2018-2019电力设备行业专题研究报告.pptx

2018-2019电力设备行业专题研究报告,2018 年 11 月 22 日,正文目录,一、 殊途同归，从消费锂电看动力电池技术趋势.5二、 消费锂电史观：便携核心诉求与轻薄完美方案.52.1 第一阶段（1991-2000）：日本厂商角逐，三类电池诞生 .72.2 第二阶段（2001-2010）：圆柱方形领涨，中韩成功入局 .92.3 第三阶段（2011-）：轻薄持续推进，软包抢占市场.10三、 动力锂电史观：从供给创造需求，到自主选择.143.1 高要求决定少供给，供应商决定配套份额 .143.2 圆柱：激进材料体系的试验场 .183.3 方形：中日韩认可的稳健之选 .213.4 软包：控制单体风险的避风港 .24四、 封装之选，平衡之战.29五、 投资建议.30六、 风险提示.30,图表目录,图表 1图表 2图表 3图表 4图表 5图表 6图表 7图表 8图表 9,纯电乘用车与手机对电池性能要求趋同 .5锂电池体积能量密度量、重量能量密度全面超越镍氢/镍镉电池.6消费锂电大事记.7松下 18650 典型产品技术参数.797-02 年全球手机产量增速高于笔记本市场.81999 年三洋锂电池产量市场份额超越索尼.8索尼公司 1999 年和 2011 年生产的聚合物锂电池性能对比.8主要国外厂商圆柱锂电池销量比较（百万支） .9主要国外厂商方形锂电池销量比较（百万支） .9,图表 10 2003 年全球锂离子电池出货量市占率 .10图表 11 主要国外厂商聚合物软包锂电池销量比较（百万支）.10图表 12 全球智能手机占比大幅上升 .11图表 13 全球超薄笔记本市场份额逐年增加.11图表 14 全球平板电脑高速增长后回落.11图表 15 中国 3C 市场软包电池占比逐年提升.11图表 16 2010 年全球手机销量市场格局.12图表 17 2017 年全球手机市场销量格局.12图表 18 2016 年全球各形态小型锂离子电池市场分布 .12图表 19 2017 年中国消费类锂离子电池占比近半.12图表 20 2016 年全球聚合物锂电池市场份额.13图表 21 2016 年国内消费锂电池市场格局.13图表 22 三星 SDI 消费锂电市占率不断扩大.13图表 23 2017 年全球消费锂电池市场格局测算 .13图表 24 动力锂电单体的破坏性试验强度高于消费锂电单体 .14图表 25 动力电池组需经过多项模拟极限工况、事故状态的破坏性测试.15图表 26 工信部就强制国标征求意见，增删部分安全性试验项目.16图表 27 截止 18Q3，动力电池市场份额 CR5 接近 80%.16图表 28 截止 18Q3，宁德时代装机量份额超过 40% .17图表 29 国内龙头电池企业主要采用方形封装体系.17,图表 30 截止 10 月份，国内方形电池配套份额达到 75%,（单位：GWh） .17,图表 31 东风日产轩逸 EV 沿用软包配套.18图表 32 沃尔沃插电混动沿用软包配套.18图表 33 松下电器的圆柱二次锂电池 .19,图表 34 Model 3 已经成为美国 18 年入门豪华级轿车销量冠军.19图表 35 特斯拉 Model 3 采用 21700 电池大幅提升单体能量密度.20图表 36 SDI、LG 典型 21700 圆柱电池参数.20图表 37 比克 NCM811 圆柱电池及配套车型.21图表 38 三星 SDI 方形动力电池示意图 .21图表 39 方形电池兼顾容量与功率密度.22图表 40 松下日本本部、中国工厂均扩建方形电池.22图表 41 国内外典型方形动力电池配套产品参数 .22图表 42 宝马首款锂电驱动纯电乘用车 Mini E.23图表 43 Mini E 性能参数远超同期同平台 Mini Cooper.23图表 44 海外宝马 i3 采用 SDI 方形电池配套.24图表 45 华晨宝马 530Le 采用宁德时代方形电池配套.24图表 46 叠片软包电池基本结构示意图.24图表 47 软包电池由于片状结构散热更均匀.25图表 48 日产 Leaf 采用软包电池配套.25图表 49 AESC 新世代能量型软包电池能量密度提升超过 40%.26图表 50 LG 配套 GM Volt PHEV 车型.26图表 51 LG 配套雷诺 ZOE EV 车型 .26图表 52 LG 动力产品覆盖海外奥迪、沃尔沃、通用、雷诺等主流客户.27图表 53 国内典型软包动力电池配套 .27图表 54 动力电池发展技术路线图.28图表 55 固态电池主要科研及产业化机构研究成果.28图表 56 圆柱、方形、软包电池对比 .29图表 57 2018 年软包电池大事件.29,消费电子轻薄化需求造就软包锂电池霸主地位。