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ag试玩网站中金公司:锂电设备还有哪些超预期因



  受益于新能源汽车渗透率提升以及电池制造技术进步,我们预计锂电设备需求景气将在较长周期内维持高位,本篇报告我们将重点讨论锂电设备可能超预期的因素,包括新能源车渗透率超预期提升、钠离子储能电池需求增长、设备智能化需求提升等。

  超预期因素之一:新能源汽车渗透率超预期提升。此前中汽协预测2021年我国新能源汽车销量约220万辆,同比增长64.6%;从近期行业出货数据来看,我们预计2021年销售量可能达到250~300万辆,渗透率达到12%左右,同比提升约6ppt,有望带动动力锂电池出货量超预期。中金汽车组预期,2025年我汽车渗透率将有望达到25%,年销售量突破700万台。我们按照2025年全球新能源汽车不同的渗透率和单车带电量计算,预计2021~2025年全球动力锂电池设备需求将实现25.8%~35.5%的复合增长。

  超预期因素之二:钠离子电池可能派生新的需求?2020年7月28日,宁德时代发布钠离子电池,电芯单体能量密度高达160Wh/kg,常温下充电15分钟,电量可达到80%以上,目前处于全球最高水平,解决了以往钠离子电池的能量密度短板,使用场景扩展至新能源车领域,不再局限于储能领域。钠离子电池的生产工艺与锂电池类似,但该技术的推广可能带来新的设备需求。

  超预期因素之三:新技术新工艺的变化带来新的设备需求。新的电池材料和生产工艺可能带来新的设备需求,例如正负极材料变化带动前道工序变革;电芯成型工艺例如卷绕、叠片工艺改进,切叠一体化/切卷一体化技术,带动中道设备更迭;而CTP(Cell To Pack)将简化模组、PACK组装工艺,带来新的自动化组装方案。

  超预期因素之四:智能化需求日益增长。随着电池生产效率要求日益提升,涂布宽幅、卷绕速度、充放电效率等指标都在明显进步;此外,生产过程当中机器视觉应用比例增加,数字化率提升,特别是海外电池工厂对于智能化水平要求更高,都将进一步拉动电池设备行业需求增长

  锂电设备市场规模较大,寡头竞争。据我们测算,锂电设备2021-2025年全球市场规模超5,000亿元,市场规模较大,而优质设备产能稀缺,当前主要锂电设备厂商均面临严峻的产能瓶颈。

  新能源汽车渗透率仍在低位,中长期增长确定。全球电动车行业渗透率仍在低位,长期成长空间仍然广阔。根据Markline统计,2020年全球汽车电动化率仅为4.27%。中汽协预测2021年我汽车销量约为220万辆,同比增长64.6%。根据中金汽车组的预计,到2025年全球新能源乘用车渗透率将会达到21.28%,2030年全球新能源乘用车渗透率为39.76%;2025年中国新能源汽车渗透率将有望达25%,年销售量突破700万台。2020-2025年,电动车行业年化增速将超过40%,成为未来几年高速成长的黄金赛道。

  单车带电量提升,动力电池需求未来五年复合增长率有望超过50%。动力电池方面,随着单车带电量的提高,动力电池需求将会持续高于新能源汽车需求增长。我们预计2025年动力电池装机容量将超过1,430GWh,年复合增速达50%以上;其中中国市场将达到428GWh,海外市场合计1,052GWh,海外需求占比达到七成,2021~2025年海外市场动力锂电池装机复合增长率64%,中国国内动力锂电池装机复合增长率38%。这将会带动锂电池设备新增需求的持续高增长,并且我们预计双位数增长将持续到至少2025年。

  根据我们此前预测,在2025年新能源汽车渗透率20.6%及单车带电量69Kwh的情况下,2025年锂电设备市场规模为1431亿元,对应2020年至2025年CAGR为30.9%。由于新能源汽车行业或将超预期发展及技术进步,我们对2025年锂电设备需求量进行敏感性分析。据我们测算,在新能源汽车渗透率为18.6%及单车带电量65Kwh的情况下,锂电设备需求为927亿元,对应5年CAGR为20.0%;新能源汽车渗透率为22.6%及单车带电量73Kwh的情况下,锂电设备需求为1,973亿元,对应5年CAGR将达到39.6%。

  根据上述分析,2021~2025年全球新能源汽车动力锂电池设备年复合需求增长率将有望达到25.8%~35.5%,更高置信区间在20.0%~39.6%。

  钠离子电池(Sodium-ion battery),是一种二次电池,主要依靠钠离子在正极和负极之间移动来工作,与锂离子电池工作原理相似。

  钠离子电池应用领域多为储能。钠电池没有过放电性质,允许放电至0伏,且成本较低,在寒冷条件下仍能正常运行,又由于其能量密度较锂电池更低,相同带电量的情况下钠电池较锂电池更重,不易携带,但是储能电池的理想材料,可在全球全气候条件下使用。

