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宁德时代研究报告:四大创新三大拐点

发布时间:2023-11-15 来源:爱游戏-体育app|全站下载 1 次浏览

  2016 以来,宁德以超高强度研发投入不断缩小与日韩竞争对手差距;当前宁德已实现 全面赶超,2021 年研发投入接近 12 亿美元,全面超过三星 SDI 研发投入。由于日韩 其他电池厂商未详细披露其电池业务部门数据,我们以目前最领先的 LG 化学做对比。

  宁德时代从 2016 年开始即维持动力电池高强度研发投入,研发支出达 11.3 亿元, 占收入比重 8.1%,高于 LG 化学的 7.7%,且随着收入增长,研发支出逐年攀升。 2018 年,公司研发支出达 19.9 亿元,投入绝对额已超过 LG 化学整个电池业务部 门(含动力、储能和消费电池)。

  LG 化学在 2016 年报中首次表示动力电池研发支出占电池业务研发支出的一半以上, 据此预计 LG 化学 2016 年动力电池研发支出约 8-9 亿,因此从动力电池业务的研发 投入绝对额来看,2016 年宁德时代即已超过 LG 化学,且自此以后投入差距逐年 扩大。

  值得注意的是,宁德时代巨额的研发投入是建立在中国拥有庞大的低成本工程师红 利基础上的,考虑与日韩竞争对手工程师成本的差距,宁德时代实际的研发投入强 度更是远远领先。

  技术多线布局,创新持续进化。从宁德时代 roadmap 看,2011~2021 材料创新方面, 宁德在全球范围内首先量产了 811 电池;结构创新方面,宁德首创并且量产无模组 CTP 技术,开辟了结构创新的新道路。宁德时代如今已拥有世界最全面的电池技术路线布局, 以及从技术到产品再到商品的最快转化链条。正是不停地改进革新的结果,10 年内,动力电池 单位体积内的包含的能量的增长带来了续航能力的 6-7 倍提升,成本下降 80%。

  产业链以及企业线)花了钱的人研发力提出更加高的要求。(2)大规模交付 对制造力提出更加高的要求。(3)产业纵深发展对服务力提出更加高的要求。矿产资源并不是产 业发展的瓶颈。首先,目前已探明的锂资源储量可以生产 160TWh 的锂电池,完全足够 生产全球需要的动力电池和储能电池。其次,通过陶瓷土提锂等一系列技术,可提升我 国优势矿产开发利用水平。最后,电池里绝大部分材料可重复进行利用,目前宁德镍钴 锰的回收率已达 99.3%,锂达到了 90%以上。到 2035 年后,宁德循环利用退役电池中 的材料就能够完全满足很大一部分市场需求。

  创新是宁德时代的核心竞争力,宁德凭借创新收获客户广泛认可。据 SNE 数据,22H1 宁德时代全球市场占有率达 34%。目前,宁德时代的产品已经覆盖了全球 55 个国家和地 区,动力电池出货量超过了 400GWh,全球每三辆电动车中就有一辆配套宁德时代的电 池。 (1)材料体系创新是电池性能提升的关键。宁德凭借每秒一千万亿次的计算能力,基 于第一性原理演绎先进算法,来找到每种材料元素之间的结合点以及正极、负极、电解 液、隔膜之间的最佳平衡点。另一方面,宁德从实车搭载数据中做多元化的分析,从而对产品 研发进行正向反馈,沉淀出多样性的解决方案。正是算力、算法、数据相辅相成,形成 完整闭环,宁德才能源源不断地推出钠离子电池、M3P 这样的材料突破。 (2)结构创新上,宁德 CTP3.0 麒麟电池刷新全球电池系统集成度最高记录。无需“堆 电池”,即可轻轻松松实现 1000 公里的续航,明年将有多个使用麒麟电池的新车型上市。

  (3)绿色极限制造创新:宁德基地去年入选了世界经济论坛的灯塔工厂,成为电池行 业当前唯一一家全球灯塔工厂。宁德在制造系统、产线布局、关键工艺优化控制以及数 字化能力建设等方面做了革命性的创新,让产品缺陷率达到了 PPB 级别。宜宾基地通 过一系列的自主研发创新,获得了 SGS 颁发的全球首个电池工厂的 PAS2060 证书,在 2021 年达成碳中和。宁德还启动了对供应链碳足迹的核查,对供应链企业组织辅导。

  平均每 20 年有一个新的制造模式诞生。制造业的模式经过了多次变革。过去 100 多年 来,从开始的大规模生产,到后来的精益生产、柔性制造、可重构制造,到当今大家都 在谈的人机一体化智能系统。不管什么样的制造模式,根本上来讲,行业追求的是制造成本的降低, 质量的提升,对市场的快速反应,以及整个制造系统的高效运营。支撑这些制造模式的 变革,有不同的赋能因素或者技术、或者平台。

