電氣設(shè)備行業(yè)磷酸鐵鋰專題報(bào)告：刀片電池和CTP方案帶動(dòng)磷酸鐵鋰回暖

1、目 錄TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _TOC_250005 磷酸鐵鋰電池具備成本和安全的優(yōu)勢(shì)1 HYPERLINK l _TOC_250004 LFP 憑借其低價(jià)及強(qiáng)安全性在眾多正極材料中脫穎而出1 HYPERLINK l _TOC_250003 磷酸鐵鋰電池工作機(jī)理3 HYPERLINK l _TOC_250002 寧德時(shí)代和比亞迪引領(lǐng) CTP 方案，進(jìn)一步降低成本5 HYPERLINK l _TOC_250001 刀片電池和 CTP 方案成本可降 15%10 HYPERLINK l _TOC_250000 刀片電池和 CTP 方案仍將率先在商用車上使用12圖 目

2、錄圖 1：鈷酸鋰結(jié)構(gòu)圖1圖 2：鎳鈷錳酸鋰結(jié)構(gòu)圖1圖 3：錳酸鋰結(jié)構(gòu)圖2圖 4：磷酸鐵鋰結(jié)構(gòu)圖2圖 5：磷酸鐵鋰電池工作機(jī)理3圖 6：磷酸鐵鋰電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)4圖 7：磷酸鐵鋰充放電機(jī)理4圖 8：BYD 刀片電池5圖 9：首款搭載“刀片電池”的比亞迪漢 EV5圖 10：比亞迪“刀片電池”單體電池示意圖6圖 11：比亞迪動(dòng)力電池包剖視圖和爆炸圖6圖 12：比亞迪專利動(dòng)力電池排布方式空間利用率更高6圖 13：一種實(shí)施方式提供的電池包的爆炸圖7圖 14：提供電池包（車用托盤）固定在電動(dòng)車上的爆炸示意圖7圖 15：比亞迪 CTP 技術(shù)對(duì)比實(shí)驗(yàn)7圖 16：實(shí)施例 1 動(dòng)力電池包的排布方式8圖 17：實(shí)施例

3、2 動(dòng)力電池包的排布方式8圖 18：實(shí)施例 3 動(dòng)力電池包的排布方式8圖 19：實(shí)施例 4 動(dòng)力電池包的排布方式8圖 20：實(shí)施例 5 動(dòng)力電池包的排布方式8圖 21：電池導(dǎo)熱板剖視圖8圖 22：某實(shí)施例電池包的爆炸圖8圖 23：比亞迪 CTP 電池散熱實(shí)驗(yàn)結(jié)果9圖 24：CTP 高集成動(dòng)力電池開(kāi)發(fā)平臺(tái)9圖 25：寧德時(shí)代 CTP 電池包9圖 26：寧德時(shí)代 CTP 電池包的結(jié)構(gòu)示意圖10圖 27：寧德時(shí)代 CTP 電池包的結(jié)構(gòu)爆炸圖10圖 28：LFP 電池包單價(jià)10圖 29：國(guó)軒高科鋰電池業(yè)務(wù)毛利率10圖 30：LFP 電池制造總成本11圖 31：LFP 電池制造總成本占比11圖 32：?jiǎn)?/p>

4、位原材料成本拆分11圖 33：?jiǎn)挝辉牧铣杀菊急?1圖 34：?jiǎn)挝辉牧铣杀緶y(cè)算12圖 35：考慮企業(yè)毛利率的 LFP 價(jià)格12圖 36：2020 年新能源客車毛利率測(cè)算13圖 37：2019 年各正極企業(yè)出貨量市場(chǎng)份額13表 目 錄表 1：鋰離子電池正極材料性能比較2表 2：鋰離子電池性能比較4磷酸鐵鋰電池具備成本和安全的優(yōu)勢(shì)LFP 憑借其低價(jià)及強(qiáng)安全性在眾多正極材料中脫穎而出鋰離子電池中正極材料占整個(gè)電池成本的 40%以上，且當(dāng)前的技術(shù)條件下，整體電池的能量密度主要取決于正極材料，所以正極材料是鋰離子電池的核心開(kāi)發(fā)、研究的材料，目前成熟應(yīng)用的正極材料包括鈷酸鋰、鎳鈷錳酸鋰、磷酸鐵鋰及錳酸鋰

