第一篇：锂电池生产设备行业深度报告
锂电池生产设备行业深度报告
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2020年，全球锂离子电池市场规模有望达到 4500 亿。其中，我国锂离子电池市场规模有望达到 3000 亿元，锂电生产设备市场空间则预计达 210 亿元。当前，锂电生产设备市场出现国产化趋势，搅拌、涂布、卷绕、检测为设备，未来生产线整体将向整合化、整线化、自动化发展。锂电池需求增加、能源政策利好，推动锂电生产设备行业不断发展 1.1 动力锂电池的应用占比 2020 年有望达到 70%
锂离子电池根据应用场景可分为动力、消费和储能三种。传统的消费锂电池主要应用于手机、笔记本电脑、数码相机等 3C 类产品，2015 年占全球各类锂电池出货量的 62%，但随着全球对新能源汽车需求量的增加，消费类锂电池应用的占比逐年下降。根据中国报告网的预测，我国动力锂电池在锂电池全部应用中的占比有望从 2015 年的 34%上升至 2020年的 70%，动力电池将成为锂电池的主要应用场景。此外，储能锂电池作为新兴应用场景也逐渐受到重视，预计市场占比从 2015 年的 6%小幅上升至 2020 年的 8%。
全球市场规模 2020 年有望达到 4500 亿。2016 年受新能源汽车政策推动，我国锂离子电池年产量飙升至 78 亿只，同比增长高达 40%。全球锂离子市场规模近年稳定上升，2016年全球规模达 2158 亿元，2011-2016 年复合增长率 21%。预计 2020 年全球锂离子电池市场规模有望达到 4500 亿元，其中我国锂离子电池市场规模有望达到 3000 亿元。
1.2 政策推动新能源汽车产业发展
政策推动新能源汽车产业发展。2016 年 12 月，国务院发布《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》，明确指出，需要大幅提升新能源汽车和新能源的应用比例，推动新能源汽车、新能源和节能环保等绿色低碳产业成为支柱产业；到 2020 年，产值规模超过10 万亿。2017 年 4 月，工信部印发的《汽车产业中长期发展规划》中提出，2020 年新能源汽车产销达到 200 万辆，2025 年新能源汽车占汽车产销 20%以上。
我国新能源汽车成爆发式发展。2014-2015 年受政策驱动，新能源汽车概念在市场上迅速推广，我国新能源汽车销售量的增长率均超过 300%；2016 年销售量达 51 万辆，同比增长率也高达 53%。根据工信部规划的 2020 年我国新能源年销量目标（200 万辆）估算，2016-2020 年复合增长率将在 40%左右，维持高速增长趋势。
锂电自行车快速增长推动动力电池需求上升。除汽车以外，我国锂电自行车产量也在迅速提升，2015 年锂电自行车产量达 350 万辆，同比增长 32%，2010-2015 五年复合增长率高达 70%。电动汽车、锂电自行车需求的迅速上升，使得动力锂离子电池需求量大幅上升，使之成为带动锂离子电池行业增长的主力。
1.3 消费锂离子电池的增量在 VR、无人机和可穿戴设备
3C 类产品发展减缓，导致消费类锂电池需求增速降低。3C 类产品在经历过发展的黄金阶段之后，智能手机产品等市场已趋近于饱和。全球智能手机的出货量增速，从 2010年的高达 76%，降低至 2015 年 10%。根据市场研究公司 Statista 的估算，2016 年全球智能手机出货量达到 15 亿个，但同比增速仅 2%，而到 2019-2020 年可能会出现负增长。
VR、无人机、可穿戴设备等新增需求带动消费锂离子电池增长。尽管传统手机、笔记本电
脑、数码产品等发展减慢，近年来出现的多种新型产业增加了对消费锂离子电池的需求，如 VR 眼镜、无人机、可穿戴设备等。中国虚拟现实（VR）行业从 2015 年开始起步，市场规模正处于飞速扩张时期；根据艾媒咨询的预测，2017 年 VR 行业规模将从 2016 年的约 60 亿元增长至超过 130 亿元，同比增长约 140%；到 2020 年预计超过 550 亿元，2016-2020年复合增长率接近80%。而根据国际数据公司（IDC）的预测报告，全球民用无人机市场规模也呈快速扩张趋势。2015 年全球民用无人机市场规模为 36 亿美元，同比增长率 33%；到 2020 年，全球民用无人机市场规模增长到约 260 亿美元，五年复合增长率近50%。2012年发布的 Google Glass，2014 年发布的小米手环，2015 年面市的苹果手表，相继将智能穿戴推向了风口浪尖。根据 IDC 的预测，2016-2020 年，智能眼镜出货量的年复合增长率高达 200%左右，智能服装超过 60%，智能手表接近30%。
1.4 新能源发电需要锂电储能的积极参与
储能是解决新能源风电、光伏间歇波动性的重要手段之一。风力、光伏发电具有不稳定性，储能技术可助风电厂平滑输出功率。近年来，政府大力扶持可再生能源，风电和光伏装机规模迅速扩大。根据国家能源局计划，“十三五”期间我国风电装机目标 210GW； 2017年上半年我国光伏新增装机容量 24.4GW，光伏装机总量超过 100GW。风电、光伏发电的间歇波动性特征严重限制其并网能力，是导致我国弃风、弃光现象严重的原因之一。2016年，我国弃风率高达 17%，西部平均弃光率高达 20%。而配置储能系统可以实现“削峰平谷”，解决可再生能源发电的大幅波动问题，为大规模并网创造条件。
2.锂电设备市场出现国产化趋势
2.1 国内锂电设备厂商已参与国际竞争，国产化优势明显
国际上，发展较早的日韩企业处于技术领先地位。1990 年，日本 Kaido 公司成功研发出第一台方形锂离子电池卷绕机，标志着锂离子电池自动化生产设备开始出现。1999年，韩国 Koem 公司开发出了锂离子电池卷绕机和装配机。至此之后，日韩在锂离子电池设备制造上一直处于国际领先地位，设备精度高、性能好、自动化程度高。
国内锂电设备日渐成熟。我国锂电设备制造从1998 年开始起步，历经近20 年的发展，已从进口设备主导发展为国内设备主导。目前，我国锂电设备的精度低于国外设备，部分设备稳定性还有提高空间；行业标准及相关的技术实施体系完善度还有待提升。但从技术层面来看，除个别高端精密设备和控制技术，如涂布机测厚装置，基本采用进口产品外，国内厂商可以提供各类锂电生产的设备。
国产设备相比于国外设备适应性强，性价比优势明显。国外设备在电池型号变化方面局限较大，而国内的生产方式需要经常变换电池型号。锂离子电池设备制造是一个非标准化行业，设备功能需要根据客户生产工艺的变化而不断变化。相比于国外设备，国内设备厂商专门针对我国锂离子电池生产的工艺而研发制造，适应性更强。而且在设备发生故障时，国内设备厂商可以第一时间赶到现场，尽可能为客户降低损失。国内锂离子电池厂商目前使用的高端涂布机和卷绕机多是从日韩进口的设备，但国内设备企业的设备性能已接近日韩设备性能，且价格更优惠，服务更周到，预计未来将实现进口替代。搅拌设备国产率超过 95%，活化分容检测设备的国产率已超过 90%，更多是国内自身品牌的竞争。
2.2 目前国内锂电设备厂商的竞争格局分散
目前锂电设备厂商的国内竞争格局分散。根据上海有色网（SMM）的报告，2016 年国内锂电设备市场份额中，国外企业占比 28%，国内市场份额排名前列的 6 家公司仅分掉 25%的市场份额。分设备来看，卷绕机、辊压机、分切机、涂布机国内前三家企业集中度分别为 65%、45%、65%、50%，竞争格局分散。
2.3 锂电生产设备市场空间广阔
我国锂电生产设备市场空间 2020 年预计到 210 亿。根据中国报告网的预测，假设动力锂离子电池实际产能利用率为 55-70%，消费和储能锂电产能利用率 90%，到 2020 年我国锂离子电池产能预计将超过 270GWh。我们假设每 GWh 的动力锂电池产能对应的总投资约 6亿元，其中设备投资占比 65%，而国产设备占比到 2020 年有望提升到 100%，则每 GWh 产能释放对应的国产设备投资约 3.9 亿元，预计 2020 年我国锂电设备规模约 210 亿元，2016-2020 年复合增长率约 17%。
3.搅拌、涂布、卷绕、检测为主要设备
锂离子电池设备泛指锂离子电池生产过程中使用的各种制造设备，是锂离子电池性能和成本的决定因素之一。锂离子电池生产工艺较长，包括 50 多道工序，相应需要 50 多种设备。整个制造工艺可分为极片制作、电芯组装、电芯激活检测和电池封装四个工序段，其中极片制作相关设备称为前端设备，电芯制作相关为中端设备，电芯激活检测和电池封装设备为后端设备。整个锂离子电池工艺流程约需 15 天完成，其中浆料制备、干燥、化成时间较长，少则 10 小时，多则 48 小时；而其他工艺较快，平均是 5-6 小时。
搅拌、涂布、分切、检测工序为重心。前端设备包括极片制作工序中所需要的搅拌机、涂布机、辊压机和分切机等。中端设备是电芯装配工序中涉及的卷绕机、叠片机、注液机、封口焊接等设备。后端设备用于电芯激活化成、分容检测以及组装成电池组等工艺。前端设备由于精度和自动化要求高，价格也高。其中，搅拌机的搅拌效果直接影响电池性能，被认为在锂离子电池的整个生产工艺中对产品的品质影响大于 30%；涂布机要求将搅拌后的浆料均匀地涂在金属上，厚度需精确到小于 3μm；分切机需要切片表面不存在任何毛刺，否则对后续工艺产生很大影响。中端设备中的卷绕机、叠片机，后端设备中的检测设备技术壁垒也较高，产值空间大。
涂布机、卷绕机、检测设备产值占比高。根据高工锂电披露的锂电设备成本占比分布，属于前端设备的涂布机占比约 30%，卷绕机占比约 20%，后端的活化分容检测设备占比约 20%，组装干燥相关设备（包括搅拌机）占比 10%。结合该产值比例和预测的锂电设备市场规模，计算出各设备市场规模 2016-2020 年的预测值。涂布机、卷绕机和活化分容检测设备市场规模大，2016 年分别在 30 亿元、20 亿元、20 亿元左右，2020 年预计将超过 60亿元、40 亿元、40 亿元。
3.1 浆料搅拌是锂离子电池设备的重要环节
浆料搅拌对锂离子电池品质影响度大于 30%，是锂离子电池生产工艺中的重要环节。锂离子电池正极浆料由粘合剂、导电剂、正极材料等组成，负极浆料由粘合剂、石墨碳粉等组成；正负极浆料的制备都包括了液体与液体、液体与固体物料间的相互混合、溶解、分散等；浆料分散质量的好坏，直接影响了锂离子电池的质量及性能。
搅拌环节主要是国内设备企业间的竞争。早在 2012 年，国产搅拌机的市占率已超过
95%，基本实现国产化。高工锂电数据显示，2013 年国内锂电搅拌设备企业已达 56 家，仅珠三角地区就超 20 家，其中金银河、广州红运、柳州豪杰特脱颖而出，成为该细分领域专家。
3.2 涂布环节国内厂商已达国际水平
涂布决定了电池的一致性和优性，在电池制造中占有技术地位。不管生产何种（如圆柱形或方形）电池，制造中所使用的涂布机都是一样的；不同类型电池需配备不同类型的卷绕机，但是涂布机应用更加广泛。目前市面上常见涂布机有转移式、挤压式、微型凹版涂布机。开始电池涂布起源于刮涂，然后是转移涂布。
3.3 卷绕机部分实现进口替代
卷绕机国产化进程加快，已部分实现进口替代。除锂离子电池卷绕机外，还有电容器卷绕机、纺织卷绕机等。按照机器的运行方式，可分为手动卷绕机、半自动卷绕机、全自动卷绕机。以高压电力电容器自动卷绕机为例，我国从 1970 年代开始研发，但由于生产效率低下，大批量生产仍依靠进口设备。21 世纪以来，设备国产化进程明显加快。目前，中国锂离子电池卷绕环节还处在半自动到单体全自动的转型期，部分公司产品可实现进口替代。如今大部分电池生产厂家都会选择国产卷绕机，不过大规模的电池厂家（如比亚迪、CATL 等）仍会选用一些日韩进口的卷绕机。
3.4 检测设备重要性日益凸显
锂离子电池危险性高，检测项目重要性日益凸显。锂离子电池容易因为短路、过充等原因烧毁或爆炸，在应用中会与保护板组成成品电池；在能量密度较高的应用领域，锂离子电池需进行串并联组合成为锂离子电池组，通过电池管理系统（BMS）进行管理。随着锂离子电池爆炸事件频发，锂电检测重要性日益凸显。锂离子电池检测项目主要包括一致性、功能性、安全性、可靠性和工况模拟等五个方面。检测系统按电池组装检测工序分，包括电芯分选、充放电、保护板、线束、BMS、模组 EOL（下线检测仪）、电池组 EOL、工况模拟检测系统等。
检测环节国产率超九成，主要是国内企业间竞争。国外企业技术发展时间长，品牌效应高，但生产流程相对固化，多数仅供应标准化的检测系统，无法满足国内客户的定制化需求。且国外企业多数仅靠代理商进行销售，国内服务能力较弱。国内厂商灵活性、性价比高，更具竞争力，活化分容检测设备的国产率已超过 90%，更多是国内自身品牌的竞争。
4.向整合化、整线化、自动化发展
近年来业内收购兼并动作频频，提升行业集中度是未来方向。由于锂电设备产品的多样化程度高，为客户提供的是非标准化产品，传统的发展方法无法应对客户快速变化的需求，因此锂电设备龙头企业纷纷希望通过资本运作提升产能和覆盖品种，龙头公司对大中型企业开始了一轮整合热潮。预计未来将出现强者恒强的局面，中小设备企业可能将被洗牌出局，行业集中度将会进一步提升。
由单机设备交付向分段设备/整线设备交付将成为锂电设备发展的主流趋势。由于整线设备解决方案能帮助电池企业缩短产能建设周期、降低建设成本、提升设备生产的效率和良率，且有利于后续的设备升级。因此，在各动力电池生产企业正在加速扩产的形势下，电池企业对整线设备解决方案的需求更加迫切。
自动化是锂离子电池制造行业的重要发展方向。出于提高锂离子电池一致性、提升产品合格率、降低劳动力成本的需要，自动化成为锂离子电池制造行业重要发展方向。在“智能制造”、“工业 4.0”的大背景下，锂离子电池传统的手工制造工艺难以满足锂离子电池市场日益严苛的需求，取而代之的将是全智能自动化生产线。根据国际机器人联合会（IFR）的报告，我国工业机器人产量不断增加，2009-2016 的年复合增长率高达 49%，标志着我国自动化水平稳步提升。机器人自动化企业也在不断拓展对锂离子电池制造行业的布局，已有不少公司在生产线上使用机器人。时代高科的董事长田汉溶表示：“机器人在锂电设备行业的应用才刚刚开始”。
