LFP电池技术路径与市场需求分析课件.pptx
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1、报告要点,引言:从宁德时代推出CTP电池方案,比亚迪推“刀片电池”(LFP),特斯拉采用CATL的LFP电池,引起大家广泛讨论:1)成本压力下,Tesla选用LFP电池,是否会引领行业内车企转向LFP电池?2)LFP电池是否比例会提升?LFP电池是否会回潮?成本电解液:新宙邦、天赐材料; 关注:碳纳米管(天奈科技)等;3)锂电设备:先导智能、赢合科技;风险提示:全球新能源汽车政策不及预期,下游需求不及预期1,报告要点引言:从宁德时代推出CTP电池方案,比亚迪推“刀片电,目录,一、电池技术路径:不同电池技术对比 二、LFP电池是否回潮?LFP电池需求测算 三、投资机会,2,目录一、电池技术路径:
2、不同电池技术对比 二、LFP电池是否,电池发展趋势,图表:电池技术发展历史沿革锂电池发展历史:自1962年锂电池开始使用以来,从锂 金属电池、锂原电池、阴极物质发生 变化,嵌入化合物化学锂金属蓄 电池阳极物质发生变化,Li变为 锂离子(1980年)锂离子电池得 到广泛使用。1996年磷酸盐相较于传 统正极更优异,如LFP电池开始被应 用;从电解质变化看:一次电池:从液体-凝胶锂金属聚合物原电池二次电池:从液体凝胶固体聚合物电池,3,电池发展趋势图表:电池技术发展历史沿革3,图表:不同正极材料性能对比:高比能量电池大势所趋,主流的正极材料性能对比,来源:中泰证券研究所整理,对比不同正极材料性能、
3、商业化进展:LFP正极,材料容量达到极限;提升能量 密度,仍有赖于发展高镍三元材料。短期看,对于LFP正极材料,由于LFP电 池成本大幅下降,且凭借CTP电池方案 提升体积能量密度,短期在某些成本敏 感应用领域(运营类)占比或提升需求 增大;对于三元正极材料,在NCM811/NCA技术应用成熟度不足下, 市场或将以单晶系列NCM523/NCM622+高电压材料作为过 渡的电池材料;中期看:从材料战略性角度,考虑钴元 素成本占比较高,在钴价格持续高位的 情况下,产业加速开发高镍低钴化三元 材料产品。高镍NCM811/NCA将逐步 大规模推广;长期看:富锂锰基是最理想的正极材料, 具有两倍于目前三
4、元材料的理论容量, 且原材料成本非常廉价,目前已有少数 企业在开展相关技术的研究并取得国家 专利。,图表:不同正极材料性能对比:高比能量电池大势所趋主流的正极材,磷酸铁锂电池,最早发展于北美:1996年Padhi和Goodenough发现具有橄榄石结构的磷酸盐,如磷酸锂铁(LiFePO4),比传统的正极材料 更具优越性,目前已成为当前主流的正极材料。1)LFP电池最先于北美产业化,初期市场不及预期,成本因素逐步退出:LFP电池最早发展于北美,中国、台湾等在LFP电池上走在世界前列,而日韩企业在钴酸锂、三元材料等领 域处于全球领先,在LFP电池领域落后于美国和中国。美国LFP电池厂商,由于下游需
5、求不振及生产成本高 情况下,难以摆脱亏损,规模整体偏下,大部分退出市场。美国A123,2009年Nasdaq上市,曾是北美最大的LFP电池厂商,凭“离子掺杂改磷酸铁锂”专利技术,获美国能源部HEV电池发展合约,但由于市场不及预 期,后被万向收购;美国Valence公司于2001年开始LFP电池产业化布局,曾在中国设立生产基地,后2012 年申请重组,后退出中国。2)LFP电池在中国规模化发展,成本具备显著优势:自2001年起,国内企业开发LFP材料相关工艺,以北大先行、湖南瑞翔、比亚迪、天津斯特兰等率先突破LFP产业化。随着2014年国内新能源汽车市场大力发展,以比亚迪、CATL、国轩、力神、