  (4)商业模式创新:商业模式创新可打通生产、使用、回收等各环节。宁德换电品牌 EVOGO 今年已经陆续在厦门、合肥落地,通过独创的组合换电模式,解决了经济适用型 轿车的市场普及问题。目前宁德还与多个车型正在合作推进中,也会在更多城市落地。

  从产品维度看,宁德高中低端全系列产品具备降维打击优势。公司竞争力及盈利能力有 望持续提升,麒麟电池抢占行业话语权、高端市场盈利能力大幅度的提高;AB 型解决方案及 钠离子进一步夯实中低端及储能优势。 麒麟电池各方面领先同期动力电池。在同化学体系同等电池包尺寸下,对比圆柱电池 4680 电池系统可提升 13%的能量。通过三大核心技术革新,可将三元电池系统能量密 度提升至 255Wh/kg,磷酸铁锂电池系统单位体积内的包含的能量提升至 160Wh/kg,实现长续航、快充 电、高安全、长寿命、高效率、优秀低温性能的全面提升。 从现今最高端的新能源汽车动力电池来看,麒麟电池从单位体积内的包含的能量、散热方案、电池兼容 性、空间利用率及快充性能方面,全面领先于同级别的特斯拉 4680 电池及比亚迪刀片 电池。麒麟电池搭配三元锂电单位体积内的包含的能量最高,且散热方案支持电池组的 4C 倍率快充, 真正的电池技术超越,且满足下游车厂选择电芯材料及终端用户各方面需求。

  钠电池较锂电池的优势: 1)原材料丰富:现如今锂,钴,镍等稀有元素整体相对钠地表含量较少,钠的地表含量 达到 2.75%是锂的 400 倍,且资源分布极广,不存在部分元素矿产以大规模进口等因素 存在限制。 2)钠离子电池性能方面:循环寿命,在量产产品已达到 3000 次;低温性能,可在-40~80° C 温度区间正常工作,-20°C 工况下容量保持 90%;具有高倍率充放电特性,同等实验 工况下,钠离子电池充电时间是磷酸铁锂电池 1/3 时长;安全性高,实验工况下短路时 发热量小,热失控温度高于锂电池、 3)成本价格低:正极,材料价格对比锂、钴、镍、锰都是价格低廉且来源广泛。负极, 可采用无烟煤前驱体,材料来源和成本对比现有石墨负极,都有一定优势。集流体,可 采用铝箔材料替换铜箔材料,铝箔是铜箔价格 1/3 倍,成本和重量都有减少。

  2021 年 7 月宁德时代发布首款钠离子电池。宁德纳离子电池电芯单位体积内的包含的能量可高达 160~200Wh/kg,远远超出行业80~140 Wh/kg的平均水平。宁德电池循环次数可达3000 次以上,远远领先于行业平均水平 1500~2000 次;其优势在于钠离子电池可以完全放 空电量。另外,宁德钠离子电池低温下充放电性能较好,可保持 90%放点保持率,而行 业平均水平仅在 85%。

  (1)磷酸铁锂化学体系,经济型:可划分为两个阶段。2021-2023 年,电芯质量能量 密度介于 180-200Wh/kg 之间(体积能量密度 350Wh/L-450Wh/L)。2023-2028 年,随 着通过材料体系和工艺的优化,正在开发质量能量密度在 210-230Wh/kg(体积能量密 度 450Wh/L-500Wh/L)的磷酸铁锂电芯。值得注意的是,2023 年左右将是重要节点, 铁锂电池将能达到和现阶段三元电池能量密度范围接近数据,据汽车电子设计,可替代 65kWh 以下的需求。

  (3)高镍电池,主打高性能:高镍路线 年,电芯的质量能 量密度介于 240-300Wh/kg(体积能量密度 560Wh/L-650Wh/L),快充时间为 18-30 分 钟(3.3C-2C)。2021 年下半年到 2024 年,宁德时代将开始导入硅碳负极,电芯的质量 能量密度升级到 300-400Wh/kg(体积能量密度 630Wh/L-750Wh/L),快充时间为 9-15 分钟(6.6C-4C)。2025 年,宁德将导入固态电池,电芯的质量能量密度大于 400Wh/kg (体积能量密度大于 800Wh/L)。2030 年,无稀有金属电池、锂空电池,电芯能量密度 将分别突破 500Wh/kg、600Wh/kg。

  自 2019 年,宁德时代大部分产品皆采用 CTP 集成技术。据宁德集成化路线图,宁德第 一代 CTC 集成产品预计在 2025 年左右量产,更智能化的 CTC 产品预计 2028-2030 年左 右推出。

  据国轩高科 2021 年度供应商大会暨 2022 年度战略发布会,2021 年国轩高科高能量密 度 300Wh/kg 电芯实现装车,230Wh/kg 铁锂电芯和 110Ah 半固态电池的研发均取得突 破;2022 年,国轩高科继续聚焦材料体系开发、电芯开发、前瞻技术开发、产品工程设 计和储能产品规划,将研发目光瞄准了能量密度 260Wh/kg 铁锂电芯和 400Wh/kg 三元 电芯。