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第二篇：2017年最新锂电池行业深度报告
2017年最新锂电池行业深度报告
导语
兴业证券在最近的一篇动力电池深度报告里提到，相较有限的压缩原材料成本，电池企业通过扩大产能实现规模效应降成本更为切实可行。这也是国内企业近期集中堆砌释放产能的关键因素之一。
1、全球趋势不可逆转 合纵连横龙头结盟
根据兴业证券之前的全球电动汽车深度报告分析，电动车全球化已不可逆转，两大趋势需要高度重视，其一是继北汽与国轩携手深度合作之后，上汽与宁德时代成立合资公司，标志着动力电池行业将从春秋时代百家争鸣快速进入后战国时代，逐渐形成强强联合、寡头割据的新格局;其二是继江淮大众合资之后，北汽与戴姆勒合资启动奔驰电动车国产化计划，此举将推动海外(尤其是欧洲)传统车企加紧电动汽车在华布局，合资与自主的较量将在电动车领域再次上演，国内核心零部件供应商迎来历史性发展机遇。当前时点，市场对动力电池价格下降及销售放量存在较大的担忧，兴业证券维持短期不悲观，长期依然乐观的态度，理由是：今年电池环节进入行业快速洗牌期，短期来看成本下降尚未被市场完全预期，通过采取全产业链分摊降本压力以及规模化生产等“增效”措施，中游环节盈利能力将好于市场预期;中期看，随着国产三元高比能电池渗透率不断提升，未来几年内电池有望复制“摩尔定律”，成本快速下降;长期来看，在未来高镍与NCA时代，技术领先、成本与规模优势突出的龙头将脱颖而出。
一切爆发都有片刻的宁静，一切进步都有冗长的回声。兴业证券试图通过对动力电池降本潜在途径进行全方位梳理，描绘未来电池降本增效的发展轨迹。三重途径全面降成本： 改进工艺，降低材料成本
扩大规模效应与提升良率，降低生产成本 其他：梯次利用与模块化设计降低生命周期成本 双重途径提升比能量：
物理方法：采用大容量电芯&提升PACK成组效率 化学方法：应用高镍正极材料与硅碳负极
回顾过去十年，动力电池价格经历大幅的下降，日韩电池龙头价格已从2010年的600-800美元/KWh降至目前150-200美元/kWh，国内龙头厂商在2016年底也降至300美元/kWh左右，目前已进入到200-250美元/kWh。
三元路线仍是最佳选择，目前锂电池基本体系已经较为成熟，几大主流方向三元路线、磷酸铁锂、锰酸锂与钛酸锂已经确定，各条路线可以改进的方向与存在的缺陷都较为明确。三元路线的优势在于极限比能量密度高，单体可达350wh/kg，其他无一例外达不到要求，因此三元将是未来几年主流乘用车商业化应用的首选，但其也有明显缺陷，如安全性的相对不足以及材料成本较贵(钴)。磷酸铁锂由于安全性优势，近几年被广泛应用于客车领域，劣势则是其改进空间不大，比能量较低。锰酸锂的优势在于成本，劣势是比能量已达极限，因此只能用于特定应用领域的专用车型。钛酸锂优势在于能够实现快充(5min充满)，但成本达到其他路线的数倍，因此只能应用于续航里程相对不敏感的客车等领域。
2、降成本势在必行 看龙头各显神通
短期与中期两方面因素驱动下，动力电池降成本刻不容缓：
短期：补贴退坡敦促全产业链降成本，动力电池环节首当其冲，率先实现成本下降的企业将在下一轮退坡中占得先机
中期：实现“油电平价”需电池价格降至1元/WH以下，目前国内1.6元/WH左右价格仍有较大下降空间。
2020年长期规划明确，龙头企业全力降本：
日本、美国与中国均提出到2020年实现电池性能的大幅提升与成本的大幅下降，中国目标为1元/WH;产业界龙头目标更为激进，特斯拉、通用与大众纷纷宣布降成本计划，2020年目标最低低至93美元/KWH。
2.1、短期因素：补贴退坡敦促电池降本
补贴退坡敦促全产业降成本，动力电池首当其冲。2016年12月30日，新版补贴政策正式落地，乘用车、专用车补贴退坡20%，客车退坡30%-50%。此外国补与地方补贴配比普遍由此前1:1下调至1:0.5，整体补贴退坡幅度较大。补贴下调使得动力电池环节首先受到冲击，一季度销售价格下滑明显，对毛利率造成一定冲击，电池企业短期内压缩成本的意愿十分强烈。此外，新一轮补贴退坡将在2019年到来，率先实现降成本的电池企业将在一年半后的再次退坡中占得先机。
2.2、长期因素：实现“油电平价”仍需大幅降本
根据测算，动力电池价格在100美元/KWh附近时，电动汽车与燃油车的竞争焦点就将转变为其他制造成本方面，即实现油电平价，进而电动汽车才能脱离补贴与燃油车竞争。目前日韩电池龙头价格已从10年前的1000美元/KWh以上降至250-300美元/kWh，距离这一目标越来越近，但进一步降本的难度变得更大。2.3、政策目标：中国计划2020年电池成本降至1元/Wh
结合各国颁布的动力电池技术路线来看，到2020年将实现电池性能的大幅提升与成本大幅下降。各国拟定的系统比能量目标值普遍集中在200-250kg/wh之间，中国颁布的《促进汽车动力电池产业发展行动方案》提出到2020年电池单体比能量超过300Wh/kg，系统比能量达到260Wh/kg，成本降至1元/Wh以下，大致相当于150美元/kwh。日本在100美元/kwh，美国要求是90-125美元/kwh，欧洲是120美元/kwh，与油电平价目标的100美元/WH均十分接近，亦即各国政策要求到2020年左右电动汽车要实现和燃油车相近的性价比水平。
2.4、产业目标：国际巨头全力降本
从产业界角度来看，各家巨头不遗余力专注降本。特斯拉提出其超级工厂投产将使得电池成本降低35%，从一开始的“成本低于190美元/千瓦时”直降至“不足125美元/千瓦时”。大众计划将其电池采购成本由2016年的180美元/KWH压缩48%至2020年的93美元/KWH，其中制造与模组成本压缩一半，材料成本压缩40%。
3、降成本路径之一：产能释放突破瓶颈，材料成本有望下降
近几年动力电池激增需求推动上游原材料价格暴涨，而长期来看，绝大部分原材料并不稀缺，当原材料价格恢复理性后，下游能够削减一定的成本。而即便原材料价格依旧保持坚挺，部分高价材料占电池成本比重也在逐渐变小，预计不会对整体降成本造成太大影响。同时，动力电池行业的生产模式与商业模式依然可以继续优化，商业成本仍有一定的下降空间。
未来动力电池产业商业成本将从三方面着手下降：
原材料成本端：价格相对动力电池需求弹性较大的碳酸锂、氢氧化锂等锂盐供需达到再平衡后价格将步入长期下降通道;钴盐尽管未来存在供给缺口，但预计涨价带来的影响有限。
工艺改进与规模经济：动力电池产量进一步提升，规模效应与良率提升，同时整车端爆款车型出现带来单车电池研发、设计(如BMS)等成本下降;其他路径：梯次利用、模块化设计与纵向一体化。
3.1、锂盐供给端逐渐释放，价格将步入长期下降通道
目前正极材料成本占到电芯25%-30%，而正极材料主要由碳酸锂和各种对应的前驱体材料构成，高镍NCM(NCM811)与NCA正极则多由氢氧化锂替代碳酸锂。前驱体中，钴价对于NCM材料的价格影响较大。
锂盐占电池价格比例在4.5%-8.5%之间，钴盐在3%以内。锂盐方面，选取各条电池主流技术路线的主流车型，对于氢氧化锂/碳酸锂成本占电池价格比例进行测算，结果在4.5%-8.5%之间，NCM与NCA路线锂盐占比较高，NCA路线达到8.44%，而磷酸铁锂与锰酸锂占比较低。钴盐方面，NCM111路线所含钴元素比例最大，按目前40万元/吨钴价测算，占电池售价比例为2.84%，其余路线钴含量皆达不到这一水平，因此判断钴盐占电池价格比例在3%以内，目前量产的主流NCM523与NCM622占比在1.5%左右。
3.1.1锂盐：碳酸锂等待产能释放，氢氧化锂持续吃紧
预计碳酸锂未来几年内将保持供需平衡，长期来看价格处于高位回落通道中。氢氧化锂直到2020年仍将维持紧缺状态，2020年以后可能存在供应过剩风险，产能释放速度取决于原料供应，特别是锂辉石的供应量。氢氧化锂产能紧缺将成为制约高能量密度电池成本下降的主要因素。氢氧化锂可通过碳酸锂转产得到，代价在2万元/吨的水平，因此与碳酸锂价差将保持相应的平衡态势。
锂盐价格对于电池成本影响有限。假设未来碳酸锂/氢氧化锂价格下跌20%，电池价格将下降0.9%-1.7%，下降幅度较为有限。而即便需求端超预期增长，导致锂盐价格保持坚挺，由于其占电池成本比重较小，预计不会给降成本造成太大障碍。
3.1.2钴盐：供给面临缺口，涨价或将持续但影响有限
供需缺口将使钴价维持高位。钴盐供应缺口2017年持续扩大：2017年缺口将达到4300吨的量，预计将持续至2019年。目前3C电子产品依然是钴下游最重要的领域，3C电子出货量若下降则对钴价造成较大压力。整体来看，供需缺口将使钴价在未来几年维持在高位水平。
预计钴价上涨对三元电池影响有限。虽然目前高镍三元材料市场份额逐步提高，但绝大部分厂商已进入从532向622转移的阶段，未来过渡到811后，单位用钴量将明显减少。根据前述测算，高镍NCM811路线中钴盐占售价比不到1%，因此未来高镍三元时代到来后，钴价上涨将不会对降成本起到太大影响。
3.2、规模效应带来成本进一步下降
兴业证券认为相较有限的压缩原材料成本，通过扩大产能实现规模效应降成本更为切实可行，这也是国内企业近期集中堆砌释放产能的关键因素之一。规模效应不仅包括电芯环节产能利用率与良率提升带来的电芯成本下降，也包括整车端单车出货提升带来的研发投入、设计成本以及PACK和BMS等环节下降。
3.2.1电芯规模化生产与良率提升
经对比分析，电池售价与良率几乎呈线性关系，随着良率提升，电池价格直线下降。目前我国自动化程度较好的高端产能良率在90%，劳动密集型的低端产能良率在80%，随着行业逐渐淘汰低端过剩产能与高端产能良率进一步提升，未来成本会有小幅下降空间，大约对应良率每提升1%，成本同幅度下降1%左右，提升至95%对应5%成本降幅空间。
电池售价与产能利用率(下称Ut)的关系分为几个阶段，产能利用率小于20%时，电池价格随着Ut提升快速下降，而之后相对平缓，Ut在50%时对应价格在350美元/KWH，90%对应330美元/KWH。考虑到15/16年Ut已经达到相对的高点，这一块未来的空间比较有限。兴业证券认为不必过度担忧产能过剩导致Ut下降，原因在于未来几年的产业高景气度使得Ut保持在50%以上问题不大，而50%-100%区间内售价相对于Ut的敏感性已经不强。3.2.2爆款车型实现PACK与BMS定制成本摊薄
电池组中的PACK与BMS环节需根据不同车型需要进行针对性研发，具备较强的定制化属性，难以像电芯环节一样通过规模化量产来实现成本下降。要降低PACK与BMS环节的成本，切实可行的路径是打造爆款车型，从而摊薄附加在每辆车的研发与定制成本。
Model3成为爆款是特斯拉降低单车成本实现盈利的先决条件。以特斯拉Model3为例，由于Model3电池组选用高比能量的NCA正极材料，并采用20700单体电芯，整体散热性能较差，其安全性能需要在PACK与BMS环节加以保障。为此，特斯拉采用尖端BMS技术，自主研发单体电荷平衡系统，并通过严格的锂电池检测实验检测每一颗单体电芯的一致性，在PACK环节采用复杂的多级串并联工艺并使用更为昂贵的液体冷凝系统达到实时的温度监控，而这部分昂贵的前期研发与设计成本已经反映在特斯拉财报的亏损中。Model3能够以3.5万美元的平民价格发售，其核心原因在于40万级别的订单量大大摊薄电池组的定制化成本，从而实现电池成本的迅速下降。
3.3、其他路径：梯次利用、模块化设计与纵向一体化
现有的动力电池行业的商业模式依然有很多值得优化之处，比如在即将到来的退役电池潮中，退役电池合理的梯次利用将大大增强电池的经济效益，又比如各大车企力推的模块化设计将是电池实现规模效应的前提，再如企业通过打通上下游形成类似于比亚迪的商业闭环，这些举措均能实现电池成本的进一步下降。
3.3.1梯次利用：机遇与挑战并存
动力电池退役潮将在今明两年爆发。2014年为我国动力电池放量元年，出货量达3.9GWh，早期的这批电池一般在3~5年左右即将达到设计的寿命终止条件，部分一致性不好或使用工况较恶劣的，甚至达不到3年的使用寿命。以此推算，我国将在今年迎来动力电池退役的放量潮，此后逐年快速递增，预计到2019年，最晚不会超过2020年，会有超过10GWh的退役动力电池规模。
一般而言，动力电池容量低于初始容量的80%时，动力电池不再适合在电动汽车上使用。而80%以下还有很大利用空间，国家也支持和鼓励梯次利用。但是目前在理论研究和示范工程方面较多，在商业化推广方面还处在初期的探索阶段。商业化的方式有两种：一是梯次利用，如应用于储能与低速电动工具;二是资源化，提取废电池中的镍、钴等金属，但是利用率不高、浪费较大。
储能与低速电动工具市场是梯次利用的两个主要面向市场。
1)储能市场：据测算，储能电池市场化应用的目标成本为180美元/kwh，约合1.2元/wh，使用新型动力锂电池无法达到成本要求，投资回报率偏低，这也是制约储能产品大规模应用的最大障碍。梯次利用的动力电池能够较好地权衡成本与性能因素，如电动大巴退役的动力电池由于能量密度较低，比较适合作为储能基站使用。
2)低速电动工具市场：低速车与电动自行车主要采用铅酸电池，相比锂电池，铅酸电池更为便宜(0.6元/WH)，但问题在于污染大。如果采用梯次利用的动力电池，可以在价格、行驶里程(能量密度)、和寿命之间达到一个较好的平衡，从而更快速的推动锂电池在低速车与电动自行车市场的应用。
3.3.2模块化设计：电池发挥规模效应的前提
