特斯拉新用的“无钴电池”到底是什么?

2020-02-18 18:57:23 来源:金融界网站 作者:国君新能源研究团队 航天长峰大赚70%方法

  媒体报道特斯拉将采用宁德时代(行情300750,诊股)生产的无钴电池,简单说就是磷酸铁锂动力电池。那么磷酸铁锂动力电池有哪些优缺点,对钴金属是否会造成重大影响?有哪些标的值得投资?我们主要分析主要有以下结论:

  (1)磷酸铁锂成本低:磷酸铁锂目前成本在0.65元/wh,远低于三元电池0.85元/W,同时磷酸铁锂具有更好的安全性能,将在低成本车型竞争中具有更强的竞争力。

  (2)能量密度快速提升:刀片电池+CTP可将单个电芯/电池包体积由45%提升至60%以上,大幅缩小空间,增加整车续航里程。

  (3)无需重新新建大量产线:磷酸铁锂技术已广泛应用于大巴,产能充足。

  (一)磷酸铁锂电池有哪些优缺点?

  与三元电池相比,磷酸铁锂电池只有一个缺点:能量密度不足。所以以比亚迪(行情002594,诊股)、宁德时代为代表的企业在努力的利用磷酸铁锂的优势来弥补这个缺点,目前已取得一定的成绩。

  (1)成本低:由于不需要钴金属,所以磷酸铁锂电池成本较低,目前售价0。65元/wh,远低于三元电池0。85元/w。但未来两者成本均有下降的空间。

  (2)安全性能好:磷酸铁锂电池极少发生爆炸等事情,所以被广泛应用于载人数量较大的大巴车。

  (3)技术进步飞快:利用磷酸铁锂的安全性冗余来弥补能量密度不足,例如宁德时代的CTP技术,也就是Cell to PACK,减少生产零部件,电池能量密度能够达到200Wh/Kg。同样比亚迪的刀片电池技术能将体积密度提高50%,这两种技术是2019年电池企业在系统层面最“漂亮”的创新,将对增加车辆续航里程,提升新能源汽车安全性、降低电池成本等具有重要意义。归根原因是充分利用磷酸铁锂的安全性过剩,将电池做大,来弥补能量密度不足。

  (4)商业化快速落地:宁德时代和北汽达成了CTP应用战略合作,比亚迪的刀片电池也将2020年3月率先应用于汉这款车上。

  (二)对钴金属是否会造成重大影响?

  我们认为这个也不用担心,钴属于典型的周期品,供给和需求共同决定了产品的价格,从而影响对应企业的利润,钴在供给端嘉能可关停了2.4万吨,大家担心的是需求端,但我们认为不会造成影响,第一:90%左右的的钴金属应用在高温合金、硬质合金以及手机电池,2020年5G手机的更换潮,必然会带动钴金属需求的增长。第二:电动车用钴金属占比不高,同时我们认为磷酸铁锂重点拓展的方向是中低端车型,不会与三元电池形成直面竞争,第三:在电动车渗透率快速增加的背景下,蛋糕是越来越大的,三元正极和磷酸铁锂正极的需求都是增长的,不仅不会对钴的需求造成压力,相反,将会推动钴的需求的增加。所以整体上我们认为不会对钴造成扰动。

  (三)相关标的有哪些?

  磷酸铁锂电池企业:宁德时代、比亚迪、亿纬锂能(行情300014,诊股)、国轩高科(行情002074,诊股)。

  磷酸铁锂正极材料生企业:德方纳米(行情300769,诊股)、中国宝安(行情000009,诊股)、湘潭电化(行情002125,诊股)、丰元股份(行情002805,诊股)、光华科技(行情002741,诊股)等

  国君新能源研究团队

  详情请见:国君磷酸铁锂专家电话会议纪要:

  【国君新能源】电动车:刀片电池+CTP带来哪些颠覆?