  安全性:钠离子电池有更高的安全性。电池的过充电与过放电都会对锂电池正负极造成不可逆的损伤。钠离子没有过放电性质,可以将钠离子的电池放电到零伏而不受损伤。并且,钠电池还通过了过充、针刺、挤压等安全测试。

  成本:钠电池和锂电池的原材料分别为钠元素和锂元素。钠元素产地遍布世界,且钠元素产量较高;锂元素产量较少,原料大多集中于美洲,有一定的运输成本。此外,钠离子电池正负极均为铝箔,成本低于锂电池负极的铜箔。因此,我们预计钠电池成本将比锂电池少30%到40%。

  能量密度:钠电池的能量密度较低。锂电池主要由三元锂电池和磷酸铁锂电池构成。以国产特斯拉为例,Model 3的磷酸铁锂电池能量密度为125Wh/kg,三元锂145Wh/kg。据《Na-lon Batteries—Approaching oldand New Challenges》总结:18650型的钠离子电池能量密度约为90Wh/kg;而根据所发布的钠离子电池,其能量密度可以达到160Wh/kg。

  极限工况:在寒冷条件下,钠电池放电性好。温度较低时,锂离子电池放电特性变差;钠离子电池在低至-30℃、高至80℃的环境中,放电特性良好。

  2021-2025年储能电池年复合增长率将达52.5%,钠离子电池可能带来更大增量。根据起点研究院的统计数据,2020年全球锂电池出货量为260GWh,同比+33.6%;其中,储能电池出货量为10GWh。起点研究院预计,2025年储能锂电池出货量将达到168GWh,年复合增长率将达到54.5%。而我们预计,钠离子电池的推广可能带来储能电池的超预期放量。

  2020年7月28日,宁德时代发布钠离子电池,使动力钠电池成为可能。宁德时代电芯单体能量密度高达160Wh/kg,常温下充电15分钟,电量可达到80%以上,ag试玩网站目前处于全球最高水平,解决了以往钠离子电池的能量密度短板,使用场景扩展至新能源车领域,不再局限于储能领域。

  钠离子电池在架构、封装工艺上与锂电池高度相似,锂电设备企业可在少量资本投入的情况下进行钠离子电池生产。所以,即使钠电池在未来替代部分锂电池,锂电设备企业的下游需求仍将维持高位,加之储能电池的高速增长,锂电设备或将超预期增长。

  电池制作工艺流程分为前道、中道和后道。前道为极片制作,流程包括正极/负极匀浆、涂布、辊压、分切。前道技术核心为材料化学,生产流程中所使用的设备包括搅拌机、涂布机、辊压机、分切机。中道为电芯装配,流程包括制片、模切、卷绕/叠片。中道技术核心为自动化,生产流程中所使用的设备包括模切机、卷绕机/叠片机。后道为电池组装,流程为封装、注液、化成、分容等环节。后道技术核心为电化学,生产流程中所使用的设备包括注液机、封焊机、化成测试设备等。

  三元电池相对于磷酸铁锂电池对前段设备的性能,例如真空、除湿的要求更高。三元聚合物锂电池的正极材料使用镍钴锰酸锂或者镍钴铝酸锂,主要来自于Ni2+/Ni4+氧化还原。对于镍基材料,颗粒表面会发生自发反应,Ni3+转变为Ni2+会释放O2-,当镍含量高的材料暴露在空气中时,更容易吸收空气中的二氧化碳和水,该过程会在颗粒表面形成Li2CO3和LiOH层。为使材料容量提高,Ni含量提升,从而PH值也越高,而Li2CO3和LiOH消耗了材料中的Li,并且不具备电化学活性,因此会造成容量衰减。且颗粒表面致密的Li2CO3层阻碍Li的扩散,影响电池性能。为满足真空、除湿等要求,新的设备需求增加,从而带动整体锂电设备市场空间的扩张。

  三元材料将影响正极浆料制备。在高镍正极浆料制备过程中,PVDF溶解于NMP中,材料表面的碱性基团会攻击相邻的C-F、C-H键,使PVDF发生双分子消去反应,在分子链上形成一部分的碳碳双键。当PVDF内双键増加时,其粘结力也将増加,从而导致浆料粘度増加,甚至形成凝胶状态,影响涂布过程进行;另一方面,极片脆性也将增加,在辊压、分切等工艺流程中,易造成极片断裂。

  三元材料使涂布面临更大的挑战。涂布生产的效率瓶颈本就在于烘干干燥,而三元电池对涂布过程中水分控制的要求更高。且如果水分与材料已经发生了反应,常规的干燥过程无法去除水分的影响。所以,为保证涂布过程湿度要求,材料的切换对风场、温度场和布局形式由更高的要求。