  国轩高科单体密度 360Wh/kg 半固态电池将于今年装车。据国轩高科第 11 届科技大会 信息,国轩高科研发的单体能量密度高达 360Wh/kg,系统能量密度达到 260Wh/kg 的 半固态电池今年将装车。搭载半固态电池的车型,电池包电量达到 160kWh,续航里程 长达 1000km;该半固态电池正极材料颗粒表面包覆固态电解质、负极使用硅负极、由 新型高安全功能隔膜和高安全液态电解液开发研制而成。400Wh/Kg 的三元半固态电池 目前在国轩实验室已有原型样品。目前半固态电池更大规模的生产线建设中,预计明年 上半年正式投产。

  2023 年,国轩高科进入高性能固态电池发展阶段;规划 2025 年后将量产能量密度方面 800+Wh/L、400+Wh/kg、循环 800 次的全固态电池。其正极将采用富锂材料、硫系或 其他材料,负极方面采用锂负极及界面修饰技术。

  从蜂巢能源的电芯技术路线图看,其化学体系包括铁锂、三元、无钴电池并行适配不同 定位车型;电池类型方面,其方形、刀片、大圆柱并行开发,同时保障 PACK 平台化。 蜂巢新技术研究涉及掺硅补锂技术、4C 快充技术、固态电池、无金属电池等。据路线 年已做到磷酸铁锂正极+石墨负极 170Wh/Kg 的能量密度,2022 年将实现 200Wh/Kg,2023 年负极通过添加硅将实现 230Wh/Kg。

  蜂巢能源亦在研发全固态电池,硫化物、氧化物体系皆有布局。据蜂巢无锡 118 创新中 心展示的宣传图片,蜂巢能源计划 2030 年底做出第四代、全固态电解质的电池,能量 密度在 450-500Wh/kg。据规划,蜂巢半固态电池能量密度将由 2021 年首代的 230~300Wh/kg 提升到 2023 年第二代的 300~350 Wh/kg。

  截至 2021 年 12 月 31 日,公司拥有研发技术人员 10079 名,同比上升约 80%。研发团 队中,博士 170 人、硕士 2086 人,研发团队整体规模和实力在行业范围内处于领先。 公司人员规模大幅扩张,从 2020 年的 33078 人上升至 2021 年的 83601 人。其中,生 产人员人数最多,达 65364 人。

  宁德时代专利数量逐年上升,研发成果持续积淀。截至 2021 年 12 月 31 日,公司及子 公司共拥有 3772 项境内专利及 673 项境外专利;在申请专利数量高达 5777 项。根据 IPR Daily,按照 IPC 国际专利分类号大组对宁德时代公司专利技术领域进行排序,2020 年公司的专利主要分布在电池的结构部件及制造方法和二次电池及其制造两个领域;同 时,公司在电极、电性能测试装置、电池组充放电装置等技术领域也拥有大量专利。

  动力电池行业系重资产、资本密集的科技制造行业。前期资产及研发投入需求较大。企 业经营需要大量的资金,例如设备消耗较快,需持续更新设备。宁德资本开支于行业内 处于绝对领先地位,2021年约 68 亿美元;2020~2021 宁德在手现金流超百亿美金规模, 远超同业。

  先进制程的持续升级带来巨额的成本。根据 IBS,3nm 芯片的设计费用约 5~15 亿美元, 工艺开发费用约 40~50 亿美元,兴建一条 3nm 产线%性能、降低 25%功耗。根据 IMEC 论文,7nm 以后,每一代 升级单个晶圆的工艺成本(Process Cost)提升幅度达到 30%。同样面积的硅晶圆,即 使通过微缩增加了晶体管的数量,生产成本也会相应增加。

  先进制程呈现资金、技术壁垒不断提高的趋势,行业格局逐渐出清。从制造环节而言, 行业资金、技术壁垒极高,不仅十多年来没出现新的竞争者,而且随着制程分水岭的出 现,越来越多的参与者从先进制程中“出局”。格罗方德在 2018 年宣布放弃 7nm 研发, 联电在 2018 年宣布放弃 12nm 以下(即 7nm 及以下)的先进制程投资,因此保持先进 制程研发的企业仅剩行业龙头台积电、三星、英特尔等,以及处于技术追赶的中芯国际。

  高资金壁垒和技术壁垒,行业十多年没有新的竞争者出现且越来越多现有企业放弃先进 制程追赶。庞大的资金投入使得中小行业企业望而却步,复杂越来越高的工艺和技术成 为行业固有护城河,并且随着“摩尔定律”推进,每一个制程节点都举步维艰,拥有高 端制程能力的公司屈指可数。 行业呈现寡头垄断,台积电强者愈强。据 Trendforce 研究,22Q1 全球十大晶圆代工厂 分别为:台积电、三星代工、联华电子、格芯、中芯国际、华虹集团、力积电、世界先 进、晶合集成、高塔半导体。22Q1 台积电市占率约 53.6%。

