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中天和:动力锂电池设备及制造工艺深度报告

文章来源: 深圳市中天和自动化设备有限公司 人气:2036发表时间:2017-11-09 19:06:56

     中天和:动力锂电池设备及制造工艺深度报告

  新能源产业扩张强劲,由政策驱动转变为需求驱动

  新能源汽车行业将逐渐由政策驱动转变为需求驱动。首先,伴随更多厂商加入新能源大军,市场竞争加剧将导致整车厂下调销售价格;其次,厂家通过扩产实现规模效应以降低成本。

  根据UBS的预测,中国将在2023年实现电动车与燃油车在EBIT层面的盈亏平衡,若考虑我国对新能源汽车的高额补贴,则这一时间点有望提前到来。多重因素影响下,新能源汽车价格将持续下降,需求驱动将成为行业发展的主要驱动力。

  动力锂电结构性产能过剩,行业格局两级分化

锂电行业有效产能依然不足,未来行业集中度将持续上升,强者恒强的趋势不可逆转。

  从供给角度看,2016年主要动力锂电池厂商合计产能为69.35Gwh,到2020年将有望升至360.55Gwh,期间增速高达51%。假设前五家(松下、三星、LG、比亚迪、CATL)龙头电池厂产能将按照50%的平均行业增速增长,则2020年前五大公司的产能供给有望达180Gwh。

  从需求角度看,2020年全球新能源汽车销量有望达到373.4万辆,需要配置的有效产能至少为324Gwh。在锂电厂商低端产能退出、集中度提升的背景下,我们假设前五家龙头电池厂出货量将在2020年上升到行业的70%,届时其产能至少需要达到226.84Gwh,有效产能依然不足。

  值得注意的是,车企和锂电企业已逐步形成联盟关系,未来锂电企业和整车企业的绑定将进一步发展和强化,行业集中度将进一步提升。

  锂电设备加快进口替代,产业链龙头相互抱团

  未来几年锂电企业的产能扩张与生产线改造将对锂电生产设备和自动化生产线形成持续的需求。

  根据我们的测算,2017-2020年,全球动力锂电设备投资总规模分别达到503亿、754亿、1004亿和1361亿,CAGR39%。

  按照生产工艺细分来看,2020年,搅拌涂布、辊压分切、卷绕、制片模切、检测、物流自动化和PACK对应的市场空间分别为340亿、68亿、272亿、136亿、272亿、136亿和136亿。

  伴随国产电芯厂的崛起,国内企业立足于部分高端产品,带动整体设备技术水平不断提高,在涂布机、卷绕机、分切机等高端设备领域,逐步赶超国外。据高工锂电预计,到2020年锂电设备的国产率将达到80%,国产设备替代空间巨大。

  未来锂电池生产设备的发展规划包括国内和国外两个主线,全球来看,松下、LG化学、三星SDICATL、比亚迪等龙头(潜在)大规模扩产,以先导智能为代表的中国企业有望进一步与更多龙头厂商建立合作关系,实现全球供货;

  国内市场来看,锂电池设备非标准特征明显,客户粘性极强,电池龙头与生产装备龙头强强联合趋势愈发明显,未来锂电池设备行业龙头和电池企业龙头将齐头并进,欢迎关注锂电联盟会长公众号。

  目前,先导智能、科恒股份、赢合科技等优质企业已抢先与优质电芯厂家达成合作,未来锂电装备行业有望进一步分化,一方面,客户资源不同导致不同装备厂商对应市场空间不同;

  另一方面,大客户与小客户的自下而上传导的资金压力不同,规模较小的新能源车企更依赖补贴,对设备企业的赊款问题更为严重,设备企业应收账款承压。

锂电池设备

建议重点关注:

(1)先导智能:国内锂电装备龙头,剑指全球市场;

  (2)科恒股份:收购浩能科技布局锂电设备,涂布机优势突出,新增订单充盈;

