电动汽车市场分析报告(编辑修改稿)

电动汽车市场分析报告(编辑修改稿)内容摘要：

动力锂离子电池是以锂离子电池为材料的一种高能量密度电池，是专门为机动车提供动力的锂电池，具有零污染、零排放、能量密度高、体积小和循环使用寿命长等优点，是国内外动力电池发展和应用的趋势。 图 18：锂离子电池充放电原理图 图 19： 锂离子电池内部构造图（聚合物锂电） 锂离子电池是代表未来发 展方向的绿色能源电池，相比其他二次电池的性能优势主要表现在： � 电压高，单体电池的工作电压高达 ，是 NiCd、 NiH 电池的 3 倍。 � 比 能 量 大 ， 目前 能 达 到 的实 际 比 能量 为 100125Wh/kg 和240300Wh/L（ 2 倍于 NiCd， NiMH） ,未来随着技术发展 ,比能量可高达 150Wh/kg 和 400 Wh/L。 � 循环寿命长 ,一般均可达到 500 次以上 ,甚至 1000 次以上 .对于小电流放电的电器 ,电池的使用期限将倍增电器的竞争力。 � 安全性能好 ,无公害 ,无记忆效应。 锂离子电池中不含镉、铅、汞等对环境有污染的元素：部分工艺（如烧结式）的 NiCd 电池存在的一大弊病为“记忆效应”，严重束缚电池的使用，但锂离子电池根本不存在这方面的问题。 � 自放电小，室温下充满电的 Liion 储存 1 个月后的自放电率为 10%左右，大大低于 NiCd 的 2530%， Ni、 MH 的 3035%。 � 可快速充放电， 1C 充电是容量可以达到标称容量的 80%以上。 � 工作温度范围高，工作温度为 25~45176。 C，随着电解质和正极的改进，期望能扩宽到 40~70176。 C。 随着社会对环境保护、节能降耗的要求越来越高，锂离子电池所具有的循环利用寿命长、环保节能的优点愈加突显，尤其是锂离子电池成本不断降低及安全性能不断提高以后，锂离子电池将在更多领域替代其他类型的电池，应用领域不断拓宽。 液态锂离子电池出现较早，工艺路线相对成熟，成本较低，占据了当前 90%成品锂电池市场。 但是聚合物锂离子电池采用高分子电极材料或者胶体状电解液，不需要厚重的二次包装，相对液体锂离子电池具有能量密度高，形状任意，更轻薄，以及高安全性等多种明显优势，是一种新型电池。 随着笔记本电脑、手机、 DVD 等电器向移动化、便携化方向发展，对电池的形状和性能都提出了更高的要求。 这些都给聚合物锂离子电池提供了无限的商机。 未来发展看好聚合物锂离子电池。 图 20：锂离子电池主要组分常见材料 动力电池是新能源汽车的核“芯”， 动力电池的性能对新能源汽车的成功发展起着至关重要的作用。 而正极材料的性能直接决定相应动力电池能否在电动汽车上有一个好的表现。 新能源气车动力电池应具有比能量高、比功率大、自放电少、价格低廉、使用寿命长及安全性好等特性。 相应的正极材料也应满足相同的要求。 目前技术最成熟、应用最广泛、商业化最成功的 锂离子电池正极材料是钴酸锂，而各国研发的重点则是能够应用于电动汽车的动力电池用正极材料，比如镍钴锰酸锂，锰酸锂和磷酸铁锂等。 图 21：主流正极材料性能参数 图 22：正极材料参数和电动汽车表现的对应关系 未来动力锂电发展趋势：降成本，提性能 纯电动汽车续行里程之长短取决于车载动力电池容量大小，性能上动力锂电应满足以下几个方面： (1)较高的比能量和比功率； (2)优良循环性，较长寿命（ 10 年左右）；(3)较快充电时间； (4)较宽的工作温度范围（ 30℃ 60℃）； (5)较高安全性能。 图 23：各种电 池性能比较 图 24： 锂电池成本解析 图 25： 锂电池各部分投资回报率 锂离子电池的制造成本中，正极材料占比最高，将近一半。 其次为隔膜，占比 10%14%。 负极材料占整个生产成本的 515%。 各部分投资回报率高低不一，其中隔膜制造的投资回报率最高，近 70%，近 3 年呈逐年上升趋势。 正极材料投资回报率最低，维持在 17%的水平。 图 26：主流正极材料比价 国内正极材料生产厂家主要占据中低端市场，这个市场的特点是要求产品价格 低廉、质量合格，但是相互之间竞争激烈。 现阶段主要的正极材料厂家占有的市场份额相差不大。 其中当升科技占据最大的市场份额，其次为湖南瑞翔和杉杉股份。 