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2020年全球锂电铜箔行业背景、市场需求空间及行业发展趋势分析[图]

2020年05月20日 14:50:25字号:T|T

    一、行业背景

    1、铜箔为锂电池负极核心材料

    智研咨询发布的《2020-2026年中国锂离子电池负极材料行业市场全景调研及投资前景预测报告》显示:最简单的锂离子电池由正集、负极、隔膜、电解液和正负集流体组成。电池正极由正极活性物质(嵌锂过度金属氧化物,如LiCoO2、LiMn2O4、LiVO2及LiNiO2等)和少量的乙炔黑导电剂和有机粘合剂均匀混合后,涂覆于铝箔集流体上,电池的负极活性物质由大量的碳材料及少量的乙炔黑导电剂和有机粘合剂均匀混合后,涂覆于铜箔集流体上。最早锂电池是由日本索尼公司在1900年发明的,索尼采用了以含锂的化合物作为正极,以炭材料为负极的电池,在充放电的过程中,没有金属锂存在,只有锂离子的存在。

    金属箔(铜箔、铝箔)是锂离子电池的主要材料,其作用是将电池活性物质产生的电流汇集起来,以便形成较大的电流输出,因此,集流体需要在和活性物质充分接触的同时但内阻需要尽可能地小。而铜箔由于导电性强、质地柔软、制造工艺成熟,性价比高,价格相对低等特点,成为了锂电子电池负极集流体的首选。

    而铜箔根据生产工艺不同,可以分为压延铜箔和电解铜箔两大类,在锂电池发展初期,用作于负极电流集流体的同比多位压延铜箔,由于压延铜箔的生产成本高,且主要采用物理手段制造,存在一定的工序长、成本高、一致性差等缺陷,同时也由于涂有活性物质的负极压延铜箔在制造工序中的操作性较差,容易产生皱纹甚至断裂,因此目前中国市场主要采用电解法生产铜箔。

    铜箔是锂离子电池负极集流体的核心材料,而锂电池的生产工艺、成本和最终产品的性能都和铜箔的抗拉强度、伸长率、表面粗燥度、厚度均匀性及外观质量等因素有着密切的关系。通常情况下,在混合动力和纯电动汽车中,纯电动汽车配备更多的电池单元,仅采用铜箔的重量就可以达到10Kg以上,因此,减轻电池上铜箔的质量一方面能有效的减少使用铜箔的原材料成本,另一方面,在电池容量不变的情况下,使用更轻的铜箔能有效减少单体电池质量从而提高电池的能量密度。目前市场降低铜箔质量的主流方式为减小铜箔的厚度,因此随着电动汽车对于续航能力、电池能力密度需求的提高,铜箔的轻薄化将成为主要发展趋势。

    2、磷酸铁锂电池在乘用车市场应用有望提升

    新能源汽车市场,三元锂电池大多使用于高端的乘用车市场,而磷酸铁锂电池大多运用于城市客运大巴及专用车市场,在政府的高补贴政策聚焦于续航能力、能量密度等因素时,三元锂电池由于能量密度大,质量轻,速度更快作为了乘用车的主流选择。政府对于新能源汽车补贴大幅退坡且补贴预计在2021年-2022年将全面退出,新能源汽车制造厂商逐步将汽车的设计重心转为降低制造成本、提高续航里程和电池安全以保证品牌本身的竞争力。在这一情况下,磷酸铁锂电池在新能源乘用车上的使用有望进一步提升。根据工信部2020年公布最新的第一批与第二批《新能源汽车推广应用推荐车型目录》,磷酸铁锂电池在乘用车市场的占比有一定提升。以2019年第四批目录为参考,共有45种新推出的纯电动汽车,其中82%的纯电动车采用三元锂电池,13%为磷酸铁锂电池,而所有混合动力车均采用三元锂电池作为动力电池。2020年第一、二批推荐目录中,共有58种新推出的纯电动车,有13种车型采用了磷酸铁锂电池,占比上升至22.4%,根据2020年新推出的纯电动车车型目录,使用磷酸锂铁电池的纯电动乘用汽车占比上升。

第319、327、328批新能源汽车推广应用推荐车型目录

2019年第四批(第319批)
2020年第一批(第327批)
2020年第二批(第328批)
纯电动汽车
45
纯电动汽车
31
纯电动汽车
27
三元锂电池
37
三元锂电池
24
三元锂电池
20
磷酸铁锂
6
磷酸铁锂
7
磷酸铁锂
6
锂离子电池
2
锂离子电池
1
混合动力
6
混合动力
14
混合动力
2
三元锂电池
6
三元锂电池
11
三元锂电池
2
磷酸铁锂
1
锂离子电池
2

数据来源:公开资料整理

    此外,比亚迪最新的核心专利“刀片电池”出现将进一步推动磷酸铁锂电池在纯电动乘用车中的运用。如“刀片电池”电芯结构图所示,“刀片电池”是通过把电芯宽度无限拉长,厚度做薄,做成900mm甚至快1m的超长电芯。与传统方形电池相比,呈现“扁平”和“长条”形状,如同“刀片”状。通常而言传统上的电池包需要层层集成——电芯cell-模组module-电池包pack三级,而“刀片电池“采用类似无模组结构电池包,如下右图电池包的结构示意图所示,电池包由多个单体电池沿动力电池包的长度A方向直接排列,比亚迪减少了电池包中横梁或纵梁的使用,甚至可以不使用横梁或纵梁,通过简化了模组的结构从而提高了电池包的空间利用率,进而提高整个电池包的容量、电压以及续航能力;此外,通过电芯本身也可以提高电池包整体的刚度。