6、亿纬、沃特玛等 纷纷入局LFP电池。目前国内电池级材料厂商通过积累近20年经验,在产品性能,安全性等大幅提升,研发 水平与国际同步;,磷酸铁锂电池发展历程,5,磷酸铁锂电池,最早发展于北美:磷酸铁锂电池发展历程5,LFP电池优劣势分析优势:LiFePO4安全性好,循环寿命长,曾被认为是动力锂电池首选正极材料。早期美国和中国将其作为主流的正极材料。代表企业包括美国A123(被万向集团收购);国内BYD、CATL、万向、国轩等;劣势:1)导电性差(需要包覆碳);2)电池能量密度低:LFP正极材料压实密度低,电压平台低,容量低,因此能量密度较低;3)倍率性能较低,低温性能较差;LFP电池未来技术发展
7、趋势1)开发高压实密度LFP材料:目前LFP材料压实密度约2.2-2.3g/cm3,未来要去达到2.5g/cm3以上;2)开发高倍率快充LFP材料;3)LFP材料能量密度已达极限;未来需要开发新的磷酸盐系材料,如磷酸锰铁锂材料,电压平台高于LFP15%以上;4)开发低温型LFP材料:-2040C下,放电容量只有室温容量的60%-70%;北方寒冷地区使用受限;,磷酸铁锂电池性能分析,6,LFP电池优劣势分析磷酸铁锂电池性能分析6,磷酸铁锂电池及其正极材料生产工艺,磷酸铁锂电池:生产工艺:磷酸铁前驱体+碳酸锂-磷酸铁锂;目前主流的工艺为高温固相法生产工艺和液相法(见图表2)LFP前驱体(磷酸铁)发
8、展路线:从前期草酸亚铁路线-氧化铁红路线-磷酸铁路线。磷酸铁生产工艺:磷酸铁的合成有一步法和二步法,二步法生成的磷酸铁杂质含量更低,是主要趋势。目前德方纳米 采用液相法,贝特瑞采用碳热还原法图表1:LFP三大合成路线历史概况,图表2:LFP的磷酸铁路线制造工艺,7来源:公司公告,公开资料,中泰证券研究所,磷酸铁锂电池及其正极材料生产工艺三大路线时期代表公司草酸亚铁,三元正极材料:占电池成本约30%-40%;直接材料:硫酸钴、硫酸镍、硫酸锰、碳酸锂/氢氧化锂,三元电池VS LFP电池:成本差异,氢氧化镍,硫酸镍,NCM前驱体,NCM正极材料,硫酸锰碳酸锂/氢氧化锂,前驱体,正极材料,资源端:全球
9、铁、磷资源丰富;核心在锂资源;,资源端:核心在镍、钴、锂资源;,图表:NCM三元正极材料生产工艺金属盐钴矿钴中间品硫酸钴,LFP正极材料:占电池成本约13%-15%;直接材料:直接材料成本:碳酸锂、铁源(价格稳 定)、磷源(总体稳定)图表:LFP正极材料主流生产工艺,8,三元正极材料:三元电池VS LFP电池:成本差异氢氧化镍硫酸,三元电池VS LFP电池:未来成本下降空间,LFP成本已实现大幅下降:根据我们专题动力电池成本下降之道测算,LFP电池成本在2019年实现大规模下降。 对于三元电池,三元正极度电成本极限约0.2元/wh,再下降较难(主要是钴、镍、锂处于低位位置)。LFP正极度电 成
10、本,在LFP外采情况下约0.09元/wh,而国轩自供LFP正极前提下披露约0.06元/wh;二者成本差异主要在正极材料。 未来电池降本除了核心原材料外,可通过采用CTP无模组实现大幅降本。图表:LFP电池成本未来成本下降空间测算图表:三元电池未来成本下降空间测算,9来源:中泰证券研究所测算,三元电池VS LFP电池:未来成本下降空间成本构成2019年,目录,一、电池技术路径:不同电池技术对比 二、LFP电池是否回潮?LFP电池需求测算 三、投资建议,10,目录一、电池技术路径:不同电池技术对比 二、LFP电池是否,LFP电池装机回顾,磷酸铁锂电池发展回顾:自2014年以来,中国大力支持新能源汽
