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電池形態三分天下,軟包電池潛力巨大
發布時間:2018-12-12 13:26:19 點擊次數:1611

核心觀點

三種形態各有優劣,軟包電池能量密度性能突出

與硬殼電池(方形和圓柱)相比,軟包電池具有設計靈活、重量輕、內阻小、不易爆炸、循環次數多、能量密度高等特點,能在現有技術水平上提升動力電池的能量密度,在續航里程上進一步縮小和燃油車的差距。短期內軟包裝作為一種電池輕量化高能化的手段,將以較高比例占據增量市場,長期看全固態電池需要采用軟包技術為行業指明方向。新能源汽車新政策釋放了推動電池性能提升、增大能量密度的信號。隨著補貼門檻的不斷提升,軟包裝能夠助力更多電池企業提升能量密度和產品競爭力,未來軟包技術將在增量市場中占據一席之地。

從電池形態演變看鋰電設備需求升級

根據中國儲能網統計,軟包電池目前在動力電池中的滲透率僅12-15%,一方面是由于目前生產工藝尚不成熟、標準化程度較低、電池一致性較差,另一方面則是主要原材料鋁塑膜依賴進口導致單位成本相對較高。不過在需求帶動下這些發展瓶頸未來都有望通過生產規模化、自動化、增強電池管理系統、鋁塑膜質量提升等來消除。尤其是軟包電芯采用的疊片工藝,這對生產過程控制提出了很高要求,也凸顯了中后段高端一體化設備的重要作用。

軟包設備空間廣闊,主流廠商紛紛布局

動力鋰電池生產設備與鋰電池工藝流程緊密關聯,整產工藝大致可分為極片制作(前端)、電芯制作(中端)和電池組裝(后端)三個階段。軟包電池與方形電池的工藝在生產前端的攪拌、涂布、輥壓等環節基本一致,工藝差異主要集中在動力電池生產的中端與后端。核心差異在于兩方面:1)軟包電池電芯采用疊片工藝,而方形電池通常采用卷繞工藝;2)鋁塑膜作為軟包電池包裝材料,其中后端的注液、封裝等工序與方形電池存在較大差異。軟包電池相關中后端鋰電設備巨大的市場空間吸引著鋰電設備龍頭加速布局軟包設備領域。2018年3月13日,璞泰來發布重大資產重組停牌進展公告稱,擬收購的標的資產為東莞市超業精密設備有限公司。超業精密為國內領先的軟包電池成套解決方案供應商。

投資建議: 隨著新能源汽車補貼標準對電池能量密度提出更高要求,軟包技術作為電池輕量化高能化的重要手段,有望在新增產能中持續提高滲透率,從而實現高于行業擴產規模的投資增速。軟包電池與方形電池的工藝差異帶來對中后段高端疊片設備和注液、封裝等設備的需求升級。新增市場由于空間廣闊,具備一定軟包技術基礎的鋰電設備公司有望加速布局。目前相關上市公司包括璞泰來、贏合科技、先導智能等。

風險提示:新能源汽車銷量低于預期;產品價格大幅下跌;軟包動力電池技術推廣低于預期。

一、電池形態三分天下,軟包電池潛力巨大

1.1 三種形態各有優劣,軟包電池能量密度突出

目前動力鋰電池依據封裝形式差異可分為三類形態:圓柱、方形和軟包,其中圓柱和方形也統稱為硬殼電池。三種動力鋰電池的內部構成要素區別不大,核心差異在于圓柱和方形電池主要采用金屬材料作為外殼,而軟包鋰電池采用鋁塑膜作為封裝外殼。

由于特定的包裝材料與結構不同,三種電池各在技術性能方面有所差異,各自具備一定的優劣勢。

圓柱電池:生產工藝成熟,產品良率高。受益于成熟的工藝,圓柱鋰電池PACK成本較低,電池產品良率較高;且散熱性能優于方型電池;圓柱形電池可依據具體需求而進行多種形態組合,便于新能源汽車使用空間的充分布局。當下中、日、韓、美等都有成熟的圓柱電池生產企業,比如SANYO、SONY、萬向A123等。但是圓柱電池通常是選用金屬鋼殼或鋁殼封裝,重量較大,導致電池組比能量相對較低。