    根据高工锂电资讯,比亚迪的“刀片电池”能够明显的提升体积能量密度,较原有电池系统可提升30%以上,并且可以节省物料、人工费用等,成本有望降低30%。

    但是这一电池包采用大模组及大电芯计划,对于电池本身的安全性要求较高,由于磷酸铁锂技术的安全性能非常突出,失控温度通常在500摄氏度以上,同时具有较高的整体刚性,抗变形、耐挤压和穿刺的能力,运用于电池组内部短路的几率接近于零,所以目前比亚迪的“刀片电池”技术主要作用于磷酸铁锂电池体系,在三元电池系统的使用仍需要时间验证。工信部2020年第二批新车推广目录中,比亚迪已经推出装载了“刀片”磷酸铁锂电池的纯电动车,虽然电池的系统能量密度小于三元锂电池,仅为140Wh/kg,但这一车型的续驶里程最高达到了605Km,续航能力与系统能量密度为180Wh/kg的荣威三元锂电池纯电动轿车相似,因此,在比亚迪新的电芯、电池包技术下,磷酸铁锂电池的续航能力又了明显的提升,基本可以做到和三元锂电池持平。

2020年第二批工信部新车推广目录部分纯电动车参数

企业
品牌
类型
型号
电池类型
电池系统能量密度(Wh/kg)
续驶里程(KM)
上汽大众汽车有限公司
大众汽车
纯电动轿车
SVW7005AEV
三元锂电池
140
346
上汽通用汽车有限公司
别克牌
纯电动轿车
SGM7008GBBEV
三元锂电池
133
500
北京汽车股份有限公司
北京牌
纯电动轿车
BJ7000C5DA-BEV
三元锂电池
170.75
401
长城汽车股份有限公司
欧拉牌
纯电动轿车
CC7001CE03BBEV
三元锂电池
163.9
421
长城汽车股份有限公司
欧拉牌
纯电动轿车
CC7001ZM02CBEV
三元锂电池
176.2
401
山西新能源汽车工业有限公司
几何牌
纯电动轿车
JHC7003BEV01
三元锂电池
160.28
400
山西新能源汽车工业有限公司
几何牌
纯电动轿车
JHC7003BEV02
三元锂电池
183.23
520
山西新能源汽车工业有限公司
几何牌
纯电动轿车
JHC7003BEV03
三元锂电池
160.03
400
华晨汽车集团控股有限公司
中华牌
纯电动轿车
SY7001BEVDAC
三元锂电池
144.15
480
江淮汽车集团股份有限公司
江淮牌
纯电动轿车
HFC7000EWEV8
磷酸铁锂
163.36
422
江淮汽车集团股份有限公司
江淮牌
纯电动轿车
HFC7002BEV
三元锂电池
160.68
530
比亚迪汽车工业有限公司
比亚迪牌
纯电动轿车
BYD7002BEV5
三元锂电池
160
305
比亚迪汽车工业有限公司
比亚迪牌
纯电动轿车
BYD7002BEV6
三元锂电池
160
405
比亚迪汽车工业有限公司
比亚迪牌
纯电动轿车
BYD7002BEVA5
三元锂电池
160
305
比亚迪汽车工业有限公司
比亚迪牌
纯电动轿车
BYD7002BEVA6
三元锂电池
160
405
比亚迪汽车工业有限公司
比亚迪牌
纯电动轿车
BYD7002BEVA7
三元锂电池
160
405
比亚迪汽车工业有限公司
比亚迪牌
纯电动轿车
BYD7009BEV
磷酸铁锂
140
550
比亚迪汽车工业有限公司
比亚迪牌
纯电动轿车
BYD7009BEV1
磷酸铁锂
140
605
广汽乘用车有限公司
合创牌
纯电动多用途乘用车
GAM6490BEVN0A
三元锂电池
171
523
广汽乘用车有限公司
合创牌
纯电动多用途乘用车
GAM6490BEVN0B
三元锂电池
180
643
通用五菱汽车股份有限公司
宝骏牌
纯电动轿车
LZW7003EVGKAB
磷酸铁锂
130
305
通用五菱汽车股份有限公司
宝骏牌
纯电动轿车
LZW7003EVNET
磷酸铁锂
125
260
重庆长安汽车股份有限公司
长安牌
纯电动多用途乘用车
SC6484AAABEV
磷酸铁锂
125
401
成都大运汽车集团有限公司
大运牌
纯电动轿车
CGC7000BEV2J3
三元锂电池
140
300
北汽云南瑞丽汽车有限公司
北京牌
纯电动轿车
BJ7000C5D3K-BEV
三元锂电池
141
416
北汽云南瑞丽汽车有限公司
北京牌
纯电动轿车
BJ7000C5EDK-BEV
三元锂电池
146.5
321
奇瑞商用车(安徽)有限公司
小猬牌
纯电动多用途乘用车
SQR6465BEVK09
三元锂电池
141
301
上海汽车集团股份有限公司
荣威牌
纯电动轿车
CSA7001SBEV1
三元锂电池
180.1
605
合众新能源汽车有限公司
哪吒牌
纯电动轿车
THZ7000BEVS00F
三元锂电池
140
288
合众新能源汽车有限公司
哪吒牌
纯电动轿车
THZ7000BEVS00J
磷酸铁锂
140
301
新能源汽车股份有限公司
奇瑞牌
纯电动多用途乘用车
NEQ6460BEVS61
三元锂电池
160.1
510