  (3)赢合科技:国内整线设备供应商,客户资源有望不断升级;

  (4)星云股份:的锂电检测系统供应商,产品线向上游拓展;

  (5)金银河:主业向锂电设备扩展,在手订单充足,IPO募资扩产能,业绩增长可期。

  风险提示:新能源汽车销量不及预期,电芯厂家产能扩张不及预期。

  新能源汽车蓬勃发展,

  消费需求将成大驱动力

  政策规范日趋成熟,

  新能源车推广节奏稳定

  20109月国务院常务会议审议通过《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》,新能源汽车被纳入战略新兴产业范畴,同年我国开始对新能源汽车实施补贴政策,新能源汽车与其他六大产业成为国家重点发展方向。

  20161月工信部、发改委、财政部、科技部联合发布《关于开展新能源汽车推广核查工作的通知》,同时启动骗补核查,全面核查财政资金使用及管理情况、新能源汽车生产与使用情况。经过此轮调查整改,行业得到净化,未来将更健康发展。

  2017年工信部陆续颁布了7批《新能源汽车推广应用推荐车型目录》,目前该目录正以每月一批的节奏稳定发布。截止2017731日,七批推荐车型目录共包括178户企业的2265个车型。

  补贴政策持续升级,双积分制理清行业发展思路

  2010年我国开始对新能源汽车进行补贴,20139月国务院发布的《关于继续开展新能源汽车推广应用工作的通知》要求,在2013-2015年对消费者购买新能源汽车继续给予补贴。同时,全国多地推出地方性的补贴政策,国家+地方双层补贴有效激励了我国新能源汽车消费。

  根据2017年新新能源汽车补贴政策,纯电动车和插电式混合动力车不同纯电续航里程补贴额度均有不同程度的下降,但仍然保持较高水平的补贴额度,续航里程超过250公里的纯电动车补贴额度为4.4万元/辆。

  根据新的新能源车补贴标准,客车补贴出现较大幅度的下滑,并引入系统能量密度作为补贴指标,系统能量密度分为95-95wh/kg95-115wh/kg11wh/kg以上三个档次,对应中央财政补贴调整系数为0。811.2。

  乘用车方面同样引入系统能量密度作为财政补贴指标,动力电池系统能量密度为90-120wh/kg时对应的调整系数为1,能量密度大于120wh/kg时的调整系数为1.1倍。目前国内新能源乘用车电池以磷酸铁锂和三元为主,三元电池能量密度较高,基本在90wh/kg以上,符合财政补贴要求。

  未来,三元材料电池在新能源车中所占的比例将进一步提升,高能量密度的NCA和高镍NCM三元电池应用空间有望进一步加大,研发高能量密度的锂电池也将成为更多企业的主要攻克目标。

  2017613日,工信部颁布了新版的《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法(征求意见稿)》,对去年9月颁布的积分制进行了更新与改革。

  双积分其一是平均燃料消耗量积分(CAFC),其二是新能源汽车积分(NEV积分),考核的都是车企,但计算方法都是先计算车型,再加总为车企的分数。

  在车型的层面,计算思路都是差值考核,即计算该车型的实际值与考核标准的差距,超出标准越多越能形成正积分,其中新能源车也要计算CAFC,将电量转换为传统的燃料消耗量。

  两类考核值都分别给出了规定,需要注意的是NEV积分比例不是数量比例,以2018年的8%为例,对一家年产10万辆燃油车的车企来讲,当年必须要产生10万辆x8%=8000分,这是整个机制中的一个重要分-量转换的桥梁。在车企层面,就是每一辆车的达标情况的总和。

  积分制颁布之后,对于车企而言其受到硬性的NEV积分比例和CAFC的要求压力,中小型的新能源汽车企业迫于积分压力将会积极扩产或者需求同大的车企进行合并、抱团取暖。

  碳配额、双积分的消息首先直接推动大众加速与江淮的合作落地,同时,丰田、本田登车企都宣布将纯电动汽车加入终极目标,轴心发生转移。这种转向、加大投入、尽早投放将促进系能源汽车市场更快地成熟。

