​华安证券:锂电池面向新能源车、储能、铅酸替代的万亿空间

​【华安新能源·行业深度】锂电池面向新能源车、储能、铅酸替代的万亿空间—新能源锂电池系列报告之一--总篇

 

电池面新能源车、储能、铅酸替代的万亿空间

新能源锂电池系列报告之一—总篇


行业观点

新能源车是确定性极强的高成长赛道,未来十年近万亿成长空间

新能源汽车在环保减排和智能化自动驾驶进程中的绝对优势使其迅速发展成为必然趋势。我国经过七年示范推广、爆发增长、精准扶持和补贴退坡回归市场四个阶段,产业链经过降本提质,电池价格下降近70%、能量密度提高近50%,已具备市场化基础。政策上国内双积分和欧盟日趋严格的碳排放及各国新能源补贴,产品上新势力放量和传统车企布局电动化平台,两者共振将新能源车带入全新发展阶段。目前全球新能源汽车渗透率不足3%,处于行业成长阶段,2030年全球产销量或达3000万辆,对应30%渗透率,十年产销量十倍空间。预计2030年全球动力电池市场空间将近9000亿元,正极市场空间2630亿元、负极890亿元、隔膜610亿元、电解液520亿元。

锂电在储能及铅酸替代领域潜力无限,经济性初显

储能行业目前仍然是一片蓝海市场,近看5G基站带来年均超10GWh的确定性增量,远看新能源替代下多重应用场景:峰谷套利已经在部分地区具备商业价值;和新能源发电组合可赋予其可调节性;提供电能质量管理及作为备用电源。全球铅酸电池每年超500GWh出货量,超3000亿市场空间,下游应用主要是电动自行车等低速车、汽车启动电源及其他便携式设备;锂离子电池在能量密度、循环寿命、能量转换效率和环保方面全面优于铅酸电池,随着价格下降,目前单次循环成本已低于铅酸电池,全场景替代大势所趋。

高镍三元和铁锂实现分级应用,结构端看动力软包崛起和方形无模组化

高镍三元在以高端乘用车为代表的重视能量密度的应用场景下份额将持续扩大、趋势明显,磷酸铁锂将凭借其性价比和安全优势在低续航乘用车及储能、铅酸替代领域焕发活力。动力软包由于其高能量密度和不易爆炸属性,有望随着头部厂家放量持续扩大市场份额;方形电池结构进步空间大,看好以“CTP”和“刀片电池”为代表的无模组方案带来的能量密度提升和电池成本下降。

中日韩多寡头逐步稳定,国内外交叉竞争,潜力电池企业加速上升

中国的宁德时代、比亚迪,日本的松下,韩国的LG化学、三星SDI、SKI,进入电池行业早、技术积累深厚、不断投入产品迭代、规模成本优势明显、合作多家整车厂客户,CR10占比在80%以上,逐步形成多寡头稳定态势。随着国内外车企与电池企业在全球交叉竞争与博弈,部分有潜力的电池企业也在积极布局、绑定头部整车厂战略合作,加速提升期望站稳二梯队。

投资建议

建议关注已具备国际竞争力的宁德时代、比亚迪,软包龙头及绑定戴姆勒的孚能科技,同时具备消费及动力电池的亿纬锂能、欣旺达,以及有潜力跟随大众上升的国轩高科

风险提示

新能源汽车发展不及预期;储能、铅酸替代进展不及预期;相关技术出现颠覆性突破;产品价格下降超预期;原材料价格波动。

正文目录

1 总论

2 锂离子电池是未来时代的重要一环

2.1 新能源汽车:确定性极强的高成长赛道

2.1.1电动车在能源效率、环保和智能化方面具备基因优势

2.1.2后补贴时代我国新能源汽车已具备市场化基础

2.1.3双积分与碳排放强力护航,欧洲补贴政策开始发力

2.1.4新势力与传统车企共舞,20年开启新元年

2.1.5即将迎来黄金增长,十年近万亿成长空间

2.2 储能:近看5G基站,远看新能源替代

2.2.1 5G基站建设高峰带来储能市场未来五年确定性增量

2.2.2 新能源发电催长储能需求,锂电池成为有效解决方案

2.2.3 多重商业模式下,锂电储能发展空间巨大

2.3 锂电成本下降后打开了铅酸电池数千亿替代空间

3 应用领域需求决定技术发展趋势

3.1 材料体系与生产工艺决定电池性能

3.2 三元高镍趋势确定,铁锂将在储能和低续航车领域爆发、并继续向中高续航车渗透

3.3动力软包崛起,看好方形结构创新

4 动力电池多寡头逐步稳定,潜力企业加速提升

5 相关公司

风险提示

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总论

锂离子电池发展至今,已经被广泛应用于新能源车、消费电子及储能等各大领域。展望未来,锂离子电池将随着新能源车的推广持续快速增长,在储能及铅酸电池替代领域潜力无限,面向上万亿的市场空间。

新能源汽车是一条确定性极强的高成长赛道。新能源汽车在全生命周期能源转换效率和环保减排方面优于任何燃油车;未来随着智能化及自动驾驶的推进,新能源车的能够提供稳定高效的电气性能及燃油车不可比及的响应速度安全冗余。

我国新能源汽车全球产销占比接近一半,在汽车电动化进程中走在前列。纵观我国新能源车发展历程,可以分为示范推广期、爆发增长期、精准扶持期和补贴退坡回归市场。2009-2013年示范推广期,新能源示范项目启动,行业发展序幕拉开;2013-2015年爆发增长期,补贴大规模启动,产销成倍增长;2016-2018年精准扶持期,补贴标准严苛细化,行业标准陆续出台,行业开始规范化发展,产销稳步增长;2019年至今,补贴大幅退坡,补贴效应弱化,行业将迎来市场化发展。经过过去7年的补贴发展,产业链已经实现了降本提质,动力电池价格下降接近70%,能量密度提高接近50%,具备了市场化基础。当前的多款新能源车续航已经能达到600km以上,价格在智能化和优质驾驶体验的加成下也初具市场竞争力。