  先进制程形成关键分水岭,制程上领先一步的企业将进入充沛现金流与高研发投入的正 循环,强者愈强。从前 10 家晶圆代工企业营收对比看,2002~2012 年,台积电营收与 同业的差距持续拉大。过去十年,台积电在纯晶圆代工市场中份额稳中有升,从 2012 年 49%逐步提升至 2021 年的 66%;台积电利润率稳中有升,近三年来毛利率在 50% 以上的高水平。

  从手机电池产业看动力电池产业格局:消费电子领域锂电池发展已较成熟,从各企业近 年市占看,竞争格局较优;2020 ATL 份额达 35%以上,远远领先珠海冠宇、LG 化学、 三星 SDI、比亚迪等其他厂商。手机电池领域,ATL 2020~2021 市占稳居 42%。参考手 机电池行业较集中的格局多年来较稳定,可推测技术壁垒、资金壁垒更高的动力电池行 业里龙头厂商地位亦将较稳固。

  起火爆炸事件频发,安全是新能源汽车首要要求。随着新能源汽车加速渗透,电池能量 密度日益攀升,电压平台逐渐升高,缓解消费者里程焦虑下,伴随着新能源汽车爆炸事 件频发,使得安全问题成为消费者最为关切的问题,安全成为影响新能源汽车发展最大 因素。根据国家应急管理部数据显示,2022 年 Q1,国内新能源汽车火灾共计 640 起, 同比上升 32%,整体上升幅度较高,远高于交通工具火灾 8.8%的平均增幅。

  电动汽车起火事件,多为电池故障原因。据电动车辆国家工程实验室电动车火灾事故的 统计数据,电动汽车火灾第一原因是电池故障,占比达 33%;交通事故或底盘碰撞占比 15%;用户改装占比 12%;电子电器故障占比 11%;厂家采用外部货源占比 9%。

  复盘历史,电池安全重视程度加深。2014-2017 年我国电动汽车事故率整体呈现下滑趋 势,主要系随电池技术发展,电池安全水平提高。2017-2019 年,我国电动汽车事故率 逐年上升,主要系市场开始大规模使用高能量密度高镍电池。2020 年我国电动汽车事故 率降低主要系①购车补贴退坡,车企和电池厂不再追求高能量密度电池,加大对电池安 全的重视与投入,②疫情影响使得 2022 年上半年,全国用车减少。2021 年由于电动汽 车步入退役报废期,故事故率有所提升。目前新能源电池安全在安全设计和监管进入良 性发展,随着早期车型退出市场,我国电动车事故率会维持较低水平。据电车产业平台 显示,2021 年达 0.0039%,低于燃油车年火灾事故率 0.01%-0.02%。

  三星电池门事件回顾,0.0001%问题损失 10 亿美元。三星 2016 年 8 月发布旗舰产品 GalaxyNote 7,售出后不久不断被爆出电池起火或爆炸事故,事故共计 35 例,占比仅约 0.0001%,此后三星在全球陆续召回 306 万台已售产品,占比 96%,给三星电子造成超过 60 亿美元的损失。

  三星电池门事件影响: 全球销量及市场份额大幅下滑。Galaxy Note 7 收到较多国家,例如中美日韩等 国均对 Note 7 下达飞行禁令,较大程度影响三星手机的销售。据 ICD 数据显示, 2016Q3三星遭遇销量及市场份额大幅下滑,销量达为7250万部,同比下滑13.5%, 占市场份额 20.0%,同比下滑 3.3pcts,环比下滑 2.4pcts。 在华市场受到严重打击,2021 年底国内市占率不足 1%。因为国产手机的崛起, 以及国内消费者不满三星在华的“高价低配”及电池门中对华的区别对待等,均加 速缩小了三星在华市场。据 IDC 数据显示,2013 年,三星手机在华市场份额达 19.7%, 位列中国智能手机第一;2015 年,三星手机市场份额已跌至 9.7%;2016 年,继续 下跌,至 4.9%;至 2021 年底三星在华年市占率已不足 1%左右。

  三星电池门事件后续:SDI 负主要责任,GalaxyNote 7 燃损原因在电池。三星对 20 万部召回手机进行 检验,主要因为是负极板受到挤压、铜箔融化、部分电池未使用绝缘胶带。SDI 电 池设计及制造存在严重问题,后续检测也无严格标准,最终致使电池门发生。 三星弃 SDI 转 ATL,2017 年销量及市占率小幅提升。据三星电子中国区声明称, 中国市场销售的 Galaxy Note 7 电池供应商为 ATL,属于此次事件中的非问题电池, 而出现问题的手机电池是由三星 SDI 制造。此后三星在新批次 GalaxyNote 7 不再使用 SDI 电池,而是短暂转投 ATL,2017 年三星实现出货量达 3.17 亿部,同比增长 1.9%,市场份额达 21.6%,同比增长 0.5pcts。