模块化就是在相同的基本架构上进行定制化组合，使得设计、生产车辆就像搭积木一样简单、快捷。这一概念的运用将极大地节省研发成本、验证周期及生产成本。模块化设计在传统车领域已经非常成熟，随着新能源汽车产销的逐渐扩大，这一模式也将被植入。以大众为例，其宣布旗下所有新能源车型将采用统一的电池单元，这一计划将节省66%的成本。
未来电池企业的供应将以模组为最小单元。目前动力电池行业存在的一大问题是尚未模块化，包括尺寸在内的诸多标准尚未统一，圆柱、方形与软包路线未有真正意义的主流出现并且各体系内标准也参差不齐。未来随着行业集中度提升，电池将通过主流企业制定标准，进行标准化生产。过对电池单体的串联、并联或串并联混合的方式，确保电池模块统一尺寸，并综合考虑电池本体的机械特性、热特性以及安全特性。在安装设计不变的情况下，根据不同的续航里程和动力要求，提供不同电池容量，以满足不同的需求。这种模块化应用，在单体、模组端都可实现大规模自动化生产，大幅降低生产成本。
3.3.3纵向一体化：降低交易成本
纵向一体化也能够实现交易成本的下降。如比亚迪所采取的从上游矿石、电池材料、到PACK、BMS、电芯到下游整车的一体化路线，实现了成本的有效下降。特斯拉选择自建电池超级工厂也有类似考虑。对于动力电池企业来说，切入电池材料等上游环节，特别是成本下降有较大空间的隔膜、电解液等环节是成本控制的较好路径，如国轩与星源材质合作的隔膜产线。
4、降成本路径之二：工艺改进见成效，比能量缓步提高
兴业证券认为动力电池能够持续降成本的关键因素在于其类似于半导体，存在电池“摩尔定律”，以比能量的持续提高来实现单位Wh成本的不断下降。目前来看动力电池系统能量密度提升空间主要来自高镍三元NCM与NCA的普及应用。未来动力电池比能量将主要从电池的物理性能与化学性能两方面着手提高，物理性能方面主要从材料轻量化、相互之间的搭配衔接突破，化学性能则主要通过新型材料的试用以实现电池电化学性能的最佳状态。
物理方法：工艺改进仍有空间 电芯环节：
圆柱路线目前成本最低，主要通过18650向20700与21700等大容量单体切换实现进一步降本；
软包路线成本最高，主要通过规模化生产降成本以及改进工艺提升能量密度； 方型路线主要通过大容量与铝壳轻量化实现降成本，潜在降本空间在三类封装路线中最大。
PACK环节：
目前的重点突破环节，主要通过提升成组效率提升系统比能量，产业目标为由目前65%水平提升至85%，对应30%比能量提升空间。化学方法：提升正极材料性能最为关键
正极材料：高镍NCM材料与NCA材料，高比能量的正极材料能够大大减少负极、隔膜与电解液等材料的用量； 负极材料：硅碳负极替代切换； 隔膜：薄型化隔膜； 电解液：新型电解液LiFSI。
4.1、物理方法：工艺改进仍有空间
4.1.1电芯环节：轻量化+大容量
电芯封装方式按软包、方形与圆柱分，成本也有所区别。其中，圆柱最低，软包最高。主流大厂中CATL与比亚迪走方形路线，力神、比克走圆柱路线，国轩高科同时走方形与圆柱路线，同时CATL也在积极拓展软包路线。圆柱路线：大容量电芯
圆形锂电池是指圆柱型锂电池，最早的圆柱形锂电池是由日本SONY公司于1992年发明的18650锂电池，因为18650圆柱型锂电池的历史相当悠久，所以市场的普及率非常高，圆柱型锂电池采用相当成熟的卷绕工艺，自动化程度高，产品传品质稳定，成本相对较低。
圆柱的优点包括1）结构成熟，产业化程度高，且只有卷绕这一条技术路线，不用纠结其他方法；2）设备自动化程度高，一致性高；3）结构稳定，可以支持高能量密度材料使用；4）应用范围广，产品消耗渠道丰富，整体成本有优势。同时，其缺点也包括：1）高温升、充电倍率是普遍诟病；2）循环次数上限在1000多次，使用寿命较短，应用场景局限在中低端。
降成本方向：做大单体电芯。特斯拉已经Model3中用20700替代18650电芯，20700电池增加的尺寸大概为10%，而体积和能量储存确是18650的1.33倍。根据特斯拉的估计，在达到与18650同样的良率和产能后，20700能带来能量密度增加3-4%，同时实现成本下降5-10%。软包路线：规模化生产
软包电池，又称聚合物锂电池，是使用高分子胶态或固态电解质的类方型电池，它们的制作工艺相似度很高，多用于手机、平板等高端3C产品上，因为高分子电解质全凭人工合成，所以成本较高，目前应用到动力电池上，还没有成本优势。软包锂电池所用的关键材料—正极材料、负极材料及隔膜—与传统的钢壳、铝壳锂电池之间的区别不大，最大的不同之处在于软包装材料（铝塑复合膜）。
软包电池的优势主要在于安全性能好。软包电池的优点：1）安全性：在结构上采用铝塑膜包装，发生安全问题时，软包电池一般会鼓气裂开，而不像钢壳或铝壳电芯那样发生爆炸；2）重量轻，软包电池重量较同等容量的钢壳锂电池轻40%，较铝壳锂电池轻20%；3）内阻小，软包电池的内阻较锂电池小，可以极大的降低电池的自耗电；4）循环性能好，软包电池的循环寿命更长，100次循环衰减比铝壳少4%～7%；5）设计灵活，外形可变任意形状，可以更薄，可根据客户的需求定制，开发新的电芯型号。软包电池的不足之处是一致性较差，成本较高，容易发生漏液。未来成本下降主要通过规模化生产解决，漏液则可以通过提升铝塑膜质量来解决。方形路线：大尺寸与铝壳轻量化
方形锂电池通常是指铝壳或钢壳方形电池，由于结构较为简单、能量密度较高，在国内普及率很高。方形硬壳电池壳体多为铝合金、不锈钢等材料，内部采用卷绕式或叠片式工艺，对电芯的保护作用优于于铝塑膜电池（即软包），电芯安全性相对圆柱型电池也有了较大改善。
铝壳轻量化与统一规格是未来发展重点。锂电池铝壳在钢壳基础上发展而来，与钢壳相比，轻重量和安全性以及由此而来的性能优点，使铝壳成为锂电池外壳的主流。锂电池铝壳目前还在向高硬度和轻重量的技术方向发展，间接提升比能量。此外，由于方形锂电池可以根据产品的尺寸进行定制化生产，所以市场上有成千上万种型号，而正因为型号太多，工艺很难统一，未来成本下降还需要方形路线实现型号上的统一。
方形路线在通过增大尺寸降成本的空间大于圆柱路线。美国卡内基梅隆大学的一项研究分析了圆柱形电池和方形电池的成本情况，发现在目前的技术水平下，圆柱形进一步降低成本的空间很小，通过提升圆柱形电池的尺寸和增加电极厚度的方式来降低成本已经收效甚微，而方形电池则有很大的潜力去降低锂离子电池的成本，因此未来电芯封装环节成本快速下降的机会很可能会出现在方形领域。
4.1.2 PACK环节：提升成组效率
电池PACK系统利用机械结构将众多单个电芯通过串并联的连接起来，并考虑系统机械强度、热管理、BMS匹配等问题。PACK是衔接整车、电池、BMS的纽带，而BMS则是动力电池组的核心技术，是电池PACK厂的核心竞争力，也是整车企业最为关注的环节。
PACK环节的成组效率是提升系统比能量的关键。同样150Wh/kg级别的电芯，65%与85%成组效率下系统比能量分别为97.5Wh/kg与127.5Wh/kg，前者是目前国内的平均水平，而后者是工信部拟定到2020年的目标。成组效率从65%提至85%对应30%以上的系统比能量提升与较大幅度的成本下降，在各条路径中显得尤为关键。PACK环节成组效率提升主要有以下方法：
1）提升集成效率。通过去除赘余组件以及关联组件的集成来最大限度地减少组件数量来提高集成效率。2）减重，采用轻量化的材料和设计。3）电池包与底盘一体化。PACK体系经历了第一代的T字或者工字型，再到第二代的土字型和田字形，目前已经来到第三代的一体化平台，国际一线的特斯拉与大众已经在这么做。一体化平台的好处是把部分电池包的承重转移到底盘上，从而实现轻量化。
大众的MEB平台是其电池组未来实现成本大幅下降的关键。以大众为例，大众的针对电动车专属研发的MEB（MEBElectrictoolkit）平台是以大众目前的MQB平台为基础，适用于电动车的全新的模块化平台。MEB平台的构架是由底部的电池组而展开，打造更长的轴距和更短的前后悬，营造出更大的内部空间，从A到C级全系列乘用车或轻型商用车都可基于该平台打造。电池组PACK与BMS设计也根据平台打造，根据不同车型仅需要做一定的修缮与升级，设计与研发成本被最大化的摊薄。未来国内车企自主搭建PACK产线或由电池企业深度集成是趋势
目前国内的PACK产业是整车厂、电池厂、独立第三方三足鼎立，且PACK企业之间水平差距很大，不少PACK企业的技术水平都还仅仅停留在简单的电芯串并联上，无法实现结合整车设计来进行PACK设计和组装，真正能达到下游整车厂商需求的优质PACK厂商屈指可数。
未来PACK将以整车企业主导。我国电动汽车市场未来一定是以乘用车为主要驱动，而乘用车电池PACK远比商用车复杂，需要大量研发投入。电池企业技术储备主要集中于电池本身的研发，在PACK体系的关键环节如BMS、热管理等不具备较强实力。因此，未来的格局将是整车企业主导，第三方PACK企业凭借专业能力也能得到一定空间，但仍然需要依附于整车企业或产业联盟。
4.2、化学方法：提升正极材料性能最为关键
兴业证券认为，相比物理改进，动力电池的关键性突破仍然大概率要从提升电池电热化学性能着手，通过新型的电池材料以及相互间的搭配、工艺的改进实现能量密度的进一步提升。而本土企业在未来几年内研发与产业化的路径也非常清晰，就是三元高镍NCM电池与NCA电池。
本土三元龙头企业正在加速实现高比能三元电池量产。以本土高比能电池的代表企业比克电池为例，其16年三元出货量0.9GWh，在本土企业中位列第2，仅次于CATL，其商业规划具备一定代表性。根据其规划，比克的NCM与NCA电池量产计划齐头并进，目前能量密度达248WH/KG的NCA电池已实现量产，而下一代285WH/KG的NCA电池将于年内量产。就能量密度来看，已经达到特斯拉与松下水准。
4.2.1正极材料：高镍NCM材料与NCA材料
正极材料是电池能量的短板，提高正极材料比容量是提高电池能量密度的最佳方式，未来高比容量的NCA和高镍NCM是大势所趋。正极材料的比容量一般为100-200mAh/g，而石墨负极材料的比容量高达400mAh/g，所以电池中负极和电解液等一般采用冗余配置，电池的最终能量密度由正极材料决定。采用高容量的正极材料，能够带来负极、隔膜、电解液用量的大幅减少，电池最终能量密度的提升幅度远大于正极材料比容量提高的幅度。所以采用高容量的正极材料对于减轻电池重量，提高电动车的续航性能具有重要意义。本土正极材料龙头企业正在加速实现高镍三元正极材料量产。目前国内NCM111和NCM523型三元正极材料产品相对成熟，而622NCM于2016年开始逐步在部分动力电池企业中推广，未来将逐步拓展至811NCM以及NCA材料。以材料龙头杉杉股份为例，公司现有三元材料以NCM532、NCM523和NCM622为主，目前正在积极推进高镍三元产线，在建产能包括宁乡二期1万吨NCM622产能，预计2017年年底投产，以及宁夏5000吨NCM811产能，预计2018年投产。
4.2.2 负极材料：硅碳负极
硅负极的理论能量密度超其10倍，高达4200mAh/g，通过在石墨材料加入硅来提升电池能量密度已是业界公认的方向之一，但其也有技术难点，主要在于在充放电过程中会引起硅体积膨胀100%~300%。据报道特斯拉将在Model3中采用了电池新材料，“特斯拉采用的松下18650电池此次在传统石墨负极材料中加入了10%的硅，其能量密度至少在550mAh/g以上”。
本土进展方面，国内前几大负极材料生产厂商陆续对硅碳负极材料进行布局，深圳贝特瑞和江西紫宸已率先推出多款硅碳负极材料产品，上海杉杉正处于硅碳负极材料产业化进程中，星城石墨已将硅碳新型负极材料作为未来产品研发方向。贝特瑞研发的S1000型号硅碳负极材料的比容量更是高达1050mAh/g，尽管离硅的理论比容量4200mAh/g仍有较大差距，但已经是人造石墨负极材料比容量的3倍，性能大幅度地提高。
4.2.3隔膜：薄型化隔膜
隔膜工艺主要分干法与湿法两类。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。隔膜技术路线主要分为干法与湿法两种，干法成本较低但不适合大功率电池，湿法更薄能够满足大功率的要求，但是成本较贵。最早的主流是干法；2015年三元产量上升后湿法使用较多，预计2020年干湿法占比50%，分别应用于中低端与高端领域。
国产隔膜距离海外一线龙头仍有距。日本的旭化成是隔膜行业的龙头，市占率在50%以上。过去1-2年，中国还有不少企业进入市场，但无法对龙头地位构成撼动。旭化成干法现在可量产出货的是12微米，湿法还是6-7微米。由于原料、技术、工艺与制备设备的差距，目前国产隔膜一致性较差，且厚度无法达到要求，干法20-40微米仍为主流。
未来发展：薄型化隔膜。随着动力电池比能量快速提升，16微米、12微米甚至8微米的隔膜开始应用，而湿法工艺制成的隔膜能够达到要求。而干法隔膜随着工艺的逐步改进近几年也能够应用于低比能量的三元电池中。
4.2.4电解液：新型电解液LiFSI 电解质中添加LiFSI后，可提高离子导电率及电池充放电特性。比如，反复充放电300次后，1.2MLiPF6的情况下放电容量保持率会降至约60％，而在1.0MLiPF6中添加0.2MLiFSI后，保持率可超过80％。目前LiFSI已经被行业中大部分企业进行过性能测试，特别是行业排名靠前的企业，如松下、LG、三星、索尼，以及日本的主流电解液生产商，如宇部化学、中央硝子等，同时其年使用量也处于趋势性上上升阶段。
5、他山之石可以攻玉 放眼海外上下求索
兴业证券认为，动力电池从电池材料、电芯的生产、电池模组化再到电池PACK，整条产业化路径并不是相互割裂的，而是有机的整体。未来要实现成本下降，不论是通过生产模式与商业模式上的改进还是通过物理与化学手段提升电池能量密度，都并非由某几个环节单向突破能够达成，而是基于全局角度设计达到最终优化。例如，高比能量正极材料的使用需要相应负极、电解液与隔膜的升级配合，同时需要PACK成组系统中的BMS的升级，同时配合性能更好的温控系统。比能量的提升是以成本上升为代价的，对应到单位Wh的成本是否下降则需要不断地调试与优化，这方面海外已经走在前列。因此本章聚焦海外实现成熟商业化的车型与对应的电池技改降本之路，以窥未来国产高比能时代的降成本前景。