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前时点,国内处于后补贴时代,双积分政策将持续为新能源汽车发展提供长期保障;欧洲碳排放标准在2020年迎来关键节点,各国补贴政策纷至沓来。从政策角度看,新能源车的短中长期发展均得到了充分保障。从产品供应角度,今年迎来特斯拉国产化,以蔚来、小鹏、理想为代表的国产新势力也开始放量交付;传统车企方面也纷纷转向新能源,积极布局电动化平台,新车型也即将爆发。优质供给丰富将提高市场活力,带动需求,有望将新能源车带入全新发展阶段。

从整个行业发展周期看,全球新能源汽车渗透率不足3%,正处行业发展初期,即将迎来黄金增长期,十年近万亿成长空间。我们预计到2025年我国新能源汽车产销量将超500万辆,全球超1500万辆,对应约16%渗透率,相当于现在4-5倍空间;2030年全球产销量或达3000万辆,对应30%渗透率,相当于现在10倍空间。

市场空间来看,2019年我国动力电池市场超600亿元,全球超1200亿元;随着电池技术迭代、规模迅速扩大、成本下降,预计2025年,全球动力电池市场空间将超过5000亿元,2030年将近9000亿元,十年七倍市场空间;其中正极市场空间2630亿元、负极890亿元、隔膜610亿元、电解液520亿元。

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新能源汽车之外,储能是一片蓝海市场,极具成长空间,近看5G基站带来未来五年确定性增量,远看新能源替代下的多重应用场景。预计5G基站的储能市场总空间超千亿,未来3-5年为基站建设高峰,年均超10GWh的需求。从能源角度看,新能源发电比例的提升和用电端充电桩、5G基站、数据中心等对电网的调节能力和储能都提出了更高的需求。电池储能的灵活便利性一直是其他储能无法比拟的,而新能源汽车的蓬勃发展培育了完善的锂电产业链,为低成本可靠的电化学储能提供了规模化条件。锂离子电池储能的应用场景可以分为三个层次:一是单一模式下的峰谷套利,部分地区已经具备商业价值;二是和新能源发电组合赋予其可调节性,提高经济效益,拓宽应用空间,构建微电网;三是作为备用电源以及提供电能质量管理,如数据中心备用电源及调频用储能。三个层次下对于锂离子电池的利用程度逐次加深。整体来看,锂离子电池在储能领域尚处于行业萌芽期,未来空间或超过动力电池。

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锂离子电池性能优于铅酸电池,成本下降后打开了数千亿的替代空间。锂离子电池在能量密度、循环寿命、能量转换效率和环保方面全面优于铅酸电池。随着锂电价格下降,目前单次循环成本已经低于铅酸电池,全场景替代大势所趋。全球铅酸电池每年超500GWh出货量,超3000亿市场空间,下游应用主要是电动自行车等低速车、汽车启动电源以及其他便携式设备。

对于新兴领域,技术的发展变革尤为重要。锂电池从最开始被提出研究发展至今,历经一百多年,商业化近30年,材料体系及生产工艺经过数次更迭才形成当今局面。对于新能源车最重要的动力电池,预计2025年全球用量达848GWh,2030年达1792GWh,十年复合增长率达26%;其中我国动力电池用量2025年达293GWh,2030年达658GWh,十年复合增长率达23%,我国是占据全球三成以上份额的重要市场。往后展望,在材料方面高镍三元和磷酸铁锂各有优势,在以高端乘用车为代表的重视能量密度的应用场景下高镍三元份额将持续扩大、趋势明显,而在低续航乘用车及储能领域,磷酸铁锂将凭借其性价比和安全优势焕发活力。在结构方面,动力软包由于其高能量密度和不易爆炸属性,有望随着头部厂家放量持续扩大份额;而方形电池在结构方面的改进空间大,看好以“CTP”和“刀片”为代表的无模组方案带来的能量密度提高和成本下降。

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从近年来全球动力电池的出货份额来看,中日韩企业牢牢占据前十名额,CR10占比在80%以上,主要玩家为中国的宁德时代、比亚迪,日本的松下,韩国的LG化学、三星SDI、SKI,进入电池行业早、技术积累深厚、不断投入进行产品迭代、规模成本优势明显、绑定整车厂客户,头部效应显著,逐步形成多寡头稳定态势。

从国内动力电池的格局来看,伴随着国内新能源车由补贴驱动到需求驱动的过程中,动力电池也经历着大浪淘沙后的绝对龙头宁德时代、自供为主的比亚迪、以及少数几个潜在上升的第二梯队,如国轩高科、中航锂电、孚能科技、亿纬锂能、欣旺达等。

投资建议

建议关注已具备国际竞争力的宁德时代、比亚迪,软包龙头孚能科技,同时具备消费及动力电池的亿纬锂能、欣旺达,以及有潜力跟随大众上升的国轩高科。

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锂离子电池是未来时代的重要一环

2.1

新能源汽车:确定性极强的高成长赛道

2.1.1 电动车在能源效率、环保和智能化方面具备基因优势

近年来,新能源汽车备受关注,各国政策大力扶持,资本也大量涌入;究其根本,电动车在基因上就具备诸多优势,未来发展势不可挡。

从能源使用效率上看,电动车全生命周期能源转换效率高于现在以及未来任何一款燃油车。利用燃油或煤发电,热能可以集中利用,热电联产效率可达60-70%,还有继续提升空间。电网传输环节,平均线损在5-8%之间,输电效率92-95%。动力电池充放电效率86%。估算下来从不可再生能源到新能源汽车的动能,整体转换效率约为47-57%。而目前汽油车内燃机效率普遍在35%左右,极少数能到40%,再往上提高1%都十分艰难,接近极限。此外,电能还可使用水电、光伏和风电等可再生能源,利于可持续发展。

