动力电池成本系列报告之二：降本新方案：“刀片”+CTP.pdf

敬请参阅最后一页特别声明 -1- 证券研究报告 2020年1月13日 电力设备新能源 降本新方案：“刀片”+CTP 动力电池成本系列报告之二 行业动态 精简结构是重要降本路径 电芯硬件、模组硬件、电池包硬件是动力电池成本的重要组成部分，根据我们前期深度报告如何优雅地拆解动力电池成本？动力电池成本系列报告之一，电芯硬件/模组硬件/电池包硬件在Pack中成本占比总计约 25%-30%。因此，整合精简电芯、模组硬件成为动力电池降本的重要路径之一。 比亚迪：“刀片电池”新方案，体积能量密度大幅提升 所谓“刀片电池”，即将电芯设计成扁片长条形状，一方面可提高动力电池包的空间利用率、增加能量密度；另一方面能够保证电芯具有足够大的散热面积，可将内部的热量传导至外部，从而匹配较高的能量密度。比亚迪开发的“刀片电池”将于2020年量产，体积比能量密度提升50%，比亚迪“汉”将搭载该电池，计划于2020年6月上市，纯电版车型的NEDC工况续航超过600km。我们认为，“刀片电池”是从车辆、电池包、电芯整体层面开发的新的解决方案，结构改进的效果非常明显，从数据结果分析，或许也存在改进电芯内部材料的可能性。 宁德时代：CTP方案，降本效果显著 2019年9月，宁德时代推出了全新的CTP方案（Cell To Pack），改变了原有的电芯-模组-电池包结构，电芯直接集成到电池包，北汽 EU5将成为首款搭载该电池的车型。根据宁德时代公布的资料，相比于传统电池包，CTP可以使空间利用率提升15%-20%，零件数量减少40%，能量密度提升 10%-15%。根据我们的动力电池成本模型，假设模组硬件物料成本降低80%，减掉相应的模组组装设备和人员，那么与Pack成本原值相比，结构精简后的Pack成本下降约10%-15%。 投资建议： 自 2019 年以来，宁德时代、比亚迪等企业均推出了新的电池系统方案。从行业趋势来看：（1）补贴逐步退出后，电动车行业向市场化方向转变，厂商技术路线出现分化；（2）从降本路径来看，头部企业均选择精简结构设计来降低动力电池系统成本，降本已进入深水区，技术积淀深厚、对电池系统了解深入的龙头企业将扩大领先优势。（3）补贴退坡后，市场化逻辑下，以Model 3为代表的车型抢占中高端市场，而在中低端市场，搭载磷酸铁锂电池的车型具备性价比优势。投资标的方面，建议关注：（1）细分环节龙头企业，如宁德时代、比亚迪、恩捷股份、璞泰来等；（2）磷酸铁锂产业链，如德方纳米等。 风险分析： 政策风险、技术路线变更风险、竞争加剧风险、原材料价格波动风险。 买入（维持） 分析师 马瑞山 (执业证书编号：S0930518080001) 021-52523850 marsebscn 王威 (执业证书编号：S0930517030001) 021-52523818 Wangwei2016ebscn 殷中枢 (执业证书编号：S0930518040004) 010-58452063 yinzsebscn 联系人 郝骞 021-52523827 haoqianebscn 行业与上证指数对比图 - 1 0 %5%20%35%50%1 0 - 1 8 0 1 - 1 9 0 5 - 1 9 0 8 - 1 9电力设备新能源 沪深 300 资料来源：Wind 相关研报 国产Model 3降价，特斯拉完成交付目标跨市场新能源汽车行业观察之十六 2020-01-06 海外电动化提速，中游产业链受益新能源汽车行业动态跟踪报告 2019-12-26 补贴收官，格局重塑电力设备新能源行业2020年投资策略 2019-12-02 如何优雅地拆解动力电池成本？动力电池成本系列报告之一 2019-11-06 2020-01-13 电力设备新能源 敬请参阅最后一页特别声明 -2- 证券研究报告 目 录 1、 精简结构是重要降本路径 . 3 2、 比亚迪：“刀片电池”新方案，体积能量密度大幅提升 . 4 3、 宁德时代：CTP方案，降本效果显著 . 8 4、 投资建议 . 9 5、 风险分析 . 10 2020-01-13 电力设备新能源 敬请参阅最后一页特别声明 -3- 证券研究报告 1、精简结构是重要降本路径 我们认为，电动车行业的发展路径可能是：（1）前期由中高端车型带动，Model 3畅销市场，欧美车企的爆款车型也有望陆续出现，这些爆款车型会培育出用户的消费习惯；（2）随着电池成本下降、充电桩逐步普及、保值率提升，面对更广泛用户群的十万级别车型将会迅速普及，新能源汽车渗透率将会大幅提升。对于中高端车型，动力电池的成本占比在30%以下，与品牌、性能、驾驶体验等因素相比，较高的电池成本这一因素明显弱化；在十万级别的车型中，目前动力电池的成本占比甚至超过50%，因此动力电池成本较高是电动车普及的重要制约因素。 