数据来源:公开资料整理

    在新能源汽车市场中,特斯拉开始转用无”钴”电池,比亚迪磷酸铁锂“刀片”电池续航能力和三元电池不相上下,在政府对于新能源汽车补贴大幅降低的情况下,预计更多的新能源汽车生产企业将汽车电池的设计目标从满足补贴标准逐步转化为降本增效及提高新能源汽车的安全性,由于磷酸铁锂电池优势明显,因此预计磷酸锂铁电池在乘用车市场的应用在未来可能增长。

    二、新能源汽车市场扩大推动锂电铜箔需求增加

    1、锂电铜箔是新能源汽车锂电池核心原材料之一

    铜箔是锂电池负极集流体的核心材料,而锂电池的生产工艺、成本和最终产品的性能都和正负极集流体也就是铝箔和铜箔的性能有着密切的关系。在锂电池的生产过程中通常将负极浆料涂布在锂电铜箔上,再经过干燥、辊压、分切等工序,从而得到锂电池的负极极片。根据锂电铜箔的产业链,锂电铜箔主要用于锂电池的负极制造,锂电池主要用于新能源汽车、3C数码以及储能系统。

    根据全球2014年-2018年各终端锂离子电池产量,3C数码电池和储能电池整体增长量较少,动力电池产量增速最快,从2014年的13.8GWH增长至2018年的107GWh,累计增长675%,动力电池高增速的主要原因是新能源汽车的高速发展。近年来,全球温室效应日趋显著,世界各国政府均加大对可再生资源的重视程度,在政策大力支持下,全球新能源汽车市场进入快速发展通道。

全球各终端锂离子电池产量(GWh)

数据来源:公开资料整理

    新能源汽车通常是指将采用非常规能源作为动力来源的汽车,目前,新能源汽车主要有混合插电动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车、氢发动机汽车几种类型。目前新能源汽车市场主要以纯电动汽车占据主导地位,其余类型的新能源汽车产业化有限。

    电池、电机、电控是纯电力新能源汽车的核心技术,而这三样技术决定着新能源车两个核心指标:续航里程和动力性。其中,电池是电动车最基础和最重要的技术之一,也是目前用于解决里程焦虑、提升电动车性能,降低生产成本等解决电动汽车多项难题的主要突破点。目前上市的高速纯电动车均采用锂离子电池,包括磷酸铁锂、锰酸锂、三元锂电池等等。

    但必须要指出的是,目前不同类型的锂离子电池主要区别为涂在正负极片铝箔及铜箔上的材料不同,比如涂在正极片上的氧化钴锂LiCoO2、氧化锰锂LiMn2O4、三元化合物Li(NiCo)O2和涂在负极片铜箔上的石墨或钛酸锂等,而不管是哪一种类型的锂电池,其正负极均需要使用铝箔及铜箔作为正负极的集流体。锂电铜箔是锂电池生产不可或缺的重要材料。

全球锂电铜箔产量(万吨)

数据来源:公开资料整理

    由于动力电池的需求持续增加,全球的锂电铜箔产量也呈逐年增长趋势,从2013年至2019年锂电铜箔产量从4.6万吨增长至17.7万吨,累计增长率达到285%,年复合增长率达到25%以上。随着未来新能源汽车需求的进一步增长,将推动重要原材料锂电铜箔需求上升。

    2、全球新能源汽车销量增长确定性强,锂电铜箔未来需求空间大

    近年来,随着全球温室效应问题日加严重,各国均出台相应的政策以及法律推动新能源汽车的发展。比如欧洲目前已有多个国家发布了燃油车销售禁令,挪威、荷兰、德国、爱尔兰均宣布分别在2025年、2030年开始全面禁售汽车及柴油车,这一规划在未来近几年将大幅度降低燃油车的销量,而在这一政策环境下,各国的新能源汽车销售量有望迅速增长。

欧洲各国禁售燃油车时间

区域
计划禁售时间
禁售范围
挪威
2025
汽车/柴油车
英国
2035
汽车/柴油车
法国
2040
汽车/柴油车
马德里、巴黎、雅典、墨西哥城
2025
柴油车
德国
2030
内燃机车
英国苏格兰
2032
汽车/柴油车
荷兰
2025
汽车/柴油乘用车
爱尔兰
2030
汽车/柴油车

数据来源:公开资料整理

    根据欧盟2019年4月出台的《2019/631法令》将从2020年起严格限制欧盟国家的汽车的碳排放量,并加大了针对违反条例的罚款力度,欧洲市场新能源汽车需求有望在未来几年大幅度上升。2018年全年欧盟28个国家以及冰岛的汽车平均碳排放量为120.4g/Km,远超过欧盟规定的95g/Km,各国政府及汽车制造商为满足这一排放需求有望进一步推广新能源汽车的销售。

欧盟《2019/631法令》

区域
规定
备注
欧盟
车辆平均CO2排放量在2020年目标为低于95g/Km,平均碳排放量高于规定的汽车生产商将支付“高出规定碳排量(每1g)*95欧元*新注册汽车数量”罚款,2021年至2024年碳排放量标准将逐年降低,到2021年这一要求必须覆盖所有在欧盟范围销售的新车。
95g/Km排放标准以1379.88Kg车重为计算基础,2020年排放标准计算公式=95+0.0333*(销售车辆平均车重-1379.88),欧盟28国及冰岛2017至2018年销售乘用车平均重量为1389Kg