方形電池:型號眾多,工藝統一難。方形硬殼電池殼體多為鋁合金、不銹鋼等材料,內部采用卷繞式或疊片式工藝,對電芯的保護作用優于于鋁塑膜電池(即軟包電池),電芯安全性相對圓柱型電池也有了較大改善。目前,生產方形電池的企業主要有寧德時代、國軒高科、三星SDI、力神等。但是由于方形電池通常是根據產品要求的尺寸定制化生產,造成目前市場上方形電池型號眾多,工藝很難統一,對于需要多只串、并聯使用的新能源汽車動力鋰電池,因此選用標準化生產的圓柱鋰電池在生產工藝更有保證,在安全性方面更有優勢,同時替換性較強。

軟包電池:指以鋁塑膜為外殼的鋰電池,在3C領域滲透率已經超過60%,并逐步擴展至新能源汽車行業。與硬殼電池相比,軟包電池具有設計靈活、重量輕、內阻小、不易爆炸、循環次數多、能量密度高等特點。軟包電池隨著智能手機和平板電腦的普及得到快速發展,因其良好的延展性和高能量密度特點,逐步應用到新能源汽車、儲能等領域。

軟包裝的最大優勢在于,能在現有技術水平上提升動力電池的能量密度,在續航里程上進一步縮小和燃油車的差距。根據高工鋰電的統計,軟包電池比同等容量的鋁殼包裝電池輕20%,與同樣尺寸的鋁殼電池,容量高出50%。與硬殼包裝相比,軟包裝能夠提升電池安全性、減少電池自耗電、延長使用壽命,并具有設計靈活性。軟包裝的不足之處在于包裝材料鋁塑膜機械強度不及硬殼,目前依賴進口、成本較高。

軟包裝的最大優勢在于,能在現有技術水平上提升動力電池的能量密度,在續航里程上進一步縮小和燃油車的差距。根據高工鋰電的統計,軟包電池比同等容量的鋁殼包裝電池輕20%,與同樣尺寸的鋁殼電池,容量高出50%。與硬殼包裝相比,軟包裝能夠提升電池安全性、減少電池自耗電、延長使用壽命,并具有設計靈活性。軟包裝的不足之處在于包裝材料鋁塑膜機械強度不及硬殼,目前依賴進口、成本較高。

成本和一致性問題成軟包電池發展限制因素。軟包電池不足之處在于,目前生產工藝尚不成熟、標準化程度較低、電池一致性較差。不過這些劣勢未來 通過生產規模化、自動化、增強電池管理系統、鋁塑膜質量提升來消除。此外,軟包原材料鋁塑膜仍有賴進口,動力電池制造廠商對國產鋁塑膜接受程度低,這也在一定程度上限制了軟包電池的大規模發展。未來隨國內企業在鋁塑膜領域的產能發力,后續限制性因素有望陸續化解。

1.2 新版政策“優補差退”,高能量密度需求助力軟包技術發展

按照2018年新能源汽車補貼方案,系統能量密度在140Wh/kg以上的純電動乘用車有10%的補貼溢價,系統能量密度在160Wh/kg以上的純電動乘用車有20%的補貼溢價,系統能量密度在135Wh/kg以的純電動客車可獲得10%的補貼溢價,提高了補貼對于電池系統能量密度的要求。由于軟包裝能夠進一步提升電池能量密度,發展軟包電池符合新政策引導方向。

中期來看,在去補貼化背景下,行業競爭格局趨向市場化,軟包電池符合乘用車提升續航能力趨勢。在2013-2016年普惠式補貼政策引導下,新能源乘用車市場逐漸形成,2016年產量在新能源汽車總產量中占比約為62%;A00、A0級車在新能源乘用車產量中占據半壁江山,市場培育初見成效。相比于客車、專用車,乘用車的空間更加緊湊,對能量密度、安全性要求更高,軟包裝節省體積減輕重量,能夠提升續駛能力,且不易燃爆,優勢明顯。北汽EC180、奇瑞eQ等暢銷A00、A0車型均部分使用軟包電池。軟包裝的能量密度、安全優勢符合A、B級乘用車性能提升方向,新能源乘用車持續放量為軟包發展創造空間。

1.3 未來固態電池適合搭配軟包封裝技術

按照電解液物質狀態的不同,軟包電池可分為軟包液態電池和軟包聚合物電池,前者使用液態電解液,后者使用的電解液目前以膠體為主。以固態物質為電解液的全固態電池仍處于研發示范階段,將進一步提升動力電池的能量密度和安全性,由于不使用液態電解液,電池封裝可使用軟包。軟包液態電池廣泛應用于國產手機、充電寶,著名暢銷車型日產聆風即裝載了AESC提供的層疊式軟包液態電池;軟包聚合物電池則用于筆記本電腦及品牌手機。


