云悦先进制造研究(六):产能进入超级过剩时代,动力电池瞄准出海和创新 —— 万字长文

云悦资本722·2024年04月01日 17:17
产能进入超级过剩时代,相关企业迎来淘汰赛,出海、技术创新将成为未来方向。

云悦观点1:动力电池行业增速将持续下台阶,未来三年或实现10%-30%的中高速增长。

云悦观点2:产能进入超级过剩时代,相关企业迎来淘汰赛,出海、技术创新将成为未来方向。

云悦观点3:关注全固态电池、钠离子电池、复合集流体等技术创新带来的0-1的新机会。

一、概览

1.1、总体情况

动力电池作为新能源汽车最核心的零部件,跟随着过去四年新能源汽车的高速增长持续“狂飙”。根据中国汽车工业协会相关统计数据,2023年汽车产销双双突破3000万辆。2023年我国新能源汽车产销分别完成958.7万辆和949.5万辆,同比增长35.8%、37.9%,年度市场占有率达到31.6%,相较上年同期增长了5.9个百分点。2023年纯电动车、插电混动车零售销量分别实现515万辆、259万辆,同比分别增长21%、83%,两类车型规模均逐步扩大。从国际市场地位看,我国新能源汽车的产销量占全球比重超过60%,已连续9年稳定世界首位。

来源:中国汽车工业协会

动力电池方面,中国汽车动力电池产业创新联盟统计数据显示,2022年国内动力电池装车总量达到294.6GWh,同比增长90.7%。除了装车量的大幅增长,2022年我国动力电池产销量也成倍数增长。2022年我国动力电池累计产量545.9GWh,累计同比增长148.5%。动力电池累计销量达465.5GWh,累计同比增长150.3%。从不同电池技术路线来看,2022年磷酸铁锂电池开始占据市场主要份额,并进一步拉开与三元锂电池的差距。装车量上,三元电池累计装车量110.4GWh,占总装车量37.5%,累计同比增长48.6%;磷酸铁锂电池累计装车量183.8GWh,占总装车量62.4%,累计同比增长130.2%。2022年12月,磷酸铁锂电池的国内市场份额再创单月历史新高,装车量24.7GWh,市占率达68.3%。

同时,中国新型储能市场正在快速增长,据中关村储能联盟统计,2022年,中国新型储能新增装机创历史新高,达7.3GW/15.9GWh,功率规模同比增长200%,能量规模同比增长280%。2023年以来,新型储能延续去年快速增长的势头,一季度投运新型储能2.9GW/6.0GWh,已接近2022年全年的一半。

2023年,我国动力和其他电池合计累计产量为778.1GWh,累计同比增长42.5%。我国动力和其他电池合计累计销量为729.7GWh。其中,动力电池累计销量为616.3GWh,占比84.5%,累计同比增长32.4%;其他电池累计销量为113.4GWh,占比15.5%。2023年,我国动力和其他电池合计累计出口达152.6GWh,占前12月累计销量20.9%。其中,动力电池累计出口127.4GWh,占比83.5%,累计同比增长87.1%;其他电池累计出口25.2GWh,占比16.5%。

过去四年,整个动力电池产业链展现出欣欣向荣的发展气象,新能源汽车也实现了从最开始的政策驱动发展到现在的市场驱动发展的转变。同时值得注意的是,随着2023年新能源汽车补贴政策的退出,宏观居民消费仍旧动力不足,以及特斯拉在开年打响的价格内卷第一枪,二级市场动力电池板块股价持续下跌,动力电池产能过剩的声音不绝于耳。

云悦资本持续关注新能源的投资机会,2022年我们曾发布新能源系列研究,其中包括“云悦资本新能源&智能汽车系列研究(一):万亿宁王引爆动力电池黄金赛道,一级市场何处掘金?”,相较而言,本文不再对产业链环节进行详细介绍和科普,而会重点分析动力电池行业的发展现状、趋势和产业链上的一级市场投资机会。

1.2、行业全景图

来源:云悦资本

作为新能源汽车核心的动力系统,就电池包的成本构成来看,材料成本占大头,其次是制造成本。但是,2023年以来,以碳酸锂、石墨负极、电解液为代表的材料价格急速回落,材料端已阶段性完成降本任务。

