锂电池制造分为极片制作、电芯组装、电芯激活检测和电池封装四个工序段。极片制作包括搅拌、涂布、辊压、分切、制片、极耳成型等工序,是电池制造的基础,对极片制造设备的精度、稳定性、自动化水平和生产效率等要求很高;电芯组装包括卷绕或叠片、电芯预封装、注电解液等工序,对精度、效率、一致性要求很高;电芯激活检测包括电芯化成、分容检测等;电池封装包括对构成电池组的单体电池进行测试、分类和串并联组合,以及对组装后的电池组性能、可靠性测试。按照生产流程,以上设备可划分为前端设备、中端设备、后端设备,其中关键设备主要集中在前端和中端。

锂电池制造设备分类

按生产流程分类
工序段
设备名称
前端设备
极片制作
搅拌机(关键设备)
涂布机(关键设备)
辊压机(关键设备)
分切机(关键设备)
制片机(关键设备)
极耳成型
中端设备
电芯组装
叠片机或卷绕机(关键设备)
电芯预封装设备
注电解液设备
后端设备
电芯激活检测
分容检测设备
电池封装
电芯化成设备
单体电池测试、分类和串并联组合设备
电池组性能、可靠性测试设备

锂电池生产工艺流程

  2014 年来,由于新能源汽车市场高速增长,动力锂电池出货量迅猛增加,行业占比快速提高,2015 年达36.1%,贡献了锂电池全年65%的增量;2016 年Q1 锂电池出货量13.5Gwh,其中动力锂电池7.5Gwh,占比从2015 年Q1 的19.6%提升至55%。

2015 年动力锂电池出货量约 16Gwh

2015 年动力锂电池出货量行业占比已达 36%

  根据《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020 年)》,2020 年国内新能源汽车保有量将超过500 万辆,我们预计2020 年新能源汽车销量超过200 万辆是大概率事件,考虑到2018年之前补贴政策整体力度仍较强,拉动动力锂电池未来3 年平均每年增长61%。

2016-2020 国内新能源汽车销量和动力锂电池需求预测

  

类别
2015
2016
2017
2018
2019
2020
商用车和专用车(万辆)
15
20
27
35
40
45
乘用车(万辆)
22
50
80
115
145
155
商用车和专车单车锂电池用量(Kwh/辆)
95
98
105
114
120
125
乘用车单车锂电池用量(Kwh/辆)
17
20
24
30
40
45
商用车和专用车锂电池用量(Gwh
14.25
19.6
28.35
39.9
48
56.25
乘用车锂电池需求(Gwh
3.74
10
19.2
34.5
58
69.75
动力锂电池需求合计(Gwh
17.9
29.6
47.55
74.4
106
126
动力锂电池新增需求合计(Gwh
-
11.61
17.95
26.85
31.6
20
动力锂电池需求增速
-
65%
61%
56%
42%
19%

  通过自上而下统计国内动力锂电池企业扩产计划,测算得出1Gwh 动力锂电池生产线平均投资8.7 亿元,我们草根调研了解到自动化程度高的生产线设备投资占比约50%-60%,考虑到一线动力锂电池企业是未来几年行业产能扩张的主体,且增加的产能以高端自动化生产线为主,因此保守估计1Gwh 动力锂电池生产线需要设备投资4.4 亿元。结合前文测算的动力锂电池市场需求量,预计2016-2018 动力电池新增产能依次为20Gwh、27Gwh、31.6Gwh(其中16 年根据实际统计),计算得出2016-2018 年动力锂电设备市场需求规模为88 亿元、114 亿元、141 亿元。

国内1Gwh 动力锂电池产能平均投资8.7 亿元

类别
规划年产能(Gwh
投资额(亿元)
单位产能投资额(亿元/Gwh
比亚迪
6
60
10
中航锂电
13.5
140
10.4
合肥国轩
3.6
30
8.3
多氟多
1.08
6
5.6
猛狮科技
6
30
5
沃特玛荆州
3
24
8
沃特玛渭南
10
50
5
北汽
5
30
6
CATL
5
75
15
平均值
- 
- 
8.7