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环保层面,电力系统零排放,有利于低碳减排。特斯拉测算,将天然气作为初始能源,特斯拉的二氧化碳排放为46.1g/km,远低于燃油车和燃气动力车。电动车自身零排放,即使电力是由不可再生能源产生,规模化集中化也有利于提效节能,控制排放。从电网角度看,大量电动车晚上充电,正处用电低谷,有利于减轻调峰压力,也给可再生能源提供了更大的空间。

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未来智能化发展趋势下,电动车将实现对传统燃油车的降维打击。智能化需要配备更多的电子设备,有更高功率的需求,与电动车电子架构及能量分配相结合,为自动驾驶提供稳定高效的电气性能及燃油车不可比及的响应速度安全冗余。

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2.1.2后补贴时代我国新能源汽车已具备市场化基础

从2012年到2019年,新能源汽车产量从1.26万辆增长至124.19万辆,增长接近百倍。从初期的补贴驱动到现在回归市场化,动力电池价格下降近70%,能量密度提高了近50%,产业链实现了降本提质,已经初步具备了市场化基础。根据不同时期的政策导向、销量和市场特征,我们将我国过往新能源车的发展历程分为四个阶段:示范推广、爆发增长、精准扶持、补贴退坡回归市场。

2009-2013年示范推广期:拉开新能源车发展序幕。从2009年开始,科技部、财政部、发改委和工信部启动“十城千辆节能与新能源汽车示范推广应用工程”,用三年时间,每年发展10个城市推出1000辆新能源汽车,并给予一次性财政补贴。由此,我国新能源车的发展序幕拉开,到2012年新能源车总产量达到1.26万辆。

​【华安新能源·行业深度】锂电池面向新能源车、储能、铅酸替代的万亿空间—新能源锂电池系列报告之一--总篇2013-2015年爆发增长期:补贴初期,产量成倍增长。2013年,四部委发部《关于继续开展新能源汽车推广应用的通知》,继续依托示范城市推广新能源汽车,对消费者购买新能源车给予补助。在大力补贴下,新能源汽车产量成倍增长,14/15年均同比增长400%以上。到2015年新能源车总产量达到34.05万辆。该时期补贴刚刚启动,补贴额仅根据续航里程而定,最高级别里程要求为250km。一时间乱象频出,出现虚报里程数、倒手买卖、电池重新利用等现象;并且初期行业标准缺失,电池质量也参差不齐,整个产业链呈现无序发展状态。2016年年初财政部对90多家新能源汽车生产企业进行专项检查,9月份曝光了苏州吉姆西客车等5家新能源汽车生产企业意图骗补超10亿元。

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2016-2018年精准扶持期:补贴标准逐步严苛细化,产销稳步增长。经过前期的无序发展,在2015年和2016年《汽车动力蓄电池行业规范条件》、《锂离子电池行业规范条件》、《电动汽车充电接口及通信协议国家标准》、《汽车动力电池行业规范条件》等各项行业标准及规范陆续发出,行业发展逐步规范。2016年12月,四部委调整新能源车补贴,首次将电池系统能量密度纳入考核标准;此后,补贴政策向高能量密度、高续航里程方向发展。在政策的精准扶持下,行业呈现更为健康良好的发展态势,新能源车产量稳步增长,2016/2017/2018年同比增长51.8%/53.6%/60.0%,到2018年我国新能源汽车产量达到127.05万辆。

2019至今补贴退坡:补贴效应弱化,行业将迎来市场化发展。2019年3月四部委出台《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》,公布了2019年补贴方案,续航里程和能量密度门槛提高,补贴额度相比于2018年退坡50-70%,其中3月26日至6月25日为过渡期,符合19年相应标准的按18年的0.6倍进行补贴。补贴大幅退坡叠加燃油车国五清仓的挤出效应,2019全年新能源汽车产量为124.19万辆,同比微降2.3%。2020年初遭遇新冠疫情,上半年新能源汽车产量为39.69万辆,同比下降35.3%。考虑诸多因素,2020年4月23日四部委继续出台政策,将补贴政策期限延长至2022年底,2020-2022年分别在上一年基础上退坡10%、20%、30%。在此期间,新能源汽车产销承压,产业链降本提速,动力电池19年价格降幅在20%以上;同时补贴效应弱化,高能量密度的三元路线之外,具备成本优势的磷酸铁锂路线也有所发展。

​【华安新能源·行业深度】锂电池面向新能源车、储能、铅酸替代的万亿空间—新能源锂电池系列报告之一--总篇经过过去7年的补贴发展,产业链已经实现降本提质,具备了市场化基础。7年间,动力电池价格下降近70%,能量密度提高了近50%。14年动力电池价格在2.7-2.7元/Wh之间,20年中NCM在0.91-0.98元/Wh,LFP在0.8元/Wh左右,总降幅分为为67%和71%。尤其在2016-2018年间,LFP电池价格由2.55元/Wh下降至1.15元/Wh,降幅55%;NCM电池价格由2.25元/Wh下降至1.20元/Wh,降幅47%。电池包能量密度从17年初的90-120Wh/kg提升至当前的160Wh/kg左右,提升了近50%。当前新能源车续航已能达到600km以上,价格在智能化和优质驾驶体验的加成下也初具竞争力。

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2.1.3双积分与碳排放强力护航,欧洲补贴政策开始发力

站在当前时点纵观国内,补贴效应弱化,双积分政策将持续为新能源汽车发展提供长期保障;横观全球,欧洲碳排放标准与双积分异曲同工,20年迎来关键阶段。此外,欧洲各国纷纷出台补贴政策,更是锦上添花。从政策角度看,新能源汽车的短中长期发展均得到了充分保障。

