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新能源汽车及动力电池行业概述

 

3月26日,财政部、工信部、发改委、科技部四部委联合发布《关于进一步完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》。通知即日起实施,同时设置了3个月(3月26日-6月25日)的过渡期。过渡期内,补贴同比上年度下降了40%;之后整体上,补贴同比上年度下降了70%。

 

2019是我国新能源汽车发展的重要机遇期,补贴大幅降低提前为2020年后补贴完全退出做了铺垫,新能源汽车行业即将开始新的征程。

 

一、新能源汽车概述

 

新能源汽车定义

新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源(或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置),综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术,形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。

 

新能源汽车分类

目前在我国,新能源汽车主要是指纯电动汽车、混合动力汽车(常规混合动力汽车、插电式混合动力汽车、增程式电动汽车)和燃料电池电动汽车等。

 

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表1:新能源汽车分类及特点

来源:方象知产研究院

 

国内新能源汽车制造企业主要有三个类型:一是自主品牌传统汽车制造企业,比如比亚迪、奇瑞、北汽新能源、吉利、长安、长城等;二是外资和合资品牌汽车制造企业,比如丰田、本田、大众等;三是新势力造车企业,比如蔚来、威马、小鹏、拜腾、前途、新特等。

 

二、动力电池概述

 

动力电池即为工具提供动力来源的电源,动力电池是新能源汽车的动力核心,新能源汽车的发展带动了动力电池需求的不断增长。

 

动力电池分类

从全球新能源汽车的发展来看,其动力电池主要包括锂离子电池、铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、燃料电池等。

 

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表2:动力电池分类及特点

来源:方象知产研究院

 

电池的原材料主要包括正负极材料、隔膜、电解液、电极辅材(箔材,导电剂和黏结剂) 和电池辅料(胶带、极耳、铝塑膜/铝壳等壳体)等。

 

动力电池行业产业链示意图如下:

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图1:动力电池行业产业链示意图

来源:方象知产研究院

 

锂离子电池

 

电动汽车经历了近两百年的发展,作为其动力来源的动力电池从最初的铅酸电池、镍镉电池到镍氢电池,随着锂离子电池在其他领域的广泛应用,电动汽车开始以锂离子电池作为主要动力源发展方向。锂离子电池作为新型高电压、高能量密度的可充电电池,具有独特的物理和电化学性能。

 

电池正负极材料是对于锂离子电池质量能量密度影响最大的材料。

 

1. 正极材料

主要有钴酸锂(LCO)、锰酸锂(LMO)、磷酸铁锂(LFP)和三元材料(镍钴锰NCM/镍钴铝NCA)。

 

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表3:正极材料成分组成

来源:方象知产研究院

 

钴酸锂(LCO)为第一代动力电池正极材料,具有很高的能量密度,产业成熟度较高,在数码领域上得到广泛应用。但钴酸锂(LCO)材料成本高、寿命较短、安全性差,限制了其在电动汽车领域的应用。

 

锰酸锂(LMO)和磷酸铁锂(LFP)为第二代动力电池正极材料。锰酸锂(LMO)原材料成本低、安全性优良,但克容量较低、高温循环性能差,目前基本只应用在混动电动汽车或者市内短途公交大巴上。磷酸铁锂(LFP)材料安全性和使用寿命均较好,在动力电池上得到广泛迅速的应用,国内大部分企业均采用该材料路线。但磷酸铁锂(LFP)材料体积能量密度较低,限制了其应用。

 

三元材料(NCM/NCA)为第三代动力电池正极材料。三元材料能量密度高、电压平台高、循环性能好,在动力电池领域有着较好的应用前景。

 

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图2:2015-2018年国内新能源汽车动力电池装机结构图

来源:方象知产研究院

 

分析2015-2018年四年国内新能源汽车动力电池装机结构,磷酸铁锂电池和三元电池为主流电池,且磷酸铁锂电池在2015-2017年的3年时间均占据主导地位,2018年开始其主导地位被三元电池反超。但随着2019年新补贴政策的出台,面对补贴退坡的压力,各厂家的技术路线很可能会向更具有性价比的方向倾斜。磷酸铁锂电池系统能量密度达 140 Wh/kg,满足补贴要求时,其成本较三元电池便宜10%-15%。根据2月中旬工信部发布的今年首批《新能源汽车推广应用推荐车型目录》,配套车型统计后可知,磷酸铁锂电池的市场份额开始明显回升。但从电池能量密度要求不断提高、产品生命周期、性能提升等综合因素考虑,三元电池的发展空间要大于磷酸铁锂电池,随着动力电池安全技术的逐步成熟,三元材料仍是动力电池的主流材料。

 

2. 负极材料

主要有碳基材料、钛酸锂和硅基材料等。其中,碳基材料根据原材料来源和结构特性可分为三类: 石墨、易石墨化碳( 软碳) 和难石墨化碳( 硬碳)。

 

从目前实际应用来看,在动力电池领域应用最广的负极材料为碳基材料(天然石墨、改性天然石墨和人造石墨);钛酸锂作为零应变材料,更适合于轨道交通和储能领域;硅基材料是目前已知的比容量最高的负极材料,但硅基材料存在体积膨胀、首效低、循环过程锂消耗严重等的问题,仍有待研发解决。

 

氢燃料电池

以电化学反应方式将燃料(氢气)与氧化剂(空气)的化学能转变为电能的能量转换装置。

 

燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的能量转换装置,其正极是氧电极,负极是氢或碳氢化合物或乙醇/甲醇等燃料电极。由于燃料电池兼具电池和热机两个方面的特征, 因此具有能量转化效率高、 排放后无污染、 噪声小、 震动频率低、 可低温快速启动等特点。 