  各位投资者大家晚上好,欢迎参加国泰君安(行情601211,诊股)新能源团队电话会议,我是分析师徐云飞,今天会议我们邀请到了国内最大的锂电池企业之一的专家张总,拥有10年以上的锂电池开发经验,以及亿纬锂能的吕博士来给大家一起探讨磷酸铁锂的未来,感谢两位领导参加我们的电话会议。会议主要由我和团队胥本涛、石岩一起来主持,我们三个人先花10多分中来介绍一下刀片电池及CTP这种新技术,然后两位专家再分别做介绍,最后大家就相关问题进行沟通。

  今天受比亚迪周末说要在3月份推出刀片电池的带动,磷酸铁锂正极及磷酸铁锂电池企业都大涨,比亚迪、宁德时代、亿纬锂能,德方纳米、湘潭电化、国轩高科、中国宝安等,还有丰元股份和光华科技,这些公司知名度没有那么多高,都是新进入的,丰元股份主要做草酸和磷酸铁锂,上下游关系,光华科技是做回收和磷酸铁锂的,有1万吨的产能,整体上概念板块表现都十分抢眼,这个概念刚刚发酵,除了德方纳米外,其余的均是刚刚起步。大家比较关心的是刀片电池、超级磷酸铁锂和CTP是什么东西?这些东西是不是会带来巨大的改变,是否会对锂和钴的需求造成扰动?就像太阳能(行情000591,诊股)行业大家一直在问HIT电池和大硅片一样,这种新技术总会引起市场的关注,也会带来赚钱效应。关注我们的人应该知道,我们前几天在提示德方米纳米的时候就在讲CTP和比亚迪的超级磷酸铁锂,昨天晚上电话会议也提到过。

  目前市场都很清楚,三元锂电池是行业主流的技术,2016年的时候三元替代磷酸铁锂在乘用车领域大规模的应用,导致磷酸铁锂的占比在持续下降,目前主要用在大巴上,这个类似于太阳能单晶硅和多晶硅的技术更迭一样,在不同的背景下,会有不同的市场,磷酸铁锂具有更好的安全性能,三元电池则具有更高的能量密度,这是材料自身的特性决定,那么磷酸铁锂的追求的方向是提高能量密度,三元电池追求的方向是提高安全性能,最终占比要看谁的进步更快。

  那么磷酸铁锂最近有哪些改变 ?

  1)利用磷酸铁锂的安全性冗余来弥补能量密度不足,带来成本的大幅下降。例如宁德时代的CTP技术,也就是Cell to PACK,减少生产零部件,电池能量密度能够达到200Wh/Kg。同样比亚迪的刀片电池技术能将体积密度提高50%,这两种技术是2019年电池企业在系统层面最“漂亮”的创新,将对增加车辆续航里程,提升新能源汽车安全性、降低电池成本等具有重要意义。归根原因是充分利用磷酸铁锂的安全性过剩,将电池做大,来弥补能量密度不足。

  2)模组制造环节的节省将进一步推动成本下降。目前电池成本在加速下降过程中,磷酸铁锂的最低的成本已经到0。6元/WH,远低于三元的0。85元/wh的成本,系统成本如果采用CTP和超级磷酸铁锂技术将减少制造环节和零部件成本,整体生产成本将进一步降低。

  3)商业化应用快速落地。宁德时代和北汽达成了CTP应用战略合作,比亚迪的刀片电池也将2020年3月率先应用于汉这款车上。

  综合上面的情形,我们预计磷酸铁锂将会在应用上范围快速扩大,尤其是低端车型,以及未来不要补贴的车型上,将会得到快速普及。而磷酸铁锂电池会带来哪些改变呢?磷酸铁锂电池技术和目前的三元技术差别不大,只是采用的正极材料不同,负极、隔膜、电解液等基本上都是相同的,但如果磷酸铁锂大规模影响,低成本将会推动新能源汽车自发需求的增长,将会带动所有的锂电池材料需求的增长,所以整体上是对行业形成利好的。