全球动力电池产业集中在东亚
目前，动力电池产能90%以上集中在日本、韩国与中国等东亚国家，松下、LG、三星、比亚迪、CATL等企业供应了全球绝大部分的锂电池。日本早在上世纪90年代就大力投入锂电池研究，韩国与21世纪初跟进，而中国虽然进入时间较为滞后，但巨额补贴资金的投入也带来了巨大的收效。日韩企业在技术上具备优势
国际一线车企主要车型的电芯供应几乎由日韩电池企业包办。2016年销量排行前20车型中，对应的电池供应商有日本的松下和AESC，韩国的LG化学、三星SDI和SKI，北美电动汽车电池的供应商基本被日本和韩国垄断。本土暂时由于政策因素使得日韩巨头未能大规模进入，但是仍然不能掩饰本土企业在技术储备上相较日韩巨头的劣势。本土企业在成本方面具备优势，未来中国将成世界电池工厂
然而，单就成本而言，中国在主要的产地已经展现出优势，在包括四大材料在内的主要电池材料供应环节均涌现一批规模化的企业，具备价格优势同时具备一定技术能力。根据CEMAC的测算，由于在劳动力成本与材料成本上的优势，截止2015年底，中国动力电池不论在成本还是在售价上均已处于全球最低水平。考虑到今年以来本土电池掀起的新一轮降价潮(20%降幅)，成本已经成为中国动力电池的核心优势所在。未来动力电池产能持续向中国转移是大趋势，而中国也将成为世界的动力电池工厂，培育出一批具备国际竞争力的动力电池龙头企业。本土模仿吸收海外成熟技术是必由之路
兴业证券认为国内动力电池企业在成本上较日韩巨头有优势，但在技术储备上处于劣势。国内企业未来的降成本提技术之路必然是在对于国外的模仿基础上实现超越，模仿的对象不应局限在电芯级别，而是目前已在全球畅销车型中实现商业化的主流电池包及其采取的技术路线。兴业证券对三款最为主流的车型电池组进行剖析，而这三款电池也正好对应三家日韩巨头电池企业，松下、LG与三星;以及三种主要的封装形式，圆柱、软包与方形路线。
特斯拉Model3电池组：松下21700圆柱NCA电芯+BMS+液冷 通用Bolt电池组：LG软包三元电芯 宝马i3电池组：三星SDI方形三元电芯
5.1、开启圆柱三元大众化路线的先锋：特斯拉系列车型 电芯端：松下独供电芯，特斯拉负责PACK 松下只为特斯拉提供电芯。2019年以前投资2000亿日元到电池单体的生产线上(超级工厂)，由特斯拉负责土地、建筑、pack。电芯价格下降，跟特斯拉议定，未来三年公司预计整个pack价格要下降30%。公司的NCA里面增加添加剂，改进了安全性，所以特斯拉才会使用。
松下认为主要降低成本的路径是1)优化Cell和Pack的生产工艺，以及通过产能扩张获取经济效益2)通过与客户工厂接近来降低包装，物流，报关，库存等运营成本3)提升良率，降低运营费用。
从行业的角度来讲，现在没有统一标准，因为18650的只有松下在做。为特斯拉供应圆柱形电池，特斯拉也在分享技术，公司希望圆柱形电池能得到更多推广，不过还是要看装在整车上什么位置。
成组电池端：设计闭环+规模化降成本
特斯拉的电池成本主要分为三个阶段，目前电池成本占比接近60%，未来投资50亿美金的超级电池工厂投产，成本有望下降30%以上。
阶段1：2013年以前：18650电芯价格较低仅为$2，但是BMS和PACK成本较高，电池成本占比为57%。此前松下一直为特斯拉的电池独家供应商，提供的电池为18650的NCA电池，单个电芯为3.1Ah，能量为11.47Wh，单价为$2左右，预计该价格为松下抢占市场而有意放低的价格。以85kwh的ModelS为例，采用7263颗电芯，电池成本为$15246，特斯拉公告的BMS和PACK成本为$20000，总电池成本为$35246，2013年特斯拉年报显示其毛利为22.5%，车子售价为$79900，其成本为$79900×(1-22.5%)=$61923，电池成本占比为$35246/$61923=57%。
阶段2:2013年至特斯拉的超级电池工厂Gigafactor投产前：受商业因素的而影响，电芯单体价格大幅上升为$3.5，得益于BMS和PACK成本下降，电池成本占比为59%。2013年10月30号特斯拉与松下签订了高达70亿美元合同，此时18650NCA电芯的价格上涨到了$3.5，涨幅高达75%，同样85kwh的7263颗电芯成本为7263×3.5=$26680，但是特斯拉单独出售的电池包价格和年报显示的毛利却没有太大的变化，估测BMS+PACK成本已经大幅降低为$10000，因为BMS和PACK主要成本为设计费，本身的电子元器件和制造成本很低，整个电池包的成本为$26680+$10000=$36680，成本占比为$36680/$61923=59%。
阶段3：为超级电池工厂建成之后(2017~)：电池成本下降30%以上。预计21700单体价格为$3.3，折合0.14美元/w。由于Model3电芯数量较少且容量较少，预计Model3BMS+PACK成本为$2880左右，综合电池包成本为$6960，电池包成本占比29%。特斯拉实现圆柱路线大幅降本的秘诀在于设计闭环。兴业证券在前述分析中提到圆柱路线的电池包降成本空间已经非常有限，Tesla能够实现圆柱路线大幅度成本下降是一个例外。Tesla的电池、系统、整车一体化，全产业链覆盖，可以做到设计的闭环，这与其它企业有根本性的区别，Tesla可以全面评估更改的利弊，而这是国内18650电池厂目前所不具备的。
5.2、率先实现软包三元电芯成本迅速下降：通用bolt 电芯端：LG独供软包电芯
通用汽车在2015年曾经披露过Bolt电动车采用LGChem的电池，电芯cell的价格为145美元/kWh左右。在全球商业会议上，通用汽车进一步对外展示了Bolt的电池电芯cell的成本预测。其中2016年的成本为145美元/kWh，这个数值持续到2019年，2020年会下降到120美元/kWh。到2022年，该数值继续下降到100美元/kWh。合理推算得到通用bolt电池组成本在200美元/kWh，到2020年降至170美元/kWh。成组电池端：爆款单车实现规模化降成本
BoltEV与一代和二代Volt非常相似，采用了LG“袋状电池”，也就是像食品真空袋那样的尺寸和形状，并且在两代Volt车型上分别只使用了288和196个，显然效率高了很多。
这种袋状电池相对于18650有几个优点，首先是冷却效果更好，温控更加均匀，每个点的温度也很容易达到一致性，随后我在实验室里看到了它的散热系统，就像主板的印刷电路那样，遍布袋状电池的每个部位，通用的工程师使用了水冷散热的方式，由于扁平的袋状电池有着更大的面积，因此印刷电路一般的水冷管路密布，确实更容易温控;其次它的寿命更长，也更加可靠，在极端环节下也相对稳定。
5.3、方形三元主流：宝马i3 电芯端：三星SDI独供方形电芯
宝马i3一直使用的电芯是方形铝壳，三元NCM材料，由三星SDI提供，额定电压在3.7V，电压限值区间为2.8-4.1VDC，电芯的比能在120Wh/kg以上，电芯的内阻在0.5mΩ左右。i3电池包共有8个模组组成，每个模组有12个电芯，共计96个电芯，串联。在动力电池方面公司现在celllevel成本210-220usd/kwh左右，目标是2020年降到120-130usd，有40%左右的成本下降。主要来自于规模效应，良率提升，产能增加带来的采购价格下降 供应链方面现在消费电池的正极材料大部分来自中国，动力电池只有不到10%来自中国，隔膜和负极主要来自韩国，电解液有少部分由中国工业，大部分来自日韩。同时，公司表示未来将产业链从日韩向中国转移也是未来costreduction重要的机会。过去三年第一代到第二代产品能量密度有50%的增加，2018年的第三代产品会有20-30%的提升。
成组电池端：宝马自主研发模块化与热管理
i3是宝马真正意义上量产的一款电动车，在去年9月份就已全球销量突破6.6万辆。i3很多领域的技术都为宝马后续电动汽车开发做了充实的积累和探索，比如整车轻量化技术、电池系统模块化技术、热管理技术等。
从动力电池系统角度来看，i3自2013年11月份上市以来至今进行了一次升级，即在2016年电量由22kWh，提升为33kWh，电量提高50%，这一次升级，保持了电池包体积、结构不变。升级之前的i3续航里程在81英里/130公里(升级后33度电续航在114英里/183公里)，电池包总电量为22kWh，容量60Ah，总电压353V;电池包的总重量约为235kg，比能为93.6Wh/kg(33度电的比能约为140.4Wh/kg)。
i3的电连接，高压线束(科士达Kostal提供)采用插接式与模组连接，与电极间的连接则通过超声焊实现，采样线先超声焊再点胶的方式与连接片相连。宝马i3的热管理采用直冷方案(也有液冷方案)，制冷剂为R134a。
6、潜在降本空间广阔 技术突破仍需等待
兴业证券认为三元体系之外的非主流技术路线同样存在技术突破的可能性，如以钛酸锂为负极材料的钛酸锂快充电池路线以及新型锂电体系，如锂硫电池。潜在的技术突破有望打破现有体系，实现动力电池性能提升与成本下降的快速跃迁。以钛酸锂为负极材料的钛酸锂快充电池路线； 新型锂电体系有望大幅突破现有比能量极限。
6.1、快充电池：成本是目前最大制约
快充电池已实现成熟的商业化应用。目前快充类电动车已超过15000台，累计运行超过10亿公里，在公交车等对于充电时间要求较为严格的领域应用较为广泛。快充主流技术路线有两类，一类是以钛酸锂替代石墨作为负极材料，代表企业有微宏、银隆等，另一类是在磷酸铁锂体系下采用快充型石墨作为负极，代表企业为CATL。
成本是快充电池进一步拓展应用领域的最大制约。国内快充电池度电成本约为5000元，补贴还不足以覆盖该部分成本，因此快充仍未成为真正意义的主流。如果快充电池能够实现较大幅度的成本下降，将迅速拓展其市场空间。潜在方向包括1)能量密度提升;2)批量化生产降成本;3)提高标称电压，目前只有2.3V，而三元在3.7V。
6.2、新型锂电体系：大幅突破现有比能量极限
现有体系下，电池能量密度有理论极限，如果要进一步突破400Wh/kg比能量，目前的可选方案包括固态锂电池，以及锂空气电池、锂硫电池等新的电化学体系电池。固态电池：高比能量+不燃烧。工作原理上固态锂电池和传统的锂电池并无区别，只是电解质从液态变为固态。固态电池的优势在于：1)能量密度：固态电池不再使用石墨负极，而是直接使用金属锂负极，大大减轻负极材料的用量，使得整个电池的能量密度有明显提高。目前实验室已经可以小规模批量试制出能量密度为300-400Wh/kg的全固态电池。2)安全性：固态电池不会在高温下发生副反应，不会因产生气体而发生燃烧。目前丰田、松下、三星、三菱以及国内的宁德时代等电池行业领军企业都已经积极布局固态电池的储备研发。
锂硫电池：比能量有望超过500Wh/kg。硫作为正极理论比能量高达2600Wh/kg，且单质硫成本低、对于环境友好。但是，硫具有不导电、中间产物聚硫锂溶于电解质、体积膨胀严重等缺点，这些问题使得锂硫电池的大规模应用面临诸多挑战，包括安全性、倍率性能和循环稳定性等。
金属空气电池：比能量有望超过700Wh/kg。金属空气电池是以金属为燃料，与空气中的氧气发生氧化还原反应产生电能的一种特殊燃料电池。锂空气电池的比能量是锂离子电池的10倍，体积更小，重量更轻。不足之处在于，仍处于实验室阶段，实现商业化尚需等待。投资建议：降成本有途可寻，看中期龙头突围
兴业证券认为短期来看，降成本因素未被市场完全预期，根据测算电池毛利率下滑幅度在10%以内，盈利能力将好于预期;中期来看，未来高镍与NCA时代到来后，技术领先、规模优势的龙头将有成本优势，但短期行业迎来较为激烈的厮杀，中期来看，龙头突围。
7.1、短期：降成本有途可寻，盈利能力好于预期
产业逐渐走出底部，市场将迎预期差修复。市场目前对于动力电池板块存在较为强烈的悲观预期，认为补贴退坡将显著影响下游景气度并且打压电池环节毛利率。兴业证券认为17年动力电池的主线逻辑是“以量换价”：一方面，下游已经逐渐走出产业底部，景气度持续回升，乘用车与物流车加速放量下，电池全年出货增长仍值得期待。另一方面，退坡确实造成电池环节价格下降，但可以通过向上游隔膜、电解液等环节压价等“降本”措施，以及提高能量密度、标准化规模化生产等“增效”措施来尽可能弥补，兴业证券认为动力电池行业盈利能力将好于市场预期，且有望持续超预期。
7.1.1电池端价格展望
磷酸铁锂：电池产能过剩将现，新一轮谈判价格落地，降幅约20%。17年磷酸铁锂电池市场跟随电动客车调整，增速趋缓，2017年需求18GWh，结合产能供给(28GWh)来看出现一定过剩。结合国轩、CATL等一线龙头订单价格来看，17年铁锂电池新一轮价格较去年年底降幅在20%左右。
三元：高景气叠加正极材料价格上涨，预计价格下降空间不大。乘用车+物流车搭载三元比例提升叠加客车解禁三元，预计2017年三元电池需求将实现近120%的增幅，2017需求达到16GWh，产能供给20GWh，保持持续景气。目前从正极材料价格来看，高端三元材料NCM价格在2017年后甚至出现小幅上涨，而LFP正极材料价格小幅下跌，也印证了高端三元材料与电芯的高景气度。价格方面，18650型2000mAh三元电芯价格2017年后仅小幅下调，结合pack+bms环节小幅降成本来看，判断三元动力电池价格降幅将在10-15%。
7.1.2电池成本降价空间展望
1、PACK：降价空间不大。PACK环节主流大厂目前均为自行加工，不进行外包，成本控制已经做得相当到位，降价空间不大。而就第三方外包pack公司来看，由于进入壁垒较低，pack业务的毛利率只有15%，压价空间也不大。此外，由于安全性的考虑，成本较高的软包pack路线被应用的比例越来越大，未来单体pack成本还可能上升。但是考虑到技术改进下系统能量密度的逐渐提升而pack的花费相对较为固定，单位能量的pack成本会有所下降。按照17年提升10%计算，单位能量的pack成本降幅可以达到5%。
