中金 | 锂电前瞻应用篇：关注电动两轮车市场催化剂与弹性
来源：中金点睛
我们于近期参加了由GGII举办的锂电&电动车年会，本篇是继综述篇《迎接TWh时代的技术、需求机遇》[1]后的应用篇，集中基于需求、技术、企业实践等维度，对两轮车市场进行探讨。我们建议从材料&零部件、及两轮车制造厂两个角度关注产业链投资机会。
摘要
需求：大基数+高性能为基础，新国标+新模式为催化。1）锂电兼备性能与经济性：锂电池具备质量轻、循环次数多、能量密度高、工作温度泛、充电时间短的特点，全生命周期成本更具经济性。2）空间：中国当前电动自行车市场保有量3-3.5亿，每年增量近4000万辆，保有量中绝大多数是“超标电动车”，而新国标的出台加速锂电替换铅酸进程。据与会专家分享测算，中国2020年锂电两轮车预计达970万辆、对应7.17GWh装机，2023年有望达到约50%锂电渗透率、对应1950万辆销量及16GWh装机，未来3年需求复合增速将达30%；在此基础之上，共享电单车的发展以及换电模式的诞生继续有望继续催化增量市场。
技术路径：多条路径共存，应用多点开花。由于电动两轮车对锂电池的性价比要求更高，且企业格局分散，因此目前不同锂电材料技术应用共存。1）磷酸铁锂：优势在于安全、寿命，缺点在于低温性能较差，影响冬天放电与续航，而以鹏辉能源为例，公司通过材料结构、电解液、极片等创新，实现-20℃低温放电保持率91%，提升性价比。2）锰酸锂：优势在于成本低，缺点在于寿命短、高温性能差，而以星恒电源为例，公司通过CA+NCM+LMO复合锂技术解决短板，公司预计产品于今年底开始持续推广至民用电动自行车。3）三元圆柱：优势在于高低温兼顾、产品标准化程度高，缺点在于价格相对高等，在以海宏科技为例的企业中广泛应用。
企业实践：产品创新叠加产能扩张，核心企业持续成长。在需求确定性成长之下，以鹏辉能源、星恒电源等为首的企业均看好两轮车锂电市场的未来发展，在技术端持续优化材料体系、推出具备高性价比的产品，在产能端积极扩产（鹏辉能源预计2021~23年分别实现300/640/900万套产能，星恒电源预计2020~22年分别实现6/11/20GWh产能），在客户端积极合作探索（鹏辉能源客户包括哈啰单车、小牛、超威等，星恒电源包括爱玛、雅迪、新日、绿源等），持续在享受行业红利的基础上巩固地位、稳健成长。
风险
新国标推进不及预期，市场需求不及预期。
正文
需求：大基数+高性能为基础，新国标+新模式为催化
锂电池在两轮车的应用中兼备性能与经济性
性能角度而言，锂电池性能远超铅酸电池。据海宏科技分享，锂电池具备质量轻、循环次数多、能量密度高、工作温度泛、充电时间短的特点，符合城市交通工具的使用，尤其是以上下班为代步的交通工具。目前，一二三线城市的市场对锂电池电动自行车的需求都出现了快速增长，从技术指标来看，锂电池更好地匹配了新国标的性能要求。
图表: 铅酸电池与锂电池性能比较
资料来源：海宏科技，GGII，中金公司研究部
成本角度而言，车用锂电化具备全生命周期经济性。据海宏科技分享，铅酸电池的使用寿命一般2年左右，而锂电池使用相对较长。按电动自行车平均4-5年的生命周期来计算，虽然选用铅酸电池的首次购入成本低，但从全生命周期来看，如果叠加第3年更换电池成本，则铅酸电池的生命周期成本和当前锂电池的成本相差无几。同时，未来锂电池成本有继续下探的空间，因此长远来看，锂电方案更具经济性。
图表: 锂电池具备经济型
资料来源：海宏科技，GGII，中金公司研究部
新国标加速个人消费市场，共享出行、换电培育新模式，行业迎来成长催化剂
新国标催化个人消费市场，远期80GWh体量待开启。2019年4月新国标正式出台，加速锂电池取代铅酸电池。根据绿源电动车分享，中国当前电动自行车市场保有量3-3.5亿，绝大多数是“超标电动车”，有些地区设定了“过渡期”，按照各地正常的临牌过渡进程，远期测算如果50%转为新国标电动自行车，其中50%转为锂电电动自行车，则将产生8000万辆的转换需求，对应近80GWh的装机容量；若电摩锂电化加速，则也将产生大量的类似需求。
图表: 新旧国标对比
资料来源：海宏科技，GGII，中金公司研究部