以手机为代表的便携式消费电子产品对“轻”、“薄”的追求与软包锂电池核心优势匹配；且消费电池产品的高度同质化、市场集中化使得软包电池规格高度一致，建立产品一致性优势，确立了软包电池在消费领域的统治地位。动力电池核心是能量密度与功率密度的平衡。新能源乘用车仍需具备燃油车的大乘坐空间、高机动性能优势才能与传统车在消费市场开展正面竞争，因此动力电池必须在体积、质量能量密度和功率密度三项指标间取得平衡。软包电池突出的安全性优势，和未来在固态电池时代的能量密度优势或将加速确立软包在动力锂电领域渗透率提升的趋势。投资建议：动力电池行业仍处快速增长期，多技术路线仍将长期并存。软包动力电池凭借高安全性获得关注度提升，未来三年进入产能扩张和需求爆发的共振期。建议关注软包动力电池企业及核心封装材料的投资机会。强烈推荐国内动力锂电超一线龙头宁德时代，软包产品配套日产轩逸 EV证实其软包产品技术达到产业化要求，优质客户渠道、全面产业布局、研发投入壁垒助力公司攫取国内外增量市场份额；强烈推荐电池产品线全面布局、消费锂电出身持续稳健增长的鹏辉能源。推荐动力级铝塑膜国产化领导者新纶科技；建议关注海外软包动力电池领导者 LG 供应链的投资机会，干法隔膜龙头星源材质、高端电解液龙头新宙邦将直接受益于 LG 海外客户放量带来的海外高毛利业务占比提升。风险提示：1）技术路线变更风险，若富锂锰基、聚合物电解液等技术在动力电池领域应用速度超出预期，将影响既有技术路线产能投资回报率。2）政策风险。国家补贴政策以动力电池系统密度为重要考查目标，若未来补贴政策对能量密度指引提升速度超出预期，将影响功率密度型技术路线发展趋势。3）海外竞争对手进入中国市场快于预期，将加剧国内动力电池市场竞争，恶性价格竞争将损害行业平均盈利能力。,一、 殊途同归，从消费锂电看动力电池技术趋势以手机为代表的便携式消费电子产品，引领了消费锂电池圆柱、方形、软包三大封装技术路线的依次产生和顺序更替；便携要求的核心指标“轻”、“薄”与软包锂电池特性的高度吻合，为软包锂电池在消费锂电领域独占鳌头埋下伏线。来到动力电池领域，纯电乘用车仍处于车辆大型化、功能复杂化的发展前期。从燃油乘用车的历史来看，更大的乘坐空间、更强的动力性能是乘用车的核心指标，与之对应的是提升动力电池系统的体积/质量能量密度和功率密度。然而动力电池领域三种封装形势不存在完美选择，一项指标的提升必然建立在其他技术指标的牺牲之上。在动力电池的三国之战中，何种封装形势能执牛耳，是本文研究重点。,图表1,纯电乘用车与手机对电池性能要求趋同,二、 消费锂电史观：便携核心诉求与轻薄完美方案锂电池替代镍氢、镍镉、铅酸电池，主要是因为体积能量密度、质量能量密度的全面超越，以及更高的工作电压、更长的循环寿命。换而言之，“轻”“薄”是锂电取代其他电池的核心竞争力。,图表2,锂电池体积能量密度量、重量能量密度全面超越镍氢/镍镉电池,从近三十年来锂电产品的发展历史来看，消费锂电产品的主流形态伴随着终端产品的创新和迭代几经变化，与企业的兴衰浮沉紧密相连。从终端产品的衍变来看，手机从最初的大哥大到功能机再到新一代智能手机，笔记本电脑从传统笔记本到超薄笔记本，平板电脑和可穿戴设备的出现，都反映出电子产品轻薄化的趋势。尤其在智能手机功能性趋同、设计趋同的大一统时代，锂电池得以再度同质化批量产出，以规格统一重建产品一致性优势。从电池形态的迭代来看，圆柱电池应用笔记本电脑、电动工具、移动电源，方形电池铁壳改铝壳并且应用于传统的功能手机，到后来聚合物软包电池顺应电子产品的发展替代圆柱和方形电池在各自领域的应用，反映出电池外包装轻薄化的趋势。