二、行业分析

2.1、产业规模:2022年全球动力电池出货680GWh,TWh时代近在咫尺

2022-2025年全球锂电池出货量及预测(GWh)

来源:高工锂电

根据高工锂电相关统计数据,2022年全球动力电池出货680GWh,同比增长超80%,占锂电池比例为75%,预计到2025年全球锂电池市场出货量将接近2400GWh,其中动力电池出货超1700GWh,动力电池市场占比仍超70%,为锂电池市场增长的第一驱动力。

2.2、产业价值链:利润将向研发实力强的环节以及头部整车品牌转移

从毛利率角度看,隔膜、电解液、锂电设备等环节毛利率较高,毛利率水平在30-45%之间。相较而言,动力电池毛利率仅有22%,且近三年来表现出持续下降的趋势。整车环节毛利率水平最低,近7.5%,比亚迪等行业头部玩家凭借品牌优势以及产业链一体化优势可以实现16%的毛利率。

从净利润角度看,动力电池环节尽管毛利率相对较低,但是由于价值量大,行业头部玩家仍旧获得了产业链的较高份额的净利润。其中以宁德时代为代表的头部玩家,2022年实现307亿净利润,2023年净利润441.2亿。以比亚迪为代表的整车厂商亦取得不错的业绩,其中比亚迪2022年净利润达166.2亿,2023年净利润300亿。根据微笑曲线理论,具备较强研发能力的动力电池厂商以及头部整车品牌未来有望获得产业链大部分利润份额。

来源:Chioce 数据

2.3、产业生命周期:行业即将步入加速渗透期,未来2-3年有望实现中高速增长

不同产业之间的发展具有一定的参考性。结合智能手机行业的发展历程,可以一窥未来新能源车行业的产业趋势以及当前行业所处生命周期。

全球智能手机增速与渗透率

来源:Wind,东吴证券

智能手机的发展遵循“S形曲线”,大致可以分为导入期、成长期和成熟期三个阶段。具体而言:(1)导入期(2010年之前):智能手机相关技术和基础设施尚未健全,渗透率仅为个位数百分比,渗透率提升较为缓慢;(2)成长期(2010-2015年):随着3G基础设施的完备和手机厂商技术突破,智能手机快速发展,2010年渗透率突破15%,此后开始加速发展,出货量从2009年的1.7万部增长至2015年的4.4亿部。(3)成熟期(2015年至今):随着智能手机渗透率超过70%,销量开始震荡下滑。

数据显示,中国2022年新能源汽车渗透率达到25.6%,2023年达到31.6%,行业发展基本完成政策驱动向市场驱动的转变,未来将进入加速渗透期。同时,值得注意的是,相对智能手机,新能源车消费频次更低,设备更换周期较长,所以渗透率提升速度相对较慢。全球智能手机渗透率从15%到70%历时6年,新能源车可能需要更长时间。新能源车的核心是动力电池,占成本的40%-50%,且当前动力电池下游应用仍旧以新能源汽车为主,因此可初步判断当前动力电池市场未来2-3年仍将处于中高速增长阶段,同时随着储能等场景的放量,动力电池的增长期有望延长。

2.4、产业竞争格局:市场集中度高,行业内卷趋势明显,增速显著放缓

汽车市场研究机构SNE Research公布的2023年全球动力电池出货量数据获悉,2022年全球动力电池总装车量为517.9GWh(吉瓦时),同比增长71.8%;2023年全球动力电池总装车量为705.5GWh(吉瓦时),同比增长38.6%;增速显著放缓。其中,中国动力电池企业占据6个席位,且市场份额占比不断提升,总共占全球市场份额的63.5%,较2022年的60.4%,2021年的48.2%继续提升。

具体来看,宁德时代动力电池装车量达259.7 GWh,全球市占率为36.8%,仍旧稳居榜首。比亚迪去年全年动力电池装车量首次突破100 GWh,达111.4 GWh,市占率达15.8%,位居全球第二,较第三名LG新能源领先2.2个百分点。中创新航在去年完成了对三星SDI的反超,晋升至全球第六。22年未上榜的亿纬锂能装机量同比增速达到12 9.8 %,今年已升至全球第九位,是排名前十企业中装机增速最快的 。国轩高科和欣旺达位列第八和第十名。