  消费需求将成大驱动力,预计2020年新能源汽车销量突破200万台

  当前我国的新能源汽车发展主要由政策扶持,得到了飞速的发展。2016年,我国新能源汽车销量为50.7万辆,同比增长53%,截止20177月我国当年新能源汽车销量为26。8万辆,同比增长10。34%,三四季度有望持续放量,全年销量超过70万辆。

  我们认为新能源汽车行业将逐渐由政策驱动转变为需求驱动。根据尼尔森联合中国汽车工业协会联合发布的《中国汽车消费者白皮书》显示我国新能源汽车行业还处于个人消费的起步阶段,消费者在购买新能源汽车时的主要出发点还是基于政策扶持与购买新能源汽车的补贴政策。

  伴随更多厂商加入新能源大军,一方面,市场竞争加剧倒导致整车厂下调销售价格,另一方面,厂家通过扩产实现规模效应以降低成本,双重因素影响下,新能源汽车价格将持续下降,需求驱动将成为行业发展的主要驱动力。

  根据国务院发布的《十三五国家战略性新兴产业发展规划》,到2020年,新能源汽车实现当年产销200万辆以上,累计产销超过500万辆,CAGR达到41%,市场前景广阔。

  根据天风证券汽车行业研究团队的测算,预计2020年我国新能源汽车产量将达到242万辆,CAGR达到46。88%。其中,乘用车是主力车型,销量将突破200万辆。

  新能源车性能提升显著,盈亏平衡有望提前实现

  通过对主流车型的性能进行梳理可以发现,新能源车性能提升显著,正逐渐向国际一流电动汽车看齐。

  根据天风汽车组的统计,2016年全年销量排名靠前的新能源汽车品牌分别是比亚迪唐、比亚迪秦、比亚迪E6、众泰云100、帝豪EV、比亚迪e5、荣威550等。

  目前国内自主品牌中,纯电动车占据主导地位,新车型的电池容量和续航里程均有所提升,电池正极材料也逐渐由磷酸铁锂向三元材料过渡,积极向国际高端品牌看齐。

  目前比亚迪E6电池容量82kwh,续航里程可达400千米,与特斯拉model X性能相当,但电池慢充充满时间低于特斯拉model X 2.5个小时,且售价不足特斯拉的一半,性价比优势明显。

  根据UBS Evidence Lab的《电动车拆解报告》,新能源汽车与传统燃油汽车的成本差距将在未来几年大幅缩小。以雪佛兰Bolt为例,当前电池组是Bolt的大成本项,约1。25万美元,是可比燃油车大众高尔夫成本的两倍左右。

  伴随技术升级和扩产实现的规模效应,到2025年,Bolt电池组成本有望下降36%达到8000美元左右,与高尔夫的差距缩小至2300美元。

  总持有成本方面,根据UBS的预测,中国将在2023年实现电动车与燃油车在EBIT层面的盈亏平衡,若考虑我国对新能源汽车的高额补贴,则这一时间点有望大幅提前到来。

  当前,雪佛兰Bolt尚未实现盈亏平衡,每销售一辆Bolt,在EBIT层面损失约7400美元,但边际利润为正值,约3200美元,到2025年,每辆车EBIT有望升至1300美元,EBIT利润率也将升至5%。若按平均增速计算,则6。5年后Bolt将在EBIT层面实现盈亏平衡。