即精简非核心材料以提升能量密度，是消费锂电行业进步的重要方式。从企业发展的兴衰来看，终端厂商诺基亚和摩托罗拉曾经是功能机时代的霸主，而在苹果和三星引领的智能机时代走向没落，锂电池厂商也先后经历了索尼、三洋、松下、三星 SDI、ATL 轮流称霸的时代。在技术快速革新的时代，路径依赖将是企业没落的根由；只有开拓思路全面布局可行性，才能在产业变革中独立潮头。,图表3,消费锂电大事记,2.1 第一阶段（1991-2000）：日本厂商角逐，三类电池诞生1991 年，日本索尼公司为解决便携式摄像设备供能问题，根据摄像设备尺寸设计出 18650 圆柱电池，标志着消费锂电池行业的正式诞生。,图表4,松下 18650 典型产品技术参数,方形锂电池凭借更高的空间利用率，随后被推向市场。1992 年，东芝旗下 A&TB 率先将方形锂电池商业化。1996 年，三洋开发出了从传统的铁壳变成铝壳的方型电池。与其他公司的产品相比，铝壳电池将电池重量减少约 30%。同期松下等其他制造商也进行了外装材料的铝化。而作为锂离子电池鼻祖的索尼直到 1997 年才量产方形锂电池。1999 年，三洋锂电池国内产量超过索尼，手机市场的扩大、方形锂电池的轻量化是重要的原因之一。,图表5,97-02 年全球手机产量增速高于笔记本市场,图表6,1999 年三洋锂电池产量市场份额超越索尼,图表7,索尼公司 1999 年和 2011 年生产的聚合物锂电池性能对比,指标大小质量容量平均电压充电电压充电时间体积能量密度质量能量密度循环能力操作温度正极负极,1999 年3.8mm35mm62mm16g900mAh3.75V4.2V150min410Wh/L210Wh/kg85%1000 次循环-2060钴酸锂石墨,2011 年3.8mm34mm50mm14.5g830mAh3.75V4.2V150min475Wh/L215Wh/kg85%1000 次循环-2060钴酸锂石墨,450%400%350%300%250%200%150%100%50%0%,移动电话,笔记本电脑,80%70%60%50%40%30%20%10%0%相比于圆柱和方形电池，聚合物软包电池的商业化起步较晚。1999 年，索尼和松下等 8 家日本企业将聚合物电池商品化。由于采用质量较轻的铝塑膜来代替金属壳作为外壳材料，聚合物电池的质量能量密度变得更具有吸引力。但由于此类电池存在鼓包胀气的问题，并且生产成本也较高，因此并未大规模应用于手持电子设备。,索尼,三洋,松下,东芝,2.2 第二阶段（2001-2010）：圆柱方形领涨，中韩成功入局进入新世纪后，笔记本电脑和电动工具成为圆柱电池最主要的应用领域。日韩企业的圆柱电芯技术相对较成熟，具有较高的成品率和良好的一致性，出货量和市场占有率较大。在笔记本电池市场，三星 SDI 和松下占据较大的市场份额，2011 年市占率分别为 28.7%/27.9%；而在电动工具电池领域，三星 SDI 和索尼在 2011 年的市占率分别为 34.5%/21%,其中三星 SDI 为全球前五大电动工具厂商中的四家配套供货，索尼则成为本土电动工具品牌 Makita 的供应商。,图表8,主要国外厂商圆柱锂电池销量比较（百万支）,图表9,主要国外厂商方形锂电池销量比较（百万支）,6005004003002001000方形电池跟随手机市场经历了快速扩张的阶段。诺基亚、摩托罗拉等手机巨头配备嵌入式可更换方形锂电池，引领当时的主流设计。三星 SDI 凭借深度绑定的集团公司三星电子在手机市场的突出表现，2011 年手机电池的市占率达到 23.9% 。LG 化学和松下供货诺基亚，2011 年手机电池市占率分别为 19.9%/16%。2000 年之后包括比亚迪、力神、比克在内的大多数国内电池厂商主要从方形电池发力，通过较低的制造成本进入下游手机厂商的供应链，与日韩厂商抢夺市场份额。2003 年，比亚迪凭借对诺基亚和摩托罗拉的电池供应以 10.2%的市场占有率位居锂电池产量第四位。