相比之下,韩系动力电池企业LG新能源、SK On和三星SDI的市场份额占比持续下降,三家总共占据全球电动汽车电池市场23.1%的份额,比2022年下降0.6个百分点。另外,日本松下排名第四,市场份额占比为6.4%,比2022年7.3%下降0.9个百分点。

2023年,TOP10国内动力电池企业装机量合计约348.5GWh,占总装机量97%,在TOP10企业中,动力电池装机量同比增速均为正,增幅高达50%以上的有七家。

TOP10电池厂商装机市占率持续提升,2020年为91.8%,2021年为92.3%,2022年为95%,2023年为97%。行业头部市占率不断提升,也显露出头部电池企业在品牌、资金、规模、技术、渠道等方面的优势不断稳固扩大。

一方面,新能源汽车花式降价,车型、配置选择半径加大,动力电池企业的供应份额也呈现动态变化;另一方面,2023年包括广汽、吉利在内的新能源车企加速下场自研自产电池,接下来新能源汽车动力电池也将形成“供应商多元化+自研自产”的新局面。

企业之间的竞争博弈仍在激烈加剧。市场消息指出,头部动力电池企业正在进一步推动增效降本,动力电池价格将迈入0.3元/Wh时代。进入“寒冬”周期,如何巩固存量市场份额、开辟新的市场增量,如何差异化竞争,如何保障利润降本增效,将成为动力电池企业的生存考验。2024年,将是市场继续分化的一年,也将是动力电池企业“生存之战”开启的第一年。

据24潮产业研究院(TTIR)统计,仅20家动力/储能电池企业2025年产能规划已达6188GWh,而根据市场最乐观预测,到2025年动力与储能电池市场的总需求也不过2010GWh。另据高工产业研究院(GGII)不完全统计,截至2023年7月23日,我国已有22家锂电材料企业公布海外扩产项目37个,合计投资金额超1370亿元。其中仅统计2023年初至7月23日期间,就有16家企业公布海外扩产项目20个,合计投资金额超957亿元,扩产项目数量和合计投资金额占近几年总扩产项目的比重分别高达54%和69%以上。

根据证券时报报道,亿纬锂能董事长刘金成在2022年高工锂电年会上表示,预计最晚2024年全产业链都将出现产能过剩,而唯一不会出现过剩的是质量上乘、成本低的电池产品。更有部分厂商出现订单不足和产能利用率下滑等现象。据第一财经6日报道,中创新航订单不足致部分员工离职;另有接近宁德时代的知情人士称,宁德时代的产能利用率也出现了下滑。

存量竞争时代即将到来,电池厂商为了保住市场份额,开始采取措施。据36氪报道,宁德时代近期正向车企主动推行一个锂矿返利计划。该计划并非针对所有客户,而是面向理想汽车、蔚来、华为、极氪等多家战略客户,核心条款是,未来三年,一部分动力电池的碳酸锂价格以20万元/吨结算,与此同时,签署这项合作的车企,需要将约80%的电池采购量,承诺给宁德时代。同时,宁德时代也向锂矿上游提出了约10%的降价要求。

对于锂矿返利计划,证券部人士称已在互动易有相关公告披露。根据相关公告,宁德时代称,公司锂矿分享不是出于降价的目的,而是有一些矿产资源,不想获取暴利,希望可以与长期战略客户分享,正在推进相关沟通。有业内人士称,以宁德时代在行业内的体量和规模,其上述计划若推行,将极大压缩二三线电池企业的生存空间,除非电池厂能在锂矿方面有一定话语权或深度绑定车企,否则或将面临亏损。

同时,行业还面临着一个潜在的风险:更多新能源车整车制造商也着手拓展动力电池业务。第一财经曾报道称:蔚来汽车创始人兼CEO李斌认为,汽车厂商做电池是正常战略。业内同行用实际行动表达了对李斌看法的认可。2022年下半年以来,多家车企相继爆出自建电池厂计划。2022年8月25日,广汽集团发布公告,将投资109亿元设立自主电池公司,开展自主电池产业化建设。广汽集团规划到2025年,工厂建成26.8GWh量产线,前期以配套埃安等广汽集团内车企为主,后续积极拓展外部市场。

