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第三章 锂电产业链 三、中游 1.BMS 1.1BMS发展情况 BMS，电池管理系统，是电池与用户之间的纽带，主要对象是二次电池，主要就是为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电，是锂电池组内承载“大脑和管家”功能的不可或缺的核心部件，能够时刻监控电池的使用状态，通过必要措施缓解电池组的不一致性，为锂电池的使用安全提供保障，并延长锂电池的使用寿命。随着应用范围更为广泛，应用场景更为复杂，锂电池低温适应性差，过充过放时产生不可逆损坏等缺陷暴露出来，此时，锂电池组中的BMS重要性凸显。 
1.2BMS发展趋势 目前涉足BMS领域的主要是三类企业：整车企业、锂电池企业和专业第三方BMS企业，三者数量比例约为6:2:2，整车企业和锂电池企业规模更大，业务板块更丰富，在资金和客户资源方面有一定优势；专业第三方BMS企业注重人才引进与培养，业务上对大量电芯的标定积累了丰富数据，并具有多种不同车型的工况数据，因而具有人才、研发和信息方面的显著优势。  1）软件技术和数据方面，专业的第三方BMS企业在BMS的竞争力相较于其他两类企业优势明显。 2）生产制造方面，第三方BMS企业专注BMS研产销，未来的规模化效应将进一步凸显，同时自有生产线在艺水平和交付能力方面也更有保障。 3）此外，国家正在积极推进新能源汽车相关产业行业标准，BMS 即是重点研究对象之一，专业第三方BMS企业凭借其技术优势将在 行业标准化进程中居于相对有利地位。 所以未来，相比于整车企业和锂电池企业，专业第三方BMS企业因其专业性，将更具备市场竞争力。 2.锂电生产设备 2.1锂电设备发展情况 锂电设备泛指在锂电池生产过程中使用的各种制造设备。锂电设备对锂电池性能和成本有重大影响，是决定因素之一。锂电池生产工艺较长，生产过程有50多道工序，相应需要50多种设备来完成各道工序的制造。  早期，国内锂电池设备基本依靠进口日本企业产品。国内锂电设备生产企业的出现始于2000年后，很多主要的锂电设备制造企业都在2005年前后才进入锂电池设备制造行业。先靠着对日韩产品的模仿，定位中低端市场。近几年来一些优秀的锂电设备企业已经开始自主创新征程，国产锂电设备的技术水平也在快速进步。 2.2锂电生产设备市场情况 据统计，2014-2016年国产锂电设备市场规模分别为38、75、130亿元，年均同比接近100%增长，并预计到2020年，国产设备规模达到285亿元，国产化率提高到80%左右，相比2013年年均复合增速为 40%。  根据全球的动力电池需求量的测算，假设到 2025年全球动力电池汽车渗透率达到 15%-20%，按每1GWh动力电池投资4-5亿元推算，年均锂电设备市场规模400-600亿元 ，相当于2016年市场规模的2倍多。假设到2030年全球动力电池汽车渗透率达到50%，再按1GWh 动力电池投资额5亿元推算，全球年均锂电设备市场规模为1000亿元。 2014年以来，由于新能源汽车的快速发展，锂电池供不应求，电芯厂纷纷扩大投资，对锂电设备行业拉动作用明显，行业规模迅速扩大，龙头公司产值大增，新嘉拓销售额达到 3.6 亿，成为行业内首家锂电设备销售过3亿的公司。步入2015年，随着先导股份和赢合科技登陆资本市场，锂电设备行业将步入一个新的发展阶段。  2.3锂电生产设备发展趋势 总结业内知名锂电生产设备公司的发展历程，可以看到两种发展趋势：一类公司走专业化发展道路，集中研发生产一类产品，在单品上建立起了牢固的优势，并不断创新，树立起业内陆位。另一类公司在单品上建立优势后，迅速向其他锂电设备扩展，意图打造一体化锂电设备生产厂商。 锂电生产设备未来将向着自动化、智能化、高精度方向发展。虽然国产化锂电设备已经取得巨大成绩，但目前为止国产设备的技术水平还相对较弱，自动化程度不高，部分大型电池厂商仍需要进口国外设备。