  
国内消费电子产品已进入低速增长期,根据易观智库数据预测,2016 年中国智能手机销量将达到4.4 亿部,较2015 年增长3.8%,预计2018 年中国智能手机销量将在4.73 亿左右,整体增长速率呈现出下降趋势,笔记本电脑出货量2015 年已进入负增长,综合考虑我们预计消费锂电池每年增长4%。

  2015 年国内消费锂电池出货量28.4Gwh,若以每年4%的速度扩张产能,每年需增加1.2Gwh 产能,对于原有设备按5 年寿命计算,每年约有6Gwh 产能需更新设备,和动力锂电设备相比,消费锂电设备标准化程度高,技术含量低,售价更便宜,我们假设单位产能设备投资为2 亿元,则2016-2018 年消费锂电每年需锂电设备投资(1.2+6)*2=14.4 亿元。

  储能锂电池发展的驱动力主要来自于政策扶持、锂电池性价比提升和储能技术进步,根据《太阳能利用十三五发展规划征求意见稿》(2015.12),到2020 年底国内分布式光伏累计装机达70GW,未来5 年年化增速超过50%,另外通信基站小型化也将拉动储能锂电池市场需求,据此保守预计储能锂电池未来几年平均年化增速60%,2016-2018 新增产能分别为1Gwh、1.6Gwh、2.6Gwh,假设单位产能设备投资和动力锂电池相等,取值4.4 亿元/Gwh,则需锂电设备投资规模依次为4.5 亿元、7.2 亿元、11.5 亿元。合并动力锂电设备、消费锂电设备、储能锂电设备计算结果,2016-2018 锂电设备市场需求依次为114 亿、150 亿、179 亿,平均年化增速约30%。

2016-2018 年锂电设备市场需求平均年化增速约30%

  受下游新能源汽车市场快速增长拉动,自2014 年下半年以来国内动力锂电池供不应求,产能缺口和高毛利率吸引大量企业快速涌入,企业数量过去3 年增长2 倍,截至2016 年1季度共计130 家。根据高工锂电预测,企业数量有望在今年底达到150 家,预计2017 年后不再有新进入者加入。

2014 年之后大量企业快速涌入动力锂电池行业

  2015 年以来动力锂电池企业掀起的大规模扩产潮,将在今年下半年开始集中释放产能。根据GGII2016 年全国巡回调研结果(实地调研50 家动力电池企业),结论是2016 年底行业将出现结构性产能过剩;经我们自下而上的梳理统计,测算出2016 年底产能50Gwh,大致等于前文预测的2017 年全年需求(48Gwh),我们判断行业2016 年底实现供需平衡。对于结构性产能过剩问题,实际情况将是高端优质产品供不应求,低端劣质产品供给过剩;三元供略小于求,磷酸铁锂供给过剩。

2016 年底动力锂电池产能达50Gwh

类别
15底产能(Gwh)
目前产能
16年底产能
比亚迪
10
10
13
CATL
2.43
3
3.2
沃特玛
1.5
1.5
3
合肥国轩
1.1
2.8
3
哈光宇
0.6
1
1.5
力神
0.81
2
2.5
微宏动力
1
1
1.5
北京国能
0.4
1.8
2
五龙电动车(中聚电池)
0.9
0.9
1
成飞集成(中航锂电)
1
1
3
万向
1.5
1.5
1.5
比克
0.5
2.5
3
多氟多
0.7
0.7
1.08
猛狮科技
0
1
1.5
亿纬锂能
0
1
1.5
海四达
0.2
0.3
0.5
天能动力
1.25
1.5
2.25
产能合计
25.64
33.5
44.1
行业总产能
30
40
50