2、BMS：主要为设计成本，存降价空间。BMS成本主要为设计成本，制造成本相对固定。设计成本前期投入大，后期随着规模扩张能够得到一定摊薄。由于此前市场以客车BMS为主，技术要求相对较低，电芯厂大多能够自行解决。未来市场重心迁移至乘用车后，BMS环节可能需交由更为专业的汽车电子设计企业外包完成，这块成本可能会上升，但判断17年这一趋势可能还不明显。综合规模摊薄、系统能量密度提高等因素，判断17年BMS环节降成本空间达到10%。
3、正极材料：LFP材料存在降价空间，NCA与NCM材料降价空间不大。正极材料价格与两块相关，一块是主要的原料电池级碳酸锂，另一块是前驱体，磷酸铁锂与铁矿石相关、三元路线则与镍、猛、钴等有色金属价格相关。电池级碳酸锂价格从16年年底开始保持平稳，在13万元/吨的水平。从龙头天齐锂业与赣锋锂业最新披露的情况来看，17年市场需求稳定增长20%左右，中高端级别需求更大，考虑到上游仍较高的毛利率水平(天齐毛利率60%、赣锋35%)与下游强烈的压价意愿，电池级碳酸锂价格可能缓缓回落至10万/吨的水平。
前驱体方面，镍价与锰价保持稳定，但钴价17年以来出现暴涨。三元材料价格也因此跟随上涨，NCM523已从年初14万元/吨上涨至目前的19万元/吨。随着市场回归理性与电池级碳酸锂的平稳降价，预计未来三元材料价格将有所回落，但判断17年仍将保持5%左右中枢的涨幅。磷酸铁锂正极材料17年价格逐月下滑，目前已在8.5-9万元水平，较年初10万元水平下降了10%-15%，预计17年中枢降幅在20%。
4、电解液：毛利率较高，六氟磷酸锂降价后，电解液存降价空间。电解液价格主要跟随六氟磷酸锂价格变动，目前六氟磷酸锂价格已从去年年末高点38万元/吨，回落至28万元/吨。
动力电池电解液价格走势与六氟磷酸锂基本一致，由去年3季度高点8.5万元/吨降至目前6.9万元/吨。目前电解液龙头的毛利率在30%左右(新宙邦)也存在压价空间。随着六氟磷酸锂降价与下游对于电解液企业的压价，预计电解液17年降价幅度将达到20%。
5、隔膜：高毛利率叠加工艺改进，存降价空间。隔膜种类较多，从高端到低端价格差异很大，但17年普遍存在降价空间。从全球隔膜龙头星源材质的情况看，16年干法隔膜均价为4.2元/平米，今年降至3.7-3.8元/平米，湿法去年5元/平米，今年4.5元/平米，能够锁定较长时间。星源16年隔膜毛利率在60%，这块压价空间很大。且隔膜龙头本身也存在通过技术改进进一步降成本的能力与诉求。结合星源调价与上述因素来看，判断隔膜17年价格下降幅度在10%左右。
6、负极：产能长期过剩，价格持续稳定下降。负极价格受动力电池需求端影响不大，近年来处于平稳降价轨道，且毛利率较低。判断17年继续稳定降价，幅度在10%。
7、其他材料：整体降价空间不大。壳体盖板由于钢价与铝价的上涨，17年价格可能上涨，判断在5%左右。制造成本摊销这一块与产线自动化水平与产能利用率相关，随着规模扩张带来单位成本下降与产能利用率维持在平均水平以上，制造成本摊销有望下降10%。劳动力成本按照工资上涨5%计。其他材料包括正极方面用的粘结剂PVDF、溶剂NMP、集电体铝箔，负极方面用的粘结剂CMC、溶剂去离子水、集电体铜箔，用于极耳的铝带、镍带等等，预计降幅有限，在5%左右。其他成本包括环保成本，判断这块难以下降。整体来看，除四大材料之外的其他成本降幅在3%-5%之间。
7.1.3动力电池业务毛利率降幅测算
根据上文拟定的各环节成本下降中枢，对于PACK、正极材料、电解液与隔膜等变化可能性较大，同时对于动力电池盈利能力潜在影响较大的环节进行展开模拟测算，给予下述假定，得到磷酸铁锂动力电池业务毛利率受影响的幅度在7%-10%之间，三元动力电池受影响的幅度在4%-7%。假定：
1)2016年磷酸铁锂电池价格2.3元/WH，17年下降20%，三元电池价格2.1元/WH，价格下降20%，三元由于能量密度提升，综合成本降幅设定为10%。
2)2016年磷酸铁锂电池毛利率40%，三元电池毛利率30%。
3)PACK环节成本下降3%、7%两档，BMS环节固定下降10%。
4)正极材料，磷酸铁锂下降15%、25%两档，三元材料分不变与上涨10%两档。
5)电解液分为下降15%与下降25%两档。
6)隔膜分为下降5%和下降15%两档。
7)负极下降10%，前天成本加权平均下降3.5%。
8)各环节成本比例按照下述拆分的18650圆柱型测算。莫为价跌遮望眼，关注盈利能力持续改善。补贴退坡确实造成电池环节价格下降，但可以通过向上游隔膜、电解液等环节传导成本压力，以及提高能量密度、标准化规模化生产等“增效”措施来尽可能弥补。目前时点电池谈判价格已落地，实际降幅(20%)好于市场悲观预期。根据上述测算动力电池毛利率17年下滑幅度在8%-10%，三元下滑幅度在4%-7%，当前板块估值下对于动力电池盈利能力过于悲观。此外，随着降本增效进一步带动，动力电池盈利能力有望环比持续改善，后续存在持续超预期可能。
7.2、中期：高比能时代即将来临，龙头抢先卡位志存高远
补贴退坡是影响2017年新能源汽车市场的最关键变量。16年12月30日，新版补贴政策正式落地，乘用车、专用车补贴退坡20%，客车退坡30%-50%。补贴政策额外设立了针对整车与动力电池的技术门槛，并要求重审新能源汽车推广目录，不符合要求的将被剔除出目录。受此影响17年1月新能源汽车仅销5682辆，跌至冰点。补贴退坡敦促全产业链降成本并加速提升质量性能，行业逻辑从过去补贴驱动的粗放式增长逐渐向产品需求释放驱动过渡。
第三篇：锂电池行业分析报告
锂电池行业分析报告
(一)锂电池负极材料分类
1、锂电池负极产业链
锂电池负极材料处于锂电池产业中游的最核心的环节,按电池成本分布,锂电池负极材料及其他占比锂离子电池总成本的28%左右。
2、锂电池负极材料分类
作为锂离子电池的四大关键材料之一,负极材料技术与市场均较为成熟。现阶段负极材料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。
(二)锂电池负极材料行业发展历程及发展趋势
电池的真正发展是在1800年之后,伏特在这一年发明电池,人们对电池的原理才有了合理的解释;1959年,可充电的铅酸电池最先得到应用;1990年,锂离子电池诞生。
锂离子电池产业发展已走到其第25个年头。经过20多年的发展,锂离子电池市场规模从无到有,先后超越镍镉电池、镍氢电池等其他二次电池而发展成为仅次于铅酸电池的第二大二次电池产品。欧洲知名产研机构Avicenne Energy发布的统计数据显示,从1990年至2012年间,锂离子电池市场规模从0.5万kWh(1990年还处在试应用阶段)快速发展到3233.47万kWh(注:与国内统计的数据有所不同,主要原因是该机构对中国情况不是很了解),年均复合增长率高达49%,仅次于铅酸电池的3.26亿kWh。该机构的数据显示,2000年之前10年的锂离子电池市场规模的年均复合增长率高达70.8%,之后10年为年均27.1%。真锂研究对锂电市场的统计始于2010年。从2010年至2014年,比传统功能手机更耗电的智能手机以及平板电脑、电动汽车等新兴市场的崛起,推动了锂离子电池市场的快速发展和市场普及。到2014年全球锂离子电池市场规模快速发展到6646.5万kWh,是2010年的3倍多。在全球经济总体处于低谷徘徊的情况下,如此高速增长尤为难得。
对于未来市场规模的预期,在综合考虑各种因素的情况下,真锂研究和中国电池网在去年预期的基础上有所调低,预计2020年全球锂离子电池市场规模将会超过2亿kWh,21世纪第二个10年的年均复合增长率接近25%。与此同时,铅酸电池市场规模到2020年前后预计将下降到2010年时2.7亿kWh左右的水平。此消彼长,大约在2022年或2023年前后,锂离子电池就将超越铅酸电池而成为市场用量最大的二次电池产品。
二、锂电池负极材料行业管理体制及相关政策
(一)行业现行管理体制
我国锂电池负极材料行业主要由政府有关部门和行业协会共同管理。政府主管部门为中华人民共和国工业和信息化部,行业协会主要是中国化学和物理电源行业协会监督管理。
中华人民共和国工业和信息化部主要职责为制定并组织实施工业、通信业的行业规划、计划和产业政策,提出优化产业布局、结构的政策建议,起草相关法律法规草案,制定规章,拟订行业技术规范和标准并组织实施,指导行业质量管理工作;提出新型工业化发展战略和政策,协调解决新型工业化进程中的重大问题,拟订并组织实施工业、通信业、信息化的发展规划,推进产业结构战略性调整和优化升级,推进信息化和工业化融合;拟订高技术产业中涉及新材料、信息产业等的规划、政策和标准并组织实施,指导行业技术创新和技术进步,以先进适用技术改造提升传统产业,组织实施有关国家科技重大专项,推进相关科研成果产业化,推动软件业、信息服务业和新兴产业发展。中国化学和物理电源行业协会是由电池行业企(事)业单位资源组成的全国性、()行业性、非营利性的社会组织,主管部门为工业和信息化部。中国化学和物理电源行业协会的业务范围为开展对电池行业国内外技术、经济和市场信息的采集、分析和交流工作,依法开展行业生产经营统计与分析工作,开展行业调查,向政府部门提出制定电池行业政策和法规等方面的建议;组织订立行规行约,并监督执行,协助政府规范市场行为,为会员开拓市场并为建立公平、有序竞争的外部环境创造条件,维护会员的合法权益和行业整体利益;开展对电池行业产品的质量检测、科技成果的评价及推广工作,推荐新技术新产品,协助会员单位作好争创名牌工作;受政府和有关部门委托,对行业内重大的投资、改造、开发项目进行前期论证,并参与项目的监督等活动。
三、锂电池负极材料行业发展现状
与正极材料相比,负极材料占锂离子电池成本比重较低,在国内已几乎全部实现产业化。目前,国内负极材料产能也较大,基本能满足国内市场的需求,但随着新能源汽车的逐步普及,未来负极材料的市场需求将出现巨大缺口。高工产研锂电研究所(GGII)调研显示,2015年我国负极材料产量7.28万吨,同比增长42.7%;国内负极材料产值为38.8亿元,同比2014年增长35.2%。2015年负极材料均价保持下滑,幅度在5%-10%。虽价格整体下降,但负极材料产值增速接近产量增速,因为负极材料的结构在发生变化。受动力电池带动,2015年国内负极材料的需求增长最快的是人造石墨,而人造石墨的均价高于天然石墨。
全球负极材料总出货量中天然石墨占比55%,人造石墨占比35%,中间相炭微球占比7.4%,钛酸锂、锌、硅合计占比约1%。综合而看石墨类负极材料占总出货量的90%。
(一)锂离子电池负极材料上游市场分析
中国石墨矿资源相当丰富,全国20个省市产出石墨矿。目前,我国已探明储量的矿区共91处,总保有储量矿物1.73亿吨,局世界第一位。从地区分布来分析,以黑龙江省储量为首,其储量占比全国64.1%,四川、山东的石墨矿产也较为丰富。
(二)锂离子电池负极材料下游市场分析
锂离子电池负极材料下游市场主要为锂离子电池的应用市场,锂离子电池负极材料依赖于锂离子电池负极材料下游市场锂离子电池的市场发展。
1、锂离子动力电池市场发展情况
锂离子电池市场规模增长的最大动力确定无疑将来自电动汽车市场。在2011年电动汽车商业化元年,全球电动汽车销量即取得6.8万辆的佳绩,此后以73.23%的年均复合增长率高速增长,至2014年已达到35.35万辆;预计2020年销量将突破200万辆。与此相对应,2011年电动汽车对锂离子电池的需求量为176.7万kWh,占整个锂电池市场总需求的比重仅为6.6%;2014年需求量快速增长到1110.2万kWh,4年增长了6倍多,而市场份额也快速增长到16.7%,成为仅次于手机的锂离子电池第二大细分市场。我们预计到2016年就将以2071万kWh的需求量和22%的市场份额超越智能手机而成为锂离子电池最大的细分市场;到2020年将以31.4%的市场份额超越整个消费类电子产品市场,届时需求总量将超过6200万kWh。
2、锂离子储能电池市场发展情况
据Navigant Research数据,2015年全球新增储能与可再生能源的装机容量约为196.2MW,随着储能技术成本不断下降以及补偿机制的实施,预计到 2025年全球新增储能+可再生能源装机容量将突破12.7吉瓦。据CNESA预测,到2020年中国储能市场规模将达到66.8GW,其中抽水蓄能的规模为35GW,包含参与车电互联的电动
汽车动力电池在内的其他储能技术的市场规模将超过31GW。抽水蓄能100%用于电网侧,近14%的储能用于集中式可再生能源并网(集中式光伏电站、CSP电站及风电场),储能在用户侧的应用比例为20%,预计将有12%的储能装机来自于应用到车电互联领域的动力电池。在国家各种扶持新能源产业发展政策的支持下,风能、光伏等可再生能源将获得更大规模的应用,储能锂离子电池将形成巨大的市场需求。“十三五”期间,通过各种示范工程的建设,探索储能应用的盈利模式,调动各方面的投资积极性,促进储能产业健康发展。预期到2020年后,有望形成每年1000亿元的储能市场需求。
四、影响锂电池负极材料行业发展的有利与不利因素
影响行业发展的有利因素
1、国家相关政策支持
目前,公司所生产的锂电池负极材料产品属于《国家重点支持的高新技术领域》规定的新能源及节能技术”之“(三)新型高效能量转换与储存技术”之“
1、新型动力电池(组)、高性能电池(组)动力电池高性价比关键材料”范围;同时,国务院发布节能与新能源汽车领域的核心政策《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》等政策连续出台将有利于电池应用领域的市场发展,进而带动锂电池负极材料市场的快速发展。产业政策的扶植将有利于锂离子电池材料行业的发展。