随着动力锂电池成为锂电池发展的重心，锂电设备的自动化和智能化成为必然要求。 四、下游 1.动力锂电 1.1动力锂电池基本情况 受益于新能源汽车行业大发展，动力电池需求量不断攀升。2015年我国动力锂电池装机量仅16.04GWh，到2016年，装机量已经飙升到27.73GWh。而2017年，动力电池装机量继续高增长，合计约33.55GWh，相比于2015年，增长已超过100%。双积分政策落地后，新能源车企将加快产业布局，新能源汽车产销量将继续保持高增长。  从动力锂电池生产企业来看，截止到2017年末，产能集中的趋势进一步明朗，据统计，2017年装机量超过5GWh的只有CATL和比亚迪这2家厂商，其中，CATL以9GWh占据了29.41%的市场份额，比亚迪以5.4GWh占比16.12%，2家厂商处于第1梯队，以较大幅度领先其他电池厂商，排名第三位的沃特玛市占率占比不及比亚迪的一半，仅为6.00%。前20强电池厂商合计装机28.86GWh，市场份额合计86.02%，  而从数量上看，行业洗牌已经开始，经过2014-2016年的疯狂增长后，动力电池企业将面临产能过剩和行业整合的冲击，会有大量生产企业面临淘汰，预计到2020年仅有20家左右的动力电池生产企业。  从各类型锂离子电池来看，2017年磷酸铁锂电池实现装机16.33GWh，占比48.68%，依然保持着第一的为主，但是比重较上一年度有了大幅度下降，绝对量与上一年度相比也是明显下降。NCM三元电池实现装机15GWh，占比44.71%，绝对量同比增长翻了一番有余，比重也有了大幅度提高。  从各类车辆市场来看，2017年纯电动乘用车市场实现锂电装机12.74GWh，首次排名榜首，占比37.96%，同比增长60.79%；纯电动客车市场实现装机12.33GWh，退居次席，占比36.76%，同比下降18.76%，是唯一一个同比下降的细分市场；纯电动专用车市场实现装机6.19GWh，占比18.45%，同比增长高达99.75%，是增速最快的细分市场。插混乘用车市场实现装机1.66GWh，同比增长58.62%，大致保持与纯电动乘用车市场同步增长。  1.2动力电池发展趋势 1）三元电池路线将快速占据统治地位：2017年电池路线拉开了大转向的序幕，三元路线快速占据主导地位。补贴与电池能量密度挂钩之后，三元路线的快速上位超出了多数人预计，如果现有政策趋势维持不变，预计2018年及以后，磷酸铁锂路线将会逐步退出电动汽车市场。  2）动力电池生产商洗牌加剧：对于锂电装机市场，2017年是个深度调整的年份，拉开了行业大洗牌的序幕主要原因：补贴首次与能量密度挂钩，开启了技术相对落后的电池厂商被强制淘汰的进程。预计2018年及以后，优秀电池厂商会逐步体现出优势，行业走向健康发展轨道。 2.1储能锂电市场情况 近年来，随着电源投资不断向清洁能源倾斜，可再生能源装机容量比重及发电量比重均明显提高。但是，风能、太阳能等可再生能源具有不连续、不稳定、不可控的非稳态特性，这决定了迫切需要大规模储能技术参与调节。储能主要应用于电力的削峰填谷、新能源发电的平滑入围以及分布式发电的节。可以说，储能是新能源进一步发展的有效支撑。 储能技术主要分为物理储能（如抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能等）、化学储能（如铅酸电池、全钒液流电池、钠硫电池、锂离子电池）和电磁储能（如超导电磁储能、超级电容器储能等）三大类。在化学储能领域，铅酸电池的使用历史最久，目前仍是主流，在世界上应用广泛，性价比高，成本最低，但能量密度也不高。 在政策的支持下，2016年，我国储能锂离子电池产业延续了此前快速发展的势头。电化学储能项目的累计装机规模为389.8MW，占总储能市场规模比例为1.3%，较上一年增长0.2个百分点。