新能源汽车产业链研究与需求测算

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产业链各环节概况</b>
新能源汽车无疑是一个需求确定的方向，搞清楚产业链细分很重要；
新能源汽车主要包括上游锂电池及电机原材料、中游电机，电控，电池以及下游整车，充电桩和运营三个环节。中游环节电池产业链相对较为复杂，主要由正极、负极、隔膜以及电解液组成，正极材料种类较多，包括磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂以及三元锂，三元锂主要指镍钴锰酸锂 NCM，也包括小部分的镍钴铝酸锂 NCA，对应上游原材料主要为锂矿、钴矿、镍矿以及锰矿等；负极主要以石墨材料为主，包括人造石墨与天然石墨等，隔膜主要以聚烯烃材料聚丙烯 PP 以及聚乙烯 PE 为主，电解液主要成分为六氟磷酸锂。电控环节主要是控制类硬件与线速，电机上游主要是永磁材料与硅钢片，原材料分别为稀土与铁矿石；


成本：
电池环节成本占比最高，技术与成本核心在正极；从新能源汽车的成本构成来看，电池成本相对整车环节占据 42%，电机电控成本占比相近，电机和电控分别占据 10% 以及 11%。传统能源汽车中发动机与变速器构成核心动力总成部件，成本占比约占整车的 30%，而新能源汽车的 " 三电 " 模块电池、电机、电控是核心动力总成部件，累计成本占比约 60%，大幅超越传统整车。
对于成本占比最高的电池，主要由正极、负极、隔膜与电解液四个部分组成。放电时锂离子与电子从负极脱出，电子经由外部电路达到正极，而锂离子则通过电解液进入正极。锂离子、正极材料以及电子在正极重新结合完成电流传到，隔膜主要是将正极和负极隔离从而防止短路。


新能源电动车相较传统整车的核心优势在于能源结构与成本，短板在于续航里程，未来新能源汽车竞争力提升主要源于降成本与提里程。续航里程主要由正极材料的容量决定，而正极材料决定了电池的容量（续航里程）、寿命等多方面核心性能，因此正极材料是电池最重要的子环节，成本占比区间高达 30-40%。隔膜环节技术壁垒与成本均较高，难点在于微孔结构成型技术与基底材料，目前成本占比约占 20%。负极材料主要以石墨为主，电解液主要以六氟磷酸锂为主，成本占比相对较低，分别为 15% 与 10% 左右。


2.1 正极材料：商乘分化，三元占比提升
正极材料主要是为电池提供锂离子，在充电时正极材料锂离子脱离到负极，放电时锂离子经过电解液回到正极，使得负极材料在获得与释放锂离子时相对正极材料产生电位差从而形成工作电压。
电池的能量密度主要由正极材料决定。正极材料种类较多，主要包括磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂以及三元锂，其中三元锂分为镍钴锰 NCM 以及镍钴铝 NCA，其中镍钴锰三元电池依据各个元素的相对占比可细分为 NCM333、NCM523、NCM622 以及 NCM811，由于三元材料使用钴等贵金属，因此成本相对较高。
动力电池发展初期磷酸铁锂最为主流，主要由于其原材料国内储备丰富、循环寿命长且安全性能优异，但是磷酸铁锂能量密度较低，电池比能量位于 100-120Wh/kg 区间，上限最多达到 160Wh/kg，从而制约纯电动汽车的续航里程。2017 年工信部发布《汽车产业中长期发展规划》指出在 2020 年动力电池单体比能量需达到 300Wh/kg，力争达到 350Wh/kg，系统比能量力争达到 260Wh/kg，而到 2025 年动力电池系统比能量达到 350Wh/kg，基于现阶段的磷酸铁锂比容量正极远无法达到该标准。
三元锂电池因为综合了镍带来的高容量、钴和锰带来的高材料稳定性，综合性能有所提升，尤其是比能量较高位于 150-200Wh/kg 区间，目前市场使用占比逐年提升，预计后期仍将持续上升。但三元材料的热稳定性相对较差，在 200 ℃外界温度下易分解释放出氧气从而为电池高温助燃，而磷酸铁锂分解温度约在 700 ℃并且不会释放氧气，因此从热稳定性（同时也是安全性）来看，磷酸铁锂优势显著。
目前基于安全性以及行驶里程较为固定的缘故，商用车仍然较多使用磷酸铁锂，而乘用车逐步由磷酸铁锂切换到三元锂技术路线。对于三元锂而言，镍含量的提升能够提升电池比容量，同时降低电池材料的成本，但也会进一步降低热稳定性。
电池的容量和热稳定性是当下电池所面临的一对技术矛盾，而续航里程是纯电动汽车当下阶段最为关注的核心指标，在比能量和热稳定性的权衡上，正极材料的比能量提升技术难度边际递增，而热稳定性短板可通过配套使用效率较高的热管理系统加以弥补。因此高比能量而热稳定性相对较弱的技术路线有望成为后期技术主流，具体表现为：一方面三元材料的使用占比提升，一方面 " 低钴高镍 " 化将成为三元电池的后期趋势。
三元材料是以镍盐、钴盐、锰盐为原料，根据实际情况对镍钴锰的比例进行配比。与磷酸铁锂和锰酸锂相比较，三元材料能量密度明显提升。当前，经过改进的磷酸铁锂能量密度可以达到 160Wh/kg；锰酸锂能量密度在 150Wh/kg 左右；镍钴锰三元材料 NCM 中，随着镍含量的增加，能量密度也大幅增加，当前国内主流 NCM 还是 NCM523/622 体系，正在快速向 NCM811 体系切换，能量密度可以达到 210Wh/kg；镍钴铝三元材料 NCA 的能量密度在 220-280Wh/kg，松下供给特斯拉的 NCA 能量密度能达到 300Wh/kg，是国内企业追赶的目标。