2、下游产品应用广泛,市场空间广阔 据统计,2015年1-8月止累计中国锂离子电池产量33.35亿只,2015年1-9月,新能源汽车累计生产15.62万辆,同比增长近3倍。锂电市场的快速增长,尤其是动力电池市场的高速增长,动力电池市场更是一度供不应求,锂电负极材料市场受益匪浅。在此背景下,锂电负极材料企业自是紧随行业发展步伐,针对动力电池市场加大投入,增产扩建,加大技术投入创新等,以期在未来的新能源市场上占有一席之地。
影响行业发展的不利因素
随着行业不断发展,市场竞争的加大,供应将出现大于需求的情形,加之,人工成本上涨及原材料价格波动等因素的影响,行业整体利润将呈现下滑趋势。市场竞争加剧将对行业内企业的经营业绩造成一定的不利影响。市场环境必将倒逼更多的企业从“价格驱动”转向“技术驱动”,如果行业内技术升级滞后,将进一步压缩行业盈利空间,甚至面临技术发展滞后所引发的行业衰败风险。
第四篇：2018年中国锂电池设备行业调研报告-GGII(第五版)-目录-0322
前 言
高工产研锂电研究所（GGII）调研显示，中国2017年锂电生产设备需求达170亿元，其中中国生产设备产值同比增长25%，达150亿元，国内锂电设备需求占比超过85%，增长的主要原因有：
（1）动力电池企业扩产提速，对锂电生产设备和自动化产线形成持续需求。为应对后期新能源车市场的强劲需求，2017年CATL、银隆、比亚迪、亿纬锂能、远东福斯特等国内一批动力电池企业加快扩产步伐，拉动国内锂电设备需求增长；
（2）新能源政策逐渐明晰，电池企业技术路线调整带动设备更新需求。从磷酸铁锂转向三元，三元向高镍发展是提高锂电池能量密度的必然选择。锂电设备根据电池工艺定制化设计，工艺改变需要进行产线升级及新建产线。
（3）高端设备国产化替代不断提升。国内锂电池产能快速扩张给国产设备带来良好发展契机，国内设备企业加大研发投入推出高端产品，在成本和服务的明显优势下，国产锂电设备不断向高端迈进，其产生的高附加值有力推动中国锂电设备市场规模发展。
（4）产线改进升级，全自动化率逐渐提升。锂电池技术不断进步，对设备的效率、精度、稳定性、自动化等要求逐步提高，特别在动力电池对电芯的品质要求较高，因此全自动化设备市场需求逐步加大，大企业整线改造升级加速。
2017年锂电设备市场保持高速增长，其主要特点有：
（1）锂电设备企业开始扎堆资本市场。为加快扩张步伐，在激烈市场竞争中占领优势，2017年多家锂电设备企业开始启动IPO，或者进行融资。在资本助推下，锂电设备行业竞争将加剧；
（2）国内锂电生产设备市场竞争激烈，新技术诉求强烈。目前国内锂电池设备环节还没有出现技术优势明显、规模较大、在行业内起主导作用的超级企业，大多数设备企业围绕大型电池企业进行开发设计，在一个或几个环节保持技术领先性。随着资本热潮的跟进，设备厂家的数量在大幅提升，实力较之前也有大幅提高，设备间的竞争程度不断加剧，对设备企业的技术实力、资金实力要求更高；
（3）产线自动化、智能化日益重视，出现整线承包商，在线数字化系统试水。整体来看，2017年中国锂电生产设备产销两旺，发展势头良好。通过“2017年高工锂电动力电池巡回调研”来看，2017年电动车及动力电池仍保持高速增长，但受补贴退坡影响，动力电池价格大幅下滑，年底均价较年初降幅在20%~25%，产业链的成本压力巨大。为了更好的分析研究我国锂电设备的发展状况，高工产研（GGII）通过对国内主要锂电设备厂家的调查，收集了大量的第一手资料。并且在进一步结合对中国超过100家电池企业访谈的基础上，完成《2018年中国锂电池生产设备调研报告》的编写。
本报告对2017年中国锂电设备行业的发展应用特点、主要产品、企业产值、发展规划及重点企业等进行了较为详细的调研和分析，并结合“动力电池巡回调研活动”，对未来几年（重点是2018年）中国锂电及锂电设备的市场规模、发展趋势等做出分析预测。
数据范围说明：
本报告数据更新至2017年12月；
本报告数据以中国大陆地区数据为主，全球其他地区数据少量涉及；
若非特殊说明，报告中的锂电设备指锂离子电芯生产设备，不包括基建设备、Pack设备、洁净室等辅助设备。
版权说明：
本报告版权归高工产研所有，只限客户自身使用，不得扩散给任何第三方使用
目录
第一章、中国锂电池设备市场分析.............................错误！未定义书签。
第一节、中国锂电池设备市场特点概况.............................................错误！未定义书签。第二节、中国锂电设备市场规模和产量分析.....................................错误！未定义书签。第三节、国内重点锂电设备企业SWOT分析.......................................错误！未定义书签。第四节、中国各领域对锂电设备需求分析.........................................错误！未定义书签。
一、数码锂电池市场对锂电设备需求.........................................错误！未定义书签。
二、动力锂电池市场对锂电设备需求.........................................错误！未定义书签。
三、储能锂电池市场对锂电设备需求.........................................错误！未定义书签。第五节、中国锂电生产工艺及相关设备.............................................错误！未定义书签。第六节、中国锂电池设备企业数量及区域分布分析.........................错误！未定义书签。第七节、中国锂电设备发展趋势分析.................................................错误！未定义书签。
一、锂电设备性能发展趋势.........................................................错误！未定义书签。
二、设备企业未来发展趋势.........................................................错误！未定义书签。
第二章、中国锂搅拌机设备市场分析...........................错误！未定义书签。
第一节、中国锂电池搅拌机市场规模分析.........................................错误！未定义书签。第二节、中国锂电池搅拌机企业数量及区域分布.............................错误！未定义书签。第三节、中国锂电池搅拌机行业竞争格局及发展趋势.....................错误！未定义书签。
一、搅拌机行业竞争格局.............................................................错误！未定义书签。
二、搅拌机行业发展趋势及方向.................................................错误！未定义书签。第四节、锂电池搅拌机企业介绍及企业名单.....................................错误！未定义书签。
一、中国搅拌机企业介绍.............................................................错误！未定义书签。
二、中国主要搅拌机企业名单.....................................................错误！未定义书签。
第三章、中国锂电涂布机设备市场分析.........................错误！未定义书签。
第一节、中国锂电池涂布机市场规模分析.........................................错误！未定义书签。第二节、中国锂电池涂布机企业数量及区域分布.............................错误！未定义书签。第三节、中国锂电池涂布机行业竞争格局及发展趋势.....................错误！未定义书签。
一、涂布机行业竞争格局.............................................................错误！未定义书签。
二、国内涂布机行业发展方向及趋势.........................................错误！未定义书签。第四节、锂电池涂布机企业介绍及企业名单.....................................错误！未定义书签。
一、中国涂布机企业介绍...........................................................错误！未定义书签。
二、中国主要涂布机企业名单...................................................错误！未定义书签。
第四章、中国锂电真空干燥设备市场分析.......................错误！未定义书签。
第一节、中国锂电池真空干燥设备市场规模分析.............................错误！未定义书签。第二节、中国锂电池真空干燥设备企业数量及区域分布.................错误！未定义书签。第三节、中国锂电池真空干燥设备行业竞争格局.............................错误！未定义书签。第四节、锂电池真空干燥设备企业介绍及企业名单.........................错误！未定义书签。
一、中国真空干燥设备企业介绍...............................................错误！未定义书签。
二、中国主要真空干燥设备企业名单.......................................错误！未定义书签。
第五章、中国锂电辊压机市场分析.............................错误！未定义书签。
第一节、中国锂电池辊压机市场规模分析.........................................错误！未定义书签。第二节、中国锂电池辊压机企业数量及区域分布.............................错误！未定义书签。第三节、中国锂电池辊压机行业竞争格局.........................................错误！未定义书签。第四节、锂电池辊压机企业介绍及企业名单.....................................错误！未定义书签。
一、中国锂电辊压机企业介绍...................................................错误！未定义书签。
二、中国主要锂电辊压机企业名单...........................................错误！未定义书签。
第六章、中国锂电卷绕机设备市场分析.........................错误！未定义书签。
第一节、中国锂电池卷绕机市场规模分析.........................................错误！未定义书签。第二节、中国锂电池卷绕机企业数量及区域分布.............................错误！未定义书签。第三节、中国锂电池卷绕机行业竞争格局及发展趋势.....................错误！未定义书签。
一、卷绕机行业竞争格局.............................................................错误！未定义书签。
二、国内卷绕机行业发展方向及趋势.........................................错误！未定义书签。第四节、锂电池卷绕机企业介绍及企业名单.....................................错误！未定义书签。
一、中国卷绕机企业介绍.............................................................错误！未定义书签。
二、中国主要卷绕机企业名单.....................................................错误！未定义书签。
第七章、中国锂电叠片机设备市场分析.........................错误！未定义书签。
第一节、中国锂电池叠片机市场规模分析.........................................错误！未定义书签。第二节、中国锂电池叠片机企业数量及区域分布.............................错误！未定义书签。第三节、中国锂电池叠片机行业竞争格局及发展趋势.....................错误！未定义书签。
一、叠片机行业竞争格局.............................................................错误！未定义书签。
二、国内叠片机行业发展方向及趋势.........................................错误！未定义书签。第四节、锂电池叠片机企业介绍及企业名单.....................................错误！未定义书签。
一、中国叠片机企业介绍.............................................................错误！未定义书签。
二、中国主要叠片机企业名单.....................................................错误！未定义书签。