  然后大家关心的是对“锂钴”是否会造成重大影响?首先说锂就没有任何影响,所有的锂电池都要用,钴的话,我们认为这个也不用担心,钴属于典型的周期品,供给和需求共同决定了产品的价格,从而影响对应企业的利润,钴在供给端嘉能可关停了2.4万吨,大家担心的是需求端,但我们认为不会造成影响,第一:90%左右的的钴金属应用在高温合金、硬质合金以及手机电池,2020年5G手机的更换潮,必然会带动钴金属需求的增长。第二:电动车用钴金属占比不高,同时我们认为磷酸铁锂重点拓展的方向是中低端车型,不会与三元电池形成直面竞争,第三:在电动车渗透率快速增加的背景下,蛋糕是越来越大的,三元正极和磷酸铁锂正极的需求都是增长的,不仅不会对钴的需求造成压力,相反,将会推动钴的需求的增加。所以整体上我们认为不会对钴造成扰动。

  这是我们的主要的观点,下面由胥本涛介绍一下宁德的CTP,石岩介绍一下比亚迪的刀片电池是什么?两家在该领域都申请了大量的专利。

  胥本涛:

  原有的圆柱电池PACK效率只有65%左右,35%的效率都牺牲在PACK上,而方形和软包的PACK效率也只有70%,在电池材料研究放缓和单体电池能量密度提升速度放慢的背景下,效率的提升主要靠PACK,因此目前宁德时代、比亚迪等企业都是在PACK上想办法提高效率。此外过去几年在PACK的组装上多数企业较为粗犷,在从过去的反向开发到现在的正向开发的过程中,企业自然而然的把重点聚焦到PACK上。按宁德的披露,电池PACK的能量密度能提高15%,原来在180的电池PACK能提升到200。利用零部件减少来提升PACK效率,也只能提升40%~50%。

  石岩:

  比亚迪刀片电池的方案是把单体电池长度做长。根据比亚迪专利说明书的披露,刀片电池是将电芯的长度做到和电池包的宽度差不多,电芯沿着整个电池包的长度进行顺序紧密的排列。整体来看,在原有体积不变的情况下,假设原有电池容量为53度电,现在利用刀片电池,带电量能达到60度电。此外,参考这样一个指标:单体电池电芯体积加总/整个电池包体积。过去传统动力电池的这个指标是45%~50%,而做大电芯和CTP的模式可以将这个指标提升到65%。从商业化进程来看,比亚迪今年刀片电池初次装车应用在今年3月的比亚迪汉上。

  专家张总:

  刀片电池实际上就是一个长电芯的方案,整个电池壳体还是方形壳体,只是把电池扁长化处理,电芯的长度可以做到和电池包的宽度一样。做长电芯对壳体加工、壳体强度等方面有一定的要求,因此电芯的宽度有一定的限制。按照比亚迪专利说明书透露,刀片电芯的宽度跟长度的比例是4:21,电芯的长度最短0.6m,最长2.5m。在电芯内部结构方面过去是矮胖型,电芯单体能量密度最高在155左右,而刀片电池的内部结构是叠片型,能最大提高能量密度,电芯单体能量密度在170左右,散热也比较好,未来壳体做薄可以做到180Wh。在成组效率这方面,CTP方案相比传统方案也有大幅度的提升,传统方案的成组效率为80%左右,即电池PACK能量密度在130~135左右,而CTP方案能达到85%~87%,系统能量密度能提升到150,综合起来单位成本非常有优势,能够降本30%,再加上去除模组等零件,成本还能再降。比亚迪的CTP方案是完全没有模组的,能够根据车型来设计CTP的尺寸,因此像A级车也能设计短的小于0.6m的电芯。电芯长度和电池包宽度一样,不要用模组把电芯连接起来,节省了模板等零部件,把极大空间让给电芯。比亚迪对外宣部刀片电池最多能将体积能量密度提高50%,而行业认为30%~40%是能实现的。此外,叠片型的电芯的大功率放电时的散热性能也会更好,再加上石墨负极这些,对快充很有帮助,这样可以做到500km续航+快充,对磷酸铁锂的应用帮助非常大。宁德时代从三元523产品开始设计,镍的含量越对散热的要求就越高,所以估计宁德时代先从含镍低的523开始设计,磷酸铁锂在三元电池做到以后也能水到渠成。

