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EX360涉及到的集中充电方案:
以运营场景为例,半定量方式讨论充电倍率、能量密度及循环寿命作为对该场景效率提升的考量。根据目前电动车市场的技术水平,讨论如下:
1)充放电寿命是影响电池全生命周期总行驶里程的重要因素。从全生命周期分析,循环寿命的增长,能线性地提高了动力电池生命周期的行驶总里程数,而过份追求能源密度,则可能降低循环寿命的次数及电池的总续航。
2)充电倍率提高或充电时间的缩短,是可能提高固定时间内的总续航里程。以目前市面上最好的充电产品为例(TeslaModelX),其倍率性能为1.5C,充电时间约0.67h,其相对于EX360的快充缩短时间1.33h。以城市工况(60km/h),对应的运营里程约80km。假设EX360能量密度提升20%,续航增加20%,则单次充电多运营里程数还只有60km。
3)据调研,比较于提升电池能量密度,缩短电池充电时间在技术难度上还相对较易。
综上所述,后补贴时代,提升充电倍率也应该是一个重要的发展方向。这方面技术,欢迎交流讨论。
三、后补贴时代的电池价格和市场格局
根据我国的补贴政策规划,计划到2020年,新能源汽车补贴将会完全退出市场。届时,新能源汽车将完全在无补贴的情况下依赖自身的造血能力进行产业的自生增长。
(1)关于在退出补贴的情况下,电池PACK价格所需的降价(半定量测算)
2017年动力电池总装机量37.06GWh,其中乘用车13.9GWh。按照第二部分测算乘用车的补贴金额,2017年全年在乘用车的销售约172亿元。由于2016-2017年我国新能源车企只有比亚迪的新能源汽车业务实现了盈利,并且其纵向高度一体化的情况下实现净利率约5%。参考北汽蓝谷2017年的财务报告,公司是亏损的。所以,通过整车OEM业务的销售价格压缩去对冲去补贴影响是不现实的。那么,电池PACK成本的下降,必须向电芯及其上游传导。
根据《中国产业信息网》对新能源汽车产业的预测,新能源汽车的销量CAGR达到37%,2020年约200万辆左右,其中乘用车占比80%,约160万辆。由于续航里程的提升,平均电池装机量相对于销量增速要提升40%左右(参考新能源产业发展规划对能量密度的提升要求),2020年装机量约为50GWh。
根据上述估测,则需要平均每Wh的PACK去摊薄约0.3元的电芯成本。参考2017年行业1.1-1.2元/Wh的电芯售价。那么需要2020年末对于PACK的价格下降至0.8-0.9元/Wh。
我们分析了学术机构及政府机构测算,根据NatureClimateChange研究结果,如下图。
图 对PACK价格的预测
根据估算,为了将电芯成本从目前的价格降低至150USD/kWh的PACK价格,则需要从以下几个方面去降低PACK的成本:1)新能源汽车销量增长贡献占12%;2)LIB经济规模的经济效益占12-14%;3)科技进步带来的研发效应占16-17%。
1)电池成本结构下,未来上游供应链如何变化;
图 CATL采购成本分布
2017年,CATL的电芯价格约为1.2元/Wh。根据0.8元/Wh的目标价格,需要降价降低33%的BOM成本,才能保持相当的毛利率(2017年,31.28%)。
假设:2020年,CATL业务回归传统制造行业,新能源大面积普及,公司毛利约20%,下降约1/3。对应BOM成本则需要下降22%左右。
参考CATL披露的原材料采购成本(来源:Bernstein),下面逐条对电芯的各个组成部分进行分析:
1)负极:2017-2018年国内负极材料石漠化吃紧的情况逐渐得到缓解,石墨化扩建产能逐渐得到释放。在针状焦方面,2017年仍然是供不应求,不仅供需关系紧俏导致价格上涨,很多企业仍然难以购置到针状焦原材料,市场曾经一度出现真空。随着山东益大、京阳科技等新针状焦产能逐渐获得市场认可并产能释放,预计针状焦市场的供需关系得到缓解。2018年上半年针状焦总供给16.22万吨,其中负极材料供应量约为4.6万吨。负极材料行业整体方面,2017年负极材料出货14.9万吨,2018年整体行业在建约35万吨产能。但考虑上游材料稀缺及新的估计材料技术的原因,我们预测2020年负极材料成本仍然不变。