2017年，中国新增投运电化学储能项目的功率规模为121MW，同比增速超过15%。 锂电池在储能上的技术应用主要围绕在电网储能（电力辅助服务、可再生能源并网、削峰填谷等）、基站备用电源、家庭光储系统、电动汽车光储式充电站等领域。 2.2储能锂电市场规模 据统计，2016年我国储能市场锂离子电池的需求量约为3.79 GWh，到2018年，我国储能市场锂离子电池的需求量将达到8.21GWh。未来两年，储能锂离子电池累计需求将达到13.66GWh。 从应用分布上看，新增投运项目全部应用在集中式可再生能源并网、辅助服务和用户侧领域。其中，用户侧领域的功率规模最大，超过70MW，辅助服务领域的同比增速最大，接近1000%。 从技术分布上看，锂离子电池和铅蓄电池的功率规模基本持平，比重分别为51%和49%，同时铅蓄电池的同比增速最大，超过81%。虽然铅蓄电池价格低廉、性能稳定，但是其循环寿命底，一般为300-600次，且在回收过程中铅对环境有严重的污染，因此综合各种电池的优劣，锂电池由于产业链相对成熟，安全可靠以及环境友好，将逐渐成为储能电站的首选，以磷酸铁锂和经梯级利用、再生利用后的低成本锂电池产品为主。 2.3储能锂电池发展趋势 1）电网储能：实现可再生能源并网、电网电力辅助服务以及削峰填谷。 2）基站备用电源：中国通信市场已经进入新的发展时期，预计到2020年，储能在基站备用电源应用的累计市场装机容量为23.5GWH。随着锂离子电池性能提升和成本大幅下降，届时锂电池的渗透率有望达到80%以上。 3）家庭光储系统：分布式“光伏+储能”商业模式将作为我国未来能源建设的着重发力点，可实现居民和商业用户侧电力自发自用、多余电力上网的经济运作。 4）电动汽车充换储一体化：新能源汽车产业链的不断完善带动了充电站和充电桩建设的稳步推进，《电动汽车充电基础设施发展指南》指出，我国至2020年充电站和充电桩建设数量将分别达1.2万座和480万个，配套的储能设备需求将激增。同时，光储充电站的出现，有望进一步刺激对储能电池的需求。 3.消费电池 3.1消费电池发展情况 由于消费电子产品的内部空间有限，要求在有限的空间内尽量提升电池容量，所以电池的体积能量密度至关重要。能量密度由正负极材料决定，传统的铅酸蓄电池其体积能量密度最大也只能达到 150Wh/L，而磷酸铁的能量密度达到了300Wh/L左右的水平，广泛用于消费电子的钴酸锂的能量密度则进一步提升到的能量密度则进一步提升到600Wh/L以上，三元材料方面，由于其放电平台的电压下降较快，易低于手机截止电压 3.4V，所以一般用于新能源汽车，在消费电子领域仅在平板上有所应用。 3.2消费电池市场情况 消费锂电方面，2011-2014年，得益于智能终端的普及，消费锂电三年间的复合增长率达到26.00%。2015年之后，智能手机逐步进入存量替换时代，消费锂电市场的增速也开始放缓。我国是 3C 产品生产大国，过去几年受益于国内及海外市场需求的快速增长，出口与内销增速保持强劲，但是，随着3C电子产品的普及，市场已趋于成熟，市场新增量逐渐趋缓。
3.3消费电池发展趋势 1）更安全：2016年9月，三星GN7系列手机电池爆炸事件引起消费锂电池安全性讨论，所以，保证消费电池使用过程中的安全性，将成为消费电池未来发展的重要任务，而非一味提高续航能力。 2）大容量：在过去的几年内随着2G到4G的演变，智能机分辨率的不断提升，续航能力的问题也越发凸显。由于消费电池材料没有突破性进展，所以续航问题改善幅度有限。 3）新消费锂电：随着消费电子，尤其是无人机、可穿戴设备的推陈出新，新消费锂电需求随之增长。 4.电池回收 4.1电池回收发展情况 随着使用时间的增长，锂电池的容量、放电效率以及安全性等各方面性能均会出现明显下滑。