国内:后补贴时代,双积分政策继续保驾护航提供长期保障。2020年6月22日,工信部发布修订版“双积分”政策,明确了2021-2023年新能源汽车积分比例要求,分别为14%、16%、18%。“双积分”政策最先于2017年9月发布,其中双积分指“平均燃油消耗量积分+新能源汽车积分”,实质是通过建立积分交易机制,形成促进节能与新能源汽车协调发展的市场化机制。在2020年新规中,积分比例要求有所提升,积分算法趋严,加宽了传统能源乘用车的界定范围;这些都为新能源汽车的长远发展提供了强有力的保障。

​【华安新能源·行业深度】锂电池面向新能源车、储能、铅酸替代的万亿空间—新能源锂电池系列报告之一--总篇欧洲碳排放标准对新能源车占比做长期指引,20年迎来关键节点。20年迎来碳排放法规关键节点,要求95%的车辆达到碳排放95g/km的标准。按平均碳排放120g/km算,95g/km标准下,每卖出一辆燃油车将面临2375欧元罚款,一台新能源车带来的碳税空间为9025欧元。不考虑多计辆数的核算方案,95g/km的碳税约对应20%渗透率,80.8g/km约对应33%渗透率。

​【华安新能源·行业深度】锂电池面向新能源车、储能、铅酸替代的万亿空间—新能源锂电池系列报告之一--总篇欧洲各国补贴政策纷至沓来,全方位支持新能源车发展。挪威、德国、英国、法国、比利时、丹麦、芬兰、意大利、西班牙、瑞典、荷兰等欧洲国家均有对新能源汽车的补贴及免税政策,疫情影响下,更是纷纷出台刺激计划,多国实现新能源车购买平价。此外,德国、丹麦、西班牙、瑞典等国还有免费停车等路权优惠政策。

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2.1.4新势力与传统车企共舞,20年开启新元年

今年迎来特斯拉国产化,并且以蔚来、小鹏、理想为代表的国产新势力也开始放量交付。传统车企业纷纷转向新能源,积极布局电动化平台,新车型也即将爆发。车企方面,优质供给丰富将带动市场需求,有望将新能源车带入全新发展阶段。

特斯拉国产化和国产新势力放量,提高市场活力。从上半年月度数据来看,特斯拉和以蔚来、小鹏、理想为代表的国产新势力销量稳步增长。2020年H1特斯拉销量为4.64万辆,市场份额为14.03%;蔚来/理想/威马/小鹏/哪吒销量分别为1.42/0.95/0.77/0.47/0.48万辆,合计市场份额为12.36%。尽管20年新能源车整体销量同比下滑,这部分新势力的销量一定程度上是纯增量,提高了市场活力,利好长期发展。

​【华安新能源·行业深度】锂电池面向新能源车、储能、铅酸替代的万亿空间—新能源锂电池系列报告之一--总篇传统车企转向新能源,积极布局电动化平台。电气化趋势下,传统车企也积极开发电动化平台,针对性对电动车进行布局,包括大众的MEB、戴姆勒的EVA、通用的BEV3、丰田的e-TNGA等。从车型角度,20-21年也即将迎来ID.4、EQ系列、i3、凯迪拉克LYRIQ等新车上市。传统车企的加入,从品牌效应和供给丰富的角度都为新能源车的发展提供了极大助力。

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2.1.5即将迎来黄金增长,十年近万亿成长空间

2019年我国新能源汽车销量121万辆,对应渗透率4.7%;全球新能源汽车销量221万辆,对应渗透率2.3%。从渗透率看,整个新能源车行业仍在“S”曲线前段,正处行业发展初期,即将迎来黄金增长期。我们预计到2025年我国新能源汽车产销量将超过500万辆,全球超1500万辆,对应约16%的渗透率,相当于现在4-5倍成长空间;到2030年全球产销量或达3000万辆,对应30%的渗透率,相当于现在10倍的成长空间。

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市场空间来看,2019年我国动力电池市场超600亿元,全球超1200亿元;随着电池技术迭代、规模迅速扩大、成本下降,预计2025年,全球动力电池市场空间将超过5000亿元,2030年将近9000亿元,十年七倍市场空间;其中正极市场空间2630亿元、负极890亿元、隔膜610亿元、电解液520亿元。

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2.2

储能:近看5G基站,远看新能源替代

2.2.15G基站建设高峰带来储能市场未来五年确定性增量

预计我国5G基站带来的储能市场空间超千亿。根据运营商实测,5G基站的单站功耗为4G基站的2.5-3.5倍,目前单站满载功率达到3700W,按单个基站备用电源4h测算,单站对应的储能需求为14.8kWh。5G的频率高、功率衰减快、传输距离短,若实现全覆盖,所需基站数目为4G的3倍左右。2019年末,我国4G基站总数达到544万个,未来5G基站或将超过1200万个,对应177GWh的储能需求空间。以0.6元/Wh测算,对应1066亿市场空间。

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未来3-5年为基站建设高峰,年均超10GWh需求。2019年底,我国5G基站数为13万个;2020年中国电信和中国联通确定合建25万座5G基站,中国移动计划建成30万个,合计55万个5G基站为确定性规划。假设2020/2021/2022年新增5G基站分别为70/110/120万个,对应10.36/16.28/17.76GWh储能需求。

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中国移动、中国铁塔等公司已经开始了基站用储能电池的招标,目前公开的相关招标项目几乎全部为磷酸铁锂电池。以中国移动4月28日公示的中标情况为例,集采的磷酸铁锂电池共计6.102亿Ah(3.2V),对应1.95GWh,采购需求满足期为一年。最高中标价为力郎电池的14.54亿元,对应投标单价0.74元/Wh;最低中标价为中天科技的12.91亿元,对应投标单价0.66元/Wh。

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2.2.2新能源发电催长储能需求,锂电池成为有效解决方案

发电端新能源发电比例的提升和用电端充电桩、5G基站、数据中心等高耗能行业的发展,对于电网的调节能力或储能都提出了更高的需求。电池储能的灵活便利性优势一直是其他储能方式无法比拟的,而新能源汽车的蓬勃发展培育了完善的锂电产业链,使得低成本可靠的电化学储能具备了规模化条件。