  龙头+政策护航,新能源成为汽车厂家必争之地

  特斯拉全球风潮,Model 3 盈利指日可待

  作为全球新能源汽车领航者,特斯拉自2012年推出第一款四门纯电动豪华轿跑车Model S迅速点燃市场消费热情。

  基于特斯拉Model系列造价等原因,特斯拉一直处于亏损状态但是截止到2017Q1,特斯拉亏损收窄。目前,首批30Model 3已交付到用户手中。

  特斯拉CEO Elon Musk此前表示,首批30辆交付后,Model 3生产将呈指数增长,预计8月份产量100辆,9月份超过1500辆,到12月份时达到2万辆,目标是2018年年产50万辆,2020年年产100万辆,届时特斯拉总体销量有望实现跨越式增长。

  同时特斯拉落地中国的预期带来一定的产业溢出,对全球新能源汽车领域发展都将带来极大地推动。

  从微观数据来看,特斯拉model3实现盈亏平衡指日可待。

  根据UBS Evidence Lab《电动车拆解报告》,当前每辆特斯拉model3的基础售价(base price)35000美元,其中动力系统成本(powertrain costs)13578美元,其他直接成本(other direct costs)16300美元,其他运营成本(other opex)5122美元,则每销售一辆model 3亏损EBIT(息税前利润)2830美元。

  若选装功能的毛利率为50%,则售价再提升5700美元可在EBIT层面实现盈亏平衡。当前特斯拉model 3基本续航版售价35000美元,长续航版售价44000美元,选装功能包括解锁自动辅助驾驶5000美元、高级选装包5000美元、特殊油漆1000美元、全自动驾驶软件3000美元等,多样化的选择使得4.1万美元的售价门槛并非难以跨越,特斯拉model 3 实现盈利为期不远。

  传统车企纷纷布局新能源,2020年全球销量有望达400万辆

  2015年以来,全球多个国家和地区对新能源汽车发展提出多项规定和保障条款,如减免税收、环保奖励、采购退税等,极大地促进了全球各国对于新能源发展的热情。

  短期内新能源产业支持政策对行业发展有推动作用,但未来必然走向市场化推广和消费需求驱动。尤其在双积分等政策的推动下,各大主流汽车厂商也均已发布新能源汽车的产品规划,各自进行了产业布局。

  自主品牌中,东风集团宣布到2020年新能源汽车销量达到80万量,占东风当年产销560万辆目标的14.28%;比亚迪、北汽新能源等相继宣布扩产计划,同时江淮、江铃、奇瑞、长安等业逐步涉及新能源汽车产业。

  国外品牌方面,沃尔沃宣布,到2019年新推出的每一款汽车车型都将配备电动发动机,到2024年将全面终止内燃机或柴油机汽车业务;宝马集团已经宣布,除了已有的燃油车型以外,未来所有品牌和型号系列都可以实现电气化(纯电动或插电式混合动力),到2020年以后制造的下一代汽车产品中将出现更多的纯电动车,新款宝马MINI纯电动车将在2019年正式投入生产。

  根据天风证券汽车行业研究团队统计数据显示,2016年全球新能源汽车销量为75.32万辆,同比增长37。66%,预计到2020年全球新能源汽车销量将达到373.39万辆,CAGR达到49.22%,前景广阔。

  锂电池结构:不同结构形式、不同材料的工艺相似但装备需全新配置

  锂离子电池构成主要由正极、负极、非水电解质和隔膜四部分组成。目前市场上采用较多的锂电池主要为磷酸铁锂电池和三元锂电池,二者正极原材料差异较大,生产工艺流程比较接近但工艺参数需变化巨大。

  若磷酸铁锂全面更换为三元材料,旧产线的整改效果不佳。对于电池厂家而言,需要对产线上的设备大面积进行更换。

  锂电池制造工艺:前中后三道工序,占比接近35%/30%/35%

  锂电池的生产工艺比较复杂,主要生产工艺流程主要涵盖电极制作的搅拌涂布阶段(前段)、电芯合成的卷绕注液阶段(中段),以及化成封装的包装检测阶段(后段),价值量(采购金额)占比约为(35~40%):(30~35)%:(30~35)%