  宁德时代前身 ATL,是消费电池龙头。在 1999 年,ATL 凭借聚合物软包锂电池的创新 研发,改进电解液配方帮助当时刚刚崛起的苹果公司解决了电池鼓包及电池寿命问题, 顺利进入苹果供应链,随后在手机产业链腾飞的 10 年中,抓住国产终端 HMOV 厂等崛 起,顺利将手机电池市占份额提升到寡头地位。随手机行业的不断进步,带动消费电子 产品的不断更新换代,同时聚合物软包电池凭借轻薄、高性能的优势,在笔电和诸多电 子设备中逐渐脱颖而出,ATL 也不断提高市场份额,并连续稳固全球聚合物软包电池龙 头地位。

  动力电池组价格下降大势所趋,成本管控重要性日益凸显。2021 全球锂离子电池组平均 价格 132 美元/kWh,yoy-6%;较 2010 年 1,200 美元/kWh 下降了 89% ,电池组降价 强势助推了新能源汽车的发展。电池组降价产业趋势明确,一批车企在 2021 年发布了 电池技术路线 美元/kWh 以下的各类路径。雷诺和福特等公司 已公开宣布到 2030 年达到 80 美元/kWh 的目标。供应链全环节的持续研发投入和产能 扩张将有助于在未来十年改进电池技术并降低成本。2021~2022 原材料价格上涨不改长 期趋势,尽管可能延迟电池均价向 100 美元/kWh 推进的进程。另外,今年中国新能源 汽车补贴加速退坡,据计划 2022 年底将完全退出。综上,电池降本从而凸显新能源汽 车成本竞争力系全产业链的共同愿景。

  宁德时代市占率领先,且积极布局产能,通过产业规模化达到成本优化。2021 年,宁德 时代动力电池装机量达到 96.7GWh,达到全球 32.6%的全球市占率,而第二名 LG 新能 源装机量 60.2GWh 的,市占份额差距达到 12.3%。宁德时代通过市占率的不断提高及 技术创新,将有机会进一步优化动力电池成本。

  通过复盘 IPhone 可以预测零部件形成规模化销售,将影响成本进一步优化。2012 年, 发布 iPhone 5 系列,童年 iPhone 出货量突破 1 亿部。2015 年,iPhone 出货量突破 2 亿部。

  iPhone 凭借出色的功耗控制,手机的标准版电池容量始终控制在 2000mAh 以下,根据 IHS Markit 和 TechInsights 等机构的手机拆机成本分析,可以看到在 iPhone 4 及 iPhone 5 等系列,手机电池的成本相较于第一代 iPhone 下降 25%~35%。通过优化生产良率, 扩大生产规模及销量,进一步优化零部件成本。类比相同手机电池类公司珠海冠宇公告 书,2018-2020 年三年,公司通过产线扩产、产能利用率提升、产线自动化水平提升, 在技术研发、工艺改进等方面持续改善生产效率,其共同导致单位人工成本、单位制造 费用明显下降。

  宁德时代通过技术创新、工艺改进、改善产能利用率等生产效益提升,会进一步提升动 力电池市占份额,进一步拉大与其他电池厂商的差距,从而通过规模化优势进一步优化 成本,提升产品竞争力。

  2021 年锂电材料供需缺口大,价格大幅攀升。2021 年,新能源汽车和锂电储能市场增 长带动锂电池出货量大幅增长,进而对上游各类锂电材料产生强劲需求,锂电材料环节 整体处于供应紧张、价格攀升状态。其中,包括碳酸锂、六氟磷酸锂、磷酸铁锂、磷酸 铁、磷酸一铵、PVDF、VC 等锂电原材料在 2021 年都出现价格暴涨、产品毛利率大幅提 升。具体来看,碳酸锂、六氟磷酸锂、PVDF、磷酸铁锂等价格在 2021 年较 2020 年底 同比增长分别超 750%、420%、400%和 350%;石墨化、磷酸铁、磷酸一铵等原料价 格也有 1-2 倍的涨幅。

  当前部分上游原材料价格仍处高位,看好 2022H2 锂电材料涨价缓解。随着上游企业加 速扩产和下游市场需求调整,2022 开年以来电池上游部分材料价格有所回落。其中,六 氟磷酸锂、磷酸铁锂(电解液)价格已回落至 2021 年 5 月中下旬时水平。碳酸锂、PVDF、 磷酸铁锂(正极材料)价格仍处近年较高水位。展望 2022 全年,随新建产能集中释放, 绝大多数锂电原料供需关系将趋于平稳。目前六氟磷酸锂、VC、磷酸铁锂等原料产能较 充裕,但石墨化、磷酸铁和 PVDF 等原料仍处于紧缺状态。据 GGII 预测,其在第三、 第四季度会陆续达到平衡;到 2023 年前,除锂矿外,其它锂电原材料的规划产能如能 如实投产,产能瓶颈将得以解除。 宁德时代着重打造成本竞争力,盈利能力全球领先。宁德成本竞争力的根源来自产品超强实力塑造的产业话语权、对上游关键资源的深度布局、与下游深度绑定共建产能等。 对比宁德、LG 化学、三星 SDI 营业利润率,宁德盈利水平持续领先。