据新京报贝壳财经报导:在 “2023中国汽车重庆论坛” 上,长安汽车董事长朱荣华公开表示,新能源汽车行业早已经告别了过去 “少电、缺电、贵电” 的局面,国内电池行业出现了产能过剩的情况,而且产能过剩的现象还非常严重。下一步,电池企业或将迎来自己的 “淘汰赛” 。

中国能源报2023年5月发文称,在中国(山东)储能高峰论坛上,远景能源储能事业部总经理郑汉波也表达了相似观点:一些靠资本支撑无核心技术的企业,为求生存再融资,低质低价中标,难以持续,也为产业埋下隐患。“今年储能市场火热,但明年可能80%的储能系统集成商企业会倒下。”郑汉波所指的储能系统集成商是指,新型储能中占主体的锂离子电池储能系统集成商。国家能源局发布的统计数据显示,截至2022年底,全国新型储能装机中,锂离子电池储能占比达94.5%。据称,这是首次有主流储能系统集成商公开对储能产业生态发出警示。2022年,远景能源储能业绩大增,位居国内新增储能市场系统集成商排名第五、全球第七。

2.5、降价潮已经来临,竟争趋向于白热化,多家业内公司停工停产

据24潮团队及鑫椤锂电整理统计,2023年前11个月,动力与储能电池核心产业链价格全线暴跌,其中动力电池跌幅超44%,方形储能电芯(磷酸铁锂)降幅超51%,另外部分正极材料与电解液产品价格降幅超60%,电池级碳酸锂价格跌幅更是超过74%。

齐鲁壹点去年12月报道称,捷威动力发布了一则《公司停工停产、员工放假及培训通知》的消息,称其受到市场及上下游产业链等客观因素影响决定停工停产,引起行业关注。2023年以来,已有陆续几家电池大厂停产或缩小规模。

捷威动力并不是名不见经传的小公司。公司官网显示,捷威动力成立于2009年,总部位于天津市,同时拥有江苏盐城、浙江长兴两大生产基地,有效产能达到10亿瓦时,在职人员超过2400名,公司专注于新能源汽车和储能两大业务板块。而中国汽车动力电池产业创新联盟数据显示,2023年1-10月捷威动力动力电池装车量仅0.88亿瓦时。其停工停产的消息,无疑让动力及储能电池行业产生震荡。动力电池停工停产的企业并不止这一家。去年5月,日资企业松下蓄电池(沈阳)工厂宣布全面停止生产,进入解散清算程序并不再开展任何经营活动;6月,明冠新材称公司彻底剥离锂电正极材料业务;9月,厚能股份宣布,因锂电池生产规模小及设备陈旧等原因导致生产成本较高,不适应市场需求,公司决定停止锂电池生产。

2.6、产业变革力量:行业产能过剩已成定局,出海,技术创新将成为热点方向

面对产能过剩行业洗牌,业内普遍认为,出口是合理的解决方案。有数据显示,到2028年,欧洲和北美地区动力电池供应缺口分别为378GWh和284GWh。国内制造商可以抓住机会,进军海外市场。

出海是不错的选择,毕竟对技术、产品质量、资源和资金规模的要求更高,不容易出现低价抢市场的局面。2023年1-11月,海外市场(即在除中国市场以外的全球其它市场,下同)动力电池装机量达282.9GWh,同比增长48.8%。其中,海外市场装机量TOP10企业里,中国电池企业占据四席位,分别为宁德时代、比亚迪、孚能科技和远景动力,海外市场份额扩大至32.3%。

以宁德时代为例,数据显示,2020年、2021年、2022年,宁德时代境外电池业务分别营收79亿、278亿、769亿,毛利率分别为32.69%、30.48%、21.46%,远高于同期国内电池业务。2023年,宁德时代虽位列海外市场装机量榜单第二位,但海外装机已达到78.4GWh,同比增长86.5%;与排名的第一LG新能源装机量仅差0.1GWh,市占率差距不到0.1%。