遠期來看,全固態電池能量密度高、安全性最強,有望帶動軟包裝進一步發展。全固態電池以聚合物、氧化物或硫化物等固態電解質代替隔膜和電解液從根本上解決電池安全問題;電池單體能量密度有望提升至400-500Wh/kg。全固態電池目前仍處于研發階段,寶馬、豐田、博世及部分國內企業都在積極布局,未來有望成為主流電池路線。德國Kolibri為奧迪汽車開發出一款大容量的聚合物固態鋰電池,電池總重300kg,續駛里程達到600公里。由于無需使用液體,固態電池外殼與組裝工藝得到簡化,適宜固態電池封裝使用的軟包封住技術有望為軟包電池發展打開新的成長空間。

我們認為,短期內軟包裝作為一種電池輕量化高能化的手段,將以較高比例占據增量市場,長期看好全固態電池采用軟包裝趨勢。新能源汽車新政策釋放了推動電池性能提升、增大能量密度的信號。隨著補貼門檻的不斷提升,軟包裝能夠助力更多電池企業提升能量密度,提升產品競爭力,軟包裝將在增量市場中占據一席之地。

二、擴產趨勢發生變化,軟包電池投資加碼

2.1 明星車型助力未來軟包電池放量

國內市場,軟包電池進入部分新能源乘用車、客車、專用車龍頭企業供應鏈,應用前景持續看好。北汽新能源、奇瑞等廠商在其暢銷車型中引入軟包,東風日產、上汽通用等企業積極推進國外軟包車型本土化。軟包電池也應用于新能源客車和專用車,宇通客車、中通客車、東風特汽等龍頭企業均有車型搭載軟包電池。

2.2 電池企業軟包產能擴產計劃

在2017年新能源乘用車動力電池裝機量前十中,孚能、天能、捷威都是三元軟包動力電池供應商。這三家都是近幾年進入新能源乘用車供應前列的。

2015年開始,孚能憑借三元軟包的能量密度優勢和在北美的配套經驗積累,進入北汽新能源的供應體系,成為主力供應商。2015年在出貨量排行上,孚能還默默無聞。2016年,孚能出貨量達到341.68MWh,業界排名第13名。2017年繼續擴張,出貨量1.05GWh,業界排名第六,乘用車配套排行第三。2017年12月20日,孚能還與北汽集團簽下五年百萬臺電池大單,將確保其繼續占有相當大的市場份額。

天能也是近幾年進入新能源乘用車供應的電池巨頭。2017年天能三元軟包電動汽車動力電池近300MWh。天能的軟包電芯能量密度已經達到230Wh/kg,2018年底將推出250-260Wh/kg的產品。目前天能三元軟包動力電池產能2.5GWh-3GWh,2019年將擴充到8GWh左右,新增產能全部為三元軟包路線。

在前十名之外,多氟多、卡耐新能源、超威創元、天勁股份、鵬輝能源等企業都已經量產供應三元軟包電池,使得三元軟包相對于方形和圓柱,日漸呈現崛起之勢。

三、從電池形態演變看鋰電設備升級之路

3.1 技術與效率尋找均衡點,三種形態各自發展

2018年1月20日,中國電動汽車百人會2018年論壇,國家863 計劃節能與新能源汽車重大項目總體專家組組長歐陽明高介紹動力電池專項研究進展。其中CATL、力神、國軒高科三家承擔新型鋰離子動力電池項目的企業,均選擇了三元軟包技術路線,能量密度均達到300Wh/kg。

但這只能表明承擔國家專項的三家企業對三元軟包技術路線高能量密度特征的認可,實際擴產情況仍然是企業從自身出發,尋求技術與效率的均衡點。而軟包電池目前尚未對方形電池和圓柱電池形成壓倒性優勢的主要短板有兩方面:一是成本問題:鋁塑膜這一核心部件目前國產化程度較低,主要依賴于國外進口,成本較高。二是工藝難度:軟包電芯通常采用疊片工藝而非卷繞方式,在疊片模切過程當中,傳統五金模切機往往造成沖切斷面出現毛刺、易掉粉問題,導致極片質量不好,嚴重影響成品電池安全性能,同時殘留的粉塵在復雜的使用環境下,容易造成電池內部短路,輕則縮短電池壽命,重則導致電池出現安全問題。