共享出行贡献锂电两轮车增量。据绿源电动车分享，随着共享出行领域的高速发展，迸发出大量的锂电池需求，且共享出行领域锂电池渗透率接近100%；2020年共享单车领域使用圆柱动力电芯总量超过4亿支。据台铃电动车预测，随着共享电单车的发展，未来3年将贡献每年300-500万辆的增量。
换电模式加速电动两轮车锂电化。电动两轮车锂电化大趋势下，能源服务需求庞大，换电模式应运而生。哈啰出行、宁德时代、蚂蚁集团成立合资公司，推出定位两轮电动车基础能源网络的“哈啰换电服务”——小哈换电，通过服务共享出行行业的大客户——哈啰助力车和哈啰电动车，搭建高质量、高密度网络，实现网络效应和规模效应，进而覆盖B端外卖骑手和C端个人用户。换电模式能够做到：1）解决B端用户高频次、长时间用电需求；2）具备灵活性、省时、高安全性等优势；3）方便统一换电管理，辅助政府对电动车充电的监督。换电模式的诞生和发展，将助力锂电电动自行车完善使用生态、优化用户体验，二者相辅相成、相互促进。
图表: 小哈换电通过大客户支持累计外部用户
资料来源：哈啰出行，GGII，中金公司研究部
行业有望迎30%成长CAGR，2023年锂电装机有望突破20GWh
高技术叠加新国标推进，未来三年全球及中国自行车锂电装机有望保持30%左右CAGR、逐步突破20GWh装机。
►中国：据星恒能源及鹏辉能源统计及预测，中国市场方面，2019年锂电电动自行车销量为680万辆，渗透率为18.8%；而随着新国标要求逐渐落实，锂换铅浪潮席卷，锂电电动自行车销量2020年预计约为970万辆、对应7.17GWh的出货量，而2023年销量有望达到1950万辆、对应16GWh出货量，渗透率接近50%；
►全球：据星恒能源及鹏辉能源统计及预测，欧洲各国政府也在积极推广绿色环保交通工具，带动海外锂电市场上行，2020年全球电动两轮车锂电池出货量有望达9.8Gwh，2023年出货量将达20.5Gwh，未来三年全球以及中国锂电两轮车均保持30%左右的平均增长速率。
图表: 2015-2023年中国锂电两轮车销量及预测
资料来源：鹏辉能源，GGII，中金公司研究部
图表: 2015-2023年全球电动两轮车锂电池出货量及预测
资料来源：鹏辉能源，GGII，中金公司研究部
技术：多条路径共存，应用多点开花
磷酸铁锂：低温性能逐步突破，供给创造丰富需求
铁锂需求触底反弹，市场份额增长显著。据鹏辉能源分享，随着铁锂在动力电池领域的逐渐崛起，小动力市场份额亦增长显著。据GGII数据，2019~1H20期间，铁锂在电动两轮车锂离子电池市场的份额由6.9%上升至16.6%，增长显著，未来有望进一步扩大市场空间。
图表: 电芯材料市场份额情况
资料来源：鹏辉能源，GGII，中金公司研究部
低温性能掣肘，核心企业通过材料结构、电解液、极片、结构等创新实现性能突破。磷酸铁锂电池优于安全性、性价比、循环寿命，但是低温性能差，影响冬天放电与续航，部分产品-10℃容量衰减20~30%，-20℃容量衰减45%。而以鹏辉能源为例，其通过多方面的尝试和探索，已经可以实现-20℃之下放电保持率91%，性能实现大幅突破。
►正极：铁锂材料结构突破。1）通过包覆、掺杂提高材料自身导电性，2）降低材料一次粒子粒径，减少离子扩散路径，3）设计和是二次粒子粒径，以及与一次粒子的符合比例提高材料的压实和低温性能。
►技术：高性能电解液技术开发。1）通过双锂盐、多溶剂复配，实现高电导、宽温程电解液的开发，2）功能添加剂，专属化成工艺结合，构建高稳定低阻抗SEI膜。
►极片：征集告诉导电网络构建。1）新兴多功能粘结剂开发，增加粘结性，同时增加导电性，2）创新导电剂复配技术，构建三维立体高速导电网络，大幅提升低温性能。
►结构：低温抗极片结构的创新。1）增加导电集流体面积，降低电流密度，2）降低电流传导产热，增加耐流特性。
图表: 锂电池材料性能对比
资料来源：鹏辉能源，GGII，中金公司研究部
图表: 鹏辉能源25℃、-20℃放电性能对比
资料来源：鹏辉能源，GGII，中金公司研究部
图表: 鹏辉能源-20℃循环效果
资料来源：鹏辉能源，GGII，中金公司研究部
