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#研究报告#电池与电池系统(92):电芯结构件盈利有望修复,电池结构变化可能带来机会(招商电新、机械)

栏目:研究报告 作者:ZML 时间:2022-06-26 18:02:15
◾电动车电池结构件主要分为电芯结构件与电池包结构件两部分。其中电芯结构件的隐形壁垒较高,目前格局比较稳定,头部玩家在制造能力与综合成本、市场份额与产能利用率等方面占据优势;主流企业随着规模效应体现、生产效率继续提升,加上铝等材料价格下行,盈利能力将迎来修复。近几年,电池等环节的工艺变化与迭代加快,但大圆柱、CTP/CTC等新结与工艺的应用,对电芯结构件环节影响较小;而在此过程中,电池包的托盘等环节可能会承载更多电池系统部件的集成,价值量有望迎来显著增长。
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◾电动车电池结构件主要分为电芯结构件与电池包结构件两部分。其中电芯结构件的隐形壁垒较高,目前格局比较稳定,头部玩家在制造能力与综合成本、市场份额与产能利用率等方面占据优势;主流企业随着规模效应体现、生产效率继续提升,加上铝等材料价格下行,盈利能力将迎来修复。近几年,电池等环节的工艺变化与迭代加快,但大圆柱、CTP/CTC等新结与工艺的应用,对电芯结构件环节影响较小;而在此过程中,电池包的托盘等环节可能会承载更多电池系统部件的集成,价值量有望迎来显著增长。
摘要
电芯结构件行业格局稳定。电芯结构件行业的入门要素在于企业对模具生产的理解,大部份头部结构件厂商基本都有长期的模具开发积累。同时,结构件行业固定资产周转率偏低,成本中制造费用占比较高,约20-30%,因此企业生产工艺、制造管理、自动化等领域的know-how差异,对综合成本的影响相对较大一些,目前头部企业如科达利、震裕科技的制造成本优势相对明显,因此也占据着主要份额。

结构件盈利能力正在修复。行业头部厂商均处于产能快速扩张期,随着跟下游大客户的深入绑定,结构件产品也在更标准化,叠加自动化产线的应用,结构件产商的生产效率、良率、原料利用率等都在逐步提升,报表层面先体现为人均产值上的提升,然后是影响利润率水平。结构件环节受铝材等价格影响较大,定价模式近几年从年度定价转变为季度定价,近几个月铝价持续下行,预计结构件行业的盈利水平会开始有相应的修复。

工艺演变对电芯结构件影响小,对成组环节的结构件影响较大。大圆柱电池产业化在加快,大圆柱对结构件市场规模直接影响有限,但要求更高,可能进一步拉开头部企业与其他企业的差距。传统电池系统演进到CTP/CTC,核心在于电芯、模组、pack、车身之间集成化程度的演变。在这一过程中,电芯结构件受到的直接影响也相对有限,不过模组/pack环节变化比较大,该环节更加简约高效。目前大部份整车厂、电池厂已经展开相应布局,除特斯拉希望一步完成CTC之外,其他大部份厂商选择了CTP/CTB的过渡路线。

CTP电池托盘结构件价值量提升明显。在CTP方案下,由于集成度的提高,CTP电池托盘制造需要同时使用焊接和铆接工艺,工艺难度和工序也随之增加。此外由于原本由pack承担的功能与电池包集成,如冷却系统、防护钢板等,使得CTP电池托盘单位价值量从1800元/套提升至3000-4000元/套,考虑到CTP方案的再进步,和在高端车型中的应用,单车价值量可能更高。预计2025年CTP电池托盘市场空间将超过250亿元。