  国际企业之间的角力,背后依赖的是国家产业集群间的竞争。从日本率先实现锂离子电 池产业化后,锂电池的性能提升主要基于持续的材料与工艺创新,竞争焦点从产品差异 逐步过渡到差异化与低成本并重。锂电产业已进入差异化与低成本并重阶段,工艺创新 更多依赖于生产过程中的经验积累,缺乏产业基础导致技术和成本上的落后,形成难以 逾越的鸿沟。

  产业链垂直深度布局,主导四大材料。电池属于电化学配方型产品,技术进步靠龙头电 池厂商,公司有着绝对的技术领先优势。宁德通过合资、购买、自建等方式布局完善上 游产业链,增强材料自供,有助于降本及保障供应。宁德时代从最上游的资源到正极材 料布局均通过股权方式实现,2018 年主要集中在锂、镍资源的布局,2019 年加大正极 环节投入,投资金额巨大。四大主材凭借领先的技术实力和巨大的规模优势,均处于主 导地位,各环节公司以代加工模式供应,产业链议价能力最强,执产业链牛耳。

  联手恩捷共建隔膜产能,宁德材料版图再添长板。20222 年 6 月 20 日,恩捷股份公告 其与宁德时代合资平台公司(宁德持股 49%,恩捷持股 51%)拟在共管区域内设立项 目公司,投建 16 条锂电池隔膜基膜与涂布分切生产线。项目公司拟注册资本 16 亿元, 项目总投资 52 亿元,计划于 2023 年建成并部分投产。产品主要应用但不限于新能源汽 车动力电池系统、储能电池系统等市场。上述平台公司,由恩捷股份与宁德时代 2021 年 11 月协议计划设立,主要从事投资干法隔膜及湿法隔膜项目。总投资额 80 亿元,注 册资本 15 亿元。平台公司成立后,由其投资设立湿法隔膜项目公司,恩捷股份与其控 股孙公司江西恩博新材料合资设立干法隔膜项目。

  携手中科电气加码负极材料产能,未来将享有优先采购权。2022 年 2 月 20 日,中科电 气公告已同宁德时代等签订增资协议。宁德时代或其全资子公司将向中科星城增资 2.8 亿元,增资后持股 35%。宁德和中科电气将共同推进中科星城“年产 10 万吨锂电池负 极材料一体化项目”。项目投产后,宁德享有该产能优先采购权。 设备端深度布局保障供应,助力极致制造。为应对日益复杂的制造工艺,满足高质量产 品需求,宁德时代利用人工智能、先进分析、边缘计算和云计算等技术,可以每 1.7 秒 生产一个电池,缺陷率仅有十亿分之一,同时将劳动生产率提高了 75%,能源消耗降低 了 10%。宁德时代工厂已被世界经济论坛评为全球“灯塔工厂”,成为全球首个获此认 可的电池工厂。宁德投资了上游主要设备供应商,加强合作,有助于保障锂电设备供应; 同时关于锂电自动化、智能装备制造领域的投资有助于提高产线智能化,推进极限制造 创新。

  新能源汽车在用户续航焦虑需求背景下,各家动力电池厂及车厂都在提升电池的利用率 及能量密度,使电池组最大可能得提供更多能量,以便提高整车里程续航。增加续航的 方式意味着同体积、同重量下提供更高的能量密度,或者在同等能量密度下提供更多电 池,而如此方法不但增加整车重量,且提高了单车的电池组成本。 宁德时代的团队基于 BMS 的全新算法,提出并实现了在单个电池包中布置 AB 两种不同 电芯的设计方案,AB 代表不同材料电芯,可同时使用“三元电芯+磷酸铁锂电芯”,同 时也可以使用“锂电池+钠电池”组合,并且可以是其他更多种不同组合的混搭。AB 电 池组的解决方案充分解决了三元锂电和磷酸铁锂两种材料的优缺点互补,三元锂电优点 能量密度高、低温性能好,而缺点是成本高、循环寿命较低,磷酸铁锂优点是安全性能 高、循环次数高、成本低,缺点是能量密度低、低温性能差。通过 BMS 系统智能控制混 合后的 AB 电池组,使其内部电芯取长补短,优化电池组性能、减轻车辆重量,且提升 电量续航等,对于下游车厂的电池组成本也有进一步的优化。

  AB 电池包由 2021 年 9 月蔚来 ET 7 首发,随后蔚来在 2022 年发布 ES 7 型号同样才有 AB 电池包选装方案。ET 7 拥有 75kWh、100kWh 两种电池包,ES 7 拥有 75kWh、100kWh、 150kWh 三种电池包,其中 75kWh 的电池包可使整车达到 480~550Km 续航,电池包采 用最新的三元+磷酸铁锂材料混装技术,通过串联连接集成两种电芯在一个电池包中, 构成双体系电池,通过新的 SOC 算法解决新电池系统的续航焦虑与成本需求。