锰酸锂：复合锂技术扬长避短，逐步推广
传统锰酸锂正极存在高温性能差、寿命短等问题。据星恒能源分享，CA材料、单晶锰酸锂、三元材料分别具有以下特点：
►CA材料：具备循环性能优越、安全性好的优势，但存在成本高、低温性能差的问题。
►单晶锰酸锂：具备成本低、安全性好、低温性能好的优势，但存在能量密度低的问题。
►三元材料：具备能量密度高、循环性能好的优势，但存在安全性差、成本高的问题。
复合锂技术扬长避短。以该领域前沿企业星恒能源为例，其采用的“CA+NCM+LMO”复合锂技术，实现以下创新点：
►单晶锰酸锂：通过动力锰酸锂和单晶锰酸锂，降低三价锰的含量，利用单晶比表面积小的特点，减少暴露的111面，有效改善循环次数低的问题。
►三元复合/电解液：通过混合三元材料，碱性抑制锰溶解，利用锰离子螯合添加剂，富液方形铝壳，有效改善循环次数低的问题。
►关键CA三相复合：通过CA、三元和锰酸锂三相混合技术，在循环过程中补充锂，高温下效果明显，有效解决高温性能差的缺陷。
图表: 星恒电源的锰系多元复合锂技术具备相对优势
资料来源：星恒能源，GGII，中金公司研究部
图表：锰酸锂和三元不同比例混合循环次数和锰溶出
资料来源：星恒能源，GGII，中金公司研究部；注：左轴为循环次数，右轴为ppm
图表: 高浸润性和螯合锰离子改善循环次数
资料来源：星恒能源，GGII，中金公司研究部
星恒电源锰系多元复合锂已经量产，2020年底有望推广至民用电动自行车。目前星恒能源的第七代锰系多元复合锂技术能够实现2600次以上的循环寿命，并已成功应用于宏光MINI和共享电单车，我们预计2020年底推广应用至民用电动自行车。
图表: 星恒电源的锰系多元复合锂技术推广时间轴
资料来源：星恒能源，GGII，中金公司研究部
圆柱电池：工艺成熟，通用性强
圆柱电池具备众多优势。据与会嘉宾分享，许多企业均选择使用圆柱形外壳，主要因为圆柱电池具备以下众多优势：
►成本较低：作为锂电池市场最早的诞生者，圆柱电池工艺成熟，生产效率高，使得成本相对较低。
►安全性高，抗震性强：圆柱电芯单体自身力学性能较好，与相同尺寸的方形、软包电池相比，封闭的圆柱体可以获得最高的弯曲强度，保障了电池的安全性和抗震性，尤其适用于电动自行车这种高频振动的使用场景。
►规格标准化、通用性高：产品规格尺寸及性能参数标准化，产品通用性好，可替换性强。
►产品组装方式灵活，PACK空间利用率高，可以适合任何车型：据天臣新能源分享，目前国外知名电池企业，如博世、三星、松下等电动两轮车PACK，大多采用18650圆柱电池产品设计，PACK工艺成熟，生产效率高，产线通用性好，能够覆盖24-72V或以上任意电压，以及2Ah-80Ah或以上任意容量。
►自动化生产，一致性高，规模化产能提升快：由于自身结构特点以及型号的标准化，圆柱电芯生产的自动化水平相对较高，使得产品的一致性高和成品率也得到提升，制程相对（大电池）易管控。
企业实践：产品创新叠加产能扩张，核心企业持续成长
在需求确定性成长之下，以鹏辉能源、星恒电源等为首的企业均看好两轮车锂电市场的未来发展，在技术端持续优化材料体系、推出具备高性价比的产品，在产能端积极扩产（鹏辉能源预计2021~23年分别实现300/640/900万套产能，星恒电源预计2020~22年分别实现6/11/20GWh产能），在客户端积极合作探索（鹏辉能源客户包括哈啰单车、小牛、超威等，星恒电源包括爱玛、雅迪、新日、绿源等），持续在享受行业红利的基础上巩固地位、稳健成长。
图表: 电动两轮车领域企业实践情况
资料来源：鹏辉能源，星恒能源，天臣新能源，GGII，起点研究，中金公司研究部
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[1] https://research.cicc.com/document/detail?id=222923
文章来源
本文摘自：2020年12月24日已经发布的《锂电前瞻-应用篇：关注电动两轮车市场催化剂与弹性》
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