  锂电池封装类型分为方形、圆柱、软包三类。方形电池主要采用卷绕工艺,抗冲击力强、电池循环寿命长、容量大,外壳通常采用方形钢壳或铝壳;圆柱电池主要采用叠片工艺,一致性好、工艺成熟,外壳采用钢壳或铝壳;软包电池主要采用叠片工艺,能量密度高、安全性与散热性好、设计较为灵活,外包装多采用铝塑膜。其中,软包电池多用于消费锂电领域。

  方形电池主导市场。2020年方形电池市占率为80.8%,圆柱电池为9.7%,软包电池为9.5%。我们预计未来方形电池占比略有下降,而圆柱电池和软包电池占比逐步上升,平分方形电池外的剩余市场。

  电芯封装方式渗透率变化将影响中道工序,叠片需求上升。卷绕工艺多用于方形电池和圆柱电池,而叠片工艺用于软包电池。随着未来软包电池在中国动力电池市场的渗透率上升,叠片设备的市场需求将有所上升。并且,方形叠片工艺正在进入市场。叠片对于电芯尺寸和性能有明显优势。一方面,叠片工艺可以使动力电池规则排布、有效利用空间;另一方面,根据我们调研信息,相同条件下,叠片工艺可以使电池能量密度提高5%,循环寿命提高10%,成本降低5%。此前方形叠片技术受制于生产效率、技术及投资门槛较高,未大规模应用于方形电池。但随着LG化学、三星SDI等国际电池头部企业开始布局叠片技术,叠片技术未来将应用于方形电池,从而带动叠片设备需求进一步上升。

  CTP或将改变后道工序,但仍需自动化锂电设备。CTP是指Cell To Pack,通过简化模组结构,使得电池包体积利用率提升15%-20%,零部件数量减少40%,生产效率提升50%。虽然制造过程由电芯-模组-PACK简化为电芯-PACK,但制作工艺仍需要采用机器人、机械手、输送线等多种自动化设备,实现单块电池到电池包的堆叠、焊装、测试,形成最终的电池包。以比亚迪刀片电池为例,虽然取消模组,但仍需要自动将组盘后电池通过滚筒线、ag试玩网站!提升机或堆垛机送入不同库位或设备,自动完成化成、充放电、分容、自放电等后端的工艺操作。所以,CTP技术可能使后道各工序的价值量发生改变,但对自动化锂电设备需求仍将维持高位。

  PACK自动化率提升,后道工序设备升级。根据我们调研信息,行业PACK自动化率为5%-20%,自动化率较低。由于下游锂电需求剧增、劳动力供给不足、手动生产经济性下降、自动化经济型提升,PACK线自动化需求显著增长;往前看,PACK线将迎来新一轮的迭代需求,锂电设备企业需加大锂电设备投资。根据我们调研信息,目前行业领先企业自动化率可达80~90%。

  涂布速度提升,宽幅拓展。随着下游锂电需求量大幅提升,在保证涂布技术、张力技术、纠偏技术和干燥技术的前提下,对涂布效率的要求提升。提高涂布效率的主要手段包括提升涂布机运行速度和涂布宽度,根据我们调研信息,领先企业的涂布速度可达到120米/分钟,涂布宽幅最大为1600毫米。

  卷绕机速率显著提升。动力电池大规模生产需求对卷绕机生产效率的提升提出高要求,PPM提升的直接影响因素是卷绕速度的提升和辅助时间的缩短,其中辅助时间的缩短可通过辅助动作时间并联完成,例如卷绕、卷芯下料和贴胶三个动作同时进行。根据我们调研信息,目前国内领先锂电卷绕设备企业卷绕速度可达500毫米/秒。

  叠片设备顺应降本增效、高能量密度、高安全性趋势。叠片机主要分为Z字型叠片机、切叠一体机、热复合一体机、卷叠一体机,其中Z字型叠片机和切叠一体机均采用Z字型叠片工艺。目前叠片设备集中度低,未来主流叠片设备将是性价比高、高能量密度、高安全性设备。随着不断验证,叠片机将更新迭代,产生新的设备需求。

  机器视觉应用比例增加,智能化水平提升。机器视觉在锂电生产流程应用渗透率上升。机器视觉通过瑕疵提取法、分类算法、焊点测算法等实现精准化检测。例如模切工艺中,上下两个相机以120-260片/分钟的速度,对极片的两面分别进行扫描拍照,并将结果反馈给打料机构进行调整,从而满足极片各类瑕疵、长宽等检测需求。使电池良率提升的同时,能够相应降低检测时使用的人力成本。 机器视觉的应用使单机设备价值量提升,带动设备需求增加。

  海外动力锂电池装机量高双位数增长,高端自动化装备需求大。根据我们测算,2021-2025年海外市场动力锂电池装机复合增长率为64%,中国国内动力锂电池装机复合增长率为38%。由于海外装机需求量大、人工成本高、安全性要求高,对自动化需求高于国内,单GW投资更高,我们预计从而有望进一步刺激锂电设备需求增长。

  综合前文关于行业市场空间及竞争格局的分析,我们建议投资者重点关注以下三个方向: