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锂电池:拐角处的挑战与机遇

2023-12-14 阅读:1890
文章分类:行业观察
企业数字化

对于制造业公司来说,「产能周期」永远是让人提心掉胆的四个字。锂电行业尤其如此,经历过前两轮下行阶段里的人,很难不对去库存过程里危机四伏的处境心有余悸。始于2020年新能源汽车和储能行业需求爆发的第三轮后期,曾让锂电一度成为资本市场的宠儿。但周期往复之后,在今天产业链的冰与火之歌里,对锂电过剩的担忧又再度卷土重来。

锂电行业目前究竟处于周期何处?这个行业的根本驱动力又是什么?和谐汇一研究部制造组研究员林钰婷给出了她的观察视角。

锂电行业对景气度周期和下行期的焦灼并不陌生

前两轮周期的发端分别是2009年“十城千辆工程”和2015年新能源汽车补贴。2019年,补贴退坡和坏账泛滥大面积冲击企业的资金链,行业风雨飘摇。第三轮周期则始于2020年下半年,新能源汽车进入了优质供给驱动的新阶段,同时电化学储能的需求逐步起量,政策影响渐弱,锂电产业长出了更为强健的根系。供需错配、量利齐升,投资狂潮下蛰伏危机。

到了2023年,去库、过剩、需求失速成为关键词,大考在所难免,也洗刷出行业更本质的发展之道。

改变世界的锂电池与奋起直追的中国制造

在1972年的一次会议上,Michel Armand首次提出一种固态电池的设计(SSBs),70年代末,又提出“摇椅电池”为锂离子电池(LIBs)、钠离子电池(SIBs)指明方向。短短十年间,锂电池组成及储能原理得到阐明,这一切并不是简单水到渠成,而是科学史上又一次“人类群星闪耀时”。

随后,学术界研究的焦点转移到如何通过改进材料体系以提高电池各项性能指标,锂离子电池的发展进度一马当先,钴酸锂、磷酸铁锂、三元等正极材料相继诞生。如今我们提起锂电池,一般都是指锂离子电池,而锂电池的初心——全固态锂金属电池也始终在进步,但尚未成熟,与锂离子电池花开两朵、各表一枝。

锂电池:拐角处的挑战与机遇

1991年,索尼实现锂电池商业化,1998年,松下量产笔记本电脑专用的18650圆柱形锂电池。相比于燃料电池、铅酸电池、镍镉电池等更早出现的电池,锂电池凭借其在重量、体积、续航等方面无可比拟的优势,在诞生后的二十年间与消费电子互相成就,并在能源结构转型的过程中大放异彩。“they created a rechargeable world”,三位锂电泰斗于2019年摘得诺奖,众望所归。

在锂电池发展的初始阶段,中国的优势是制造而非研发,便注定要以追随者的姿态参与这场改变世界的征程。追赶的道路上有购车补贴、电池白名单等政策的保驾护航,也有宝马给宁德时代800页技术标准这样的“贵人相助“。最重要的,还是中国锂电产业不断修炼内功,工程师红利接棒人口红利,从材料、设备到电池制造,每一个环节都在积极进取。

时间来到2016年,3C类电池与动力电池在总出货量的占比接近之时,正极、负极、电解液、隔膜四大主要材料的国产化率已经达到9成左右,中国锂电池产业链在消费电池时代完成了大部分国产替代的任务。2021年,宁德时代授权现代摩比斯使用CTP(高效成组)技术,将电池技术输出到曾经的高地之一——韩国,攻守之势异也。

锂电池:拐角处的挑战与机遇

单位盈利周期向下,降本是终端需求持续增长的内生动力

对于新能源汽车而言,在不牺牲利润的前提下,油电无补贴首购平价并未普遍实现,全生命周期平价的测算也还是让人有些纠结,因此降本依然是动力电池的第一使命。储能电池更是如此,终端(尤其是大储)对成本极为敏感,单Wh成本的下探将撬动更大的市场需求,是挑战也是机遇。