中国电池厂商海外订单统计

来源:36kr,翻倍增长,动力电池的海外抢滩登陆战 | 数字时氪·深度研究

不过中国锂电出海绝非一片坦途。比如早在2019年,宁德时代就开始在德国图灵根州建设第一座海外工厂,直到2023年年初,该工厂才宣布投产。以宁德时代的扩产经验与技术实力,仍历时四年之久,其中困难,可见一斑。

此外,海外建厂还面临更高的生产成本和人力成本。由于海外动力电池产业链并不完备,主要原材料及生产设备仍需从亚洲进口,产品制造成本高企。而且海外建厂要加大人员培训力度,并按照当地工会要求提供合规的工作环境,人力成本更高。据德国联邦统计局数据统计,2020年德国制造业和经济服务业的雇主平均每小时支付36.70欧元工资,欧盟国家平均人工成本为28欧/小时。如果按28欧/小时,5天8小时工作制算,德国工人的月薪在4700欧元左右,约为人民币35700元。

而且,我们也要承认,日、韩企业深耕多年海外市场,我国企业海外经验不足。日本松下、韩国 LG、三星SDI等企业已进入国际车企供应链体系,并在全球范围内加快产业布局。随着ACC、Northvolt、Verkor、Britishvolt、Freyr、Morrow、Italvolt等欧洲本土动力电池企业逐步投产,我国供应商在海外布局将面临更加激烈的国际市场竞争。

纵观产业发展趋势与变化,未来全球新能源企业将围绕新技术、新产能、新资本等多个维度进行新一轮较量,竞争成败必将对未来产业格局与发展产生深远影响。笔者分析认为,未来拥有 “技术突破与持续创新力,先进产能布局与高效执行力,全球化布局与发展,财务健康与雄厚资本实力” 等四大能力的企业更具有穿越周期,持续发展壮大的基因与实力。

除了出海,突破技术天花板也是一条出路。随着新能源汽车电动化纵深演进,渗透率持续攀升,未来行业将体现出较强α属性,β趋弱。企业只有通过技术创新,诸如钠离子电池、复合集流体材料等,实现生产成本的降低以及性能的提升,才能实现在红海市场的突围。

三、行业机会点

3.1、全固态电池成为下一个产业竞争点

目前我国量产锂离子电池的能量密度达到400Wh/kg,以固液混合和全固态为主,新型锂离子电池的能量密度设定在500Wh/kg,新体系电池能量密度600Wh/kg。

十四五”期间,国家也对动力电池的发展进行了相应布局 ,以固液混合和全固态为主,对新型锂离子电池方面再做进一步支持;与此同时,加快固态动力电池的技术研发和产业化工作。

为什么要发展固态电池?目前液态电解质存在一些问题,如电解液容易泄漏以及燃烧、界面副反应、电化学窗口窄等。全固态电池在能量密度、安全性、宽温域和高环境适应性等方面较传统液态电池优势明显,一是通过固态电解质替代有机电解液,可显著提高锂电池的安全性;二是基于固态电解质的高稳定性,有利于兼容更高电压的正极材料以及更高比容量的含锂负极材料,可进一步提升锂电池的能量密度。能够更好地支撑新能源汽车满足全气候、全场景、高安全使用需求,已成为新一代动力电池发展的重要方向。

从企业布局来看,林建透露,比克电池尝试将固态电解液以聚合物和氧化物的形式融入大圆柱电池中;宁德时代、蜂巢能源、亿纬锂能、中创新航、卫蓝新能源、清陶能源、辉能科技等电池企业和新兴企业均已布局固态电池研发。车企也在加速固态电池的布局,如广汽集团计划2026年实现全固态电池装车搭载;长安汽车计划到2030年推出液态、半固态、固态等8款自研电芯;本田汽车、丰田汽车和日产汽车等车企也相继公布了固态电池投产与上车时间表。

固态电池的发展也面临一定挑战。固态电池的技术路线有四类,氧化物、硫化物、卤化物、聚合物四种,客观来说存在着比如如何进一步提升固态电解质的离子电导率、与锂金属和高比能电极材料的匹配性,以及构筑相对稳定的固固界面等问题。