2.3 隔膜：干法是主流但短期产能过剩，湿法是趋势当下供不应求
隔膜的作用是将电池的正、负极分隔开从而防止两极接触发生短路，也为电解质离子提供流动通道。锂离子的传导能力直接关系到锂电池的整体性能，其隔离正负极的作用使得电池在过渡充电或温度较高时具备微孔自闭保护作用从而限制电流的升高，防止电池短路引起爆炸。隔膜性能决定了电池的界面结构、内阻等，因此也会影响到电池的容量、循环以及安全性能。
常用的隔膜材料主要分为聚合物膜、无纺布膜；聚合物主要包括聚乙烯 PE 和聚丙烯 PP，无纺布膜主要包括玻璃纤维、合成纤维、陶瓷纤维等。从隔膜材料应用情况来看，由于聚烯烃（聚合物膜）成本合理，机械与化学性能稳定，目前大多数采用微孔聚烯烃隔膜，进一部可分为单层 PP、单层 PE、以及 3 层的 PP/PE/PP。
从制备工艺角度分类，主要分为干法与湿法制备；干法是将聚烯烃树脂熔融、挤压后吹制成结晶性高分子薄膜、经过结晶化热处理、退火后在高温下进一步拉伸，从而将结晶界面进行剥离，形成多空结构，干法工艺主要应用于 PP 材料，目前较多应用于磷酸铁锂电池。
湿法制备主要针对低密度的 PE 材料，目前较多应用于三元锂电池，主要利用高聚物以及某些高沸点的小分子化合物在高温下形成均相溶液，降低温度后发生固 - 液或液 - 液相分离，后期经过拉伸后除去低分子后则可制成相互贯通的微孔膜材料。整体而言，湿法制备工艺比干法具备更好的孔隙率、透气性以及拉伸强度，微孔的尺寸以及分布均更加均匀，所制备材料更薄，从而使得湿法隔膜具备更好的容量、安全性和循环特性，但湿法主要采用 PE 材料，熔点相对低，因此耐高温性能更差，同时湿法的成本较高，一般用于制造高端隔膜产品。


目前我国国内隔膜主要以较为低端的干法为主，干法约占 74% 市场份额，而湿法占据 26% 市场份额，国际隔膜制造巨头基本以湿法制备为主。我国的上海恩捷、星源材质、金辉高科、大东南、中锂隔膜、辽源鸿图等一批企业逐步向湿法转型，沧州明珠、纽米科技、中科科技、河南义腾等企业主要以干法为主。
由于隔膜环节毛利率较高，而干法隔膜的技术与资金壁垒相对较低，从而吸引大批企业进入产业链，我们预计干法隔膜后期产能较为可能过剩，而湿法隔膜主要受到三元锂电池增长带动需求，国内供不应求主要依赖进口。当前具备技术与资金优势的企业正积极布局扩大湿法隔膜产能，预计后期湿法隔膜进口替代有望提速，而根据湿法产线从下订单到最终调试出产品大约需要 18 个月，若以 17 年年初作为国内企业转型湿法隔膜的时间节点，我们预计 2019-2020 年是湿法隔膜产能集中释放期，而 17-18 年湿法隔膜仍较大可能处于供不应求状态。