  专家吕博士

  比亚迪的刀片电池是采用叠片形式,不但提高体积能量密度,还能提高功率密度,这是刀片电池的优势。亿纬锂能在2018年就提出了大模组的概念,类似于CTP,过去在电池包里面做5、6个模组,而大模组型电池包只做3个大的模组。CTP和大模组的一个主要约束是对筑造水平要求高,包括电池的一致性和稳定性,过去电芯坏了,可以直接只换一个模组,而CTP的电芯换了,则需要更换整个电池包,成本较高。CTP的电池散热性能、循环性能会好很多,并且乘用车的磷酸铁锂CTP质量能量密度能做到150~155,此外磷酸铁锂原材料波动小,因此看好磷酸铁锂在乘用车市场的替代。电动车做到500km续航是非必须的,按照出行半径比较好的是做到300~400km,并且电池做到太大,车子拖着走其经济性也不高。

  问答环节

  Q:亿纬锂能2020年业务展望

  A:公司2020年的目标是在19年2。5GWh的基础上增加3。5GWh,达到6GWh的量,主要客户是商用车客户和电动车厂,其次在国外市场的家电储能、应急电源业务拓展良好,公司目前在国内市场的磷酸铁锂价格偏高。2020年从商用车市场切入,包括物流车、重卡,另外也有客车市场、乘用车市场;预计未来磷酸铁锂的发展态势会比三元电池更快。

  Q:如何看待CTP技术在三元场景的应用是否不如磷酸铁锂场景广泛

  A:比亚迪CTP方案没有模组,而宁德时代的方案有模组,即大模组方案。但不管怎样,CTP方案对电芯的一致性要求高,像三元电池容量高安全隐患大,三元高温热稳定差,易热失控,热管理不好控制,发生爆炸事故,因此常见的一般三元电池最多做到300Ah,而磷酸铁锂可以做到更高。磷酸铁锂安全性更高,对穿刺、挤压也不易变化,内部成分不易参加反应。贸然上高镍的三元电池对CTP是很大的挑战,性价比不如超级铁锂。

  Q:亿纬锂能是否考虑CTP的后续布局、快充布局。

  A:公司的CTP方案已经上公告,电池系统能量密度能够达到162.5,CTP今年会开始装车。在快充方面,像重卡业务方面已经有做快充的系统,并在去年开始销售。

  Q:亿纬锂能供不应求,而2线厂普遍开工率不高,如何理解这一现象

  A:比亚迪、宁德时代、亿纬锂能是行业比较看好的公司,其产品的一致性、稳定性、热管理都做的比较好,得到客户的认可,而2线厂产品质量一般,市场受欢迎程度低。亿纬锂能的磷酸铁锂产品从15年就开始生产,技术成熟,良品率可以达到98%,比一般的厂高5%,质量控制好。下游客户包括中车、吉利,船厂;储能主要在欧美,工程车方面做的也很好,包括挖掘机、搅拌车等

  Q:刀片电池除了尺寸做大,单体能量密度有没有提高,另外刀片与宁德CTP的能量密度比的差异

  A:刀片电池质量能量密度不一定有优势,因为两端需要留出空隙来焊接,而碟片型电芯与壳体接触大,空间利用大,能量密度比过去传统的大,150,现在到170,10%左右。比亚迪没模组,宁德有模组,比亚迪在成组效率更好,85%以上,宁德三元是75%左右,CTP是80%左右。刀片与CTP能量密度不好直接比较,因为三元高镍。要看成本效率。带模组成本效率80%。单体可以做到230,811可以做到250,260,但811成组效率低,因为要做很多安全防护措施,523做到77%。材料本身决定这些。快充问题很重要,三元快充比较危险,而刀片可以弥补这种短板。比亚迪的刀片在168~175,CTP可以做到90%成组效率。

  Q:CTP和刀片电池没有模组后单个电芯出问题对电池包有很大的影响,这个问题怎么解决;以及未来应用场景是什么?