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和其他储能方式相比,锂电池具备诸多优势,前景广阔储能方式整体可以分为机械储能和电化学储能及电磁储能。机械储能以抽水蓄能为主,技术成熟、成本低、规模大,但响应时间较长,且对地理位置依赖性强。相比之下,电化学储能具有响应迅速、效率高等优点。而在电化学储能中,锂电能量密度高、循环效率高,规模可控、成本低、技术成熟。综合看来在储能方面,目前锂电池的应用最具前景。

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目前电化学储能占比不足4%,以锂离子电池为主。根据中关村储能产业技术联盟(CNESA)项目库的不完全统计,截止2018年12月底,全球已投运的储能项目累计装机规模为180.9GW。其中我国已投运累计装机规模为31.3GW,占总规模的17.3%。储能项目中,94%为抽水蓄能,其次为电化学储能3.6%,对应6.5GW。而在电化学储能中,锂离子电池占比86%,其次为铅蓄电池6%、钠硫电池6%、液流电池1%等。

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2.2.3多重商业模式下,锂电储能发展空间巨大

锂电作为储能的应用场景可分为三个层次考虑:一是单一模式下的峰谷套利;二是和新能源发电组合赋予其可调节性;三是提供电能质量管理以及作为备用电源。不同层次下锂电储能的价值体现逐步提高。三个层次下,对于锂电的利用程度逐次加深。

用户侧储能单一商业模式下的峰谷套利已经在部分地区具备商业价值。电能自身无法储存,发电端需要根据用电需求进行实时匹配,但即使是具备调节能力的火电,调节能力也有限,通常还会伴随一定的经济损失。在此背景下,根据用电需求量的不同,分为波峰和波谷,波峰电价更高,波谷电价更低。随着电力市场化交易的推进,实时电价将更加市场化,波峰波谷差价有望加大。锂电能够将电能转换为化学能进行储存,低买高卖,实现峰谷套利。假设锂电储能系统价格1.4元/Wh、寿命4000次,不考虑时间成本的情况下对应的度电储存成本仅为0.35元,再考虑86%全系统的充放电效率,约对应0.41元。参考北京市发改委19年3月29日印发的《关于调整本市一般工商业销售电价有关问题的通知》,北京城区一般工商业、大工业和农业生产用电,波峰波谷的电价差在0.58-1.15元,锂电储能已经有0.18-0.74元/kWh的套利空间。

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赋予新能源发电可调节性,提高经济效益,构建微电网。新能源发电有波动性,配备锂电储能能够提高利用小时数,增加有效发电量,提高经济效益。在电网层面,新能源发电的不可调节性限制了其应用占比;加配储能后在整个体系层面具备可调节性,大大拓宽了新能源发电的应用空间。此外,新能源+储能完全可以实现电力系统闭环,独立作为清洁能量来源,实现能源供给的独立性和可持续性。

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锂电还可提供电能质量管理,以及作为备用电源。功率型锂电在储能调频中占据优势,是当前主流。备用电源方面以数据中心为例,对于供电安全性要求极高,断电将带来巨大的经济损失。在电力突然中断时,备用发电机启动需要时间,备用电源在这时立马发挥作用保证电力的持续稳定供应。国际环保组织绿色和平和华北电力大学联合发布的《点亮绿色云端:中国数据中心能耗与可再生能源使用潜力研究》报告中指出,2018年中国数据中心总用电量1608.89亿千瓦时,预计到2023年将达到2667.91亿千瓦时。按备用时间0.5h测算,2018年数据中心对应的储能需求约9.18GWh,2023年对应15.23GWh。

2.3
锂电成本下降后打开了铅酸电池数千亿替代空间

锂离子电池性能和使用成本均优于铅酸电池,替代大势所趋。锂离子电池的能量密度可以达到铅酸电池的4倍,循环寿命也是铅酸电池的3-4倍,能量转换效率可达97%,还更加环保。同时,随着电池制造技术与生产规模的提升,锂离子电池的价格已经降至铅酸电池2倍甚至不到。目前,从单次循环使用成本来算,锂离子电池成本已经低于铅酸电池,锂离子电池在全应用场景替代铅酸电池是大势所趋。

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全球铅酸电池每年超500GWh出货量,对应超3000亿替代空间。2018年全球铅蓄电池出货量为510GWh,市场空间超3000亿。2019年中国铅蓄电池产量为202.5GWh,占比近40%。铅酸电池下游主要用于电动自行车等低速车、汽车启动电源以及其他便携式设备等。目前轻型动力电池占比33%,汽车启动用蓄电池占比45%,工业电池占比22%。在电动自行车等轻型动力领域锂电已经开始逐步替代,汽车启动电源方面有48V轻混提高经济性。若考虑锂电全部替代,按锂电0.7元/Wh价格测算,全球替代空间3570亿元,国内替代空间1417亿元。

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3

应用领域需求决定技术发展趋势

3.1
材料体系与生产工艺决定电池性能

锂离子电池的本质是利用锂离子参与的氧化还原反应实现电能和化学能的相互转换。在电池中,参与反应的活性材料为正极、负极以及电解液或电解质。锂电的评价指标包括能量密度、循环寿命、倍率性能、安全性能等。其中能量密度取决于正负极的相对电压和克容量,对于特定的材料体系,理论电压和理论容量都是一定的。