产能过剩进行时；
新能源整车：纯电占绝对份额，商用车推广进度相较更快
从下游新能源整车车型占比来看，2016 年纯电动车型占比达到 81%，插电混合动力车型占比达到 19%，乘用车占比达到 67%，商用车占比达到 33%。若以对应车型的渗透率来衡量新能源车的推广进度，2016 年新能源商用车渗透率为 4.65%，尤其是新能源公交车渗透率高达 32%（保有量数据），而乘用车渗透率仅 1.41%，商用车渗透率高于乘用车主要由于一方面商用车基数本身低，同时商用车续航里程固定，充电运营相对好管理，并且运营商更加注重全生命周期使用成本；一方面新能源乘用车主要针对个人消费者，目标群体更加看重一次购车成本，并且在下游充电运营环节尚未全面铺开的情况下，续航里程与充电便捷度成为制约新能源乘用车发展的关键。
市场空间及竞争格局</b>
我们测算 2017 年国内新能源汽车总产量有望达到 66.1 万辆，对应动力电池需求量达到 32.5GWh，2020 年国内新能源汽车总产量有望到达 200 万辆，对应动力电池需求达到 120.8GWh。预计 2017-2020 年新能源汽车年均复合增速约为 44.6%，动力电池需求年均复合增速约为 54.9%，考虑到动力电池成本下降的市场空间年均复合增速约为 36.8%；
（备注：1 万辆对应 0.5GWh;
增速层面，高增速环节主要集中在上游；基于我们的预测模型，产业链整体增速水平较高，分化较大；2017-2020 年各环节的平均年均复合增速约为 47.4%，其中上游环节的平均年均复合增速约 59.1%，中游的平均年均复合增速约 45%，下游的平均年均复合增速约 44.6%。上游环节的镍原材料、三元正极材料、钴原料以及隔膜等环节增长较快，年均复合增速分别为 93.4%、77.7%、69.7% 以及 68.3%，而纯电动客车、磷酸铁锂、电机、电控环节增速相对较慢，但也维持在 18-35% 稳定增区间，对应年均复合增速分别为 18.2%、18.9%、35.0% 以及 35.2%。


竞争格局层面，负极与下游格局相对明朗；较低的行业集中度，尤其是 CR10 较低对应的行业竞争较激烈，因此存在压价以及竞争格局尚未明确的风险，而较高的行业集中度，尤其是较高的 CR4 对应的行业竞争温和，格局明确。因此我们主要基于 CR4 与 CR10 指标甄别产业链各环节的竞争格局。
CR4 较高的产业链环节主要有插电混乘用车、新能源专用车、天然石墨、纯电动乘车，对应的 CR4 分别为 98%、88% 以及 84%。CR4 较高的环节主要集中在下游整车；CR10 较低的产业链环节主要有正极材料、电控、电机等环节，对应的 CR10 分别为 42%、61%、61%。综合来看，我们认为目前下游以及负极材料竞争格局相对明朗，而正极、电机、电控环节竞争相对激烈，格局尚不明确。
动力电池：需求稳增成本下降，17-20 市场空间复合增速约 33%
为了测算动力电池总体出货量，需要分车型（不同车型单车电池搭载量差异较大）进行拆分预测，核心影响因素主要是产量以及单车电池搭载量两个方面：