今年以来,碳酸锂价格下跌至最低15-20万/吨的区间,对应的磷酸铁锂电芯的价格不到0.6元/Wh,材料成本不到0.4元/Wh,成本下降的速度超出21年碳酸锂价格急速上涨之前大多数人的预判。当供给不再紧张,原料交易也逐渐恢复正常的节奏,莱特定律在锂电行业依然有效。

锂电池:拐角处的挑战与机遇

以史为鉴,优秀的制造业企业在高景气、高盈利的光景里也有极强的忧患意识并不断自我革新,甚至贡献重塑行业的“黑科技“,没有跟紧步伐的玩家将黯然离场。

展望未来,除了国产湿法隔膜设备等最后几块拼图,锂电产业已经接近100%国产化,打通原料、设备、制造,垂直整合有望让成本进一步下探。更长远看,回收废旧锂电池作为城市矿山,在原材料中的占比会持续提高,锂电产业的制造属性在闭环中不断强化,而制造的每一个环节都可以被重新定义。我们对莱特定律在锂电池领域继续发挥充满信心。

锂电池:拐角处的挑战与机遇

锂电产业链每个环节的单位利润必将会随电池总成本的下降而下降,加工费不断突破历史新低符合行业的发展规律。从投资角度,利润受到短期供需关系的影响,因此我们关注退出壁垒、供需平衡表和各种周期的信号。同时,成本和性能还远远没有到极限,例如负极从离散到连续,从高能耗到节能耗,依然大有可为,跑在最前沿的领航者才会获得时代的嘉奖。

创新不眠,新技术是投资锂电产业链的长期课题

一个众所不周知的冷知识,电动车并不是一个新近发明,它和燃油车其实几乎是在同一时间问世的。

1881年,古斯塔夫·特鲁夫就发明了第一辆可充电的电动汽车,搭载的是铅酸电池和直流电机;五年后的1886年,卡尔·本茨才推出了第一辆使用汽油内燃机的汽车。实际上,在1920年之前,电动车市占率一度领先,但在性能和成本两方面被燃油车追及并碾压,很快销声匿迹。直到上世纪末,锂离子电池商业化落地,重新打开了电动车的想象空间,同时,人类也逐渐接近内燃机的终极答案,于是电车回归的序幕徐徐拉起。

锂电池:拐角处的挑战与机遇

时至今日,电动车在实际续航里程、补能效率和高低温稳定性方面还没有达到可以和老对手燃油车一决高下的水平。假如没有牌照这一巨大优势,消费者一想到期待已久的假期可能因为电动车而打乱计划,仍然会被劝退,哪怕他们也相信智能化是未来、电气化是智能化的基础。

因此,电池亟待新技术解决当下的使用痛点。莱特定律继续生效,除了每一环节继续改善“跑冒滴漏”、降本增效,也需要新技术的促进。

锂电池:拐角处的挑战与机遇锂电池:拐角处的挑战与机遇

锂电新技术大致分为两种,一种是材料体系,是性能大跃迁的基础,另一种是结构创新,属于小迭代。结构创新节奏快,是近年新能车续航提升的主要推动力,花名也层出不穷,如CTP、长短刀片、one-stop、魔方、弹匣。材料创新则是十年磨一剑,进步的速度常常比投资者的期待要慢。

一方面,材料创新是一项需要多维度权衡的系统工程,主材和辅材都是牵一发而动全身,验证周期少则一年、长则数年。新技术马拉松式落地的过程中,哪个环节是决速步骤,谁起到关键性作用,谁才能获得最丰厚的利润。

锂电池:拐角处的挑战与机遇

另一方面,新技术中化学的、材料属性的进步速度慢于物理的、机械属性的。以最重要的正、负极为例,往前追溯当下热门的磷酸锰铁锂和硅基负极,都已经诞生超过20年之久,1997年,Goodenough课题组发明了磷酸盐正极材料,磷酸锰铁锂便是其家族成员之一,1995年,Dahn和其合作者合成了含有11%原子硅的硅-碳复合电极,其比容量为600 mAh/g。