  A:亿纬锂能吕博:CTP和刀片电池肯定是要针对高端市场,特别是比亚迪是刀片电池,在汉上装车就是一个高端的使用,原因是CTP的结构必须要求电池的一致性非常好,不良率要下降到百万分之一一下;价格不一定会便宜,主要是制造成本(包括制造程度、效率和不良率都要控制很好,材料也必须要稳定),但是跟三元相比同样的续航里程成本也会更低。另外就是单个电芯出问题可能会对整个电池包都有影响,后面要看电池公司的生产技术水平、质量管理水平,比亚迪、宁德时代、亿纬锂能都是没有问题,一些小厂商可能没有办法玩下去。

  张总:现在看起来单个电芯坏了可能要整个换,但是比亚迪和宁德时代都有考虑这个问题,现在就是胶和热管理零部件整个粘结的方式,现在也有一些创新的工艺;现在也不是说整个结构件全部连接在一起,坏了我也可以拆下来进行更换,不是说整个都需要更换。所以现在在设计的时候两个公司都找到一些方向都考虑电池以后梯次利用的成本考虑,工艺优化以后是可以解决这些问题;还有就是CTP确实对电池一致性要求比较高,行业龙头企业工艺水平、设备水平和制造经验更有保证;电芯层面也有一些自己的工艺技术和专利,也不是谁都复制的,以及胶的粘结工艺、选择哪家厂商等等两家公司此前都做了大量的实验,这本身有制造了一些壁垒。一致性和结构件的工艺、良品率都是比较重要的。

  A:高端应用场景,因为对电池一致性要求高,不良率要在1%以下。因为做好以后,坏一个电芯,需要把整个电池换下来(公司有在这方面进行研究,做好电池管理,未来可以不换整个电池)。材料要求稳定。成本6毛。后续是否会优化:看生产厂家的水平,二线难做,技术革新加快龙头集中。像电芯方面,刀片的客体做薄、连接工艺等都有要求,因此一线企业更有优势。

  Q:磷酸铁锂做快充提升得的余地有多大?

  A:现在装车可以做到2C,0.5小时可以充到80%以上;有些快速用途也可以用到3、4C。还是要根据具体的用途来看,我觉得5C以下,2C、3C是比较合适的。主要还是要根据市场的需求来,目前磷酸铁锂是可以达到现在正常的快充要求;目前我们快充的磷酸铁锂电池都是根据客户来进行开发的。

  Q:亿纬锂能吕博对王传福的理念为什么赞同?

  A:未来城市与城市之间要么是高铁、要么飞机;城市内部就可以使用电动车,这种乘用车需求在200~300左右,要根据生活半径、日常出行方式来确认选择车的类型。没有必要完全追求400、500公里以上的续航里程的车型。我估计未来中国未来300-350公里的电动车将成为主流方向。

  Q:亿纬锂能和SK的合作情况,尤其是亿纬电池销售与SK的分成,以及SK对亿纬锂能的定位?

  A:我们跟SK都是根据双方投资比例来进行分配,我们跟他们的合作是非常深度的合作,双方都很认可;亿纬锂能在软包动力电池做了比较齐全的工作,我们在国内市场、质量控制意识以及生产管理能力以及人员优势都有;同时我们也在开发软包电池技术,他们需要我们生产也可以帮他生产,我们需要他们的电芯他们也会把技术授权给我们。

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关键词阅读:无钴电池

责任编辑:李欣 RF12607
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