5、。鈷酸鋰：有層狀結(jié)構(gòu)和尖晶石結(jié)構(gòu)，一般常用層狀結(jié)構(gòu)，其理論容量為 270mAh/g左右，層狀結(jié)構(gòu)鈷酸鋰主要應(yīng)用在手機(jī)、航模、車模、電子煙、智能穿戴等數(shù)碼產(chǎn)品上。20 世紀(jì) 90 年代索尼首次使用鈷酸鋰生產(chǎn)出第一塊商業(yè)化的鋰離子電池。我國(guó)鈷酸鋰產(chǎn)品 2003 年前基本被日本戶田、日亞化學(xué)、清美化學(xué)、比利時(shí)五礦等國(guó)外廠家壟斷。當(dāng)升科技 2003 年推出國(guó)內(nèi)第一款鈷酸鋰，并于 2005、2009 年分別實(shí)現(xiàn)出口韓國(guó)和日本，2010 年成為國(guó)內(nèi)第一家以正極材料為主業(yè)登陸資本市場(chǎng)的企業(yè)。2012 年，北大先行、天津巴莫推出第一代 4.35V 高電壓鈷酸鋰產(chǎn)品。2017 年，湖南杉杉、廈門鎢業(yè)推出 4.4

6、5V 的高電壓鈷酸鋰產(chǎn)品。當(dāng)前鈷酸鋰的能量密度和壓實(shí)密度已基本到極限，其比容量與理論容量相比還是有較大的提升空間，但是由于當(dāng)前整體的化學(xué)體系限制，尤其是電解液在高電壓的體系下很容易分解，故進(jìn)一步通過(guò)提升充電截止電壓提升比容量的方法受到了一定的限制，后續(xù)一旦電解液技術(shù)得到突破，其能量密度還會(huì)有提升的空間。鎳鈷錳酸鋰：一般具有綠色環(huán)保、成本低（成本僅相當(dāng)于鈷酸鋰的 2/3）、安全性好（安全工作溫度可達(dá) 170）、循環(huán)使用壽命長(zhǎng)（延長(zhǎng) 45%）的優(yōu)勢(shì)。2006 年深圳天驕、寧波金和率先推出 333、442、523 體系的三元材料。2007 至 2008 年主要原材料金屬鈷的價(jià)格大幅漲價(jià)，導(dǎo)致鈷酸鋰和

7、鎳鈷錳酸鋰材料的差價(jià)擴(kuò)大、促進(jìn)了在中國(guó)鋰電市場(chǎng)的應(yīng)用，鎳鈷錳酸鋰材料迎來(lái)了第一個(gè)爆發(fā)期。2007 年貴州振華推出單晶型的 523 體系的鎳鈷錳酸鋰材料。2012 年廈門鎢業(yè)出口日本市場(chǎng)的企業(yè)。2015 年政府補(bǔ)貼政策引導(dǎo)鎳鈷錳酸鋰材料迎來(lái)了第 2 個(gè)爆發(fā)期。當(dāng)前對(duì)單晶化鎳鈷錳酸鋰研究主要通過(guò)不斷的提升鎳含量，提升充電截止電壓，來(lái)進(jìn)一步的提升產(chǎn)品的能量密度，但這對(duì)電解液等相關(guān)配套材料以及鋰離子電池制造廠商的技術(shù)能力提出了更高的要求。圖 1：鈷酸鋰結(jié)構(gòu)圖圖 2：鎳鈷錳酸鋰結(jié)構(gòu)圖數(shù)據(jù)來(lái)源：公開(kāi)資料，西南證券整理數(shù)據(jù)來(lái)源：公開(kāi)資料，西南證券整理錳酸鋰：有尖晶石結(jié)構(gòu)和層狀結(jié)構(gòu)，一般常用尖晶石結(jié)構(gòu)的。理論