2)隔膜:隔膜企业2017年头部公司毛利率水平较高(约50%)。预计2018-2020隔膜行业将呈现出下降趋势。2016-2017过多资本投建新产能,到2017年下半年新增产能陆续释放,但部分新进入者的产品性能不稳定,为消化产能,不得不降低产品价格,以获取订单,使得市场环境极为混乱,隔膜企业间接被迫打起价格战;同时,国内一线梯队的隔膜企业产能也处于快速建设中,产能投产后,在品质方面有明显的优势,借助规模效应,成本可快速下行,从而实现价格下调,加快二三线隔膜企业降价。预计隔膜降价20%,则对电芯成本下降贡献约为20%*8%=1.6%左右。电芯成本对此不敏感。
3)电解液:电解液产线投资成本低,建设周期短,电解液行业产能利用率不到70%,长期供大于求,电解液价格的波动主要因素是原材料价格的波动。且六氟磷酸锂及EC/DEC等上游化工行业预期限产能政策影响在后续得到缓解,价格逐步企稳,在2020年价格较当下约下降10%,对电芯成本贡献约10%*7%=0.7%。
4)铜箔、铝箔:金属箔本身加工技术壁垒较低(电镀),并且其价格收到大宗商品价格影响较大。参考该BOM图标,电芯成本对其影响不敏感。
5)正极材料:钴在三元正极材料中的成本占比较高,钴价上涨预期保障三元价格开始上涨。由于2017-2018年三元材料的市场需求非常旺盛,以及钴矿供给严重依赖进口,导致钴的供需结构偏紧。2016-2017年,NCM622材料价格有17万元/吨,上涨到21万元/吨。参考622电芯约150Wh/kg的PACK能量密度,则平均价格约为1470元/kWh。
根据铁锂目前近5万元/吨的报价,结合其90Wh/kg的行业平均PACK能量密度,正极材料价格约550元/kWh。
可见,磷酸铁锂和三元材料就目前的价格水平而言,对于整体电芯的成本影响是较为可观的。假设将目前的三元材料,全部替换为磷酸铁锂,在不考虑续航门槛的前提下,那么磷酸铁锂相对于三元可以很大程度上帮助电芯将成本下降至0.8元/Wh。
我们再针对今年市场上的代表NEV车型进行半定量测算:
EU5车型,整车质量1600kg,标称续航~400km。
NCMPACK:54,000Wh/(150Wh/kg)=360kg;
LPFPACK:54,000Wh/(90Wh/kg)=600kg;
两者重量差对EU5整备质量的影响:(240/1600)*100%=15%;
如果重量的变化对续航的影响是线性的话,在假设下,LPO应该比NCM少15%,400km*15%=60km;
在循环寿命方面:(参考来源:深圳市动力电池回收利用机制与政策研究)
NCM:1659次;
LPF:2575次;
在整个PACK的生命周期下:按照正常工况
NCM的总里程数:1659*400=663,600km
LPF的总里程数:2575*(400-40)=927,000km
在EU5案例下,在汽车常规充放电的工作条件下,整个电池生命周期,LPF比NCM在续航方面多出:927,000-663,600=263,400km。
在上述的NEV及燃油车对比过程中,电动车的经济效益优势约为0.1元/km,则在整个电动车的生命周期中LPF比NCM的经济效益优势为:26,340元。
对于54kWh电芯:(参考附录,来源:深圳市绿色低碳发展基金会)
LPF的价格:54kWh*1270元/kWh=68,580元
NCM的价格:54kWh*1230元/kWh(取NCM111和NCM532的平均值)=66,420元
在成本方面,NCM比LPF的PACK节省约68580-66420=2,160元
综上所述,经过半定量方法计算,LPF比NCM的在该车型的经济效益优势约为26,340-2,160=24,180元。
根据实际的产业情况,2016-2018年,三元材料的加速普及,很大的催化因素之一是新能源汽车补贴的续航门槛逐渐提升。目前而言,NCM811的价格是高于NCM622的,并且2020年NCM811及NCM622的规模经济效应带来的行业成本下降仍然有限(小于20%)。
在此情境下,在补贴完全退出的时点,磷酸铁锂将可能对NCM三元市场造成冲击,在生产技术及规模效应带来的NCM成本下降到足够的区间,才能重新回归到与磷酸铁锂电芯的能源成本竞争。
在上述讨论当中,我们只考虑了在现有材料体系下对材料成本的影响因子。此外,新的电池体系,如锂硫固态电池、锂金属固态电池等体系,仍然有机会通过大幅提升能量密度和规模经济的方式降低PACK储能价格。但就目前国内的产业发展势态来看,上述技术目前仍然缺乏成熟度,从业公司认为在2020年,难以大规模放量该种技术。
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