  蔚来搭载的三元铁锂混装续航电池包,其能量密度达到 142Wh/kg,比纯磷酸铁锂电池 能力密度提升 14%,对比纯磷酸铁锂电池提高 30~50km 续航,冬季零下 100°C 工况 下,同样会提高 20km 续航。根据蔚来官方披露,混合电池包可在低温工况下将电量的 损失率降低 25%,成本对比纯三元电池有所降低,电池包可在未来换电站中免费更换, 现阶段 ET7 75kWh 电池包搭配电池租用标准价格达到 38.8 万,搭配 100kWh 官方差价 为 5.8 万元。

  钠离子电池将开启电池产业进程加速。2010 年以来,钠离子电池受到国内学术界和产业 关注,相关研究逐步增长,国内外多家企业正在积极布局钠离子电池技术研究,包括英 国 FARADION 公司、美国 NatronEnergy 公司、法国 Tiamat、日本岸田化学、丰田、 松下、三菱化学,以及我国的宁德时代、中科海钠、钠创新能源等公司。2018 年,中科 海钠推出首款钠离子动力电池低速电动车,2021 年 6 月推出 1MWh 钠离子电池储能系 统。在 2021 年 8 月,工信部回答政协提案时表示,将支持钠离子电池加速创新成果转 化,并推动钠离子电池全面商业化。宁德时代更是推动钠离子产业再进步,通过钠离子 电池与锂离子电池两种电池按比例混搭,通过 BMS 算法进行不同电池体系控制,从而推 动钠离子电池在动力电池领域进一步商业化。在工艺制造方面,宁德时代表示,钠离子 电池可复用改造锂离子电池,设备、工艺、产线 年将实现产业化。

  2021 年 7 月宁德时代发布首款钠离子电池,电芯能量密度 160Wh/kg,电池循环次数可 达 3000 次,其优势在于钠离子电池可以完全放空电量,且低温下充放电性能较好。 1)原材料丰富:现如今锂,钴,镍等稀有元素整体相对钠地表含量较少,钠的地表含量 达到 2.75%是锂的 400 倍,且资源分布极广,不存在部分元素矿产以大规模进口等因素 存在限制。 2)钠离子电池性能方面:循环寿命,在量产产品已达到 3000 次;低温性能,可在-40~80° C 温度区间正常工作,-20°C 工况下容量保持 90%;具有高倍率充放电特性,同等实验 工况下,钠离子电池充电时间是磷酸铁锂电池 1/3 时长;安全性高,实验工况下短路时 发热量小,热失控温度高于锂电池、 3)成本价格低:正极,材料价格对比锂、钴、镍、锰都是价格低且来源广泛。负极, 可采用无烟煤前驱体,材料来源和成本对比现有石墨负极,都有一定优势。集流体,可 采用铝箔材料替换铜箔材料,铝箔是铜箔价格 1/3 倍,成本和重量都有减少。

  M3P 电池有效控制动力电池成本。22 年 7 月世界动力电池大会上,宁德时代发言表示, 公司研发的 M3P 电池已经量产,其单位体积内的包含的能量高于磷酸铁锂电池,成本优于三元锂电池, 预计在 2023 年推向市场。根据已披露信息,公司计划推出的新产品 M3P,准确说来不 是磷酸锰铁锂,还包含其他金属元素,公司称之为磷酸盐体系的三元,成本较三元下降, 但仍然占据新能源车一定成本。 我们推测 M3P 体系以磷酸铁锂橄榄石结构作为基础晶格结构,通过掺杂镁、锌、铝等金 属元素中的两种,在部分铁元素点位上形成替代,从而生成磷酸盐体系的三元材料,以 改善充放电容量及循环稳定性。M3P 的合成工艺建立在磷酸锰铁锂工艺基础上,通过高 温固相反应法、水热合成法、共沉淀法合成,工艺成熟,适合批量生产。M3P 材料成本 显著低于高镍三元体系,在中低端车型拥有广阔的应用前景。

  宁德时代在会议上介绍,围绕续航里程,在传统的实现方式上,宁德时代增加了三个不 同的结局方案。对于 1000 公里以上续航里程的车型,宁德时代降低成本,采用麒麟+高 镍三元和低硅,同时满足低温和高性能要求。对于 700 公里左右实用型车型,宁德时代 用 M3P 替代三元材料,结合麒麟电池。对里程需求低的经济型车型,宁德时代结合麒麟 结构与钠离子电池,“在体积重量许可的情况下我们优先向客户推介钠离子解决方案。

  第三代 CTP 麒麟电池,兼容三元锂电池、磷酸铁锂电池、M3P 电池、钠离子电池且成 本可控。宁德时代于 2022 年 6 月 23 日发布第三代 CTP-麒麟电池,该电池集成度创全 球行业新高,体积利用率突破 72%,单位体积内的包含的能量 255Gh/kg,提升整车续航达 1000+公里, 产品将于 2023 年量产上市,同时电池包可兼容磷酸铁锂电芯,单位体积内的包含的能量可以达到 160Wh/kg,从材料上配合下游不同车型使用不同电池组来达到成本可控。