数据来源:公开资料整理

    根据中国、欧盟纯电动汽车的销量,除中国市场2019年下半年销量同比出现下滑,主要由于2018年相比2017年补贴政策退坡有限,同时对于工况续航400公里以上新能源汽车的最高补贴额提高至5万元,从而拉动了2018年下半年的销量,而2019年补贴政策相比2018年退坡度达到约50%,在相比2018年下半年的高基数出现了一定下滑,但近年来纯电动车的销量整体依旧呈迅速上升的趋势,尤其是欧盟国家,由于欧盟针对二氧化碳的排放管理逐步收紧,以及部分欧盟国家计划在10年内全面禁止燃油车的销售,欧盟地区纯电动车的销量在2018年-2019年每季度均保持了35%以上的同比增长,2019年四个季度均比2018年同期增长75%以上,欧盟纯电动车销量增速远超中国市场。

中国纯电动车销量(辆)及同比

数据来源:公开资料整理

中国纯电动车销量(辆)及同比

数据来源:公开资料整理

    从销售量而言,欧盟2019年4季度销量9.1万辆,中国达到了28万辆,欧盟销售额为仅为中国市场的三分之一,于此同时,中国纯电动车的渗透率也是高于欧盟的,根据2019年中国及欧盟全年乘用车及纯电动车销量,欧盟纯电动汽车渗透率仅有1.87%,而中国达到了4.51%,在欧盟乘用车每公里95g二氧化碳排放量的规定下,欧洲市场纯电动汽车的销量有望迅速增加推动欧盟市场纯电动车渗透率上升。

中国及欧盟纯电动车市场渗透率

数据来源:公开资料整理

    于此同时要指出的是,除禁售以及限制排放,中国、欧盟及部分欧洲国家均设立了关于新能源汽车渗透率的规划目标,例如中国规划新能源汽车的销量占比在2025年要达到25%,和欧盟计划2030年销量35%的乘用车为超低排放汽车,但2019年中国新能源汽车销量占比仅有5.6%,欧盟全年超低排放的新能源汽车销量仅占3.02%,距离规划仍有很远的距离,为实现关于新能源汽车的规划,未来几年新能源汽车的销量将有望大幅度上升。

各区域新能源汽车规划

区域
发展目标
文件
欧盟
2030年35%乘用车及30%轻商车为超低排
放2019/631法令
中国
2025年新能源汽车销量占比25%
《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》(征求意见稿)
德国
2030年600万台新能源汽车上路
《气候保护计划2030》
英国
2030年50%-70%新乘用车达到超低排放,40%新货车达
到超低排放《Roadtozerostrategy》

数据来源:公开资料整理

    根据工信部、发改委及科技部发布的《汽车产业中长期发展规划》,文件明确了对于新能源汽车产业发展规划的要求,到2020年我国新能源汽车年产量将达到200万辆,2025年汽车产量达到3500万辆,其中新能源汽车占汽车产销20%以上这一发展目标。在这一发展目标下,中国新能源汽车产量将持续保持高速增长状态。

中国新能源汽车产量(万辆)

数据来源:公开资料整理

    此外,由于全球各个国家针对降低碳排放,推广新能源汽车出台了一系列的规划及法令,大量国际车企开始布局于新能源市场并扩大新能源汽车的产品链,试图避免违反相应的法律法规并在新能源汽车市场占据领先地位

    3、新冠疫情为短期影响,不改新能源汽车长期增长逻辑

    由于在全球蔓延的新型冠状病毒疫情导致全球经济活动强度出现短暂减弱,和宏观经济具有较大关联性的汽车消费不可避免的受到了影响,以中国市场为例,由于疫情及年末的双重影响,新能源汽车在2020年1月和2月的销售量分别同比下滑了51.5%和71.5%,2月仅销售了12908辆新能源汽车。同时由于新能源汽车、动力电池的生产及复工受疫情防控的影响,2020年2月的动力电池装机量仅有0.6GWh,同比下滑73%。目前,由于新冠疫情在欧美地区的流行和蔓延,大批欧洲汽车产业链相关生产厂商决定暂时关闭工厂,这一举措对于汽车供应链有极大影响。当前,部分新能源汽车电池厂商也宣布暂时将美国地区的工厂关停至4月13日,其中包含了松下、特斯拉、LG化学和三星SDI等主流动力电池生产厂家。工厂的关闭将降低新能源汽车与动力电池的产量,而同时疫情的发展对于欧美地区的消费和经济都有较明显的负面效应,这两大因素都对新能源汽车的需求有较大影响。

中国新能源汽车及动力电池装机量

数据来源:公开资料整理

2001年-2005年中国汽车销量

数据来源:公开资料整理

    但要指出的是,疫情对于新能源汽车消费的影响大概率为短期影响。目前对中国市场最有参考价值的为非典疫情,由于非典疫情的影响中国2003年4-5月的汽车消费出现了明显的增速下滑,同比增速从三月30%+下滑至10%左右,但这一消费影响随着疫情的好转逐步好转,从6月起汽车消费增速恢复至30%左右增速。因此,随着疫情得到控制和工厂恢复,汽车尤其是新能源汽车的消费逐步恢复为大概率事件。此外,3月31日,国务院召开国务院常务会议确定,为促进汽车消费,将新能源汽车购置补贴和免征购置税政策延续至2022年,这一决定将本应在今年年底正式结束的新能源汽车补贴和免征购置税的停止节点从2020年12月31日顺延至2022年12月31日,而新能源汽车购买的补贴及优惠政策的延长两年的决定在一定程度上能够促进新能源汽车和动力电池产业链在疫情后的消费恢复,对于行业长期增长性有积极作用。此外,部分地方政府出台了地方新能源汽车的补贴政策。同时,欧洲地区仍维持对于新能源汽车的较高的购车补贴,例如德国和法国新能源汽车的单车购置补贴在750-6000欧元(约合5937-4.74万元人民币)不等,同时在德国还能享受免征购置税和10年汽车税、部分区域免费停车等福利。而法国对于用于置换较老柴油车新能源汽车购买者,可以通过“换车补贴”额外享受2500-6300欧元(约合1.98万-4.99万元人民币)的补贴等一系列政策。

