锂电池产业专题报告解锁新能源汽车锂电池主题的投资密码

锂电池产业专题报告：解锁新能源汽车锂电池主题的投资密码一、新能源汽车电池相关主题投资价值1.1、全球碳中和背景下，新能源车行业迎发展机遇2016年全球178个国家缔结气候变化协定《巴黎协定》，对2020年以后减排目标与行动作出统一规划，该协定长期目标为将全球平均气温较工业化时期上升幅度控制在2摄氏度内，并尽力控制在1.5摄氏度以内。此后中、美、欧陆续发布碳中和目标，其中美、欧将碳中和时间点定为2050年，中国提出到2030年碳排放达到峰值，2060年实现碳中和的目标。以我国为例，我国将碳中和目标进一步细化，提出十四五期间单位国内生产总值能源消耗和二氧化碳排放分别降低13.5%、18%，到2030年，单位国内生产总值能耗大幅下降，单位国内生产总值对应的二氧化碳排放比2005年下降65%以上，非化石能源消费比重达到25%左右。根据自然资源保护协会，2017年交通运输占中国石油消费的57.7%，减少交通运输油耗量成为控制化石能源消耗的重中之重。在全球碳中和的大背景下汽车电动化成为了节能减排的必选项，新能源汽车行业迎来发展机遇。1.2、新能源汽车市场由政策驱动转向市场驱动历经十余年发展，中国新能源汽车从政策驱动转向市场驱动。2012年以前新能源汽车年产量尚未突破1.5万台，行业处于发展初期。2013年-2015年，我国加大对新能源汽车扶持力度，进一步增加新能源汽车试点城市，这一时期新能源汽车产销量年复合增速分别达314.9%与333.2%。2016年财政部曝光骗补事件，行业整顿开始，中央调整了补贴政策，新设补贴上限并将事前拨款变为事后清算。2017年开始新能源汽车进入新的发展阶段。这一时期补贴政策逐年退坡，后补贴时代双积分政策接力，续航里程长的新能车所获积分高，多余正积分可通过交易转让。2021年中国新能源汽车产量同比增长169.7%，销量同比增长165.1%，进入市场驱动的新阶段。根据我国节能与新能源汽车技术路线图规划，2025年、2030年、2035年新能源汽车占总销量的比重分别为20%、40%、50%。相较之下，2021年新能源汽车销量350.72万台，占汽车总销量的13.4%，未来新能源汽车仍有广阔的成长空间。1.3、动力电池产业有望进入Twh时代下游需求带动动力电池行业景气度提升。根据工信部统计数据，纯电动车成本主要源自电池、电机与电控三电系统，电池驱动系统占新能源汽车成本的30%-45%，而动力锂电池又占电池驱动系统成本的75%-85%。下游新能源汽车需求带动动力电池的需求增加，2021年全球动力电池装机296.8Gwh，同比增长117.8%，2017-2021年CAGR达到44.4%。我们预计2022-2026年CAGR将达30.1%，到2025年全球动力电池将进入Twh时代。动力电池市场集中度较高，国内厂商份额有所提升。动力电池头部厂商占据垄断地位，2020年全球动力电池市场Top5市场份额合计81.3%，2021年提升至81.8%，头部厂商凭借在技术工艺以及客户资源上的优势不断加深企业护城河。国内新能源汽车产业链完备，厂商凭借工程师红利持续扩大市场份额，2021年全球动力电池装机量前十中有六位是中国企业，合计占比48.0%，其中宁德时代、比亚迪、中航锂电占据国内动力电池市场前三，全球市场份额分别同比提升6.1、1.6、0.1pct。动力电池企业持续进行技术创新。动力电池除了材料体系的迭代，在物理结构体系上也有升级。