图1：新能源汽车行业发展路径猜想 资料来源：光大证券研究所绘制 动力电池成本的下降主要依赖：（1）技术进步（提升电压、精简基材等）；（2）使用更具性价比的材料体系（高镍三元、磷酸铁锂等）；（3）更低的物料价格；（4）精简电池结构；（5）工艺改进（提升材料利用率、良品率）；（6）设备改进（提升自动化水平、减少设备投入、降低故障率等）。 2020-01-13 电力设备新能源 敬请参阅最后一页特别声明 -4- 证券研究报告 图2：动力电池降本路径 资料来源：光大证券研究所绘制 动力电池 Pack 主要由电芯、模组硬件、电池包硬件构成。根据我们的动力电池成本模型，电芯硬件在Pack中成本占比不到5%，模组硬件占比约15%。因此，整合精简电芯、模组硬件成为动力电池降本的重要路径之一。 图3：磷酸铁锂电池Pack成本构成 图4：NCM523电池Pack成本构成 资料来源：光大证券研究所测算 资料来源：光大证券研究所测算 2、比亚迪：“刀片电池”新方案，体积能量密度大幅提升 2020年1月11日，比亚迪董事长兼总裁王传福在中国电动汽车百人会论坛（2020）上发言，比亚迪开发的“刀片电池”属于新一代磷酸铁锂电池（超级磷酸铁锂电池），将于 2020 年量产，体积比能量密度比传统磷酸铁锂电池提升50%，具有高安全、长寿命等特点，比亚迪“汉”将是全球首款搭载“刀片电池”的车型，计划于 2020 年 6 月上市。该车型定位为中型轿车，其中纯电版的NEDC工况续航超过600km。 2020-01-13 电力设备新能源 敬请参阅最后一页特别声明 -5- 证券研究报告 图5：比亚迪“汉”2020款EV基本型 资料来源：汽车之家 图6是比亚迪“刀片电池”专利中电池结构示意图，通常情况下，电芯长度：电池宽度=421，即将电芯设计成扁片长条形状。通过设计电池的长度和宽度，可在一定体积下使电芯合理的扁长化，一方面利于在动力电池包内的整体排布，从而提高动力电池包的空间利用率、扩大动力电池包的能量密度；另一方面能够保证电芯具有足够大的散热面积，能够及时将内部的热量传导至外部，防止热量在内聚集，从而匹配较高的能量密度。 图6：单体刀片电池结构示意图 图7：动力电池包的电池模组的排布方式示意图1 资料来源：国家知识产权局，光大证券研究所整理 资料来源：国家知识产权局，光大证券研究所整理 注：400为模组，由多个电芯组成，模组沿电池包长度方向排列 2020-01-13 电力设备新能源 敬请参阅最后一页特别声明 -6- 证券研究报告 图8：动力电池包的电池模组的排布方式示意图2 图9：动力电池包的电池模组的排布方式示意图3 资料来源：国家知识产权局，光大证券研究所整理 注：400为模组，模组沿电池包厚度方向排列，形成层状结构 资料来源：国家知识产权局，光大证券研究所整理 注：图中模组沿电池包宽度方向排列 表1中，以磷酸铁锂电池为例，对“刀片电池”的效果进行了比较。总体来看，通过改变电芯的排布、尺寸参数以及其它因素的设计（单体电池的长度与车身的单体电池长度延伸方向上的尺寸之比），空间利用率能够突破现有动力电池包的限制，从而实现更高的能量密度；而且这种体积能量密度提升的效果与电池包体积正相关，即电池包体积越大，可以充分利用车身空间，同样的设计带来的能量密度提升更多。 图10：对比例1、2、3 图11：实施例1 资料来源：国家知识产权局，光大证券研究所整理 注：对比例1的车身宽度为1880mm ，对比例2的车身宽度为1880mm 资料来源：国家知识产权局，光大证券研究所整理 注：实施例1的车身宽度为1880mm，包体内部设置了一个横梁，无纵梁 2020-01-13 电力设备新能源 敬请参阅最后一页特别声明 -7- 证券研究报告 图12：实施例2 图13：实施例3 资料来源：国家知识产权局，光大证券研究所整理 注：实施例2的车身宽度为1880mm，包体内部无横梁和纵梁 资料来源：国家知识产权局，光大证券研究所整理 注：实施例3的车身宽度为1880mm，包体内部设置了一个纵梁，无横梁 图14：实施例4 资料来源：国家知识产权局，光大证券研究所整理 注：实施例4的车身宽度为1950mm，包体内部无横梁和纵梁 表1：比亚迪“刀片电池”效果对比 对比例1 实施例 1 实施例2 实施例3 对比列2 实施例4 实施例5 对比例 3 实施例6 实施例7 单体尺寸：长、宽、高（mm） 208*118*13.5 435*118*13.5 905*118*13.5 905*118*13.5 208*118*13.5 1280*118*13.5 1280*118*13.5 208*118*13.5 2000*118*13.5 2500*118*13.5 电芯数量 352 176 88 92 500 90 93 752 94 94 电芯容量（Ah） 47.5 95 202 202 47.5 286 286 47.5 448 561 电芯电量（Wh） 152 304 646.4 