图 27： 2020全球锂电正极材料生产厂家占比 图 28： 2020中国钴酸锂正极材料生产厂家占比 图 29： 国内外主要正极材料生产厂商 动力电池成本有望通过规模效应降低。 不同正极材料的原材料成本差异来自核心金属的购置成本，不同于钴酸锂，锰酸锂、磷酸铁锂中，该费用占成品电池成本比例极小。 金属原料的价格变化对锰酸锂和磷酸铁锂正极材料 生产厂家和终端电池厂家的利润率影响甚微，生产厂家的原材料价格波动风险小。 锰酸锂和磷酸铁锂电池的成本主要来自于制造成本，未来可通过规模效益大幅降低。 电动车电池成本占整车成本一半以上，电池成本降低，能有效拉低电动车价格，为电动汽车的大规模应用开道。 动力电池核心原料磷酸铁锂专利带来发展隐患。 磷酸铁锂核心发明和应用专利均掌握在外国科研机构和公司手中，中国对其研发和专利申请相对较晚，随着电动汽车产业兴起，磷酸铁锂正极材料生产规模扩大，专利壁垒可能限制我国电动汽车的出口外销。 负极材料 — 电动汽车“芯”的另一半 商用 锂离子电池大都采用碳材料做负极。 金属锂是最早作为锂离子电池负极的材料，但是金属锂在充放电的过程中不够安全。 1982 年伊利诺伊大学的研究人员发现锂离子具有嵌入石墨的特性，此过程快速可逆且电池可获得较高的工作电压。 之后的商用锂离子电池大都采用碳材料做负极。 可以作为锂离子电池负极的碳材料种类繁多，现阶段研究的主要方向如下：石墨化碳材料、无定型碳材料、氮化物、硅基材料、锡基材料、新型合金和其他材料。 图 30： 负极材料分类比较 图 31： 各类负极材料的市场占有率 图 32： 全球锂电用负极厂家市场份额占比 现阶段全球负极市场份额集中在 6 大厂家。 负极材料相对正极占电池总成本低，且技术成熟，国内已经实现产业化，基本能够满足国内市场的需要，其中国内行业前三甲是深圳贝特瑞，上海杉杉，长沙海容。 深圳贝特瑞是中国宝安集团控股 55%的子公司，是国内电池碳负极材料标准制定者，截止 2020 年 7 月，其碳负极年产能超过 7000 吨，价格 312 万每吨不等，全球市场占有率 12%，位居全球第四。 目前负极以碳材料为主，未来看好钛酸锂。 目前商品化的锂离子电池负极材料大多是嵌锂碳材 料，由于可能在碳电极表面析出金属锂，与电解液反应产生可燃气体混合物，由此给电池、特别是动力电池造成很大的安全隐患。 低电位过渡金属氧化物及复合氧化物作为锂离子电池的负极材料引起了人们的广泛注意，钛酸锂是其中广受关注的材料之一。 钛酸锂容量高，充放电体积变化小，能够提高电池的循环性能和使用寿命。 常温下，高的扩散系数使得该负极材料可以快速、多循环充放电。 作为动力锂离子电池负极材料有着巨大的研究价值和商业应用前景。 电解液：基本实现自给，电解质期待突破 电解液是锂离子电池的四大主要组成部分之一，是实现锂离子在正负极 迁移的媒介，对锂电容量、工作温度、循环效率以及安全性都有重要影响。 通常电解液占电池重量和体积的比重分别为 15％、 32％，其对纯度及杂质的含量要求非常高，生产过程中需要高纯的原料以及必要的提纯工艺。 图 33： 电解液的生产工艺流程图 电解液还需与电极形成匹配关系，同一电极在不同的电解液中循环性能是不一样的，为此，电解液生产企业必须与下游客户密切配合，根据客户要求设计、生产不同配方的电解液，从这个意义上，电解液配方和响应能力决定电解液厂商的竞争力。 图 34：配方设计是电解液的关键 电解液市场格局基本和 锂电池分布一致，主要集中在中、日、韩三国，并且行业表现出较高的集中度，前三家厂商日本宇都（ Ube Industries），韩国第一毛纺会社（ chiel） ,三菱化学（ Mitshubishi Chem）合计占电解液市场份额的 70%左右，中国江苏国泰下属国泰华荣也占有一席之地，市场份额 8％。 目前我国电解液已基本实现自给，自给率超过 80％，从对应客户关系看，通常大型电解液厂商和几个锂电生产企业建立合作关系，部分电池厂商自制电解液，典型如比亚迪和台湾能元科技（ E－ One）。 图表 35： 我国电解液产能较充足 单位：吨 隔膜：和国际先进水平差距较大 锂离子电池隔膜被称之为“第三极”，作用可见一般，主要有两个方面：一方面起到分隔正、负极，防止短路的作用；另一方面，隔膜能够让锂离子通过，形成充放电回路，因此锂电隔膜应具备良好的绝缘性、较小的电阻、较好的化学稳定性。 