电池厂商持续推出新型电池包技术，例如宁德时代率先采用CTP技术的无模组电池包，将电池包零部件数量减少40%，体积利用率提高15%-20%；比亚迪推出阵列式排布的刀片电池，能量密度最高可达180Wh/kg，提升了约9%；国轩高科提出将卷芯放在模组中实现一次制作的JTM技术，可将单体到模组成组效率提高至90%以上，将系统能量密度提升至180Wh/kg。此后中创新航、蜂巢能源也推出One-Stop-Battery、短刀片等技术，通过简化电池结构，提高动力电池空间利用率从而提升能量密度。上游有色金属价格上涨，动力电池成本增加。锂电池产业上游有色金属包括镍矿、钴矿、锂矿、锰矿等，2020年7月至2021年年底，上述四种原材料价格出现不同幅度的上涨，碳酸锂、硫酸钴、硫酸镍、硫酸锰的单吨售价分别上涨587.5%、123.0%、53.8%、78.6%。我们预计2021年1-12月动力电池上涨成本中60%左右均来自于正极材料价格的上涨，同时预计2022年原材料价格总体维持高位，动力电池成本也将维持高位。随着上游原材料供给的逐步释放，预计2023年原材料成本会有所下滑，长期来看动力电池成本下行仍是趋势。动力电池承担部分原材料上涨压力，盈利能力短期下降。锂电池材料扩产周期平均在1-2年，上游锂矿扩产周期在3-5年，加之此前锂盐价格下行，锂矿产能利用率低，部分矿山出现停工或破产，澳洲锂矿巨头Altura就于2020年10月进入破产程序。供需错配导致锂资源出现短缺，2020Q3至今碳酸锂与氢氧化锂价格已翻接近8倍。原材料涨价背景下动力电池厂商消化了部分涨价压力，产业链议价能力相对较差的二线厂商毛利率出现了不同程度的下滑。伴随锂矿产能的逐步释放，未来原材料价格有望逐步回落，动力电池企业盈利能力有望获得修复。动力电池产业链覆盖上游资源到下游整车企业。动力电池上游包括锂矿、镍矿、钴矿等金属矿和铁矿、石墨矿、磷矿等非金属矿产。中游正极、负极、隔膜、电解液和结构件共同构成动力电池的主要部分，再由动力电池与电机、电控以及热管理系统共同组装成下游整车。1.4、需求高增下，锂电四大主材有望维持高景气1.4.1正极材料：三元与磷酸铁锂有望长期共存伴随电池材料技术、电池包技术跟进，预计未来三元电池能量密度仍具备优势。电池材料方面，高镍技术通过提高镍元素占比提升材料比容量，从而提高电池能量密度，未来4680电池放量也会驱动三元向高镍路线发展。电池包技术方面，CTP技术应用于三元电池也将大幅提升三元电池能量密度，宁德时代发布的CTP3.0技术可将三元电池系统能量密度提升至250Wh/kg。目前搭载三元锂电池的广汽AionSPlus电池能量密度可达170Wh/kg，搭载刀片磷酸铁锂电池的比亚迪汉EV能量密度为140Wh/kg，相对于三元电池能量密度偏低。磷酸铁锂相比三元中低镍电池的性价比优势明显。高镍正极材料虽然通过减少钴含量降低原材料成本，但其对制备工艺、设备与生产环境要求高，综合来看成本仍高于中低镍三元材料，高镍三元材料占比较高的正极材料公司单吨成本高于其他正极企业。2021年纯电动市场销量重心仍位于15万元以下区间，中低端车型市场占比超50%。中低端车型对成本提升更敏感，磷酸铁锂天然具备原材料易得、制备简单的优势，短期内在中低端市场竞争优势仍无法替代。磷酸铁锂电池渗透率快速提升。磷酸铁锂渗透率持续回升，2020Q3磷酸铁锂装机比例为33.6%，2021Q4这一比例已达到56.1%。从新能源汽车推广应用推荐车型目录来看，2021年发布的1-4批车型目录共有169款乘用车入选，其中搭载磷酸铁锂的车型占比达40.24%。