11、车发展,在财政补贴,限购政策驱动下,动力电池装机在新能 源汽车高速增长下实现大幅增长。由于补贴与电池能量密度、续航里程挂钩,LFP电池由于其能量密度瓶颈,发展受限,而三 元电池渗透率提升。1)政府采购推动LFP电池装机大幅增长:2014年开始,政府加大对新能源大巴车(公交车)采购,同时LFP电池凭借其安全性、稳定性,被应用于商用车(大巴车、物流车),LFP电池装机开始大幅增长;2)2017年装机下滑:17年补贴调整,政策扶优扶强,电池能量密度、续航里程与补贴挂钩;LFP电池较难满足补贴政策中能量 密度要求,部分专用车三元电池装机比例提升;同时乘用车大多以三元电池为主,LFP电池装机呈现下滑趋势
12、;3)2018年微增长:针对商用车,补贴退坡幅度达50%;而具备续航里程更高的乘用车获得补贴甚至高于2017年,三元电池随 着电动乘用车高增渗透率提升;商用车特别是公交车渗透率达80%以上,但单车带电量大幅提升下,LFP电池装机同比微增 长;沃特玛破产清算,无效产能出清;4)2019年,补贴持续退坡高达70%(取消地补), LFP电池应用场景仍主要为商用车及部分A00级车型;但物流车经济性持续减弱,需求减少;同时部分搭载LFP电池乘用车销量不及预期,LFP市场总体需求较为稳定;,展望:成本压力下,对价格较为敏感的储能、客车、 物流车、中低端乘用车成本敏感性高,随着LFP电池 价格大幅下降,性价
13、比提升,预计未来LFP电池份额 有望回升;,2,13,20,18,19,20,50%,43.51%,38.95%,32.49%,80%70%60%50%40%30%20%10%0%,706050403020100,2014年2015年2016年来源:鑫椤咨询,中泰证券研究所,2017年,2018年,2019年,LFP装机(GWh)72%,三元电池装机(GWh)LFP占比71.43%,11,LFP电池装机回顾磷酸铁锂电池发展回顾:自2014年以来,中,LFP电池价格已大幅下降,自2019年以来,磷酸铁锂电池行业发生的变化:1、价格:LFP电池成本已大幅下降:截止2020.6.19,方形LFP电芯
14、均价0.525元/wh(含税);方形三元电芯均价0.675元/wh;二者相比,LFP电池便宜约0.15元/wh;图表:电芯价格(元/wh,含税)(2020.6),来源:中国化学与物理电源协会,中泰证券研究所,0.68,0.58,0.58,0.525,0.88,0.83,0.83,0.73,0.73,0.675,1.00.90.80.70.60.50.40.30.20.10.0,磷酸铁锂,三元,12,LFP电池价格已大幅下降自2019年以来,磷酸铁锂电池行业发,“LFP+无模组”提升体积能量密度,大幅降本,来源:比亚迪演讲PPT,比亚迪专利文件,知化汽车,中泰证券研究所,80%,84%,86%,
15、88%86%84%82%80%78%76%,2018-2019,2020E,2021E,自2019年以来,磷酸铁锂电池行业发生的变化:2、技术:LFP电池包采用 CTP(无模组)方案后,大幅提升体积能量密度(提升续航里程),降低电池成本,LFP电池性价比提升;宁德时代: 无模组CTP电池方案商用车:CTP集成效率由原来的75%提升至90%,系统能量密度提升至160Wh/kg,大幅降低成本。乘用车: CTP电池包体积利用率提高15%-20%,零部件数量减少40%,生产效率提升50%,大幅降低制造成本(三元/LFP电池均 可);应用于北汽等;比亚迪:无模组“刀片电池”已批量应用:应用于比亚迪汉(续
16、航里程605KM,电池能量密度140wh/kg)、秦、秦Pro、宋Plus、e6等车型;图表:比亚迪“GCTP”模组/电池包集成规划目标图表:电池包系统集成效率更高:GCTP集成效率,“LFP+无模组”提升体积能量密度,大幅降本来源:比亚迪演讲,当前国内采用LFP电池乘用车企业:1)特斯拉Model3标准续航里程车型,采用LFP电池(CATL为供应商);2)比亚迪秦、秦Pro、宋Plus、e6等;e.g. EV单车电池容量80KWH,单车电池成本,采用LFP电池较三元电池节约1万元左右:3)PHEV乘用车:上汽荣威ei6、荣威eRX5和名爵MG6更换为LFP电池。e.g. PHEV单车电池容量