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材料体系的更迭必须建立在安全稳定的基础上。锂金属电池首次于1912年被Gilbert N. Lewis提出并研究,到1970s“摇椅式”锂离子电池的研究,再到1991年Sony首次将钴酸锂作为正极实现锂离子电池的商业化。从首次研发到商业化的数十年间,锂电的材料体系发生了多次更迭与变化,正极从TiS2到LiCoO2,负极从最初的锂金属到石墨,电解液溶剂从PC体系到现在DMC/DEC/EMC体系,整个过程主要是往安全稳定方向发展。商业化后发展至今,正极除了传统的LiCoO2之外,还发展除了NCM、NCA、LiFePO4等;负极除了天然石墨和人造石墨,硅碳材料也有应用;电解液则是开发了各种添加剂甚至新型锂盐,在安全的基础上提高电池性能。

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生产工艺的进步对动力电池规模化生产起着极为关键的作用。锂电池生产工艺流程分为电芯、模组、电池包的生产,其中最主要的是电芯的工艺流程,电芯生产完成后,生产部门将每个模组需要的电芯、侧板、端板等组件进行配对、组装以及模块测试。再将对应的模组装入外壳,进行冷却系统及箱体的密封性测试,通过之后进行电池包的最终测试,合格之后入库。

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3.2
三元高镍趋势确定,铁锂将在储能和低续航车领域爆发、并继续向中高续航车渗透

磷酸铁锂在性价比和安全方面具备优势,三元在高能量密度方面占优。目前常见的正极材料主要有钴酸锂(LCO)、磷酸铁锂(LFP)和三元(NCM)。钴酸锂是最先商业化的正极材料,电压高、振实密度高、结构稳定、安全性好,但成本高且克容量低;磷酸铁锂克容量稍高于钴酸锂,成本低、安全性好,但电压较低、振实密度低,体积容量密度较低;三元材料根据镍钴锰的含量不同,容量和成本有所差异,整体能量密度高于磷酸铁锂和钴酸锂。镍含量越高、钴含量越低,克容量越高,初始原材料成本越低。

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从生产技术进步的发展趋势和行业竞争格局的角度,我们判断三元电池依旧是未来动力电池的主要技术路线。一方面续航里程焦虑是困扰新能源汽车发展最主要的问题,解决方式是提高电池的能量密度。三元电池这一技术指标的提升空间目前优于铁锂电池,技术研发人员通过增加电池正极材料镍的占比和固态锂电的技术发展已经让我们看到了解决这一问题的希望。另一方面参考生产技术发展的历史经验,新技术在取代旧技术的过程中,虽然在初期会面临成本较高,产品性能不够稳定,使用者的消费惯性和信任成本等诸多问题。但技术更迭这一过程基本是不可逆的,上述问题会随着产能释放后的规模效应,技术工艺逐步成熟和新产品渗透率的提升得以解决。

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三元材料根据其中镍钴锰三种元素的占比不同可以分为111、523、622和811,此外还有镍钴铝三元NCA(常见配比为8:1.5:0.5)。镍含量越高,材料的克容量越高,对应的电池模组能量密度也越高,但相应的工艺难度也越大,安全性挑战也越高。从成本角度看,三元材料中原材料成本占比接近90%,在原材料中钴价格波动大,成本占比高。NCM811相比于NCM523钴含量由12.2%降至6.1%,每kWh的需求量由212g下降到91g,材料上的成本优势显著。随着高镍三元技术持续精进,规模扩大,其成本优势和能量密度优势将愈发突出。根据高工锂电数据,2020年H1我国三元材料出货量为8.6万吨,其中8系及NCA占比17.3%,占比同比去年增长4.5个百分点。

磷酸铁锂将凭借其性价比和安全性优势在储能、低续航乘用车等领域发新活力,并继续向中高续航车渗透。磷酸铁锂的橄榄石结构稳定,热失控温度高,循环稳定性好,安全性能好;同时由于磷酸铁锂不含钴等贵重金属,价格低廉,成本优势显著。在储能领域,对能量密度的要求相对不高,但对安全性和成本敏感度高,磷酸铁锂优势显著;以5G基站储能为代表,公开招标基本均为磷酸铁锂电池。乘用车续航300-400km及以下时,磷酸铁锂的能量密度足够,将凭借其性价比和安全优势占据市场份额,同时继续向400km以上续航车渗透。此前在补贴政策驱动下,三元凭借高能量密度获得更多补贴迅速占领市场;后补贴时代,磷酸铁锂有望回暖。从20年工信部乘用车推广目录看,磷酸铁锂乘用车车型占比显著高于18和19年;专用车磷酸铁锂占比提升趋势也十分明显;客车领域由于其更高的安全性要求及大容量电池成本考量,一直是磷酸铁锂为主。

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3.3

动力软包崛起,看好方形结构创新

根据电池不同的封装形态可以分为圆柱电池、方形电池和软包电池。圆柱和方形使用钢壳或铝壳作为外壳,软包使用铝塑膜作为外壳。圆柱电池主要采用卷绕的生产工艺,工艺成熟、一致性好、良率高,并且强度高、组合灵活;缺点在于电池管理系统复杂和成组效率低,生产厂家代表为松下。方形电池主要采取方形卷绕生产,成组效率高,但型号多,定制化程度较高,主要代表厂家为宁德时代。软包电池主要采取叠片工艺,设计灵活,重量轻,不易爆炸,能量密度高,但强度较低,主要代表厂家为LGC。

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由于其安全性和高能量密度特性,动力软包有望随着头部厂家放量持续扩大份额。由于软包电池具备高能量密度和高安全性,并且设计灵活,在以手机为代表的消费电子领域已经实现了对方形电池的替代。在动力电池领域,随着LGC、孚能等头部厂家的产能释放,软包份额有望持续提升。2018年,全球软包动力电池出货量为23.1GWh,同比增长73.7%,高于全球动力电池出货量增速。2019年,软包龙头LGC装机量12.33GWh,同比增速64%。GGII预计,到2025年,全球软包电池出货量达到222.4GWh,较2018年复合增长率为38%。