3.2 鋁塑膜逐漸國產化,破解軟包路線成本難題

鋁塑膜的材料屬性對于保障電池長周期穩定運行十分關鍵,是軟包電池與圓柱型、方型硬殼電池主要區別所在。鋁塑膜的設計、制造被認為是鋰電行業三大技術難題之一。鋁塑膜一般由外阻層(尼龍)、鋁層和高阻隔層(聚丙烯)組成,在兩層之間夾有膠水層。按照功能用途,鋁塑膜可以分為動力用和非動力用兩類。前者所使用的鋁塑膜厚度為152μm,后者一般使用88-123μm厚度的鋁塑膜。相對而言,前者的技術要求更高。

鋁塑膜價格仍高,主要歸因于存在生產技術壁壘、目前主要依賴進口,國內市場基本為日韓企業壟斷。高工鋰電數據顯示,2016年中國鋰電池鋁塑膜的需求量(不含外資企業在中國的工廠,ATL除外)為9500萬m2,同比增長44%;其中,國內產量達494萬m2,國產化率約為5%。日本DNP、昭和電工占據近70%份額。2016年,新綸科技于2016年7月收購了日本凸版印刷旗下的鋁塑膜生產、制造及銷售業務,目前其生產仍在日本完成。

3.3 疊片工藝難度大,高端生產設備需求突顯

軟包電芯通常采用的是疊片工藝,而非方形電池電芯通常采用的卷繞方式。在軟包電池模切和疊片工藝過程中,產生的毛刺和粉塵容易造成電池短路,造成極大的電池安全隱患,因此在軟包電池的生產制備過程中控制極片毛刺粉塵顯得尤為重要。

極片毛刺是指極片沖切所產生的斷面基材拉伸、彎曲。在模切和疊片工序中控制沖切時的毛刺大小,減少沖切時產生的粉塵,以及在極片轉運過程中避免毛刺的產生,已成為這兩個工序目前面臨的最主要的難題,而要解決這些難題,先要了解毛刺和粉塵產生的原因。極片毛刺粉塵產生的主要原因有三點:1)沖切方式;2)沖切模具的結構;3)沖切模具的材料及加工精度。根據毛刺和粉塵產生的原因,解決方案未來可從以下幾方面提升:1、優化現有模具結構;2、提高模具制造和裝配精度;3、選用激光模切機;4、采用模切疊片一體機,模切疊片一體機在極片沖切完之后可直接進入疊片平臺,避免極片和料盒的碰撞和摩擦,徹底解決極片不良的潛在風險。

四、軟包設備空間廣闊,主流廠商紛紛布局

4.1前端設備共享,中后端引發需求升級

動力鋰電池生產設備與鋰電池工藝流程緊密關聯。動力鋰電池整體生產工藝流程較長,大致可分為極片制作(前端)、電芯制作(中端)和電池組裝(后端)三個階段。

軟包電池與方形電池的工藝在生產前端的攪拌、涂布、輥壓等環節基本一致,工藝差異主要集中在動力電池生產的中端與后端。核心差異在于兩方面:1)軟包電池電芯采用疊片工藝,而方形電池通常采用卷繞工藝;2)鋁塑膜作為軟包電池包裝材料,其中后端的注液、封裝均與方形電池存在較大差異。

4.2 軟包路線滲透率有待提升,設備需求空間廣闊

高工鋰電統計數據顯示,2016年我國圓柱、方形、軟包鋰電池產量分別為13.92GWh、26.64GWh、22.99GWh,軟包在鋰電全行業的滲透率已經達36%,而我國動力電池產量達30.5GWh,其中軟包電池占比12%,處于相對較低水準。

隨著補貼政策退坡,新能源汽車市場導向趨勢愈發明顯。在前期政策引導下,A00、A0級新能源乘用車市場已經初具規模,積分制下A、B級乘用車放量在即。軟包電池設計靈活、輕質的特性有望在小車中得到充分發揮,預期未來在A00、A0級車中的滲透率將逐步提升。對于增量市場,軟包裝的能量密度、安全性優勢依然適用,可以提升續航里程。根據中國儲能網的預測,2020年國內軟包動力電池出貨量預計35.9Gwh,滲透率達38%,相比17年5.5Gwh左右的出貨量新增約30Gwh。考慮到市場成熟期合理的產能利用率范圍在50%左右,即得到新增產能60Gwh。這與軟包電池企業目前公布的擴產計劃56Gwh總量基本吻合。

依據寧德時代招股說明書披露的數據顯示,目前國內電池廠商平均1GWh產能對應設備投資約2.8億元。其中,前中后三階段對應的鋰電設備價值量占比分別在 40%、30%、30%左右,軟包路線對應的特有設備即中后段設備大概占比60%, 約1.68億/Gwh。則2020年以前軟包動力電池新增特有設備需求約60*1.68=100.08,即約100億的新增軟包特有生產設備需求。