17、17Kwh,单车电池成本采用LFP电池较三元电池节约2500-3000元:4)其他EV乘用车企业:2019年LFP电池已经在上汽、北汽、江淮、奇瑞、江淮、特斯拉等车企搭 载使用;2020年新车型目录中,特斯拉、北汽;通用五菱:五菱宏光、五菱荣光仍采用LFP电池方 案(宁德时代、鹏辉能源、国轩高科提供);潜在使用者:当前长安、广汽等车企已将LFP电池的 乘用车车型纳入研发、测试之列;潜在采用LFP电池国际一线车企:大众汽车(收购国内国轩高科26.47%股权)欧洲市场,OEM车企当前主要选择高比能量电池技术路线;,降本压力下,车企如何抉择?,14,当前国内采用LFP电池乘用车企业:降本压力下,车企
18、如何抉择?,降本压力下,车企选择三元电池or LFP电池?1、我们认为,在补贴持续退坡,车企面临持续降本压力下,当前LFP电池价格更低,同时通过采用大模组 或CTP无模组方案后,体积能量密度大幅提升,提升续航里程。短期看,未来2-3年内,或将考虑采购LFP电 池用于对成本敏感度高的中低端版乘用车领域(运营类车辆),由此乘用车采用LFP电池比例将提升。2、CTP电池方案:预计部分车型会先采用(比亚迪、北汽、造车新势力率先尝试);现有车企打造的电动 化平台大多是模块化设计,CTP方案或将冲击到OEM对底盘把控。同时CTP技术成熟度、安全性等还有待充 分验证,预计大规模推广还需时日。3、长期看,中高
19、端车型注重整车性能,高续航里程、空间感、电耗水平、快充性能、低温性能等。对于LFP电池:1)LFP+CTP,续航里程可达500-600公里以上,但其重量密度低,导致百公里电耗较高(如比亚迪“汉”,百公里电耗为14.1kWh);国内百公里电耗水平与双积分政策要求挂钩,LFP电池或难达到要 求。2)LFP电池低温性能较差,影响在寒冷天气驾驶;3)倍率性能低,难以满足用户快充需求;4)三元 电池未来也有望采用CTP方案实现进一步降本;总结:短期看,成本优势下,LFP电池在乘用车比例或会提升;中长期看,乘用车领域未来LFP电池与三元 电池凭借自身的优劣势,在不同的车型、不同应用场景应用,实现共存。在对
20、成本敏感性高的中低端车型(低续航里程、或运营类车辆)LFP比例将提升;而中高端车型追求整车性能提升,三元电池更容易满足其 在续航里程、电耗、快充性能、空间感等需求,高比能量电池仍将是大势所趋占主要份额,未来随着高比能 量电池技术成熟,实现降本后,相对优势将显现。,降本压力下,车企如何抉择?,15,降本压力下,车企选择三元电池or LFP电池?降本压力下,车,采用LFP电池大幅降成:特斯拉Model3采用LFP成本下降约1万元;无模组vs传统有模组电池包:选取2款比亚迪车型对比,在与车型外观尺寸一致情况下,采用无模组刀片电 池包“汉”,降低整备质量,百公里电耗下降8.4%;在电池容量均为85kW
21、h时,续航里程从550KM提 升至605KM(+55KM );经我们测算,采用CTP后单车电池成本下降约4500-6000元;,不同续航里程下,选择LFP电池成本对比,605,550,468,445,7006005004003002001000,5,76,电,池4,包3,售 价210,电池包售价(万元),续航里程(KM),来源:工信部,中泰证券研究所测算,采用LFP电池大幅降成:特斯拉Model3采用LFP成本下降,LFP电池增量需求测算(一):电动车,0,100000,200000,300000,400000,500以上400-500300-400250-300200-250150-2001
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