Wh。鐵鋰當前單位價格低于三元15%以上。

►成本：我們測算鐵鋰低于三元20%以上。依據我們對寧德時代成本的測算，材料價格導致的正極成本下降與更簡單的熱管理、BMS導致的PACK環節成本的下降使得寧德時代當前三元成本較鐵鋰低20%以上。

圖表: 鐵鋰價格當前低于三元15%以上

資料來源：GGII，CIAPS，中金公司研究部

圖表: 我們測算認為鐵鋰成本較三元低20%以上

資料來源：GGII，CIAPS，中金公司研究部

鐵鋰性能適用于什么車型？

關于鐵鋰電池在乘用車的使用，核心問題在于性能是不是滿足現有市場要求？

►優點：鐵鋰電池具備低成本、高循環壽命、高安全性的優勢。

►劣勢：鐵鋰電池在體積能量密度、質量能量密度、低溫性能、倍率性能上，較三元電池性能位于劣勢。特別是在能量密度方面，是制約鐵鋰電池在乘用車使用的緊要原由。

市場要什么樣性能的電池？

►從能量密度與里程兩個維度看，我們認為終端需求成本能量密度高于140Wh/kg，同時續航里程短時間來看350km以上，中長期來看400-600km的車型會是市場主導。

►從電池配套角度，能量密度方面我們認為400km及以下的中低里程車型適配于140-150Wh/kg能量密度鋰電，而500km以上車型更適配于160Wh/kg以上能量密度鋰電。快充、低溫性能我們認為更多要對使用場景與區域進行進一步細分定位。

圖表: 純電乘用車當前均勻能量密度高于145Wh/kg

資料來源：寧德時代通告，CIAPS，GGII，中金公司研究部

圖表: 純電乘用車均勻續航在300-400km

資料來源：萬得資訊，中金公司研究部

龍頭公司具備將鐵鋰電池批量使用于400km車型的能力，但要結合CTP技術。

►寧德時代可通過CTP，實現乘用車140-150Wh/kg鐵鋰成組能量密度，并降低體積能量密度差的影響。從下表可以看到，寧德時代在客車中已實現91%的成組率，達到最高161Wh/kg的成組能量密度，單體層面則已達到178Wh/kg。寧德時代使用于乘用車最大的單體電芯容量228Ah，我們以寧德時代同級別231Ah鐵鋰電芯為基準，當成組率在80-85%級別時，成組能量密度可達140-150Wh/kg。考慮到乘用車帶電量小于客車，且空間較客車也更小，因此90%以上成組率較難。參考國軒當前80%左右成組率，我們認為85%的成組率在寧德時代CTP技術使用下可達到，對應寧德時代有望實今朝乘用車150Wh/kg的鐵鋰成組能量密度。

►考慮到CTP對電芯的更高要求，我們認為有能力在頭部車企批量供應鐵鋰電芯的鋰電公司并不多。CTP由于進一步省去模組，因此PACK層面筆直監控單體電芯，若電池PACK出現局部故障，則不能如以往替換模組，而要筆直替換完整的PACK。因此CTP使用下，關于批量電芯的一致性、安全性、穩定性較非CTP下的PACK，要求更嚴苛。

圖表: 我們認為寧德時代有能力在乘用車上利用鐵鋰電池達到140-150Wh/kg的成組能量密度

資料來源：CIAPS，GGII，松下財報，特斯拉財報，中金公司研究部

比亞迪與寧德時代均推進CTP使用，但技術路線有所不同。

►比亞迪通過刀片電池，首次實現鐵鋰電芯下乘用車里程超600km。比亞迪刀片電池技術是通過電芯與模組層面共同的創新以實現，在電芯層面通過多軟包小電芯的內串聯實現長條型類電芯，并將長條型刀片電芯密集組合為PACK，大幅提升體積能量密度，質量能量密度方面也受中間結構件減少有所提升，實現140Wh/kg成組能量密度與605km NEDC續航。

►寧德時代是基于現有大電芯產品，通過去少模組或去模組化，來實現CTP。寧德時代在電芯層面沿用現有的方形產品，在模組層面通過正向的設計以實現減少模組，以降低中間結構件耗材，提升體積與質量能量密度。

►寧德時代CTP更易推廣商業化，同時我們認為當前NCM811的CTP依舊有難度。寧德時代由于未使用新電芯，創新緊要是在PACK設計層面，對現有的產量可充足利用，更易于商業化。同時，考慮到NCM811單體安全性較523有所減弱，我們認為模組層面的設計依舊要，來強化NCM811 PACK的安全性。