投资建议。推荐或关注震裕科技(机械联合)、科达利(汽车)、和胜股份(有色)、先惠技术(机械)、斯莱克(机械)。

风险提示:下游需求不及预期、产品价格持续下降
一、电芯结构件行业格局稳定
电芯结构件介绍。电芯结构件主要起到传输能量、保护及支撑电池的作用。锂电池根据封装形式不同,主要分为方形、圆柱、软包电池。除软包外,方形、圆柱均采用金属外壳,结构上分为壳体和盖板两部分。方型与圆柱电池的壳体、盖板各部件主要通过冲压、注塑制造,其后附加清洗、退火、摩擦焊接、激光焊接等环节最终完成成品。
结构件行业的入门要素在于企业对模具生产的理解。结构件的核心技术指标包括生产一致性、防渗漏、泄压阀设计和电导热导性、焊接工艺等,这都极大的影响了电芯的安全性和电性能。行业发展初期结构件种类繁多,每种产品均需要公司与客户进行模具和产品的交互式开发,及其考验公司对于冲压模具的理解,目前头部结构件厂商基本都拥有超过20年的冲压模具开发经验,具备设计和制造大型、多列、高速、高强度精密级进冲压模具的能力。
较重的电池结构件业务资产是入门壁垒之一。在方形锂电池的成本构成中,结构件约占16%。结构件成本主要由原材料、制造费用、直接人工构成,占比分别约40-60%、20-30%、10-20%,制造费用占比明显高于正极、负极、电解液企业,仅次于隔膜、铜箔企业,主要系成本中固定资产折旧占比较高,导致行业的固定资产周转率偏低。因此企业生产工艺、制造管理、自动化等领域的know-how差异,对综合成本的影响相对较大一些。
同时由于下游动力锂电池企业集中度较高且进入供应链需要较长时间的验证,结构件的市场格局也相对集中,目前头部企业如科达利、震裕科技的制造成本优势相对明显,因此也占据着主要份额。
二、电芯结构件盈利能力正在修复
产能规模与生产效率的提升是决定结构件盈利水平的重要因素。主要参与者科达利、震裕科技在过去几年均处于快速扩张期,2021年底两者固定资产合计约32.7亿元较2016年增长超过300%,且目前在建工程合计超过10亿元,产能仍保持强劲扩张。随着产能规模的放大,规模效应也正在逐步显现,科达利、震裕科技折旧与营收比保持下降的趋势,2021年两者比值分别为5.3%、2.4%,环比下降4、1.9个百分点,正在形成有效的成本摊销。
同时科达利与震裕科技都在进行自动化产线的更新迭代,用以提升产品的生产效率、良率。据产业反馈,震裕科技的新建产能大部份会采用新式的第三代自动化产线,预计生产效率相较于第一代产线将提高一倍,第四代产线也在研发中。随着跟下游大客户的深入绑定,结构件产品也在更标准化,叠加自动化产线的应用,报表层面先体现为人均产值上的提升2021年,公司人均产值从53.8万元大幅提升到92.6万元。然后的表现会是影响利润率水平。2021年毛利率有所下滑主要为铝价上行影响较大。
定价模式变更、大宗降价,行业盈利水平改善。2021年以前,结构件行业普遍按照前一年度铝均价为基准作为当年的结构件产品价格,但2020年以来铝价的持续上行较大的影响了行业的毛利率水平。
2021年以来行业定价模式改为按照前一季度铝价为基准定当季度结构件价格,同时铝的采购主要发生在当季度。定价模式变更后较大平滑了原材料价格影响。而222Q2以来铝价开始下行,截止目前Q2铝均价约2.08万元/吨,环比下降6%,结构件行业盈利能力将迎来修复。
三、工艺演变对电芯结构件影响小,对成组环节的结构件影响较大。
方形电池仍为主流,大圆柱电池可能带来变化。根据SNE数据,2020 年全球电动车市场方形锂电池占比达49.2%,圆柱电池占比 23%。而在中国市场,方形仍是主流,占比超过80%。
2020年9月特斯拉在电池日上发布4680大圆柱电池。相较于2170圆柱电池,4680大圆柱电池拥有更大的能量密度,更低的生产成本。大圆柱在结构件上的变化最为直接。相较于21700,4680电池容量增大5倍。随着圆柱电池直径的变大,对壳体拉力和承受强度的要求也随之增加。这使得大圆柱电池对结构件质量的要求及单位价值量都有所提升。大圆柱电池产业化在加快,大圆柱对结构件市场规模直接影响有限,但要求更高,可能进一步拉开头部企业与其他企业的差距。