  差异主要来自于设备供应商不同、进口/国产比例差异等,工艺流程基本一致,价值量占比有偏差但总体符合该比例。

  锂电生产前段工序对应的锂电设备主要包括真空搅拌机、涂布机、辊压机等;中段工序主要包括模切机、卷绕机、叠片机、注液机等;后段工序则包括化成机、分容检测设备、过程仓储物流自动化等。

  除此之外,电池组的生产还需要Pack 自动化设备。

  锂电前段生产工艺:极片制造关系电池核心性能

  锂电池前端工艺的结果是将锂电池正负极片制备完成,其第一道工序是搅拌,即将正、负极固态电池材料混合均匀后加入溶剂,通过真空搅拌机搅拌成浆状。配料的搅拌是锂电后续工艺的基础,高质量搅拌是后续涂布、辊压工艺高质量完成的基础。

  涂布和辊压工艺之后是分切,即对涂布进行分切工艺处理。如若分切过程中产生毛刺则后续装配、注电解液等程序、甚至是电池使用过程中出现安全隐患。

  因此锂电生产过程中的前端设备,如搅拌机、涂布机、辊压机、分条机等是电池制造的核心机器,关乎整条生产线的质量,因此前端设备的价值量(金额)占整条锂电自动化生产线的比例高,约35%

  锂电中段工艺流程:效率先行,卷绕走在叠片之前

  锂电池制造过程中,中段工艺主要是完成电池的成型,主要工艺流程包括制片、极片卷绕、模切、电芯卷绕成型和叠片成型等,是当前国内设备厂商竞争比较激烈的一个领域,占锂电池生产线价值量约30%。

  目前动力锂电池的电芯制造工艺主要有卷绕和叠片两种,对应的电池结构形式主要为圆柱与方形、软包三种,圆柱和方形电池主要采用卷绕工艺生产,软包电池则主要采用叠片工艺。

  圆柱主要以1865026650为代表(Tesla单独开发了21700电池、正在全行业推广),方形与软包的区别在于外壳分别采用硬铝壳和铝塑膜两种,其中软包主要以叠片工艺为主,铝壳则以卷绕工艺为主。

  软包结构形式主要面向中高端数码市场,单位产品的利润率较高,在同等产能条件下,相对利润高于铝壳电池。由于铝壳电池易形成规模效应,产品合格率及成本易于控制,目前二者在各自市场领域均有可观的利润,在可以预见的未来,二者都很难被取代。

  由于卷绕工艺可以通过转速实现电芯的高速生产,而叠片技术所能提高的速度

  有限,因此目前国内动力锂电池主要采用卷绕工艺为主,因此卷绕机的出货量目前大于叠片机。

  卷绕和叠片生产对应的前道工序为极片的制片和模切。制片包括对分切后的极片/极耳焊接、极片除尘、贴保护胶纸、极耳包胶和收卷或定长裁断,其中收卷极片用于后续的全自动卷绕,定长裁断极片用于后续的半自动卷绕;冲切极片是将分切后的极片卷绕冲切成型,用于后续的叠片工艺。

  在锂电封装焊接方面,联赢、大族、光大的主流激光技术集成应用厂家均有所涉及,能够满足需求、无需进口。

  锂电后段工艺流程:分容化成是核心环节

  锂电后段生产工艺主要为分容、化成、检测和包装入库四道工序,占生产线价值量约35%

  化成和分容作为后段工艺中主要环节,对成型的电池进行激活检测,由于电池的充放电测试周期长,因此设备的价值量高。化成工艺的主要作用在于将注液封装后的电芯充电进行活化,分容工艺则是在电池活化后测试电池容量及其他电性能参数并进行分级。