欧洲纯电动汽车销售量(辆-EU+EFTA)

数据来源:公开资料整理

    此外,回顾欧洲(EU和EFTA)2016年-2019年纯电动车各季度销售量可以明显发现,欧洲地区新能源汽车的销售旺季集中在三四季度,而欧洲市场的新冠疫情爆发于3月初,如果欧洲各国能够在2-3个月内将疫情基本控制,预计新能源汽车销量能够在3季度开始恢复,即使存在由于宏观经济带来的一定负面影响,有较高购买补贴政策的新能源汽车相比传统燃油车拥有更强的竞争力。

    而欧洲市场汽车在2020年1-2月的销量变化在一定程度上能够证明新能源汽车在欧洲市场需求长期增长逻辑稳固。2020年1月和2月欧洲市场乘用车销量分别下滑了7.5%和7.4%,但新能源汽车(包含混合动力和纯电动汽车)的销量分别同比增长了121%和111%,其中纯电动车销量分别增长89%和88%,达到了38825和39330辆。在乘用车销量下滑的情况下,新能源汽车销量出现逆势增长显示了新能源汽车需求的高增长性。

    此外,欧洲部分国家汽车3月销量由于新冠等负面影响,乘用车销量出现下滑,但新能源汽车销量表现出较为积极的信号,例如法国乘用车销量下滑72.2%,但新能源汽车在乘用车中的渗透率达到了11.7%,法国2020年Q1新能源乘用车渗透率达到了9.7%,同比2019年1季度的2.6%,上升近4倍,而挪威市场乘用车3月总销量同比下滑32.3%,但由于新能源汽车市场渗透率上升至75%,新能源汽车销量仅下滑了26.7%。新能源汽车在疫情影响下仍较为积极的数据证明了欧洲市场新能源汽车长期增长的逻辑,同时一旦疫情得到控制,汽车销量复苏过程中,新能源汽车相比传统燃油车拥有更快和更大概率恢复的可能性。

挪威新能源汽车(在乘用车中)市场渗透率(%)

数据来源:公开资料整理

    因此,从政府政策的鼓励以及车企在新能源汽车尤其是纯电动车市场的布局,在全球范围内,新能源汽车的需求在近几年都将处于快速增长的状态且持续增长的确定性较强,而锂电铜箔作为纯电动车核心动力来源锂电池的重要原材料,新能源汽车产量的迅速增长将带动锂电铜箔的需求迅速上升。

    据预测,全球新能源汽车的销量将持续增长,以2018年为基准,2020年,2025年,2030年新能源汽车的销量(含纯电动侧及混合动力)将达到475万辆,1238万辆和2253万辆,而新能源汽车在全球汽车保有量占比在2030年占比将达到30%,达到13410万辆。

全球新能源汽车保有量(百万辆)

数据来源:公开资料整理

全球新能源汽车预计销量(百万辆)

数据来源:公开资料整理

    新能源汽车行业的需求增长将带动锂电池行业景气度上升,从全球需求来看,锂电铜箔作为锂离子电池的核心原材料市场需求量将保持持续增长趋势,预计需求量增速将达到10%以上。

测算假设包含:

1
每年纯电动车销量为IEA预测当期新能源汽车保有量增长的90%保守估计;
2
每辆纯电动汽车的电池容量取49.6kWh(比亚迪官网现售所有纯电车电池容量的均值);
3
每辆混合动力汽车的电池容量取14.77kWh(比亚迪官网现售所有混合动力车电池容量的均值);
4
锂电铜箔为8um厚度,每GWh锂电铜箔使用量为830t保守估计(中国有色金属报《新能源汽车推动的锂电铜箔成长周期》锂电池铜箔单耗为0.83-1kg/kWh);
5
2018年全球锂电铜箔需求量为15万吨,假设3c及储能锂电池锂电铜箔需求保持不变(高工产研)。

数据来源:公开资料整理

纯电动汽车及混合动力汽车对锂电铜箔需求

数据来源:公开资料整理

    2018年全球锂电铜箔总产量为14.6万吨,在新能源汽车销量的拉动下,2020年锂电铜箔全球需求量将达到18万吨,2030年将达到66万吨,年复合增长率达到14.27%,在新能源汽车需求持续增长的情况下,作为锂电池关键原材料的锂电铜箔需求在未来10年内将持续增长。行业产能结构性过剩,技术革新启动新一轮成长周期。

    (一)、技术革新推动极薄铜箔将成为主流

    铜箔根据厚度不同,可以分为极薄铜箔(≤6μm)、超薄铜箔(6-12μm)、薄铜箔(12-18μm)、常规铜箔(18-90μm)和厚铜箔(>70μm),其中锂电铜箔主流厚度主要集中于6μm-8μm。近年来,由于政府补贴退坡、提升新能源汽车性能和增加续航里程等原因,锂电池生产厂商开始逐步采用轻更薄的锂电铜箔,从而有效提升锂电池单体能量密度。