铁锂电池渗透率提升的主要原因其一是补贴政策退坡使得磷酸铁锂成本优势更加明显，其二是磷酸铁锂电池较早应用CTP、刀片、JTM等电池包集成技术，缩小与三元中低镍电池能量密度差距，磷酸铁锂系列热门车型与电化学储能也推动了磷酸铁锂正极材料渗透率的提升。三元正极材料高镍化趋势明显。镍是正极材料中的活性物质，提高镍含量有助于提升正极材料能量密度，同时由于钴价不稳定，提高镍含量可降低钴含量从而达到降低原材料成本的目的。2018年来高镍正极材料占比持续攀升，NCM8系及NCA产量占三元正极材料总产量的比例由2018年的7.7%增长至2021年的38.3%。除主流三元、磷酸铁锂电池外，钠电池具备循环性能好、成本低的优势，磷酸锰铁锂能量密度优势明显，长期来看此类新型电池技术正形成对主流锂电体系的补充。钠离子具备低成本优势，可部分替代磷酸铁锂。钠原子半径比锂大29pm，相对原子质量为23g/mol，大于锂的6.9g/mol，标准电位比锂小0.34v，在能量密度上很难与锂达到同等性能。但其安全性较高，循环寿命、自放电率与锂离子相差不大，适用于对成本敏感、对能量密度要求不高的储能场景。从储量看，Li地表含量0.0065%，Na为2.75%，钠资源丰度高，可保障资源供应。磷酸锰铁锂是主要技术发展方向之一。磷酸锰铁锂是磷酸铁锂与磷酸锰锂的固溶体，具有橄榄石架构，保留磷酸铁锂优良安全性与稳定性能，同时通过提高电压提升能量密度，能量密度高于磷酸铁锂。但磷酸锰铁锂电导率较差，在充放电时容量有所损失，且Mn元素具备John-Teller效应，放电比容量较低并且衰减迅速，降低了循环性能，也提高了正极厂商的加工难度。此外，磷酸锰铁锂具有双充放电平台，可能带来功率突降的问题。1.4.2负极材料：人造石墨占主导，硅碳负极有望成为下一代主流方向锂电四大材料中负极约占电池成本的7%。负极材料可分为碳材料与非碳材料两大类，碳材料包括人造石墨、天然石墨、软碳、硬碳等，非碳材料包括硅基材料、锡基材料、钛酸锂、锂金属等。石墨由于具备电导率高、高比容量、结构稳定、成本较低等优点应用广泛，其中人造石墨具备更好的一致性与循环性，在动力与储能市场的带动下，2021H1人造石墨占比达到85%。人造石墨原材料与石墨化加工费是成本的主要来源。以璞泰来为例，其2020年直接材料与加工费占负极材料总成本的39.6%与51.2%，焦类原材料价格波动与石墨化加工费成为影响企业盈利能力的关键。石墨化属于高耗能行业，2021年以来能耗双控政策限制高耗企业开工，石墨化产能供给紧张导致下游负极材料价格出现上涨。硅基负极是下一代负极材料的重要方向之一。硅负极的理论比容量高达4200mAh/g，约是石墨类负极的10倍，且硅材料储量丰富，对环境友好。目前国内负极材料厂商在积极推进硅碳负极产业化进程。2014年贝特瑞研发的硅碳负极通过三星的认证，率先达到产业化标准，2017年江西紫宸投资50亿元建设隔膜与负极材料项目，其中包括与中科院物理所合作量产的新型硅碳复合负极材料。1.4.3电解液：供需紧张有望缓解，新型锂盐是未来趋势电解液是锂电池四大关键材料之一，在电池中正负极之间起到传导电子的用途，电解液一般由高纯度有机溶剂、电解质锂盐、必要的添加剂等原料配制而成，对锂电池能量密度、循环寿命、安全性能等方面的性能都起重要作用。本轮电解液供给紧张主要受到电解液溶质六氟磷酸锂的限制，2017Q3以来随着环保监管持续深入，高危化学品制剂行业落后产能逐步淘汰，而2020年下半年开始下游需求快速增长，供需不平衡下六氟磷酸锂价格出现大幅提升。2020年8