针对全固态电池的未来展望,肖成伟透露,理想情形下,2027年实现搭载全固态电池车辆百辆到千辆级别的示范运营,根据运营情况进行技术迭代提升,到2030年左右实现搭载全固态电池车辆的小规模量产,2035年左右实现搭载全固态电池车辆的大规模量产并实现普遍使用。“全固态电池现在是革命性的工作,从全球范围内来看是新一轮电池技术和产业竞争的热点。”

3.2、钠离子电池:产业化进展良好,量产难题仍需攻克,未来有望应用于低速车、储能等场景

2021年初,中国工程院院士陈立泉在中国电动车百人大会上表示“如果我们一定要考虑新的电池,钠电池就是首选”。

2021年7月,宁德时代发布了第一代钠电池,电芯单体能量密度达160Wh/Kg,在零下20℃的低温环境下,仍然有90%以上的放电保持率;2023年2月7日,宁德时代通过互动平台回复表示,公司正致力推进钠离子电池在今年实现量产化。

2023年2月23日,中科海钠又与思皓新能源联合打造出了行业首台钠电池样车思皓花仙子,并公开亮相。思皓是江淮汽车与大众集团合资品牌,此次装车试验的思皓EX10花仙子,定位为A00级短途车,续航里程为252km,电池容量为25kWh,电芯能量密度140Wh/kg,系统能量密度120Wh/kg,快充时间为15-20分钟。

2月28日晚,孚能科技公告披露,公司已收到江铃集团EV3车型电池定点函,将向孚能科技采购钠离子电池包总成,并要求公司在上半年启动电池量产。

根据高工锂电报道,3月17日下午,雅迪科技集团携手旗下华宇新能源,发布华宇第一代钠电池“极钠1号”及其配套的两轮实车雅迪极钠S9。其具备10分钟快充80%电量,可持续3C大电流高倍率放电,在-10度以上无明显容量衰减的性能。雅迪科技集团执行总裁王家中预计,“大概今年7、8月份(钠离子电池)两轮电动车会在整个行业批量生产。未来3年多的时间市场规模约达到35~50GWh。”

“2023年有望成为钠离子电池量产元年”,国联证券、东吴证券、信达证券、伊维经济研究院、中国电池产业研究院等多家机构表达了类似的观点,同时,产业也不断传出好消息。从成本上来看,部分钠电池厂商已经将成本控制在0.5元/Wh左右。据中科海钠创始人胡勇胜此前判断,钠电池成本将分三阶段发展:推广期在0.5-0.7元/Wh;发展期0.3-0.5元/Wh;爆发期0.3元/Wh 以下。从理论上来看,钠离子的电池的制造成本的确要远低于锂离子电池。根据国元证券的报告,钠电池的材料成本相比锂离子电池整体上要低上30%-40%。

来源:中科海纳官网

另外,从上游原材料的战略视角看,钠离子电池也有其重要使命。尽管从全球的锂资源总量来看,锂资源完全够用,但是锂矿资源主要分布在南美洲地区,阿根廷、智利和玻利维亚等富锂国家更有意打算建立“锂欧佩克”,同时国内的锂资源储量仅占全球的7%,绝大多数又是卤水型锂资源,品质低、开采难。为避免以后在资源端被卡脖子,钠离子电池也有其发展的必要。

钠离子电池因其特性,未来将应用于某些特定场景。在2022年11月钠离子电池产业链与标准发展论坛上,宁德时代研究院副院长黄起森表示,钠离子电池可以满足续航 400 公里以下的车型需求。再加上宁德时代所创的AB电池技术,通过锂钠混搭优势互补,进一步提高电池系统的能量密度。“钠离子电池的应用有望可以扩展到500公里续航的车型范围,因此会面向65%左右的市场,应用场景非常广阔。”

市场规模方面,行业知名钠电厂商佰思格预测,到2023年,钠离子电池市场规模超过30亿元;2025年将超过500亿元,可以部分替代铅酸电池,应用在通信备电、数据中心备电和电动自行车领域;到了2030年市场规模会超过2000亿元,部分替代锰酸锂电池,在低速车上率先应用;2040年前在电力储能和部分动力电池领域应用,替代磷酸铁锂电池。