    新能源汽车补贴退坡及政策规划推动锂电池单位能量密度提高。2019年3月27日工信部等四部门发布《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》,针对新能源汽车的补贴政策进行进一步修改,在本次修改中退坡幅度明显,且能量密度等标准大幅提高,明确了“扶优扶强”的补贴政策以及“稳步提高新能源汽车动力电池系统能量密度门槛要求,适度提高新能源汽车整车能耗要求,提高纯电动乘用车续驶里程门槛要求。”的补贴政策趋势。

    根据2019年3月新发布的新能源汽车补贴方案,可以明显发现2019年补贴相比2018补贴下滑明显,同时能量密度及能耗优化标准大多上浮或降低补贴系数,获得较高水平的补贴相比2018年更为困难。因此,对于新能源汽车行业,提高电池单位能量密度,提高续航里程以尽可能在补贴总体下滑大环境下获取相对较高补贴是维持自身竞争优势的有效方式。

    此外,工信部、发改委、科技部在2017年联合发布的《汽车产业中长期发展规划》,其中明确了到2020年,动力电池单体能量密度达到300Wh/kg以上,力争实现350Wh/kg,到2025年,动力电池系统比能量达到350Wh/kg这一锂电池相关规划,参考《电动汽车观察家》整理的2019年10月国内生产的新能源汽车动力电池单体能量密度,能量密度排名前十产品单体能量密度均值约为243.22Wh/kg,排名第一的产品单体能量密度为257.39Wh/kg,距离工信部300Wh/kg的规划仍有一定距离。

中国国内2019年10月新能源汽车电池单体能量密度排行top10

序号
通用名
单体生产企业
单体能量密度(Wh/kg)
1
俊风E11K等
德朗能
257.39
2
奔腾B30EV400等
桑顿新能源
251.7
3
爱驰U5等
宁德时代
249.85
4
小鹏G3等
联动天翼
245.06
5
国机智骏GC1等
捷威动力
243.33
6
长安A500EV等
瑞闽新能源
239.99
7
EQC4004MATIC等
宁德时代
238.28
8
传祺AION.LX等
宁德时代
237.49
9
一汽奔腾B30EV400等
孚能科技
234.55
10
江淮iEV7S等
力神电池
234.53
平均单体能量密度
243.217

数据来源:公开资料整理

    根据近期路透社报道,特斯拉与宁德时代即将达成合作协议,特斯拉计划向宁德时代采购“无钴电池”,应用于国产Model3车型上,预计从2020年7月1日起正式为特斯拉供给动力电池。钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂和镍钴锰三元材料等是目前已经市场化的锂电池正极材料。由于市场规模化生产的电池技术路线主要集中于含“钴”的镍钴锰锂电池以及磷酸铁锂(LFP)电池,因此,特斯拉和宁德时代的采购协议标的显著提高了磷酸铁锂电池的可能性。相比三元锂电池,在特斯拉通过全国产化以进一步降低生产成本的规划下,制造成本低是磷酸锂铁电池短期内无法被替代的优势。由于磷酸锂铁电池不需要使用稀有金属钴,国内电池系统成本已经达到0.6元/Wh,而三元锂电池的系统成本维持在1元/Wh,磷酸铁锂电池的成本优势明显。此外,磷酸铁锂电池还拥有安全性高和循环寿命更长等优点。

    但必须要指出的是,单体能量密度的提升是磷酸铁锂电池最迫切解决的问题之一。多数汽车装载电池的能量密度可以达到200Wh/kg以上,预计将有可能在短期内达到300Wh/kg,而装载的磷酸铁锂电池能量密度通常较小,大多数在100~150Wh/kg。因而在同样的电池体积下三元锂电池新能源汽车电池的单体能量密度大,续航能力更强。

    考虑到磷酸铁锂电池单体能量密度较低的情况,以现有技术下电池厂商可能采取两种解决方案,一是增加电池的体积利用率,通过减少电池包的构件增加电芯数以增加电池系统能量密度,进一步增加续航能力,例如宁德时代最新的CTP专利,将电芯放在整个PACK里面直接进行安装,通过套筒进行固定,省掉所有不重要结构的连接来尽可能简化模组,通过减少电池包内的零部件以提高电池包的体积利用率。另一种是降低电芯的单体质量,通过减轻电芯正负极集流体、隔膜材料和电芯包装材料等电芯辅材的质量以增加电池的单体能量密度,或者采取两种方案结合对电池性能进行优化。对于锂电铜箔,在这两种改进方法下,第一种方法通过简化电池包结构以增加电池包的体积利用率(降低电池包整体质量),厂商也能够通过使用更多的电芯进一步增加电池的续航能力(维持原油电池包质量),而这一方式有望额外增加作为电芯辅材的锂电铜箔的使用量,第二种方法则会促使电池制造厂商使用更薄更轻的锂电铜箔用于降低电芯的单体能量密度。

    更薄的锂电铜箔能有效增加锂电池单体能量密度和续航里程,6μm和5μm的极薄锂电铜箔能够提升5.3%和8.2%的质量能量密度。在保持电池容量不变的情况下降低电池质量能增加单体能量密度,而使用锂电铜箔厚度越小,意味着电池的重量将越轻,单体能量密度就更大。同时,更薄的锂电铜箔能够让负极拥有更小的电阻,从而提升电池的性能,通常情况下,仅采用薄型化的铜箔就可以在不改变其他电池条件的情况下直接提升3%-5%的电池能量密度和活性材料的用量空间,因此在电芯体积不变的条件下,更薄的铜箔能够增加更多的新能源汽车的续航里程通过测算,在电池容量不变的情况下,将8μm的锂电铜箔换为6μm和5μm的极薄铜箔能有效的降低锂电池的质量,因而分别增加了5.3%和8.2%电池质量能量密度,如果采用4.5μm的铜箔,能量密度有望额外增加1%。因此,对于采用磷酸锂铁电池的新能源电池生产商对切换使用极薄的铜箔更为迫切。