第八章、中国锂电池组装环节设备市场分析.....................错误！未定义书签。
第一节、中国锂电池组装设备市场规模分析.....................................错误！未定义书签。第二节、中国锂电池组装环节发展趋势.............................................错误！未定义书签。第三节、锂电池组装环节设备行业竞争格局.....................................错误！未定义书签。第四节、锂电池组装环节设备企业介绍及企业名单.........................错误！未定义书签。
一、中国组装设备企业介绍.........................................................错误！未定义书签。
二、中国主要组装设备企业名单.................................................错误！未定义书签。
第九章、中国锂电池后端电化学环节设备市场分析...............错误！未定义书签。
第一节、中国锂电池后端电化学市场规模分析.................................错误！未定义书签。第二节、中国锂电池后端电化学行业竞争格局及发展趋势.............错误！未定义书签。
一、后端电化学行业竞争格局.....................................................错误！未定义书签。
二、国内后端电化学行业发展方向及趋势.................................错误！未定义书签。第三节、锂电池后端电化学企业介绍及企业名单.............................错误！未定义书签。
一、中国后端电化学设备企业介绍.............................................错误！未定义书签。
二、中国主要后端电化学设备企业名单.....................................错误！未定义书签。
第十章、中国锂电池设备行业投资分析与建议...................错误！未定义书签。
第一节、中国锂电设备领域用机器人市场特点及发展趋势分析.....错误！未定义书签。第二节、中国锂电池设备行业主要市场机会分析.............................错误！未定义书签。第三节、中国锂电设备行业主要市场风险分析.................................错误！未定义书签。第四节、中国锂电设备行业投资建议.................................................错误！未定义书签。附录一：中国主要动力电池企业名录...........................错误！未定义书签。
第五篇：锂电池材料行业概述及生产制备简介
锂电池材料行业概述及生产制备简介
—————————————————— 锂电池材料的制备及生产工艺概述
一、当前国内磷酸铁锂现状
目前国内外已经能实现量产的合成方法均是高温固相法,高温固相法又分传统的(以天津斯特兰、湖南瑞翔、北大先行等为代表)和改进的(以美国威能、苏州恒正为代表,也称碳热法)两种.本项目的合成方法与美国valence 公司的合成方法相近,即采用碳热法.与大多数生产厂家不同之处有原材料选择和烧结工艺.1.市场前景需求
国内方面,山东海霸通讯设备有限公司投资3 亿人民币,新建厂房占地350 亩.拟建成国内最大的磷酸铁锂动力电池生产基地.万向集团实测了山东海霸的磷酸铁锂聚合物动力电池,发现其性能比锰酸锂电池性能还要好,通常所担心的低温性能在-20℃已经达到80%设计容量,而高倍率放电10C 时也可达到80%容量,仅温升过快而已.这表明,磷酸铁锂已经基本达到电动汽车的使用要求!当然磷酸铁锂要大行其道,可能还有一些工艺完善,产品质量稳定化的过程,但据预测,2-3 年内必是磷酸铁锂作为动力电池的主流,这个观点是绝大多数动力锂电池生产者和研究者的共识.另外,深圳市比亚迪电池股份有限公司正致力于研究动力汽车,目前该公司大批量采购国内生产的磷酸铁锂,凡是能批量生产的,比亚迪公司都成吨的采购,据称目前磷酸铁锂月需求是40 吨.该公司已经先购入三条不同的烧结设备准备进行中试研究.此外,ATL 广东新能源目前每月对磷酸铁锂的需求是10 吨,天津力神在经过长时间的为ValenceOEM 后,每月也有固定的磷酸铁锂需求.河南环宇集团和青岛澳柯玛都希望能寻找到供应磷酸铁锂材料的国内生产厂家.还有一些锂离子电池生产厂家都已经对磷酸铁锂系列的电池进行了较长的研究,已经获得了使用经验,市场已经逐渐成熟.欧美、台湾、日本方面对磷酸铁锂材料也有很大的需求量,目前磷酸铁锂材料在国内和国际市场上都处于供不应求状态,苏州恒正科技制备的磷酸铁锂材料售价高达30 多万/吨,另外,台湾必翔愿意独家包销湖南瑞翔的磷酸铁锂材料5 年,足见国际市场磷酸铁锂的需求之旺盛.据某公司的一份磷酸铁锂生产可行性分析报告估计,至2006 年,锂离子动力电池总需求量为50.69 亿Ah(单体电池工作电压3.6 伏),折算为正极材料其消耗量为36200 吨.而以上数据仅仅只包含了国内市场,考虑到国外市场的拓展及电动轿车的潜在发展,对动力型锂离子电池正极材料的需求量要远远超出36200 吨.综合上述分析,磷酸铁锂作为新型高能锂离子电池的正极活性材料及电子材料产品,随着电池工业及电子工业的发展,具有广阔的市场前景.在未来的两三年内,磷酸铁锂的市场需求量将达5 万吨以上,尤其是在动力型电池应用方面对磷酸铁锂的需求将大幅增加.但目前磷酸铁锂还没有达到像钴酸锂这样的应用广度,主要原因是锂离子电池生产厂家没有稳定的货源供应情况下,也不能进行电池生产线的扩产,问题解决的关键还是在于磷酸铁锂材料产量的提高和产品质量稳定性的解决.解决产品的稳定性也正是本技术团队的优势所在.2.目前消费需求和潜在客户
目前磷酸铁锂尚没有达到大规模商品化的主要原因是磷酸铁锂产品质量的稳定性,这一问题正被某些公司所解决.正由于部分技术问题尚未得到完美解决,磷酸铁锂材料目前主要用在高尔夫球场推车用电源,矿灯,电动摩托,电动自行车,动力工具、以及电动汽车等方面.3.推广应用领域
磷酸铁锂的应用领域主要有:
(1)储能设备
太阳能、风力发电系统之储能设备;不断电系统UPS;
配合太阳能电池使用作为储能设备(比亚迪已经在生产此类电池);
(2)电动工具类
高功率电动工具(无线);电钻、除草机等;
(3)轻型电动车辆
电动机车, 电动自行车, 休闲车, 高尔夫球车, 电动推高机, 清洁车;
混合动力汽车(HEV),近期2-3 年的目标;
(4)小型设备
医疗设备:电动轮椅车,电动代步车);
玩具(遥控电动飞机,车,船);
(5)其它小型电器
矿灯;
植入性的医疗器械(磷酸铁锂无毒性,锂电池仅铁锂可满足要求);
替代铅酸,镍氢,镍镉,锂钴,锂锰类电池在小型电器上的应用(2007 镍镉将全面退出市场);
目前已经实现的应用:1.8Ah 及以下的18650 型圆柱电池.应用市场:18650 型是一种通用标准,可用于小型电器.全球需求为5000 万个电池/年,折算为正极材料需求600 吨.磷酸铁锂的总生产能力预计到2007 年底将达到3000-4000 吨/年左右.磷酸铁锂市场价格目前比较高,国内售价为18 万/吨,国外公司和董明的价格为30 万/吨.主要原因有:(1)锂源上涨,目前Li2CO3 和LiOH 等价格均在6.5 万/吨左右,而2005 年价格为3 万多,2006 年初为4 万左右.(2)生产成本高,生产企业采用LiH2PO4(磷酸二氢锂)作为锂源,解决了环境污染问题,但原材料成本提高.(3)目前这个材料应用主要是出口,正极材料能提供更好的安全性和稳定性,价格因素不太敏感.预计近3 年内,将会出现磷酸铁锂和锰酸锂,三元系材料在市场并存的局面,主要看谁能提供批量稳定的正极材料,谁就能占领更多的市场份额.预计3 年后磷酸铁锂的应用将会有一个很大的增加,并将会占据主导地位.据国内大型锂离子电池正极材料供应商的预测,磷酸铁锂的实际需求有望在三年内达到上万吨/年.4 竞争性分析
主要竞争来自于美国valence、美国A123 公司,天津斯特兰.(1)美国valence 公司及在华企业威能
美国Valence 公司2003 年开始LiFePO4 的产业化,解决了其电池的倍率放电及低温性能等问题,并和中国的部分锂离子电池厂家进行合作,并以OEM 方式生产4~10Ah 的聚合物电池,同时,在中国苏州拟建生产基地(威能和威泰),自己生产聚合物电池.但是由于Valence 公司面对国内的客户并不出售电池材料.而与其合作的电池厂家利润空间和主动性受到了限制,因此对能够提供稳定的正极材料的厂家非常渴望.预计近几年,Valence 还不足构成实质竞争.(2)美国A123 公司及其在华企业高博
A123 公司主要从事掺杂金属离子的LiFePO4 材料的商品化运作,但相关网站上涉及技术指标的公开资料不多,部分产品已在台湾的部分厂家试用,但据称无量产能力,且批次稳定性差.A123 公司与Valence 公司类是,也是以OEM 的方式和国内的一些电池厂家进行合作.A123 公司在中国的常州建设生产基地高博.A123 公司目前定位为潜在的竞争者.(3)其它企业的竞争
国内的其它企业例如天津斯特兰,湖南瑞翔,北大先行和恒正纳米科技也都进行了中试实验,但是他们的生产工艺和产品各有不利的方面.其中,湖南瑞翔和北大先行据称是较早地完成中试的厂家,但是他们目前尚不能解决产品批次间稳定性的问题.他们用的原料和技术路线都不是最具有竞争力.原料主要是运用铁的有机盐,工艺存在煅烧时间长,而生产的产品批次间不稳定,产品在做成品电池的时候粘着性差.恒正纳米科技目前在产量上还未形成规模,而且在最终产品中为了提高导电性,添加了价格昂贵的Ni、Co 和Mn 过渡金属层状材料;并且广泛采用进口设备和原材料,因此成本很高.因此他们的产品价格是目前商业价格的两倍还要多.天津斯特兰收购了北京中辉振宇,目前有4 条网带式烧结炉,计划07 年扩产至20 条,产品质量已经基本成熟,目前产品供不应求,预计3 年后会有一定的竞争威胁.总之,目前磷酸铁锂产品正处于行业的萌芽阶段,而中国环境问题突出,能源问题紧张,因此磷酸铁锂产品潜在市场巨大,而国内外的电池材料厂家要么不具备稳定的生产能力要么生产的产品质量存在诸多问题或产量太小.结论:磷酸铁锂的生产在近2-3 年不会发生争夺客户的竞争,目前的市场现状是客户寻找市场.从事磷酸铁锂生产(中试或者生产)的主要单位(排名不分先后):
北大先行 完成中试,年产60 吨
天津斯特兰(原北京中辉振宇)年产200 吨,计划07 年扩产至2000 吨/年
青岛乾运 年产30 吨
山西力之源 年产30 吨
横店东磁 15 吨/年中试线建设批准阶段
山东海霸 中试,已购入推板式烧结炉;
湖南瑞翔 中试完成;计划07 年实现300 吨/年产量;后期扩产到1000 吨/年
深圳比亚迪 中试线生产(购买了三条不同的烧结炉设备准备进行中试)
余姚金和 中试 宁波彬彬 中试
广州鹏辉 日产100 公斤级小批量生产,据说准备量产.新乡八化 小批量试生产
苏州恒正 07 年1Q 实现年产500 吨(生产设备已经到位);
苏州威能和威泰(美国valence 公司分公司,扩产)
镇江高博(美国A123 公司分公司,正在建厂扩产)
常州高博(美国A123 公司分公司,正在建厂扩产)
二、锂离子动力电池材料磷酸铁锂制备设备
引言
常规锂离子电池正极材料的研究集中于层状的过渡金属氧化物LiMO2(M=Co,Ni,Mn 等)与尖晶石型的LiM2O4（M=Co,Ni,Mn 等）。然而，钴资源的严重缺乏造成钴价格的高昂，同时，钴酸锂(LiCoO2)安全性能差，很难满足大众化的锂离子动力电池的需求；而比容量低和高温性能差又成为长期以来困扰锰酸锂(LiMnO2)实现商品化的关键技术难题；三方晶系的镍酸锂(LiNiO2)在制备的过程中很容易生成无电化学活性的立方晶系的镍锂，实用化的难度较大；新型的三元复合氧化物镍钴锰酸锂(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)因兼有LiNiO2 和LiCoO2 的优点，一度被人们认为是最有可能取代LiCoO2 的新型正极材料，但仍存在合成条件较为苛刻、安全性较差、综合性能有待改进、成本也较高等缺点；正交晶系橄榄石型的磷酸铁锂(LiFePO4)材料由于具有比容量高、价格低廉、无环境污染、安全性和热稳定性好等优点而成为一种最有潜力的锂离子动力电池材料。热合成工艺是制备锂离子动力电池材料最重要的工序，它对于锂离子动力电池的最终性能具有决定性的影响，图1 给出了制备锂离子动力电池材料的典型工艺流程。制备设备是支撑新一代锂离子动力电池正极材料产业良性发展的基础。
制备设备简介
磷酸铁锂的合成方法主要采用高温固相反应法：将FeC2O4、2H2O、Li2CO3 和NH4H2PO4 或(NH4)2HPO4按化学计量比混合,在氩气或氮气等惰性气氛保护下, 于300 ℃左右使混合物初步分解, 然后升温到600～800 ℃,保温12 h 以上,就可以得到橄榄石晶型LiFePO4材料。如何在热处理的过程中防止二价铁的氧化是合成的关键控制点，也是制备设备必须解决的关键问题。相对于钴酸锂、锰酸锂而言，磷酸铁锂材料的制备对设备要求极高。
目前，国际上磷酸铁锂材料的制备基本上都是采用间歇式设备：如气氛保护钟罩炉、气氛保护箱式炉等。近来，也有采用气密保护回转窑合成的报道。国内我们最早在这方面进行了自主研发，在对试验型和小规模生产型的合成设备取得阶段性成果的基础上，研制开发了大规模连续式气密保护制备设备，该型设备主要技术指标:
设备长度：20 000 mm