 

燃料电池汽车以车载氢气为能量源,氢能供应也是产业链中重要的部分。燃料电池汽车包括车载储氢系统、燃料电池系统、电驱动系统、整车控制系统和辅助储能装置等新元素;氢能供应则包括氢气从生产、储存、运输到加注、使用的全过程。

 

氢燃料电池技术应用遇到的问题和挑战包括:

○ 氢燃料成本高:氢燃料电池的成本成问题为限制其商业化的关键因素之一;

○ 排放达不到要求:氢燃料电池污染物排放达不到相关要求;

○ 运输体系不完善:运输的范围受限,远距离运输还没有形成一种常态, 不适合大规模的商业化应用;

○ 储氢技术需突破:氢燃料的安全性与存储的高效性就成为了发展道路上的一个重要挑战;

○ 配套设施不完善:配套设施的缺失是燃料电池汽车推广的主要制约因素;

○ 使用寿命需延长:使用寿命还有待提高。

 

氢能的发展具有极高的战略价值,国际氢能委员会发布的《氢能源未来发展趋势调研报告》显示,到2050年,氢能源需求将是目前的10倍,全球能源需求的18%将来自氢能源。燃料电池汽车技术尚不够成熟,但各国重视程度在不断提高,呈现出加大力度推进的态势。燃料电池汽车的商业化发展是我国新能源汽车战略中是重要组成部分。

 

三、行业政策

 

我国从2009 年开始实施新能源汽车“十城千辆”计划,从试点示范推广开始,逐步全国推广,并通过财政补贴政策推广应用,促进了新能源汽车产业的逐步成熟。2018年,我国的新能源汽车销量达到125万,占全球新能源汽车销量的53%。新能源汽车行业如今已经进入后补贴时代,根据2019年的补贴政策,地方补贴已退出,国家补贴也将于2021年正式退出。新能源汽车产业从政策推动逐渐走向市场推动。

 

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图3:中国新能源汽车产业政策发展年份图

来源:方象知产研究院

四、行业概况

 

主要电池企业

全球动力电池行业目前形成中日韩“三足鼎立”的格局,动力电池竞争将主要为中日韩之间的竞争。电池企业主要包括:日本的松下、索尼、NEC、Maxell、PEVE、YUASA 等电池企业,韩国的三星SDI、LG 化学、SKI、Kokam 等电池企业,中国的宁德时代(CATL)、比亚迪(BYD)、天津力神、国轩高科、比克电池、孚能科技、亿纬锂能、中航锂电、卡耐、万向A123 等众多电池企业,中国的电池企业全球市场份额超过 50%。其中最典型的电池企业包括日本的松下, 韩国的三星与 LG, 中国的宁德时代(CATL)和比亚迪(BYD)。

 

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表4:全球动力电池企业情况

来源:方象知产研究院

 

存在问题

目前新能源汽车行业主要需要应对的问题包括:控制成本、续航里程、安全性能、电池回收等。

 

1. 控制成本

与传统燃油汽车相比,电动汽车的车体、动力总成、车辆设备等部分成本相似,而动力电池成本占到纯电动汽车成本的35%-50%,因此电动汽车降低成本主要是降低动力电池成本。目前主要是通过扩大生产规模、提升技术等方式降低动力电池成本,随着产能的提高和市场需求的旺盛,电池成本会逐年降低。

 

2. 续航里程

根据市场需求和技术发展,在保证产品安全和质量的前提下,不断提高电动汽车的续航里程,提高电池的能量密度,是动力电池的发展方向。提高电池的能量密度,需要从正负极材料性能、电池设计和制造水平等各方面开展工作,需要整个新能源汽车产业链的共同努力,提高技术并降低成本。

 

3. 安全性能

电池的性能评价是一个综合的指标体系,是安全性能是其中最重要的指标之一。安全性能是系统性工程,电芯材料、电芯制造过程、BMS和系统安全性设计,都应满足安全性要求。在制造过程中的质量控制尤为重要,生产质量控制水平较高的企业将具备更强的核心竞争力。动力电池的安全性能决定了其应用市场和未来。

 

4. 电池回收

中国汽车技术研究中心的预测,2018~2020年全国累计报废动力电池将达12万~20万吨,而到2025年,累计将超过75万吨。大规模的废旧电池若处理不当,不仅浪费大量宝贵资源,阻碍产业可持续发展,还将成为破坏生态环境的重大隐患,危及公众健康。

 

 

从技术角度来看,我国动力电池回收利用存在一些技术难点待突破;从成本角度来看,目前动力电池退役量还未完全形成规模,企业难以实现规模效应,盈利困难。

 

因此,我国动力电池回收利用相关的政策和产业体系建设工作需要完善,同时仍要探索新的商业模式,鼓励更多的社会资源参与到动力电池回收利用商业模式的创新中来。

 

五、发展方向

新能源汽车财政补贴是国家为了推广普及新能源汽车而出台的补贴政策,旨在通过降低价格让更多消费者选择新能源汽车,从而促进新能源汽车产业的发展。随着新能源汽车产业链的逐渐成熟,新能源汽车制造企业的战略规划和消费者对新能源汽车的消费观念均趋于成熟,新能源车产业的发展正逐渐从补贴政策驱动转向市场拉动的消费驱动,新能源汽车竞争进一步回归市场。

 

汽车企业和动力电池企业只有加大产品升级和研发投入,掌握核心技术、开发高质量的产品,推动技术创新,提升实力,才能不断提升竞争力,摆脱对于新能源补贴政策的依赖,在市场竞争中得以存活发展。

 

 

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