对于已经不能满足当前应用需求的锂电池，回收可以有效发挥其“ 剩余价值 ”：对于应用于消费类场景的钴酸锂、三元材料锂电池，可以回收其中的锂、钴等金属元素及外壳；而对于结构和组分更加复杂的动力电池，则有梯次利用和原料回收两种模式：（1）容量无法满足新能源汽车要求，但循环寿命较长的动力电池，可通过梯次利用的模式用于储能领域；（2）对于循环寿命显著下降的电池，可提取其中的金属氧化物、有机电解液、塑料外壳等再生资源。 梯次利用是适用于废旧动力电池的一种高效节能的回收方式，通过延长利动力电池使用年限的方式实现经济性目标 。一般而言，当新能源汽车搭载的动力电池容量衰减至80%左右时，动力电池将被淘汰，但此时的动力电池仍然能用于储能设备，投放到商业住宅储能站、电动汽车充电储能站以及电信基站等场所。 资源回收可以有效收回锂电池成本，具有较强的经济性。通过原料回收，镍、钴、锰等金属元素可实现95%以上的回收率，而锂元素的回收率也在70%以上，经济效益显著。经由资源化回收，可以生产出镍、钴、锰及锂盐，甚至进一步产三元正极材料及前驱体，直接用于锂电池电芯制造，具有构建产业链闭环的重大意义。 4.2电池回收市场情况 在国家能源战略的指导规划下，2017年10月，国家发改委、财务部、科技部、工业和信息化部和国家能源局联合发布《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》，是我国出台的首个专门针对储能行业的政策文件。《意见》明确了储能在我国能源产业中的战略定位，并提出建立补偿机制，引导社会投资，推进市场改革；预计储能行业将在近年迎来政策支持高峰有望推动储能技术与相关产业加速发展。 伴随着动力电池技术的不断进步，整个产业链进入高速发展期；2013-2017年，新能源汽车的年销量由1.76万辆剧增至 77.7万辆。受到新能源汽车需求爆发的直接拉动，2014年以来动力电池出货量也呈现同步高速增长态势。业内预计2018年动力电池回收市场将迎来爆发，市场规模可达50亿元，到2023年动力电池回收市场规模将进一步发展至300亿元以上规模。 4.3电池回收发展趋势 1）磷酸铁锂-先发优势：磷酸铁锂电池是国内较早应用于新能源汽车的主要动力电池类型之一，因此也是率先退役的一批动力电池。宁德时代曾分别在 25℃、45℃、60℃的温度下进行实验，测试退役动力电池的使用寿命。综合考虑储能设备的使用条件，退役后的动力电池可继续作为储能电池使用至少五年。因此磷酸铁锂电池适用于梯次利用，可充分发挥其剩余价值，降低储能系统的建设成本。 2）三元电池的资源化回收综合效益高：相较于磷酸铁锂，三元材料电池寿命较短，且安全性存在一定风险，不适宜用于储能电站、通信基站后备电源等应用环境复杂的梯次利用领域。但三元正极材料因其成分和易还原性而具备很高的资源化回收价值 ：三元材料中主要金属镍、钴、锰的含量分别占12%、3%及5%金属总含量高达47%，含有高价金属元素，更具有直接资源化回收的价值具有较高的回收再利用价值。 4.4电池回收企业布局情况 在政策及市场的推动下，国内主要动力电池厂商及整车厂商纷纷涉足在动力电池回收领域 ，积极推动以生产者为主导锂电回收网络的构建和运维。诸如比亚迪、宁德时代、国轩高科等行业领先企业，已在动力电池回收领域较早布局，以其在储能、动力电池等应用场景的梯次利用为主的方式实现回收价值。 以专业第三方电池回收企业为主体的回收模式要求企业自建回收网络和物流渠道，将废旧动力电池统一收集到第三方处理中心进行集中处理。国内专业第三方电池回收企业有较多是从镍氢、镍铬等传统电池回收行业，以及相关的废弃资源综合再利用行业切入锂电回收领域，并已经在商业模式类似的消费类锂电池回收领域积累了一定的运营经验；以格林美、邦普集团等国内领先回收企业已经深耕锂电池回收领域多年，在行业中有较高的影响力和知名度；他们也已积累了较为成熟的回收技术，且具备危废处理资质，并在动力电池回收网络和处理技术方面率先布局，占据先发优势。 由于目前电池回收行业正处于发展前期，行业本身尚未产生激烈的竞争情况，但是，2017年5月，国家发布《车用动力电池回收利用拆解规范》，对动力电池的回收资质提出一些具体要求。未来随着相关政策的逐步落地，预期危险废物经营许可等电池回收相关资质将成为专业化处理企业的重要资产与竞争壁垒，目前已积极开展回收业务的企业未来极有可能提前拥有先发优势和资质优势，对后进企业设立较高的技术和资质壁垒，从而抢占市场份额。