    测算假设包含:

    1、8μm、6μm、5μm和4.5μm锂电铜箔的单位面积质量分别为每平方米72g、54g、45g、42g。

    2、假设锂电铜箔使用面积在不同厚度下一致,为11.53m2/kWh(通过单位面积质量及铜箔单耗质量进行换算);

    3、8μm锂电铜箔单耗数据保守参考830g/kWh(中国有色金属报《新能源汽车推动的锂电铜箔成长周期》锂电池铜箔单耗为0.83-1kg/kWh);

    4、锂电池容量采取比亚迪官网现售纯电动汽车平均容量;

    5、采用8μm锂电池的质量能量密度参考2019年10月电动汽车观察家整理新能源汽车单体能量密度排名前十的均值243.217Wh/kg;

    6、采用8μm电池质量通过锂电池容量及质量能量密度计算为205.58kg。

不同厚度锂电铜箔对锂电池质量能量密度的优化

8μm
6μm
5μm
4.5μm
单位面积质量(g/m2)
72.00
54.00
45.00
42.00
锂电铜箔面积单耗(m2/kWh)
11.53
11.53
11.53
11.53
锂电铜箔质量单耗(g/kWh)
830.00
622.50
518.75
484.17
锂电池容量(kWh)
50
50
50
50
铜箔使用质量(Kg)
41.50
31.13
25.94
24.21
电池质量(kg)
205.58
195.20
190.02
188.29
锂电池质量能量密度(Wh/kg)
243.217
256.14
263.14
265.55
能量密度优化
 
5.31%
8.19%
9.18%

数据来源:公开资料整理

    目前宁德时代与比亚迪对6μm锂电铜箔已应用成熟并快速切换(将设备转为使用6μm的锂电铜箔进行锂电池生产),其中宁德时代的切换率已经超过9成。后续3-10位排名的动力电池企业也在加速6μm锂电铜箔的应用。因此,6μm锂电铜箔将成为新一代锂电池负极集流体的主流厚度,而未来使用更加轻薄的锂电铜箔是大趋势。

    (二)、结构性产能过剩严重,高端产能缺口释放企业业绩弹性

    从2016年我国新能源汽车生产突破50万辆,达到51.7万辆,而2015年仅34.05万辆,同比增速达到51.8%,市场对锂电铜箔的需求呈现大幅增长,导致锂电铜箔产品供不应求,市场价格大幅提升, 2016年全年8μm铜箔价格调整了3次,锂电铜箔市场价格从2016年初的3.6万元/吨上升至4.5万元/吨,而加工成本维持在2-2.5万元/吨的水平,使得行业毛利水平迅速攀升。2016年企业营业收入和净利润分别增长了316.46%和206.75%,由于产销量及铜箔加工费的大幅度增长推动企业当期业绩大幅上升。

    由于锂电铜箔的量价齐升带来了未来长期增长的市场预期,大量标准铜箔生产厂商纷纷转产锂电铜箔,而本身是锂电铜箔的厂商也开始投资扩张。大量的转产和项目的投建推动国内锂电铜箔产能出现爆发式增长,2019年中国锂电铜箔产能达到28.23万吨,相比2015年增长527%。

2015-2019国内铜箔产能

数据来源:公开资料整理

    2018年我国锂电铜箔产量超过9万吨,预计2019年中国锂电铜箔产量为11.62万吨,未来几年,在新能源汽车产业受国家政策大力支持的背景下,动力电池将带动中国锂电铜箔市场保持着高速增长的趋势,预计到2020年中国锂电铜箔产量将达14.85万吨。

2013-2020年中国锂电铜箔产量预测

数据来源:公开资料整理

    但要指出的是,国内目前产能过剩属于“结构性产能过剩”,大多数锂电铜箔产能集中于8μm-12μm中低端产能,而6μm及以下的高端锂电铜箔产能十分有限,在锂电池生产厂商逐步切换使用6μm的趋势下,国内高端产能甚至存在产能缺口。

2018年中国动力锂电池市场竞争格局(以装机量算)

数据来源:公开资料整理

    国内动力锂电池市场较为集中,截至2018年CR3达到了66.68%,按照宁德时代6μm铜箔使用率达到9成计算,截至2019年,6μm的锂电铜箔市场渗透率达到35%以上,目前比亚迪已经开始转用6μm锂电铜箔,且3-10位排名的动力电池企业也在加速6μm锂电铜箔的应用,预计6μm铜箔市场渗透率在2020年将大幅增长,与此同时,新能源汽车销量的增长将带动需求上升,6μm铜箔的需求量迅速增加确定性较强。

8μm至6μm单耗换算

数据来源:公开资料整理

    注:铜箔单耗参考文中0.83kg-1kg/KW,取最小值做保守测算,单耗换算假设铜箔作为负极集流体使用面积不变

    测算假设包含:

    1)6μm铜箔单耗为622.5t/GWh;

    2)动力电池产量增速2020-2021为40%,2022年后维持在30%。

6μm锂电铜箔在不同市场渗透率下的需求量敏感性分析(万吨)