2016 年动力电池成本大约在 2.2-2.3 元 /Wh 区间，2017 年电池行业由于规模效应第一次大幅度实现成本下降，相对 2016 年电池成本大约下降 30% 至 1.6-1.7 元 /Wh 区间。中长期看，根据 17 年 3 月发改委、财政部、工信部以及科技部四部委发布的《促进汽车动力电池产业发展方案》，至 2020 年动力电池成本目标降低至 1 元 /Wh，我们保守估计 2020 电池成本下降至 1.1 元 /Wh。进一步结合动力电池的成本变动，我们大致估算 2017 年动力电池需求量约 32.5GWh，市场空间约 524 亿元，2020 年需求量 120.9GWh，市场空间有望到达 1326 亿元。2017-2020 年动力电池需求年均复合增速约 54.9%，考虑市场价格的市场空间年均复合增速约 36.3%。
回首 2017，全球新能源汽车销量突破 142 万台，同比增长 58%。中汽协数据显示，中国新能源汽车全年销量为 79.6 万辆，全球占比 56%，同比增长 53.3%。新能源乘用车是主攻方向，实现销量 46 万辆，占比 57.76%，同比增长 85.1%。2018 年，全球新能源汽车产销量有望超过 200 万辆，中国预计突破 100 万辆，1-7 月份，中国新能源汽车产销量分别达到 50.4 万辆和 49.6 万辆，同比增长 85.3% 和 97.6%，乘用车占比为 63.1% 和 63.4%；到 2020 年，全球产销量将达到 500 万辆。
正极材料：钴镍隔膜增速最高，格局尚未明确
产业链上增长最快的环节，" 低钴高镍 " 趋势使得镍增速相对更快；正极材料中磷酸铁锂与三元锂电池的占比达到 90% 以上，为了简化模型提高准确定，我们暂不考虑锰酸锂与钴酸锂等较为小众的正极材料，主要对三元锂和磷酸铁锂的市场空间进行预测，并且进一步拆分预测 NCM333、NCM523、NCM622 以及 NCM811 和 NCA 等不同类型三元材料的细分市场空间。主要基于以下假设：
第一，三元电池在各类型新能源汽车中的应用占比情况；2017 年三元电池在各类型新能源汽车的应用占比我们主要基于 2017 年释放的 1-7 批补贴目录的中三元电池在各车型中的应用占比，新能源乘用车、客车以及专用车三元电池使用占比分别为 80.1%、0.36%、72.81%，2016 年三元电池在纯电动乘用车、插电混动乘用车、纯电动客车、插电混客车以及专用车占比分别为 58%、26%（估）、0.13%、12%（估）以及 42%，我们认为 2017 年 1-7 批中三元占比提升的车型后续有望随着补贴目录的释放持续提升，预计 2017 年三元锂在纯电动乘用车、插电混乘用车、纯电动客车、插电混客车以及专用车的占比分别为 85%、85%、1%、1% 以及 80%，
此外，我们预计 2020 年三元锂在乘用车与专用车基本能够全部普及，因此占比达到 95%，同时考虑到三元电池在客车中小批量逐步应用，因此三元电池在客车中的占比小幅度提升至 15%；
第二，不同类型三元电池应用占比情况；基于高工锂电数据，2016 年 NCM333、NCM523、NCM622 以及 NCM811/NCA 的应用占比分别为 13%、76%、10% 与 1%，考虑到三元电池 " 高镍低钴 " 化的趋势，我们认为 NCM622 以及 NCM811 占比有望逐步提升。此外，特斯拉产量从 17 年开始提速，18 年放量，而特斯拉车型搭载的是 NCA 电池。我们认为一方面其余整车厂迫于电池容量提升压力，后期也将
逐步试水 NCA，一方面 NCA 电池技术在各整车厂之间有望逐步传播，因此 NCM811 与 NCA 提升速度基本同步 NCM622；
第三，每 GWh 动力电池与正极材料的用量关系；据第一电池网数据，每 GWh 的 NCM333、NCM523、NCM622、NCM811/NCA 以及磷酸铁锂对应的用量分别为 1931 吨、1802 吨、1689 吨、1503 吨以及 2451 吨；此外，每 KWh 对应的钴用量约 0.25kg，镍用量约 0.30kg，正极铜箔 0.25kg
基于上述假设，2017 年正极材料中三元锂电池需求量约为 15.7GWh，占比达到 48.2%，磷酸铁锂电池需求量约为 16.9GWh，占比达到 51.8%，2020 年三元锂电池需求量约为 92.6GWh，占比达到 76.7%，磷酸铁锂需求量约为 28.2GWh，占比达到 23.3%，2017-2020 年三元锂电池年均复合增速约为 80.7%，磷酸铁锂电池年均复合增速约为 18.7%。
若按正极材料需求量口径，2017 年正极材料需求约为 6.9 万吨，其中三元锂电池需求 2.8 万吨占比达到 40.6%，磷酸铁锂需求 4.1 万吨，占比达到 59.4%，2020 年正极材料需求约为 22.6 万吨，其中三元锂电池需求 15.7 万吨，占比达到 69.5%，磷酸铁锂 6.9 万吨，占比达到 30.5%。2017-2020 年正极材料年均复合增速约 48.5%，三元锂正极材料年均复合增速约 77.7%，磷酸铁锂年均复合增速约 18.9%。
此外，2017 年由三元锂带动的钴需求约为 0.35 万吨，镍需求约为 0.51 万吨，正极铝箔需求约为 0.81 万吨，2020 年由三元锂带动的钴需求约为 1.71 万吨，镍需求约为 3.70 万吨，正极铝箔需求约为 3.02 万吨，2017-2020 钴需求年均复合增速约为 69.7%，镍需求年均复合增速约为 93.4%，铝箔需求年均复合增速约为 55.1%。