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看好以“CTP”和“刀片”为代表的方形电池结构创新带来的能量密度提高和成本下降。传统的电池包是由电芯和金属盖板端板、线束、粘合剂、导电胶、模组控制单元等部件组合形成一个电池模组,再由模组构成电池包(Pack)。在这样的三层结构里面,模组起到了保护支撑并集成电芯的作用,也有助于温度控制和便于维修。但模组的存在使得整个电池包空间利用率下降,导致了成组效率较低。方形电池的优势在于强度适中,随着技术成熟一致性变高,可以开发无模组技术继续提高空间利用率。宁德时代CTP技术由于省去了模组的线束、盖板等零部件,将整个电池包零件数量减少了40%,生产效率提升了50%,系统能量密度提升了10-15%。比亚迪的刀片电池则是基于更大体积更大容量的单体电芯,再通过少数几个大模组组成电池包,将空间利用率提高了50%。

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4

动力电池多寡头逐步稳定,潜力企业加速提升

从近年来全球动力电池的出货份额来看,中日韩企业牢牢占据前十名额,CR10占比在80%以上,主要玩家为中国的宁德时代、比亚迪,日本的松下,韩国的LG化学、三星SDI、SKI,进入电池行业早、技术积累深厚、不断投入进行产品迭代、规模成本优势明显、绑定整车厂客户,头部效应显著,逐步形成多寡头稳定态势。

其中宁德时代随着近年来中国新能源车的高速发展,长期保持出货量第一,2020年上半年受到国内疫情影响出货量有所下滑;而同时得益于全球电动化车型的放量,以及特斯拉国产和欧洲新能源车的快速上量,LG化学的出货量迅速上升,份额暂时超越宁德时代。

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而从国内动力电池的格局来看,伴随着国内新能源车由补贴驱动到需求驱动的过程中,动力电池企业也经历着大浪淘沙后的绝对龙头宁德时代、自供为主的比亚迪、以及少数几个潜在上升的第二梯队,如国轩高科、中航锂电、孚能、亿纬锂能、欣旺达等。2019年行业CR10为89.3%、CR5为81.9%;2020年1-7月行业CR10达到了93.3%、CR5达到了85.1%,集中度进一步提升,竞争愈发激烈。

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在激烈的竞争中,逐步形成较稳定的整车厂和电池厂商的供应矩阵,同时也在相互博弈相互交织。中国电池厂商占据国内市场并积极出海建厂抢占海外市场;日韩电池厂在占据了海外车企的供应链后,在经历过先前国内政策限制之后,也逐步进入国内市场竞争。

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  • 宁德时代:国内乃至全球最大动力电池企业,国内份额超过一半,几乎覆盖所有的国内自主及合资整车厂,配套海外宝马、戴姆勒、大众、丰田、PSA、现代等,新进入特斯拉供应链,并且进入欧洲建立生产基地。

  • 比亚迪:国内仅次于宁德时代的动力电池企业,推出了磷酸铁锂刀片电池,带来能量密度提升及成本下降,但是电池目前主要供应比亚迪新能源车,逐步供应其他整车厂,并且与丰田开展合作建立供应关系。

  • LG化学:全球广泛配套整车厂,占据主要份额,受益于特斯拉国产、未来大众MEB放量,国内与吉利建立合资企业,且在国内扩产布局。

  • 松下:由单一供应特斯拉,到与丰田建立战略关系,配套丰田。

  • 三星SDI:新能源车发展早期时主要配套宝马、大众、戴姆勒的燃油改版新能源车,而后落后为小份额供应商。

  • SKI:现代起亚、戴姆勒建立供应关系,不断在中国、欧美进行扩产,是大众MEB北美的主要供应商,未来受益于MEB放量,同时在中国也在积极建立合资公司扩大供应范围。

在国内外市场的争夺下,在中国本土电池供应商与日韩供应商的交锋下,也在整车厂与电池厂的博弈下,仍有部分有潜力的电池厂想凭借绑定主流整车厂来提升份额。大众入股国轩高科,戴姆勒入股孚能,一方面反映了整车厂对于动力电池供应链安全的忧虑,逐步从与供应商合作保证电池供应,到自研掌握核心技术,最终自产自有动力电池;另一方面动力电池供应商会因为绑定头部整车厂而有一个技术和市场的提升空间,有望跻身动力电池第一梯队。

5

相关公司

5.1
宁德时代

公司是全球领先的动力电池系统提供商,业务主要覆盖新能源汽车的动力电池系统、储能系统和锂电池材料领域,致力于为全球新能源应用提供一流解决方案。2019年公司国内动力电池装机量为31.71GWh,市占率为51.0%,排名第一。

国内市场方面,公司与宇通集团、上汽集团、北汽集团、吉利集团等行业内龙头车企保持长期战略合作。国际市场方面,公司已经进入宝马、大众、戴姆勒集团等国际一流厂商的供应链体系,是国内首家为国际车厂配套的动力电池企业。2018年3月公司与大众达成战略合作,获得200亿欧元电池订单,公司的产品将应用于大众的纯电动汽车、MQB的混合动力以及MEB平台的新能源汽车。2018年7月公司与宝马签署310亿人民币的订单,为大众德国埃尔福特新工厂与中国工厂提供动力电池。2019年9月与奔驰母公司戴姆勒签署全球动力电池采购协议。2020年2月公司拟与特斯拉签订协议,将向特斯拉供应锂离子动力电池产品。2019年公司实现营收457.88亿元,同比增长54.63%,归母净利润为45.60亿元,同比增长34.64%;动力电池系统营收385.84亿元,同比增长57.38%。