新材料体系的渗透率并不会在三年内从0%到30%再到80%那般大开大合,这样的模式为材料企业提供了若干种清晰的方向,也降低“赌“错一子而满盘皆输的风险。

锂电池:拐角处的挑战与机遇

前瞻路线清晰,但进步缓慢、知易行难,这些特点也给了投资人相对长的时间去认识锂电池的新技术、新材料,参与0到1、1到10阶段的投资机会也可以从几个长期视角的问题切入。

新技术需要解决的问题越是和底层的基础科学相关,落地的节奏越慢,0到1阶段的不确定性越强。例如全固态电池的关键是界面离子传导问题,钠电池负极材料的合成设计需要对储钠机理全面了解,这些进步的耗时以年为单位。

锂电池:拐角处的挑战与机遇

经济性决定新技术空间大小,因此初始成本低、物美价廉的新材料空间大、产业趋势明晰;若是一项新技术具备经济性的计算条件越多,引入的误差越大。不是所有新技术都会提供弯道超车的舞台,如果新材料相比旧材料只是平滑地升级,和原有玩家的能力圈高度重合,则不容易出现能代表行业成长性的公司,甚至有可能在应用端做好准备之前,供应商已经做好了产能准备,供应链在新技术的浪潮中获得超额收益的时间窗口可能收窄。

综合来看,复合集流体是近些年不可多得的一个赛道。复合集流体“金属-PET/PP-金属”三明治结构的设计减重,还相当于一个熔断器,理论上能够提升安全性。最重要的是物料成本显著低于传统箔材,制造费用(折旧占大头)的降低的速度相对较快,现在已经可以看到复合铜箔平价的曙光。

唯一的缺点是,导体截面积减小、内阻增加,快充场景的发热问题需要重新设计匹配,除此之外便没有其他短板,因此渗透率的天花板很高。无论是镀膜、沉铜、胶粘、蚀刻还是其他技术与都传统的生箔工艺差异较大,我们期待一些新力量脱颖而出。

锂电池:拐角处的挑战与机遇

目前,复合铜箔在附着率、成品率、生产效率方面还存在不可能三角,安全性的优势没有完全发挥。性能提升是需要与电解液等其他材料配合的一个具有化学属性的系统工程,而产业降本的机械属性强、队伍庞大,节奏更快。

因此我们猜测,复合铜箔可能先达到成本平价,再实现安全性、稳定性的全面超越,渗透的顺序是先储能后动力,需求曲线陡峭。复合铝箔在没有出现颠覆性制造工艺之前,沿用高成本蒸发镀铝方法,只应用于高端动力场景。

回到开头,锂是能量储存的“天选之子”,将锂置于负极的固态锂金属电池更是皇冠上的明珠,以回归本源的简洁设计和大幅领先的强悍潜能吸引着锂电人持续探索。锂离子电池材料体系迭代的天花板若隐若现,固态电池铺垫着下一轮振奋人心的技术革命,值得我们长期关注。

结语

中国锂电产业经历了从国产突围到世界领先,再到技术输出的发展过程,这条路越走越宽。过去,行业的蓬勃发展离不开政策呵护,高速增长的顺境中所取得的成绩难免会受到质疑,只有经历数轮周期低谷后走出至暗时刻,于无声处夯实优势,锂电产业方能被视为真正的中国的优势产业。

我们期待看到更多选择长期主义、始终积极进取的公司在技术创新的进程中不断证明自己,成长为世界级的卓越企业,也期待中国锂电产业在固态电池这条赛道上从中国制造走向中国创造。

文章来源:远川研究所;
编辑:云朵匠 | 数商云(微信公众号名称:“数商云”)
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