,2008年,2009年,2010年,2011年,400350300250200150100500,2008年,2009年,2010年,2011年,图表10,2003 年全球锂离子电池出货量市占率,图表11,主要国外厂商聚合物软包锂电池销量比较（百万支）,三洋, 25.70%,索尼, 19.20%,松下, 10.80%,比亚迪, 10.20%聚合物软包电池技术逐步成熟，在高端消费电子领域崭露头角。2002 年，三星 SDI 开发出世界第一个 435Wh/L 的聚合物电池。2003 年 ATL 向贝尔实验室购买电池专利，之后改进电解液配方成功解决了聚合物电池普遍存在的鼓包问题，并于 2004 年成为 iPod 供应商，从此进入苹果公司的供应链。苹果公司并未选择传统的硬壳电池，而是将聚合物软包电池导入自己的产品中，包括 2004 年生产的mp3 产品 iPod，2006 年生产的笔记本电脑产品 MacBook，以及 2007 年和 2008 年推出的智能手机 iPhone 以及 iPhone3G。苹果公司的做法完全打破了传统圆柱和方形电池对各自细分领域市场的占领，为聚合物软包电池的大规模应用奠定基础。,三星SDI, 7.20%,其它, 26.90%,3002502001501005002.3 第三阶段（2011-）：轻薄持续推进，软包抢占市场在这一时期，消费电子产品的轻薄化趋势更加明显。2010 年，革命性产品 iPhone4 和 iPad 的发布使得聚合物锂电池进入了快速发展时期，手机和平板电脑成为聚合物锂电池的主要应用领域。在手机方面，新一代智能手机逐步替代传统功能机市场，苹果和三星等成为新的手机巨头。,2008年,2009年,2010年,2011年,在笔记本电脑方面，由于 MacBook 以及超极本等更加轻薄的产品的出现，超薄笔记本也在侵蚀传统笔记本电脑的市场份额。根据真锂研究 2016 年的统计数据，聚合物软包电池在手机中的占比高达81.4%，用于中高端的智能手机；在平板电脑中的占比达到 100%。同时在电子烟和可穿戴设备等新兴消费产品市场，聚合物电池凭借重量轻、体积小、安全性高和形状可变的独特优势占据统治地位。,图表12,全球智能手机占比大幅上升,图表13,全球超薄笔记本市场份额逐年增加,图表14,全球平板电脑高速增长后回落,图表15,中国 3C 市场软包电池占比逐年提升,诺基亚、摩托罗拉为代表的传统手机厂商在行业变革中失去了自身的位置，嵌入式的方形锂电池也失去了市场。2016 年在主要的应用领域手机市场,方形锂电池只剩下 18.6%的份额，一半用于低端的智能手机，一半用在传统功能机上。,100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%,功能手机,智能手机,90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%根据锂电联盟会长统计数据显示，中国市场 2017 年软包锂电池在 3C 领域的产量占比接近 70%，未来这一数字有望继续提升。,100%,传统笔记本,超薄笔记本,100%80%60%40%20%0%-20%-40%,120%,200150100500,250,平板电脑出货量（百万台）,同比（右）,80%70%60%50%40%30%20%10%0%,35302520151050,3C锂电池产量（GWh）3C软包电池产量（GWh）,软包电池占比（右）,华为,1.80%,1.50% 摩托罗拉,索尼爱立,RIM,2.90%,中兴,3.03%,6.11%,图表16,2010 年全球手机销量市场格局,图表17,2017 年全球手机市场销量格局,圆柱锂电池占领移动电源市场。由于聚合物锂电池不可拆卸，同时智能手机耗电量更大，移动电源市场出现了大幅增长。2016 年圆柱电池在移动电源中的占比达 69%，30%为软包电池，方形电池占比仅为 1%。圆柱电池在笔记本电脑领域的市场部分让给了聚合物软包电池。2016 年圆柱锂电池在笔记本市场占比 70%，软包 28%。另外电动工具上全部使用圆柱电池；而在电动自行车领域，圆柱软包各占一半。,图表18,2016 年全球各形态小型锂离子电池市场分布,图表19,2017 年中国消费类锂离子电池占比近半,ATL 成立之初走了一条差异化路线，以聚合物软包电池为主打产品，成为 2010 年后成长速度最快的锂电池企业之一。