有效口径: 680 mm（W）×140 mm（H）
最高工作温度: 1 000 ℃
常用工作温度: 700 ℃～900 ℃
温度稳定度：<2 ℃/2 h（温控仪显示值）
恒温区温度均匀度: <±3 ℃
保护气氛: Ar
合成室内氧含量: <100×10-6
合成室内压力: >10 Pa
年生产能力: ～200 吨
关键技术研究
大规模连续式磷酸铁锂材料制备设备是将热工制造技术与材料生产工艺紧密融合的多学科交叉技术设备。它包含先进的密封隔离技术、独特的炉内气氛净化技术、特别的内衬材料和加热体抗腐蚀技术、先进的智能自动控温技术、复杂的自动送料控制技术等。
3.1 气氛场模拟分析技术
在大型反应室中特别是动态的反应室中，为保证所制备的产品性能的一致性，对气氛的动态平衡控制技术提出了更高的要求，这就要求我们能精确地掌握气氛场的主要参数及其关系，气氛场模拟分析技术必不可少。气氛的动态平衡控制主要通过压力闭环自动控制技术、气源的低扰动输送技术、高密封技术等来实现，全部控制过程均采用计算机发布指令，实现设备操作和参数最佳化的全自动控制，全方位地满足气体传输与气氛精密控制的系统要求。利用气体动力学和流体力学等学科建立气氛场模型，分析合成室内气氛的流动状况，从而获取最佳气氛控制参数。
3.1.1 气密结构设计技术
为满足直通式的窑腔通道内氧分压要求，设备采用全密封炉体、气氛隔离仓（前后各1个）与气幕相结合的方式进行密封。为了确保制备设备内稳定的氧分压和气流走向，设备除炉体采用全密封结构外，在制品出、入口处设置相互联锁的双闸门过渡密封仓结构。同时设置大流量惰性气体垂直气幕封门，使空气不能进入炉体内。当密封仓内的产品出来后，两闸门都紧闭时，对密封仓进行强制性换气净化，并在内闸门再次打开之前，将仓内氧分压从21%降低到0.01%以下。严格保证在密封仓换气净化之后，内闸门打开之前，密封仓内部的惰性气体压力和氧分压等同于炉体与密封仓相接处的压力和氧分压值。运行过程中，炉体出、入口处的气幕始终保持，从而阻止外界气流对合成区域的干扰。
3.1.2 气氛稳定、均匀性技术
采用多点小流量均匀送气的设计思路，沿设备长度方向，设置保护气体总输入管，在各区段的分支，经过调节阀的必要调节和流量计的流量监测，向加热室输入所需要的高纯氩气或高纯氮气，并经过加热组预热后进入合成区段。同时，在设备各控制段都设置氧分压和压力抽样检测点，随时检测窑腔横截面上各点的氧分压和气氛压力。窑体进气全部采用下部进气，废物排放区上部排气方式：保护气体进入窑内后，先进入下加热室，经加热室预热以后分多点层流式进入炉膛。
3.1.3 炉内气氛净化技术
为了达到合成室内的氧含量要求，除了设备严格密封外，加热室空腔及耐火保温材料释放的气体如何排出也是设备必须解决的关键问题。本设备采用独特的炉内气氛净化技术：下加热室逐个净化；上加热室由一路保护气体送入后，再分别送入该区其余各加热室，同时，制备设备顶部、加热室等处都预留放气阀，当制备设备初次启用并充入保护气体时，以较大的压力通以较大流量的保护气体，同时打开设备各顶盖板、加热室盖板上的放气阀，以排除窑内衬所吸收的氧气，保证合成室内的气氛要求。
3.2 抗腐蚀技术
磷酸铁锂电池材料在合成过程中会产生腐蚀性气体（主要是NH3 和H2O），在高温下对炉衬材料和加热元件的损害非常强烈，故制备设备必须解决腐蚀气氛下的加热元件和内衬的抗腐蚀技术。对加热元件采取特殊的保护措施———独特的马弗式加热结构，即加热元件与合成室内腐蚀气体隔离，从而防止腐蚀气体的侵入，同时加热室通有保护气体进行保护，使加热元件的使用寿命大大延长，降低用户的使用成本。
3.3 热场模拟分析技术
电池材料制备设备的开发热工计算是关键。然而各种耐火材料的理化指标与实际的使用条件差距较大，计算非常复杂，很难做到精确，因此需要对各种不同的使用条件下实际的热场进行模拟，建立科学的模型进行分析，掌握热场温度变化的关键，提高制备时温度的精确性和一致性，更加有效地利用热能。对磷酸铁锂电池材料而言，其电性能指标取决于在制备设备中的合成质量，即制备设备中的反应温度、反应时间和反应气氛三大要素。这三者之间是相互关联又相互制约的，即制备设备必须按一定的合成制度对材料进行合成。合成制度是根据材料制备工艺要求并考虑到热工、经济等方面因素而制定的工艺技术，它包括：温度制度、气氛制度和压力制度。本设备采用新的自动控制方式和方法来控制制备设备同一断面的温差，并设计相应的控制系统和控制软件，使热场温度、气氛控制更精确和稳定，制备设备自动控制程度更高。
效果
2006 年，中国电子科技集团公司第四十八研究所根据某知名锂离子电池材料生产企业的特殊制造工艺，开发了磷酸铁锂正极材料连续式制备推板窑，在国内首次实现磷酸铁锂正极材料的连续式生产。我们研发的制备设备具有合成工艺先进、产品成本低、设备运行稳定、温度气氛均匀和产能大等特点，其生产工艺和合成技术均属国内首创，处于国际先进水平，填补了国内空白。目前，我们已完成中试，通过该设备所制得的LiFePO4正极材料可逆容量高达155(mA·h)/g 以上，大电流性能十分优良，10C 放电时，放电容量在97(mA·h)/g 以上。高温性能更佳，采用C/10 倍率的电流充放电时可逆容量达161(mA·h)/g，且循环过程中容量衰减甚少。采用该工艺技术和制备设备我们成功地实现了LiFePO4 的批量生产（产量可达120 吨/ 年）。测试结果表明，中试生产的材料性能与实验室制备材料的性能是一致的，从而使该材料走向产业化应用迈出了关键一步。
发展趋势
大规模连续式制备代表了磷酸铁锂材料制备的发展方向，今后对磷酸铁锂制备设备的研究以下几个方面值得我们的重视：磷酸铁锂制备时的特殊气氛要求，制备设备气密结构设计技术和气氛净化方式的研究；炉衬材料和加热元件的抗腐蚀技术研究；既能提高材料电导率又能降低材料粒径的制备工艺及制备设备的研究；纳米级磷酸铁锂正极材料的制备技术研究等。总之，今后对磷酸铁锂材料的研究工作将集中于通过合适的制备设备、制备工艺和元素掺杂的方法改善其电子电导率。正是由于磷酸铁锂低廉的价格和与钴酸锂不相上下的电化学性能，使其有望在对安全性和温度要求较高的动力型二次电池领域获得广泛应用，磷酸铁锂动力电池材料制备设备的研究也将会得到长足发展。
三、LiFePO4 / C 制备工艺的优化及其性能
引 言
正极材料是决定锂离子电池性能的关键因素,目前90 %以上的锂离子电池的正极材料都是用钴酸锂(LiCoO2),由于钴资源有限且有毒、价格昂贵、存在一定的安全问题等不足,不能满足人们的需要;镍酸锂(LiNiO2)虽然容量较高、自放电率低,但是材料制备困难;尖晶石型锰酸锂(LiMn2O4)虽然具有良好的耐过充能力,但是由于锰在电解液中会溶解,且其高温循环性能差等不足限制了其实际应用。1997年,Goodenough 科研小组首先报道了具有橄榄石结构的磷酸铁锂(LiFePO4)能够可逆地嵌入和脱出锂离子,LiFePO4 就以其低廉的价格、良好的循环性能、安全无毒、较高的理论容量、原材料来源广泛等优势,引起电化学工作者的广泛关注。LiFePO4 的理论比容量是170mAh/ g ,其理论真实密度是3.6g/ cm3 ,Fe2 + / Fe3 + 相对金属锂的电压是3.4V ,具有非常平稳的充放电平台。本文应用液相共沉淀法联合固相焙烧法来制备LiFePO4 / C 复合材料,以材料首次放电比容量为考察标准通过正交实验来优化制备工艺,并对材料的理化性能和电化学性能进行了测试。
实验 2.1 磷酸铁锂的制备
以硫酸亚铁、磷酸二氢铵、氨水为原料,柠檬酸为分散剂,用共沉淀法通过严格控制体系的p H 值、物料流速、搅拌速度和反应体系温度等来制备球形磷酸亚铁铵,充分洗涤和干燥后按一定的x(Li)∶x(Fe)与碳酸锂混合,再加入适量的葡萄糖,在高速球磨机上进行球磨,然后将球磨好的样品置于预抽真空高温炉中进行高温焙烧,用N2 气保护,控制升温速率为5 ℃/ min ,恒温一段时间后,在炉中自然冷却,得到LiFePO4 / C复合材料。
2.2 材料性能测试与表征
用日本Hitachi 公司S2550 型扫描电子显微镜(SEM)观察合成产物颗粒的形貌,采用日本理学D/MAX2PC2200 X 射线衍射仪(Cu 靶,λ= 0.15405nm)对产品进行物相晶体结构分析, 电压40kV , 电流20mA ,扫描范围为10～60°,扫描速度2°/ min。用北京第二光学仪器厂WQF2510 型傅立叶变换红外光谱仪(F TIR)测试产品的组成,分辨率为100px-1 ,扫描范围为400～100000px-1。
2.3 电化学性能测试
用涂布法制备正极片,将得到的LiFePO4 与乙炔黑、PVDF 按80 ∶15 ∶5 的质量比搅拌均匀,以无水乙醇为溶剂,混合成浆料,然后将浆料涂布在铝箔上,充分干燥后制成正极片,以金属锂为负极,Celgard2400聚丙烯多孔膜为隔膜, 1mol/ L LiPF6 / EC2DMC(体积比为1 ∶1)为电解液,在充满Ar 气的手套箱中组装成电池,将试验电池置于BS9300 型充放电仪(广州擎天实业有限公司)上进行电化学性能测试,充放电电压范围是2.2～4.2V。
结果与讨论
3.1 正交实验
在单因素分析实验的基础上,为得到以球形磷酸亚铁铵为前驱体用固相焙烧法制备LiFePO4 的最佳工艺条件,考察了球磨时间、x(Li)∶x(Fe)、葡萄糖用量、焙烧温度和时间对材料首次放电比容量的影响,因此设计了水平正交实验。从正交实验的结果来分析,在一定的实验条件下,随着焙烧温度的升高,材料的首次放电比容量先升高后减小,当温度过低时,不利于LiFePO4 的生成,含有少量的杂质相,当温度过高时,颗粒变大,存在烧结的现象,降低了材料的离子扩散速率,影响材料的放电容量;焙烧温度一定时,随着球磨时间的增加,材料的首次放电比容量增加,因为球磨时间直接决定反应物料间混合的均匀程度和颗粒的大小;Fe 过量时,材料中会含有Fe 的杂相,而Li 过量时,也会产生Li2O 相,考虑到锂在高温时会挥发造成损失,所以在实验过程中适宜的x(Li)∶x(Fe)= 1.02∶1.00;焙烧时间过短,晶体生长不完全,会产生大量的晶格缺陷,影响材料的比容量,焙烧时间过长,生成粒径较大的颗粒,增加了Li + 在LiFePO4体相中的扩散路程,降低材料的比容量;葡萄糖用量决定产品中的含碳量,碳包覆虽然能够提高材料的电子导电率,但也会降低材料的振实密度,所以葡萄糖的适宜用量是反应物料质量的6%。
3.2 材料的表征
在最佳工艺条件下进行实验,得到LiFePO4 / C 正极材料,其振实密度为1.61g/ cm3。该工艺条件下所得到的样品以球形和类球形颗粒为主,平均粒径为2.0μm。
3.3 材料的电化学性能分析
非常平稳的充放电电压平台,其充电平台和放电平台分别为3.4～3.5V和3.3～3.2V。电流密度为0.1C 时首次充电容量为163.4mAh/ g ,放电容量为147.6mAh/ g ,首次充放电效率达到了90.3 % , 放电容量达到了理论容量的86.8 %。随着电流密度的增加,材料的放电容量随之减小,当充放电电流密度为0.5和1C 时,材料的放电容量分别为136.7 和122.3mAh/ g。原因可能是电流密度的增加,使得Li x FePO4 / Li1-x FePO4 的界面面积不断缩小,电极的极化效应增加,从而导致比容量的下降。在0.1C 电流密度下,循环50 次之后,其容量为142.8mAh/ g ,其容量保持率为96.7 %,在0.5C 电流密度下,循环50 次后,其容量为127.3mAh/ g ,容量保持率为93.1 % ,在1C 电流密度下,循环50 次后,其容量为106.6mAh/ g ,容量保持率为87.2 %。说明在该工艺条件下,材料具有良好的循环性能。在室温时,样品在0.5C 的充放电电流密度下,其首次放电比容量为136.7mAh/ g ,当温度提高到60 ℃时,材料的首次放电比容量增加到163.8mAh/ g ,为理论比容量的96.4 % ,比在室温下提高了27.1mAh/ g ,提高材料的使用温度,有利于增加锂离子的扩散速率,从而提高材料的比容量。这也说明LiFe2PO4 正极材料具有优越的安全性能,能满足动力电池在高温下使用的要求。
常温下样品在低电流密度下(0.5C),循环20 次之后, 其容量从136.7mAh/ g 下降到132.5mAh/ g ,容量保持率为96.9 % ,提高电流密度(1C),再循环20 次之后,其容量从120.8mAh/ g 下降到114.9mAh/ g ,容量保持率为95.1 %;而在温度为60 ℃时,在低电流密度(0.5C),循环20 次之后,其容量从163.8mAh/ g 下降到161.5mAh/ g ,容量保持率为98.6 % ,提高电流密度(1C)时,再循环20 次,其容量从154.4mAh/ g 下降到151.2mAh/ g ,容量保持率为97.9 % ,这说明在高温下,材料的循环性能比室温好。
结论
(1)以磷酸亚铁铵为前驱体合成出LiFePO4 / C正极材料。
(2)在单因素实验的基础上,通过正交实验得到最佳工艺条件为: 球磨时间为7h , x(Li)∶x(Fe)=1.02∶1.00 ,葡萄糖用量为反应物料质量的6 % ,焙烧温度为700℃,焙烧时间为10h。各因素对材料的首次放电比容量的影响顺序是: 焙烧温度、球磨时间、x(Li)∶x(Fe)、焙烧时间、葡萄糖用量。
(3)在最佳工艺条件下,材料的振实密度达到1.61g/ cm3 ,室温下在0.1、0.5 和1C 放电电流密度下首次放电比容量分别为147.6、136.7 和122.3mAh/g ,循环50 次后容量分别为142.8、127.3 和106.7mAh/ g;在60 ℃放电电流密度为0.5C 时,其首次放电比容量高达163.8mAh/ g ,比室温下提高了19.8 %。
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