动力锂离子电池对安全性和大电流充放电性能要求较高，其对隔膜厚度要求相对较低，但对离子透过性及安全方面要求更为苛刻，通常需要具备更高的强度、保液能力、熔化温度以及透气性。 图 36： 锂离子电池隔膜的一般要求 锂离子电池隔膜主要为 多孔性聚烯烃，可分为单层聚丙烯微孔膜 (PP),单层聚乙烯微孔膜（ PE） ,乙烯、丙烯多层微孔膜。 由于聚烯烃材料具有优异的力学性能、化学稳定性和相对廉价的特点，一直以来为隔膜加工的主要材料，也是未来动力锂电隔膜的主导材料之一。 隔膜生产具有高技术、投入大、建设周期长、投资风险大等特点，目前加工方法主要有干法（又称熔融拉伸， MSCS）和湿法 (又称为热致相分离法， TIPS），其中前者又可分为单向拉伸工艺（代表性企业有美国 Celgard 和日本 UBE）和双向拉伸工艺（代表机构有中科院化学研究所），湿法工艺代表性公司有 美国 Entek,日本东燃等。 从效果看，干法逊色于湿法，但湿法工艺较复杂，使用溶剂可能产生污染，成本也较高，目前世界大多采用干法拉伸隔膜。 我们认为动力锂电对隔膜孔径均匀性、安全性要求更高，湿法工艺或将获得更好的机会。 由于电动汽车处于起步阶段，全球尚无针对动力电池的成熟隔膜，但已经成为了隔膜开发的热点，如德国的 Degussa 公司开发的有机底膜 /无机涂层复合的锂离子电池隔膜。 对小型锂电已处于劣势的我国隔膜生产商，动力锂电隔膜将是一个较大的挑战。 图 37： 干法和湿法隔膜比较 目前全球锂电隔膜的市场规模约 为 亿平方米，由于较高的技术门槛，全球锂离子电池隔膜主要集中在日本和美国，其中日本旭化成（ Asahi Kasei E Materials）、美国 Celgard 和日本东燃（ Tonen）合计占据了 77％市场份额。 我国生产电池隔膜的厚度和孔径的均匀度和国外还存在较大差距，国内所需的隔膜 80％仍由进口满足，现有生产设备为低成本的单层聚烯烃拉伸隔膜生产 线， 主要供应中、低端市场。 在我国涉及隔膜生产企业有河南格瑞恩，佛塑集团的金辉高科、杭州华容科技公司，桂林新时科技等，但均不具备动力电池隔膜的生产能力。 图 38：电池产业相关企业 电机 电动机可以在相当宽广的速度范围内高效产生转矩，在纯电动车行驶过程中不需要换挡变速装置，操纵方便容易，噪音低。 与混合动力汽车相比，纯电动车使用单一电能源，电控系统大大减少了汽车内部机械传动系统，结构更简化，也降低了机械部件摩擦导致的能量损耗及噪音，节省了汽车内部空间、重量。 电机驱动控制系统是新能源汽车车辆行使中的主要执行结构，驱动电机及其控制系统是新能源汽车的核心部件（电池、电机、电控）之一，其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标，它是电动汽车的重要部件。 电动汽车中的燃料 电池汽车 FCV、混合动力汽车 HEV 和纯电动汽车 EV 三大类都要用电动机来驱动车轮行驶，选择合适的电动机是提高各类电动汽车性价比的重要因素，因此研发或完善能同时满足车辆行驶过程中的各项性能要求，并具有坚固耐用、造价低、效能高等特点的电动机驱动方式显得极其重要。 电机驱动系统主要由电动机、功率转换器、控制器、各种检测传感器以及电源等部分构成。 电动汽车电机的三种主要形式是异步电动机、永磁同步电动机和开关磁阻电动机。 其中，异步电机主要应用在纯电动汽车，永磁同步电机主要应用在混合动力汽车中，开关磁阻电机目前主要应用 在客车中。 各种方案各有优缺点，批量生产的可靠性和成本比方案本身更为重要。 图 39： 电动机驱动系统的基本组成框图 电动汽车的整个驱动系统包括电动机驱动系统与其机械传动机构两个部分。 电机驱动系统主要由电动机、功率转换器、控制器、各种检测传感器以及电源等部分构成。 电动机一般要求具有电动、发电两项功能，按类型可选用直流、交流、永磁无刷或开关磁阻等几种电动机。 功率转换器按所选电机类型，有 DC/DC 功率变换器、 DC/AC 功率变换器等形式，其作用是按所选电动机驱动电流要求，将蓄电池的直流电转换为相应电压等级的直 流、交流或脉冲电源。 图 40： 车用电机及其控制器方案选择 电机本体结构 以三相异步电动机为例说明。 � 定子部分： 1）定子铁心：由导磁性能很。