受益于长期的聚合物软包电池技术积累，公司成为苹果、三星、华为等巨头的供应商，为旗下手机、笔记本和平板电脑等消费电子产品供货。截止到 2012 年，ATL 锂电池电芯累积出货量超过 10 亿颗，6 年时间翻 6.7 倍，跃居全球聚合物锂电池出货量第一，并在之后一直保持这一地位。根据 TDK 财报显示，2016/2017 年，在聚合物锂电池市场，ATL 占有率保持在 25%-30%之间。而在国内市场，消费锂电池行业呈现出一家独大的局面，ATL 在 2016 年占国内消费锂电池市场份额超过 20%，产值近第二名的 5 倍。,诺基亚,28.90%三星,17.60%LG, 7.10%,其它,30.60%1.50%中兴,HTC,苹果,2.40%信, 2.60%3.00%,联想,3.35%,TCL,1.90%LG, 3.71%小米,Vivo,6.34%,其它, 三星,21.93% 21.16%苹果,14.39%OPPO, 华为,7.87% 10.22%,70%60%50%40%30%20%10%0%,80%,100%90%,方形,软包,圆柱,手机24.66%,笔记本和平板电脑11.22%移动电源10.95%,其它消费类3.44%,新能源汽车37.64%电动工具4.68%,电动自行车1.72%,储能5.69%,图表20,2016 年全球聚合物锂电池市场份额,图表21,2016 年国内消费锂电池市场格局,三星 SDI 凭借对三星产品和 iPhone 的绑定以及各种电池形态的全面表现，消费锂电池市场份额继续扩大，2014 年接近 27%，坐稳全球消费锂电池冠军宝座。不过 2015 年以来，三星 SDI 小型锂电池市场份额遭遇下滑。根据公司财务报告显示，2015/2016/2017 年小型锂电池市场份额为25%/23%/21%，近年来有小幅下滑趋势。其中 2015/2016 年圆柱锂电池 31%/28%，方形锂电池27%/25%，聚合物锂电池 18%/14%。,图表22,三星 SDI 消费锂电市占率不断扩大,图表23,2017 年全球消费锂电池市场格局测算,ATL, 27%,三星SDI,14%,其它, 59%,ATL，,20.40%,卓能，,4.30%,比亚迪，,4.20%,力神，3.70%,光宇，3.60%,福斯特，3.20%,其它，60.6%,LG化学,17%,ATL, 16%,松下（+三洋）, 13%至此，全球消费锂电的市场格局基本形成。两家韩国企业在电池的技术路线上表现全面，没有明显短板，这保证了在各一个时期都能占据细分市场的份额；在下游渠道上，既有实力雄厚的集团内部消费电子公司，也有外部像苹果、惠普之类的高端客户。ATL 则凭借差异化路线和精准定位为自身赢得高端客户，在消费锂电市场占据一席之地。传统的日本企业在经历了松下三洋合并、索尼出售锂电业务等事件后，市场份额与巅峰时期相比下滑明显。中国企业依靠性价比优势占领价格敏感性市场。,索尼, 9%,三星SDI,21%其它, 24%,三、 动力锂电史观：从供给创造需求，到自主选择3.1 高要求决定少供给，供应商决定配套份额高标准严要求，工信部推进动力锂电强制性标准由于动力电池应用场景复杂、极端环境恶劣，因此动力电池标准体系与消费电池有明显差异。对比国内 2015 年开始执行的动力电池推荐标准GB/T 31485-2015 电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法和消费锂电强制标准GB 31241-2014 便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全要求，我们可以看到针对电芯单体的试验要求中，模拟恶劣工况的破坏性试验方案如挤压、针刺、浸水等试验，动力电池标准较消费电池显著更加严格。,图表24,动力锂电单体的破坏性试验强度高于消费锂电单体,测试项目,动力锂电单体,便携式电子产品用锂电单体,测试条件,过放电,要求不爆炸不起火不漏液,测试条件/,要求/,/,强制放电过充电,/不爆炸不起火,不爆炸不起火不爆炸不起火,