圖表: 寧德時代CTP的路徑是大電芯下的去模組化

資料來源：寧德時代，中金公司研究部

圖表: 比亞迪CTP路徑為刀片電芯筆直成組

資料來源：比亞迪專利說明書，中金公司研究部

鐵鋰需求彈性幾何？

2014-19年間磷酸鐵鋰份額由82%下降至32%。2019年，我國動力鋰離子電池裝機量62GWh、同比上升9%。其中三元電池裝機量38GWh、同比上升24%，份額占比提升近8ppt至62%；而磷酸鐵鋰電池裝機量20GWh、同比下降8%，其份額約32%、相比2018年下降約6ppt，相比2014年下降近50ppt。

圖表: 我國分類型動力鋰離子電池裝機量

資料來源：GGII，Marklines，中金公司研究部

圖表: 我國分類型動力鋰離子電池裝機市占率

資料來源：GGII，Marklines，中金公司研究部

目前磷酸鐵鋰廣泛使用于商用車，而純電乘用車中裝機占比僅4%。據我們統計與測算，2019年純電乘用車、純電客車、純電專用車、插電混乘用車、插電混客車中，鐵鋰電池占比分別4%、96%、80%、0%、20%。其中，磷酸鐵鋰在純電乘用車中的裝機占比自2014年以來下降51ppt，在插電混乘用車中的裝機占比自2014年的95%以來繼續下降驅零，而在客車、專用車中保持著較高水平。

圖表: 2019年我國動力鋰離子電池裝機拆分（分車型）

資料來源：GGII，Marklines，中金公司研究部

圖表: 2019年我國各車型的磷酸鐵鋰電池裝機占比

資料來源：GGII，Marklines，中金公司研究部

我們預計磷酸鐵鋰產業鏈拐點已至，對應正極環節彈性顯著，碳酸鋰供大于求格局邊際改善。

►磷酸鐵鋰正極：我們測算2020年，純電乘用車中磷酸鐵鋰電池裝機占比每提升1ppt、將帶來2.5-3%的磷酸鐵鋰正極需求彈性。我們預計2020年我國新能源汽車銷量約156萬輛、對應同比上升34%，動力鋰離子電池裝機量約82GWh、對應同比上升31%。而其中，我們認為2020年磷酸鐵鋰緊要彈性在于純電乘用車，因此我們假設2020年，純電乘用車中磷酸鐵鋰電池裝機占比分別提升至5%、10%、15%、20%四種情景，對應2020年我國磷酸鐵鋰動力鋰離子電池總裝機量分別22、25、28、31GWh，分別對應11%、25%、40%、54%的同比增速。

圖表: 2020年磷酸鐵鋰動力鋰離子電池預測

資料來源：GGII，Marklines，中金公司研究部

►碳酸鋰：磷酸鐵鋰動力鋰離子電池占總需求比例有限，我們預計將邊際改善需求、但不會影響實質性的供需格局。據安泰科數據及我們統計預測，2019年，全球碳酸鋰需求中，動力鋰離子電池占比約38%、而其中磷酸鐵鋰占比僅約26%，對應磷酸鐵鋰動力鋰離子電池占碳酸鋰總需求約10%。而據中金有色組預計，2019-20年全球碳酸鋰需求量分別約29.7/35.0萬噸，而供給-需求量分別約11.6/8.3萬噸，因此，磷酸鐵鋰動力鋰離子電池的需求回暖將改善碳酸鋰邊際需求，但是無法改變2020年供大于求的格局。整體上看，我們認為鋰總需求在將來3年有望實現20%左右的復合上升，供給端的過剩或將在2020~2021年逐漸消化，碳酸鋰價格有望自2020年底開始逐步回升，氫氧化鋰由于供需格局良好，價格上行動能更強。

圖表: 2019年全球碳酸鋰需求拆分、及其中新能源汽車需求分材料拆分

資料來源：安泰科，GGII，Marklines，中金公司研究部

正極環節公司格局怎么看？

截至2019年底，磷酸鐵鋰正極需求及價格已跌至谷底。2017年初至2019年底，磷酸鐵鋰正極均價由10.5萬元/噸斷崖式下降至4.1萬元/噸。

目前產業鏈尾部已經基本出清，格局明晰，龍頭具備高產量利用率、及進一步擴產量力。我國磷酸鐵鋰正極產業鏈在過去經歷了“需求上升之下大規模投產——產量嚴重過剩——價格及公司盈利大幅下降——尾部出清、龍頭聚集度提升”的階段，目前格局已經趨于穩定。龍頭公司產量、擴產計劃、產量利用率全面領先。

圖表: 磷酸鐵鋰正極產量及增速

資料來源：CIAPS，中金公司研究部

圖表: 磷酸鐵鋰正極均價

資料來源：CIAPS，中金公司研究部

圖表: 2019年磷酸鐵鋰正極公司市占率

資料來源：CIAPS，中金公司研究部

圖表: 鐵鋰正極緊要公司的產量及計劃、產量利用率