5.2
比亚迪

公司主要从事包含新能源汽车及传统燃油汽车在内的汽车业务、手机部件及组装业务、二次充电电池及光伏业务,并积极拓展城市轨道交通业务领域。

在新能源汽车领域,公司推进王朝系列车型的更新换代,发布的数款车型凭借优异的性能和外观赢得市场好评。2019年元EV、唐DM分别位列中国新能源汽车销量前五名。公司纯电动大巴在全国众多城市继续投入运营,并向英国、智利、荷兰、挪威等海外国家完成了电动大巴的交付。2019年公司与丰田汽车公司就成立纯电动车研发公司签订合资协议。通过与丰田的合作,将综合提升产品研发能力及品质控制能力,进一步巩固电动汽车的核心技术,助力打开集团零部件的海外供应。此外也与华为签署全面战略合作协议,双方在汽车智能网联、智能驾驶等领域开展深度交流与合作。公司2019年实现营业收入1277.39亿元,同比下降1.78%,归属于上市公司股东的净利润为16.14亿元,同比下降41.93%。

5.3
孚能科技

公司是新能源汽车动力电池系统整体技术方案的提供商,也是高性能动力电池系统的生产商。2019年孚能科技动力电池装机量为1205.6MWh,位居全国第七;在软包电池领域,公司产品出货量和装机量连续两年排名全国第一。

产品研发方面,公司核心产品三元软包动力电池性能优异,同时已经开始量产能量密度285Wh/kg的电芯产品,产品性能处于行业领先水平。2018年公司成为戴姆勒、北京奔驰动力电池供应商,其他客户包括广汽、吉利、长安等国内知名整车企业。产能方面,目前孚能科技拥有江西赣州、江苏镇江与德国三大生产基地。公司2019年实现营业收入24.50亿元,同期增长7.65%,归属于母公司股东的净利润为1.31亿元,同期增长267.78%。

5.4
亿纬锂能

公司是国内锂原电池行业龙头,锂离子电池技术行业领先,业务主要包括消费电池和动力电池的研发、生产和销售。2019年国内动力电池装机量1.74GWh,市占率为2.8%,排名第五。

公司与南京金龙集团、东风集团、吉利集团、宇通集团等行业内龙头车企展开新能源汽车电池的长期战略合作。2018年8月,公司与戴姆勒签订多年供货协议,在10年内为戴姆勒提供零部件供应。2020年7月,公司与宝马签署了合作协议,公司将成为华晨宝马继宁德时代后的第二家电池合作供应商。2019年公司营业收入为64.12亿元,同比上涨47.35%,归属于上市公司股东的净利润为15.22亿元,同比增长166.69%,锂原电池业务营收18.92亿元,同比上升57.61%,锂离子电池业务营收45.20亿元,同比上升43.45%。

5.5
欣旺达

公司是从事锂离子电池模组研发制造业务的企业,业务覆盖手机数码、笔记本电脑、智能硬件和动力电池等领域。2019年公司动力电池出货量达0.65GWh,首次进入全国前十,动力电池营业收入达到8.49亿元。

技术研发上,公司自主研发的三元锂电池获得多家客户奖项与荣誉,已量产的BEV动力电芯产品,能量密度达到224Wh/kg。产业链建设上,公司已形成石龙仔工业园、光明工业园、博罗工业园、印度工业园等多个产业基地。公司已出货的动力电池客户主要是吉利、东风柳汽、小鹏汽车等,目前也与雷诺日产展开合作,为其相关车型提供动力电池。2019年公司实现营业收入252.41亿元,同比上涨24.10%,归属于上市公司股东的净利润为7.51亿元,同比增长7.06%。

5.6
国轩高科

公司从事新能源汽车动力锂电池自主研发、生产和销售,产品应用于纯电动、混合动力等新能源汽车领域。2019年公司国内动力电池装机量为3.2Gwh,市占率为5.2%,排名第三,仅次于宁德时代、比亚迪。

公司先后与北汽、上汽、江淮、奇瑞、长安、吉利、宇通、中通等国内优秀整车建立战略合作,和华为签订协议开展锂电领域多方探讨和战略合作,与BOSCH、TATA、荷兰Ebusco等国际客户达成合作。2020年5月,拟向中国大众定增募资不低于60亿元,定增及股份转让完成后,中国大众持有国轩高科的股权占比26.47%,成为第一大股东。2019年公司营业收入为49.59亿元,同比下降3.28%,其中动力锂电池业务营收43.21亿元,同比下降5.24%,营收占比87.14%。

5.7
鹏辉能源

公司主要业务为锂离子电池、一次电池、镍氢电池的研发、生产和销售,业务范围覆盖数码消费类电池、新能源汽车动力电池系统及配套交流直流充电桩、通信储能、家用储能系统、大型离并网式储能系统以及轻型动力等领域。

公司近年加大新能源汽车生产研发投入,凭借核心竞争力产品,获得了战略合作客户上汽通用五菱的大批量订单。近年成功研发出行业领先的6C快充电池产品、720km超长续航软包动力电池、48V磷酸铁锂体系启停电池,为公司在新能源汽车动力电池领域的快速拓展提供了充足的技术支持。公司已经进入中国铁塔供应商名录,直接向中国铁塔大批量供应基站后备电源,基站后备电源出货量获得了较大的增长。2019年公司实现营业收入33.08亿元,同比上涨28.80%,归属于上市公司股东的净利润为1.68亿元,同比下降36.46%。

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风险提示

新能源汽车发展不及预期。若新能源汽车发展增速放缓不及预期,产业政策临时性变化,补贴退坡幅度和执行时间预期若发生变化,对新能源汽车产销量造成冲击,直接影响行业发展。

储能、铅酸替代进展不及预期。若锂电池成本降幅不及预期,相关政策执行力度减弱,无法对铅酸电池的形成有效替代。

行业竞争激烈,产品价格下降超出预期。可能存在产品市占率下降、产品价格下降超出预期等情况。

产能扩张不及预期、产品开发不及预期。若建立新产能进度落后,新产品开发落后,造成供应链风险与产品量产上市风险。

原材料价格波动。原材料主要为锂、钴、镍等金属,价格波动直接影响盈利水平。

原文始发于微信公众号(华安证券研究):​【华安新能源·行业深度】锂电池面向新能源车、储能、铅酸替代的万亿空间—新能源锂电池系列报告之一–总篇

 

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