  第三代 CTP 麒麟电池,拥有三大核心突破: 1)性能突破边界:麒麟电池根据使用需求,将横纵梁、水冷板、隔热垫三部分架构合 一,集成为多功能弹性夹层。夹层内部采用微米桥连接装置,配合电芯可在内部自由伸 缩,提升电芯匹配度,提升全生命周期可靠性。多功能弹性夹层与电芯组装的一体化能 量单元,在整车垂直方向拥有更稳定的受力结构,从而提高电池包的抗振、抗冲击性能。

  2)结构重塑空间:通过模拟仿真产品全生命周期应用场景的设计边界,,重塑底部空间, 将电芯倒装,头部电极位置的结构防护、高压连接、热失控排气等结构功能模块进行智 能分布,从而提升通过电芯底部与顶盖板位置的 6%能量空间,此设计满足国际电池安 全测试要求。

  3)领先冷却系统:全球首创大面积冷却技术,将原有顶底大面板液冷结构,重塑为将 液冷功能置于电芯之间,使整体散热面积扩大到原有四倍,通过新一代液冷系统,可将 电芯控温时间减短至原有 1/2,,同时支持 5 分钟快速热启动及 10 分钟快充。在安全性 能上,支持极端工况电芯急速降温,有效阻隔每个电芯间的异常热传导。从而实现产品 全化学体系的热稳定、热安全,从而适配更高单位体积内的包含的能量的材料升级。同时提升电池的使 用寿命,并且可以承受高压快充及 4C 充电的拓展场景。

  CTC 电池集成方案是直接将电芯集成在地板框架内部,将地板上下板作为电池壳体。它 是 CTP 方案的进一步集成,完全使用地板的上下板代替电池壳体和盖板,与车身地板和 底盘一体化设计,从根本上改变了电池的安装形式。CTC 技术的目的是高集成化和模块 化,简化总装工艺和降低成本。CTC 电池技术相较于现有技术,其空间利用率最高,在 现有电池本身技术不变的条件下,是最有效提升电量的方案。

  CTC 是动力电池系统的必然进化方向,宁德时代加速研发。宁德时代今年在上海成立了 面相前沿技术研发的科技子公司,而 CTC 的技术开发是其中重要一项课题。CTC 不仅会 重新改变电池布局,甚至从技术方案上看,将整合新能源车的三电系统,其中包括电机、 电控、电池及整车高压 DC/DC 和 OBC 等一系列零部件。根据宁德时代的行业领导力, 公司也将积极参与下游整车设计研发环节,将电池技术与下游整车设计相结合,配合车 企完善 CTC 一体化电池技术方案,配合公司已有动力电池技术,完善整车技术能力,提 高整车动力性能,逐步优化成本,从根本上提高产品及产业技术壁垒,正向提升行业 话语权。

  宁德时代麒麟电池重磅发布,有望抢占行业话语权制高点。我们从格局、产品矩阵、公 司经营维度展望公司三大拐点: 拐点 1:行业格局优化,宁德时代麒麟电池发布为公司新产品发展的里程碑,抢占行业 制高点话语权,随着钠离子电池量产,4C 充电、换电等标准推出,公司拉大行业差距; 固态、半固态、凝聚态等新品继续加大投入,高强度研发投入及高效研发转换效率有望 维持公司持续领先竞争力 拐点 2:宁德产品矩阵高中低端全系具备降维竞争能力,公司竞争力及盈利能力有望持 续提升,麒麟电池抢占行业话语权、高端市场盈利能力大幅度的提高;AB 型解决方案及钠离 子进一步夯实中低端及储能优势; 拐点 3:公司经营拐点,碳酸锂传导机制形成及成本优化(公司加大对上游参股控股, 保证供应链安全),而产品矩阵全系列竞争力提升,产品结构持续优化,营收有望快速成 长、毛利率有望持续提升。

  1)需求端:大幅提价传导之后,由于宁德强大的供应链话语权,市场接受度有望超预 期,三四季度旺季排产值得期待; 2)供给端:且随着明年自给率提升,成本压力将继续降低;中游降价,中游由去年涨 价逻辑演变到放量、集中度提升逻辑; 3)毛利率拐点:随着供需问题短中长期的解决,二季度毛利率有望改善,三四季度有 望迎来毛利率提升甜蜜点。长久来看,随着产业链配套完善与新产品梯队发展,护城河 不断的提高,毛利率具备持续提升能力 4)公司高中低端全系列产品矩阵具备降维打击优势: 高端麒麟电池,抢占行业制高点,进一步夯实性能优势; 中端 AB 型解决方案将为客户提供更具性价比产品,结合目前产品,继续保持优势; 低价钠离子电池有望在明年量产,形成对于储能等性价比领域的战略制高点; 4c 高压充放电+换电模式,配合产能优势,有望从标准定义的角度形成更高维度的产品 打击,并带动产业链的良性循环发展轨道。

  (本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)