尽管如此,钠离子电池仍旧还有不少问题需要解决,比如能量密度比较低,循环次数少等。正如浙商证券指出的,“钠离子质量比锂离子重,电负性不及锂,因而能量密度不及锂。钠离子电池比容量低,能量密度也低。钠离子体积更大,难以脱嵌,循环性能较差”。宁德时代董事长曾毓群也曾提到,钠离子电池大规模量产还需要行业集体努力来打造完整的供应链,还有很多难关需要攻克。

3.3、复合集流体:更安全、更低成本、更高能量密度,未来潜在千亿蓝海市场

集流体,顾名思义就是指汇集电流的结构或零件,在锂离子电池上主要指的是金属箔,如铜箔、铝箔。在锂离子电池放电过程中,正极活性颗粒内部的电子在各个颗粒间传输后需要汇流到集流体上,然后通过外部电路传输到负极,完成一个完整的放电循环过程。因此集流体起到的作用为降低电池的内阻,提高电池的库伦效率、循环稳定性和倍率性。

在锂离子电池中,从质量拆分来看,2021年集流体的质量占比约15%,其中铜箔约8%,铝箔约7%;从成本拆分来看,根据现价,我们测算集流体的成本占比约10.4%,其中铜箔约9%,铝箔仅1.4%,由此可见,铜箔的质量占比和成本占比均高于铝箔。

来源:民生证券

铜箔集流体当前主要通过轻薄化等方式进行降本增效。铜箔做薄的好处很明显:(1) 降低成本;(2)减少铜箔的用量可以提升活性材料的质量占比,从而提升能量密度。但是集流体不能无限减薄,原因在于铜箔需要保证一定的机械强度。如果集流体过薄,在电池环过程中,易发生集流体的变形断裂,从而导致安全问题,并且超薄铜箔的加工费也十分昂贵,导致整体成本不降反增。

复合集流体为铜箔的降本增效提供了新的思路。复合集流体延续了铜箔轻薄化的思路,用部分有机物替代铜箔,进一步降低了铜箔的用量,并保证了安全性。从结构上来看,复合集流体的构造类似“三明治”,即中间层为有机物,上下层为镀铜,目前中间的有机物层常见的有PET(聚对苯二甲酸类酯)、PP(聚丙烯)、PI(聚酰亚胺)等。

总体来讲,相较传统铜箔,复合铜箔具备三大优势:更高安全性、更低成本、更高能量密度。(1)更高安全性:复合铜箔在受到穿刺时,产生的毛刺较小,降低电池短路风险;有机基膜的热稳定性更高,并可以通过掺杂阻燃剂提升安全性;复合铜箔可减缓锂枝晶的产生,提升安全性能。(2)低成本:根据民生证券相关数据,通过计算,传统铜箔的成本为4.09元/平米,远高于复合集流体的成本2.83元/平米(80%良率)。当良率达到95%时,复合铜箔的单平成本约2.38元/平,与传统铜箔相比,成本降低近70%;(3)能量密度提升:在总体厚度相同的情况下,高分子有机材料密度更低,根据重庆金美官网,其复合型铜膜具备更高的能量密度,面密度较传统铜箔降低77%,能量密度提升5%以上。

但目前我国复合集流体市场也存在一些隐忧,最大的问题是上游没有实现量产导致产品无法应用。根据36kr报道,从目前已知的信息来看,国内还没有一家电池产商真正在应用端使用了带有复合集流体的电池。这也同时意味着当前复合集流体也总体处于一个蓝海阶段,包括复合铜箔以及上游生产装备等,这给大量创业公司带来了机会。尽管产品未实现量产,亦未得到下游客户的验证,但是潜在市场规模大,投资赔率高,也吸引了大量投资机构投资入局,相关创业公司融资案例层出不穷,不少上市公司也争相投资研发和自建生产线,市场一片火热。

参考文献:

1.壹DU财经,疯狂扩产,动力电池的未来在哪里?

2.全天候科技,动力电池的2022:扩张、扩张,还是扩张

3.GPLP,野蛮生长之后,动力电池何去何从?

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本文来自微信公众号“云悦资本”,36氪经授权发布。

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