646.4 152 915.2 915.2 152 1434 1795 电芯体积（L） 0.331 0.693 1.442 1.442 0.331 2.039 2.039 0.331 3.186 3.983 电芯VED（Wh/L） 459 439 448 448 459 449 449 459 450 451 车身在电芯延申方向的尺寸（mm） 1880 1880 1880 1880 1950 1950 1950 4700 4700 5200 电池包电量（Wh） 53504 53504 56883.2 59468.8 76000 82368 85113.6 114304 134796 168730 电池包体积（L） 213 213 213 213 310 310 310 414 414 508 电池包能量密度（Wh/L） 251 252 267 280 245 266 275 276 326 332 电芯体积/电池包体积 54.8% 57.3% 59.6% 62.3% 53.50% 59.2% 61.2% 60.2% 72.3% 73.7% 2020-01-13 电力设备新能源 敬请参阅最后一页特别声明 -8- 证券研究报告 电芯长度/电芯延伸方向的车身尺寸 44.3% 46.3% 48.1% 48.1% 42.70% 65.6% 65.6% 35.4% 42.6% 48.1% 资料来源：国家知识产权局，光大证券研究所整理 比亚迪“汉”的车身尺寸为4950*1890*1490mm，目前超级磷酸铁锂方案的细节信息披露较少，从上表来看，我们选取对比例 1和实施例6，后者体积能量密度比前者高约30%。我们认为，“刀片电池”是从车辆、电池包、电芯整体层面开发的新的解决方案，结构改进的效果非常明显，从数据结果分析，或许也存在改进电芯内部材料的可能性。 3、宁德时代：CTP方案，降本效果显著 2019年9月，在德国法兰克福国际车展上，宁德时代推出了全新的CTP方案（Cell To Pack），改变了原有的电芯-模组-电池包结构，电芯直接集成到电池包。随后，在北汽新能源总部，宁德时代和北汽新能源举行了全球首款CTP揭幕仪式，北汽EU5将成为首款搭载该电池的车型。根据宁德时代公布的资料，相比于传统电池包，CTP 可以使空间利用率提升 15%-20%，零件数量减少40%，能量密度提升10%-15%。 图15：宁德时代CTP方案 资料来源：电动邦 根据我们的动力电池成本模型，参考CATL提出的CTP技术（Cell To Pack），假设模组硬件物料成本降低 80%，减掉相应的模组组装设备和人员，那么与Pack成本原值相比，结构精简后的Pack成本下降约10%-15%。 图16：结构精简后Pack成本与原值对比 2020-01-13 电力设备新能源 敬请参阅最后一页特别声明 -9- 证券研究报告 资料来源：光大证券研究所测算 注：参见如何优雅地拆解动力电池成本？动力电池成本系列报告之一 4、投资建议 电芯硬件、模组硬件、电池包硬件是动力电池成本的重要组成部分，根据我们的动力电池成本模型，电芯硬件/模组硬件/电池包硬件在Pack中成本占比总计约 25%-30%。因此，整合精简电芯、模组硬件成为动力电池降本的重要路径之一。 自2019年以来，宁德时代、比亚迪等企业均推出了新的电池系统方案。从行业趋势来看： （1） 补贴逐步退出后，电动车行业向市场化方向转变，厂商技术路线出现分化，比亚迪推出超级磷酸铁锂方案，宁德市场推出 CTP技术，虽然技术方案不同，但降本是行业共同目标； （2） 从降本路径来看，头部企业均选择精简结构设计来降低动力电池系统成本，降本已进入深水区，电芯降本难度高于系统降本难度，技术积淀深厚、对电池系统了解深入的龙头企业将扩大领先优势。 （3） 补贴退坡后，市场化逻辑下，以 Model 3 为代表的车型抢占中高端市场，而在中低端市场，搭载磷酸铁锂电池的车型具备性价比优势，磷酸铁锂产业链有望受益。 投资标的方面，建议关注：（1）细分环节龙头企业，如宁德时代、比亚迪、恩捷股份、璞泰来等；（2）磷酸铁锂产业链，如德方纳米等。 2020-01-13 电力设备新能源 敬请参阅最后一页特别声明 -10- 证券研究报告 5、风险分析 （1）政策变化影响行业发展的风险：新能源汽车行业的发展仍属于早期阶段，政策会对行业产生较大影响，若监管部门发布相关政策，可能会冲击行业发展。 （2）技术路线变更的风险：技术进步是新能源汽车行业发展的驱动力之一，新产品的产业化可能会对上一代产品产生冲击，进而替代原有的技术路线。 （3）市场竞争加剧的风险：新能源汽车行业拥有很大发展空间，有大量企业参与竞争，行业产能可能在短期内超过需求，从而出现产能过剩的风险。 （4）原材料价格大幅波动的风险：钴、锂是动力电池的重要原材料，如果价格大幅波动，会影响电池材料的价格，进而导致动力电池成本发生预期之外的变动。