2018
2019
2020
2021
2022
2023
2024
动力电池产量(GWh)
69
107
149.8
209.7
272.6
354.4
460.8
动力电池产量增速
42.27%
55.07%
40.00%
40%
30%
30%
30%
市场渗透率(%)
6um铜箔单耗:622.5t/GWh需求量(万吨)
30%
 -
2
2.8
3.9
5.1
6.6
8.6
40%
 -
2.7
3.7
5.2
6.8
8.8
11.5
50%
 -
3.3
4.7
6.5
8.5
11
14.3
60%
 -
4
5.6
7.8
10.2
13.2
17.2
70%
 -
4.7
6.5
9.1
11.9
15.4
20.1
80%
 -
5.3
7.5
10.4
13.6
17.7
22.9
90%
 -
6
8.4
11.7
15.3
19.9
25.8
100%
 -
6.7
9.3
13.1
17
22.1
28.7

数据来源:公开资料整理

    截至2019年年底,中国市场约有4.6万吨6μm及以下产品产能,仅占现有锂电铜箔全部产能的18.8%,在市场渗透率为30%的情况下,现阶段供需格局较为宽松,而根据现有各企业投资计划,预计截至2020年底行业龙头企业将有约4.1万吨6μm及以下的铜箔产能投产,预计国内极薄锂电铜箔名义产能将达到9.4万吨。

    但必须要指出的是,随着6μm在锂电池生产厂商的渗透率逐步提高,新能源汽车销量增加带动新需求的产生,6μm锂电铜箔产能可能存在缺口。一方面2020年部分新增产能计划于年底竣工投产(嘉元、诺德、灵宝华鑫产能),且通常需要3-6个月调试后才能基本满产,2020年实际新增产能有限,预计不超过2.3万吨,且锂电铜箔通常仅能存放3-6个月,无法大量增加库存。

    另一方面,由于新能源销量增加带动新需求出现,一旦6μm锂电铜箔市场渗透率达到60%以上时,产品实际产量将很有可能开始出现缺口,而中国锂电池CR3市场份额达到近66.7%,极薄锂电铜箔出现供不应求为大概率事件,参考2016年锂电铜箔在出现供需缺口后加工费大幅上升的情况,产品价格有望进一步上升。

极薄锂电铜箔2019年产能及2020年预计投产产能

数据来源:公开资料整理

    此外,相对于8μm铜箔,6μm铜箔拥有较高的进入壁垒,一方面由于技术限制目前国内能够批量化生产的企业有限,主要集中于诺德股份、嘉元科技、灵宝华鑫、华威铜箔及超华科技等行业龙头企业,另一方面,极薄锂电铜箔的投产周期较长,限制投产周期的重要原因是极薄铜箔的核心生产器械主要采用新日铁生产的高端阴极辊,而这一市场基本为寡头市场,全球主要产能集中于新日铁,但新日铁产能有限且短期内无扩产计划,通常需要2-3年的交货周期,因此,极薄锂电铜箔产能无法在短期内迅速扩张。

    (三)、产能缺口推动价格上升,释放企业业绩弹性

    现有企业新增产能有限且无法在短期内迅速扩张产量,6μm及以下锂电铜箔在存在产量缺口的情况下,产品价格有望进一步上升,增厚相关企业业绩。锂电池生产技术改革导致6μm及以下锂电铜箔面临产量结构性不足与2016年锂电铜箔供不应求局面相似,当期企业业绩变化有良好的参考价值。从2016年起,国内新能源汽车生产突破50万辆,达到51.7万辆,市场对于锂电铜箔的需求出现爆炸式的增长,但当期国内铜箔产能主要集中于传统的标准铜箔,锂电铜箔产品供不应求,市场价格大幅上升,价格的增长以及产品的紧缺使得锂电铜箔生产企业当期业绩大幅增加。

    首先,2016-2017年锂电铜箔持续维持供不应求的状态,产品价格从2016年9月的71.6元/kg起持续上涨,在2017年9月达到96.5元/kg,价格上涨达到34.8%,直到2018年中部分锂电铜箔新建项目产能释放,铜箔价格才降至91.5元/kg,仅下滑5.2%,2019年至今,产品价格保持在89.5元/kg。因此,产品的价格受供需格局变化影响较大,当产品供不应求时,生产企业具有较强的提价能力

8μm锂电铜箔价格趋势(元/kg)

数据来源:公开资料整理

    在2016年行业产品供不应求时,业内企业营收及毛利率水平均有较大的增长,两家企业主营业务收入均出现了15%以上的增长,在这一参考下,当极薄锂电铜箔再次出现产能缺口的情况下,考虑到诺德股份及嘉元在2020年均有产能投产,龙头企业锂电铜箔业务在疫情过后有望量价齐升,再次释放业绩弹性。

    三、未来发展趋势

    未来几年,受全球锂离子电池市场增长带动,全球锂电铜箔市场将延续着高增长的态势。

    1、全球主要国家大力发展新能源汽车产业,动力电池对锂电铜箔需求将保持高增长的态势,成为全球铜箔市场的主要应用市场;

    2、随着锂离子电池成本的降低及储能技术的进步,锂离子电池在储能系统中对铅酸电池的替代增多,在储能系统中的渗透率逐渐提高,对锂电铜箔需求进一步提升;

    3、3C数码产品领域整体需求虽有所放缓,但高端领域及可穿戴设备等新型数码领域的增势依旧强劲,对高端数码电池及高倍率电池的需求依旧强劲,对锂电铜箔的需求稳步上升。

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