軟包電池相關中后端鋰電設備巨大的市場空間吸引著鋰電設備龍頭加速布局軟包設備領域。2018年3月13日,璞泰來發布重大資產重組停牌進展公告稱,公司本次重大資產重組擬收購的標的資產為東莞市超業精密設備有限公司(下稱“超業精密”),初步方案為擬發行股份及支付現金收購超業精密100%股權。璞泰來通過新設、兼并購等方式,不斷完善在鋰電池關鍵材料和設備領域的產業鏈布局。超業精密起步于十多年前的半自動單機,成名于極耳焊接機、沖殼包裝機和注液機。在鋰電池行業需求快速提升的背景下。近年來公司軟包裝電池設備產品早已拓延到模切、疊片、焊接、包裝、干燥、注液和DEGAS等核心工藝設備,并具備在單品牌下整體提供全套中段和后段設備的供應和服務能力。

此外,贏合科技較早設計包括模切疊片、全自動軟包注液機、軟包封裝等軟包電池生產相關鋰電設備,積累了一定的經驗,具備提供軟包一體化組裝線產品服務的能力。先導智能作為鋰電設備的領先企業,除卷繞機王牌產品之外,在疊片機領域具備一定技術基礎。

五、相關上市公司

璞泰來(603659.SH):璞泰來專注鋰電材料及設備領域,現已布局負極材料、鋰電設備、涂覆隔膜加工以及鋁塑包裝膜等四項核心業務,鋰電產業內各業務協同支撐,縱向一體化布局深厚,龍頭地位穩固。公司公告擬收購超業精密。超業精密近年來在軟包裝電池設備產品已拓延到模切、疊片、焊接、包裝、干燥、注液和DEGAS等核心工藝設備,并具備在單品牌下整體提供全套中段和后段設備的供應和服務能力,為公司未來建立一體化軟包相關鋰電設備產能打下基礎。公司2017年前三季度公司實現營收15.51億元,同比增長40.2%;歸母凈利潤3.24億元,同比增長68.3%,增長態勢強勁。

贏合科技(300457.SZ):贏合科技成立于2006年,是一家集開發、生產、銷售、服務為一體的自主創新型國家級高新技術企業。公司專業制造新能源自動化生產裝備,廣泛應用于鋰離子、聚合物、動力電池等各個生產工序;公司技術力量雄厚,擁有一支以資深工程師為核心的研發團隊,在鋰電池及非標設備制造方面具有深厚造詣,保證了技術的先進性和實用性。公司較早設計包括模切疊片、全自動軟包注液機、軟包封裝等軟包電池生產相關鋰電設備,積累了一定的經驗,具備提供軟包一體化組裝線產品服務的能力。公司2017年實現營收15.91億元,同比增長87.13%;歸母凈利潤2.19億元,同比增長76.64%。

先導智能(300450.SZ):公司是鋰電設備行業的領軍企業,競爭優勢明顯,有望進一步成長為全球鋰電設備企業。除卷繞機王牌產品之外,公司在疊片機領域具備一定技術基礎,同時擁有良好的口碑以及優質的客戶資源。公司2017年全年實現營收21.77億元,同比增長101.75%;歸母凈利潤5.14億元,同比增長79.45%。

六、投資建議與風險提示

投資建議:

隨著新能源汽車補貼標準對電池能量密度提出更高要求,軟包技術作為電池輕量化高能化的重要手段,有望在新增產能中持續提高滲透率,從而實現高于行業擴產規模的投資增速。軟包電池與方形電池的工藝差異帶來對中后段高端疊片設備和注液、封裝等設備的需求升級。新增市場由于空間廣闊,具備一定軟包技術基礎的鋰電設備公司有望加速布局。目前相關上市公司包括璞泰來、贏合科技、先導智能等。

風險提示:

新能源汽車銷量低于預期:我國新能源汽車處于起步階段,受政策等多重因素影響,新能源汽車銷量波動將對上游電池和鋰電設備需求形成影響。

產品價格大幅下跌:隨著電池技術的改善,鋰電池單價有逐漸下降趨勢,若電池單價出現大幅下跌將對上游游電池和鋰電設備需求形成影響。

軟包動力電池技術推廣低于預期:軟包電池由于能量密度高等特點未來應用市場廣闊,若軟包技術路線推廣低于預期,將對上游軟包特有鋰電設備需求形成影響。

 

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