第四章 锂电行业存在的问题与风险分析 一、专利技术问题 1）三元材料专利申请总体情况 三元材料全球申请量前十的申请人中有 7位为国外申请人。其中日本占据五席，丰田申请量位列第一，这与丰田在动力汽车上的投入有关；韩国占据两席，分别为LG和三星。值得一提的是，国内申请人中江苏科捷以23件位列第四，且在国内申请人排名中位列第一。国内锂电巨头比亚迪在国内申请人中排第2，申请量并不多，与其目前主要采用磷酸铁锂系动力电池有关，但比亚迪的三元材料也即将投入生产，三元材料的申请预计会逐渐增加。国内重要申请人中，高校院所江南大学、中南大学在三元材料上也具有一定的申请量。总体来看，国内三元材料申请比较分散，行业集中度差，并没有得到足够的发展，尤其是国内锂电龙头企业涉足较少，整体研究氛围不强，需要引起国内申请人的重视。 2）三元材料核心技术情况 纵观三元材料技术发展路线可知，三元材料的基础专利技术仍掌握在国外申请人手中。其中，美国3M公司、美国阿贡国家实验室（ANL），作为国际顶尖的电池材料企业，基础研发实力雄厚，拥有目前国际市场三元材料最核心专利技术。包括 LG、SK 等国际锂电企业都开始从 3M 手中获取该核心专利的授权。 目前国内取得3M公司授权的公司主要有：湖南瑞翔、当升科技、北大先行、中信国安盟固利、厦门钨业以及常州博杰新能源。 目前国内取得ANL公司授权的公司仅有北大先行和湖南瑞翔。 可见国内三元材料生产企业出海还是面临较为严峻的专利技术门槛。针对上述现状，国内企业一方面应该继续加强研发投入，增强自身核心竞争力，另一方面国内申请人应当积极组件自己的专利团队，提升专利撰写水平，并积极进行专利布局，尤其是海外专利布局，为今后在国际市场上的发展打好基础。 二、锂电技术发展趋势问题 1）充电锂电池OR燃料电池： 目前大部分专家倾向于充电锂电池，首先是动力锂电池技术目前较为成熟可靠，大规模应用较为安全，其次是因为电网是现成的，只需要建设一定数量的充电站，而且效率高，充电过程也令人觉得更可靠。而氢燃料电池的大部分基础设施必须从头建起，通过多余风能来电解水制氢，还需要一个较为复杂的装置，包括氢燃料的储存、运输，再分配到加氢站等一系列过程。氢燃料电池车虽具有稳定、高额的补贴，但事情市场化程度仍有待考验。就目前来看，通过技术创新，锂电池能量密度依然有上升空间，且基础设施布局日趋完善，所以相当一段时间内，锂电池依然是较好的新能源解决方案。 2）其他新兴技术对锂电池的替代风险： 当前，锂硫电池、锂空气电池、铝-石墨双离子电池、锂陶瓷电池、新型锂氧电池等新型电池技术大多处于实验室研究阶段，按照技术成果产业化进程，要大规模应用推广至少需要10年以上时间。至于超级电容器、氢燃料电池和锌、锂金属燃料电池等，虽已经开始小规模的技术，但价格极高，配套设施极不完善，安全性也有待考验，市场接受需要相当一段时间。 而在其此期间，石墨烯、纳米材料等先进材料制备技术不断完善，与锂离子电池研发加速融合，锂离子电池产业创新速度加快，各种产品相继问世并投放市场，各类新技术持续进步，包括硅碳复合材料、固态电解质等在内的新型材料有望在锂离子电池上面广泛应用，在可穿戴设备、特殊环境等特定应用领域将有可能出现新的颠覆性锂离子电池产品。锂离子电池依然拥有巨大的成长空间和市场空间，所以一段时间内，锂离子电池仍然是理想的新能源解决方案。 本文作者李东昌，现就职于中国投资咨询有限责任公司旗下中咨华澍资本管理（北京）有限责任公司，文章为作者独立观点，不代表中国投资咨询立场。 |
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