  化成和分容分别由化成机和分容机通常由自动化分容化成系统完成。

  锂电Pack工艺:看似简单但需要与系统性设计结合

  动力电池组系统是将众多单个的电芯通过串、并联的方式连接起来的电池组,综合了动力和热管理等电池硬件系统。

  Pack是动力电池系统生产、设计应用的关键,是连接上游电芯生产和下游整车的应用核心环节,通常设计需求由电芯厂或汽车厂提出,通常由电池厂、汽车厂或者方Pack厂完成。

  锂电池Pack产线相对简单,核心工序包括上料、支架粘贴、电焊、检测等工艺,核心设备为激光焊接机以及各类粘贴检测设备。

  目前,各大锂电设备厂商在此领域的自动化集成布局较少,而大族激光、联赢激光等激光设备厂商由于在激光领域的绝对优势,在Pack设备领域占有率较高。

  目前Pack生产的自动化比例相对较低,是因为目前的新能源车单款车销量都不够大,上自动化生产线的成本较高。

  磷酸铁锂和三元:能量密度绕不开的话题,不同材料需要全套设备投资

  目前国内主流动力锂电池的正极材料分为磷酸铁锂和三元两大种类。

  其中磷酸铁锂是目前安全的锂离子电池正极材料,其循环寿命通常在2000次以上,再加上由于产业成熟而带来的价格和技术门槛的下降,使得很多厂商出于各种因素考虑都会采用磷酸铁锂电池。

  然而磷酸铁锂电池在能量密度方面则存在明显的缺陷,目前磷酸铁锂电池龙头比亚迪磷酸铁锂单体电芯能量密度为150Wh,2017年底比亚迪预计将能量密度提升到160Wh,理论上磷酸铁锂能量密度很难超过200Gwh

  三元聚合物锂电池是指正极材料使用镍钴锰酸锂的锂电池,镍钴锰的实际比例可以根据具体需要进行调整。

  由于三元锂电池具备更高的能量密度(目前宁德时代等动力电池一流大厂三元锂电池能量密度普遍能达到200Wh/kg-220Wh/kg,业内预计到2020年三元电池单体电芯能量密度将达到300Wh/kg的水平),乘用车市场开始转向三元锂电池,而在安全性要求更高的客车上,磷酸铁锂则更受青睐。

  随着全电动乘用车的发展,三元锂电池正在占据越来越重要的位置。

  两种材料的能量密度和成本有差异,不同的汽车、不同的车企有不同的选择。

  二者在生产工艺流程上大致相同,区别主要体现在材料的使用和配比上不同、具体工艺参数差异较大,设备无法共线生产,且单纯改造切换产能的成本较高(三元材料对真空除湿等要求严格,之前的磷酸铁锂生产线基本没有除湿要求),因此多家电芯厂在产能规划中会同时布局、分别采购设备。

2017年,一览众咨询将陆续发布《新能源汽车产业链重点企业深度调研报告》。企业深度报告针对零部件细分市场,包括动力电池、电动系统、电机及驱动系统、充电环节、电子元器件等领域。

深圳市中天和自动化设备有限公司是一家国家认证的专业锂电池设备研发设计、生产、销售为一体的高新技术企业,公司技术力量雄厚。我们以自身对锂离子动力电池、软包电池、储能电池、数码电池生产工艺的深入了解及多年的自动化机械设备制造经验,始终为客户提供稳定、安全可靠的生产设备的需求为目标。使客户的产品达到高质量、高效率、低成本、绿色安全生产为己任。

公司的主要产品有:纯电动汽车锂电池、储能型锂电池、动力型镍氢电池、超容锂离子电池专用全自动叠片机;高倍率软包、航模专用锂电池、高端数码锂电池专用叠片机;全自动高速双工位叠片机;全自动动力电池软包工艺模切、叠片、焊接、封装生产线,全自动焊接线、全自动封装线生产;全自动动力电池铝壳工艺模切、叠片、焊接、封装生产线等系列产品,拥有多项专利。广泛应用各种叠片工艺的锂电池领域,以满足不同客户的需求。

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