除了传统龙头外,新的圆柱电池壳制作工艺也值得关注。2021年以来斯莱克等企业在大圆柱电池壳的生产工艺上做出了更多尝试,比如将现有易拉罐制罐技术应用于新能源电池壳生产线的制造中。理论上这些新工艺的尝试可以带来更高的生产效率,也是值得关注的变化。
CTP/CTC,核心在于电芯、模组、pack、车身之间集成化程度的演变。通常提升电池系统能量密度可以从电化学方向(掺杂包覆的方式改进正负极材料等)与物理方向(电池尺寸做大提升单体电池容量、优化PACK结构、轻量化设计等)入手。
而传统模组-CTP-CTC,核心在于电芯、模组、pack、车身之间集成化程度的演变,随着集成化程度的提升(CTP去掉模组环节、CTC进一步集成pack环节),电池包体积利用率增加、零部件减少从而降低整车生产成本、提升电池包能量密度。
CTP/CTC对电芯结构件影响小,对成组环节的结构件影响较大。在向CTP/CTC演变的过程中,电芯结构件受到的直接影响也相对有限,不过模组/pack环节变化比较大,该环节更加简约高效。目前大部份整车厂、电池厂已经展开相应布局,除特斯拉希望一步完成CTC之外,其他大部份厂商选择了CTP/CTB的过渡路线。
宁德最先在2018年推出CTP1.0技术(大模组),目前已迭代至第三代麒麟电池(无模组),电池包体积利用率再次提升,从55%到67%、相较于传统模组电池包零部件数量减少40%、生产效率提升了50%、电池包能量密度提升10%-15%。同时预计在2025年推出CTC技术。
比亚迪在2019年推出的刀片电池本质是CTP方案的一种形式(无模组),区别于宁德时代CTP1.0的大模组方案,比亚迪条形电池方案重点在于对电芯长度的改进。根据相关专利说明,比亚迪条片电池包长度更长,体积能量密度提升20%以上,成本下降10-15%。而在2022年推出的CTB,则是在CTP基础上将车身底板与电池上盖集成,动力电池既是能量体又作为结构件。
特斯拉、零跑等整车厂推出的CTC技术,实际上与比亚迪CTB技术类似。特斯拉的CTC方案集成程度最高,将配合4680大圆柱将电池作为车身结构的一部分,连接前后车身底盘部件,新电池系统平台仅由一个电池组和两个大型铸件组成。而零跑的CTC技术相较于比亚迪、特斯拉的方案改变较小,直接去掉了电池上盖板。
四、CTP电池托盘结构件价值量提升明显。
电池包结构件介绍。电池包结构件主要分为上顶盖和电池托盘。在作为电池系统承载装置的同时,还对电池模组或电芯的稳定工作起到关键作用。由于托盘需要承担整个电池模组的重量,其制备材料需要具备高强度、抗冲击、耐腐蚀、耐高温等性能,较上盖而言托盘的性能要求更高且重量更大。
电池托盘的生产步骤可分为铝棒熔铸、挤压、深加工、集成装配四步。电池托盘的密封性要求极高,而电池托盘包含100-200个零部件,所以零部件的拼接是核心难点。其中FSW(摩擦搅拌焊技术)是当前电池托盘的主流焊接方法。但在CTP方案下,传统FSW连接方式存在焊接变形、精度一般的问题,难以满足CTP结构的高精度要求。FDS可能在CTP方案成熟后成为主流。
挤压工艺仍为主流,压铸可能CTC的选择。电池托盘加工工艺一般有三种:冲压、挤压、压铸。其中铝合金挤压型材拼焊构成的框架因具备高刚性、抗震动、抗冲击等性能,已经逐渐代替传统冲压工艺成为当前行业的主流。在CTP下,挤压工艺仍能适应其对电池托盘的新要求。
一体化压铸则是特斯拉对于CTC方案的选择。2019年,特斯拉便宣布在Model Y中采用压铸一体成型工艺,减少30%的车身重量与40%的制造成本。该工艺下车身结构的完整性较好,能够提供较好的强度、刚度和密封性能。但由于汽车构件较大,该技术在需求的压铸机设备吨位也随之大幅增长,至少需要5000吨及以上。
CTP下电池包结构件集成度增大,电池托盘价值量提升。价值量提升主要来源于:
A)工艺难度和工序增加。CTP结构下失去了独立模组对各自电芯的保护,需要从整个电池包的层面解决电芯由于充放电膨胀造成的形变和散热性能变差的两个问题,因此对电池托盘的防震和气密性等要求都提高。同时由于集成度的提高,需要同时使用焊接工艺和铆接工艺,这使得所需要的设备如FDS工作站、机械臂、焊接机器人、搬运机器人、检测装置等,大部份设备需要去海外采购,价格及交期较长,导致CTP电池托盘生产成本增加。
B)电池托盘集成功能增加。在传统电池托盘中包含电芯、模组结构件、水冷板,底层防护钢板等部件。CTP下,模组结构件被取消,其他部件进行与电池包结构件进行集成化设计,比如将冷却系统与托盘合二为一,带来单个托盘价值量的提升。
CTP方案下单套电池托盘价值量会显著提升,经测算传统托盘价值量约1800元/套,由于集成功能及加工工艺难度的提升,预计CTP托盘价值量可能提升至3000-4000元/套,考虑到CTP方案的再进步,和在高端车型中的应用,单车价值量可能更高。预计2025年CTP电池托盘市场空间将超过250亿元。
四、投资建议
电动车电池结构件主要分为电芯结构件与电池包结构件两部分。其中电芯结构件的隐形壁垒较高,目前格局比较稳定,头部玩家在制造能力与综合成本、市场份额与产能利用率等方面占据优势;主流企业随着规模效应体现、生产效率继续提升,加上铝等材料价格下行,盈利能力将迎来修复。近几年,电池等环节的工艺变化与迭代加快,但大圆柱、CTP/CTC等新结与工艺的应用,对电芯结构件环节影响较小;而在此过程中,电池包的托盘等环节可能会承载更多电池系统部件的集成,价值量有望迎来显著增长。
推荐或关注:震裕科技(机械联合)、科达利(汽车)、和胜股份(有色)、先惠技术(机械)、斯莱克(机械)。
风险提示
1、下游需求不及预期:如果受到原材料价格大幅波动、产业政策变化、配套设施建设和推广、客户认可度等因素影响,可能导致新能源汽车市场需求出现较大波动。
2、产品价格持续下降:动力电池作为新能源汽车核心部件之一,也不断吸引新进入者通过直接投资、产业转型或收购兼并等方式参与竞争,同时现有动力电池及其材料企业亦纷纷扩充产能,市场竞争日益激烈,市场可能出现结构性、阶段性的产能过剩,导致产品价格持续下降。
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