  长远来看,政府政策一定是倾向于将动力锂电池产业做大做强,通过推动行业由分散走向集中,在龙头企业带动下实现技术快速突破,培育一批能和国际标杆竞争的本土企业,2015年底至今频繁出台的各项电池相关政策表明国家对动力锂电池安全、行业标准和技术创新等越来越重视,政策从供给侧不断提升行业准入门槛。

2015 年11 月至今动力锂电池相关政策

根据计划,2017 年至2018 年政府对新能源汽车的补贴标准,将在2016 年基础上下调20%,2019 年至2020 年下降40%,2020 年以后补贴政策将退出。国内新能源汽车补贴占价格比例高,20%的补贴在乘用车、专用车、客车售价中占比高达7%、13%、10%,我们预计补贴政策退出将倒逼整车企业降低成本,而电池在整车成本中占比最高,整车企业降低成本压力会迅速传导至上游动力锂电池企业。电池生产中材料成本占比75%,但材料价格取决于材料整体供求关系,由市场定价,而制造成本占13%,这部分成本下降空间主要取决于规模效应,一线电池企业在竞争中通过规模化生产能奠定成本优势。

国内新能源汽车补贴占价格比例偏高

动力锂电池制造成本占比 13%

  在动力锂电池政策和整车补贴政策推动下,我们预计国内动力锂电池市场集中度将快速提升,CR9 有望从2015 年 51.5%提升至2017 年60%(比亚迪是垂直一体化战略,因此统计市场集中度时将其剔除)。2014 年到2015 年CR9 仅从49.5%提升至51.5%,原因在于产能缺口制约了一线企业提升市场份额。

2015年国内动力锂电行业 CR9 为 49.5%

2015 年国内动力锂电行业 CR9 为 51.5%

从行业内部看,目前国内一线动力锂电池企业大多是在行业深耕多年的原有厂商,和数码电池转型厂商、铅酸镍酸等其他电池转型厂商,以及锂电池行业新进入者相比,一线企业在技术实力、客户资源、品牌知名度等方面拥有诸多优势,未来市场份额将越来越向这些企业集中。

原有动力电池厂商竞争优势明显

  三元技术路线成为动力锂电池行业的主流,对电池制造水平要求更高,目前来看,自动化水平偏低是国内动力锂电池制造的重要短板。根据真理研究披露,当前国际先进电池企业生产线自动化率约85%,而国内一线企业生产线自动化率不到60%,二三线企业平均不到30%,以生产线质量检查点为例,日本企业平均为50 个,而国内平均为20 个,国内企业制造设备水平和制造过程控制能力与国外差距巨大。

国内动力锂电池生产自动化水平明显偏低

国内动力锂电池制造控制能力差

  根据真理研究统计,国内动力锂电池制造合格率为70%-80%,而国外企业的全自动化生产线合格率达90%,且产品稳定性、一致性和使用寿命更高。为提升制造合格率和产品性能,国内动力锂电池企业陆续引进全自动化生产线,2015 年比亚迪、力神已有全自动生产线投产,中航锂电、猛狮科技、亿纬锂能等企业也已开工建设全自动化生产线,在一线动力锂电池企业引领下,预计未来全自动化生产线将是行业主流。

一线动力企业正提升生产线自动化水平

企业
地点
年产能/投资额
开工/建成时间
自动化水平
比亚迪
深圳
8Gwh
2015年投产
全自动
力神
潍坊
投资4亿
2015年投产
全自动
中航锂电
洛阳
投资20亿
2015年开工
全自动
猛狮科技
漳州
投资30亿,产能5Gwh
2015年开工
全自动
亿纬锂能
投资6.3
亿,产能1Gwh
2015年开始投产
全自动

  目前来看,全自动化生产线并不能直接降低电池制造成本, 但随着产品合格率提升,返工减少同样能给企业节约大量成本。

引进全自动化生产线不能降低制造成本

产能
设备投资
工人数量
人均人工成本
设备投资回收期
国产半自动化生产线0.5Gwh
1亿
250
7万/年
-
进口全自动化生产线0.5Gwh
3亿
30
7万/年
13年