8、容量 148 mAh/g，實(shí)際容量在 100120mAh/g 之間，具有容量發(fā)揮較好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、低溫性能優(yōu)越和成本低廉等特點(diǎn)。但是其晶體結(jié)構(gòu)容易畸變，造成容量衰減，循環(huán)壽命短。主要應(yīng)用于一 些對(duì)安全性要求較高，成本要求高，但對(duì)能量密度和循環(huán)要求較低的市場(chǎng)。如小型通訊設(shè)備、充電寶、電動(dòng)工具和電動(dòng)自行車、特殊場(chǎng)景（如煤礦）。2003 年國(guó)內(nèi)錳酸鋰開(kāi)始產(chǎn)業(yè)化，云南匯龍和盟固利率先搶占低端市場(chǎng)，濟(jì)寧無(wú)界、青島乾運(yùn)等廠家逐漸加入，容量型、循環(huán)型、動(dòng)力型產(chǎn)品多元化發(fā)展?jié)M足不同的應(yīng)用市場(chǎng)。2008 年，盟固利將錳酸鋰動(dòng)力電池成功應(yīng)用在電動(dòng)客車上。目前錳酸鋰低端市場(chǎng)主要是應(yīng)用于對(duì)電池性能要求相對(duì)較低的通訊類電

9、池、筆記本電腦電池和數(shù)碼相機(jī)電池，錳酸鋰依然會(huì)保持穩(wěn)定增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求。高端市場(chǎng)是以車用市場(chǎng)為代表，對(duì)電池性能要求較，但隨著三元材料技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，其在車用鋰電的市場(chǎng)份額不斷下降。磷酸鐵鋰：一般具有穩(wěn)定的橄欖石骨架結(jié)構(gòu)，放電容量可以達(dá)到理論放電容量的95%以上，安全性能優(yōu)異，對(duì)于過(guò)充的承受力很好，循環(huán)壽命長(zhǎng)，并且價(jià)格低廉。但其能量密度限制難以解決，而電動(dòng)汽車用戶卻不斷提升續(xù)航需求。1997 年橄欖石型磷酸鐵鋰首次被報(bào)道可用作正極材料。北美的 A123、Phostech、ValeNce 較早實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)，但由于國(guó)際新能源汽車市場(chǎng)不如預(yù)期，不幸破產(chǎn)被收購(gòu)，或停產(chǎn)。臺(tái)灣的立凱電能、大同尚志等廠商以來(lái)

10、大陸訂單，在國(guó)內(nèi)磷酸鐵鋰廠商技術(shù)和產(chǎn)能趕超的情況下發(fā)展趨緩。2001 年我國(guó)啟動(dòng)磷酸鐵鋰的材料開(kāi)發(fā)，目前我國(guó)磷酸鐵鋰正極材料研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展居于全球前沿，磷酸鐵鋰材料得到了蓬勃的發(fā)展。圖 3：錳酸鋰結(jié)構(gòu)圖圖 4：磷酸鐵鋰結(jié)構(gòu)圖數(shù)據(jù)來(lái)源：北極星儲(chǔ)能網(wǎng)，西南證券整理數(shù)據(jù)來(lái)源：物理化學(xué)學(xué)報(bào)，西南證券整理表 1：鋰離子電池正極材料性能比較鈷酸鋰錳酸鋰磷酸鐵鋰鎳鈷錳酸鋰鎳鈷鋁酸鋰結(jié)構(gòu)類型層狀尖晶石狀橄欖石狀層狀層狀電壓平臺(tái)（V）3.73.83.23.63.7比容量（mAh/g）150120140150-195200壓實(shí)密度（g/cm3）3.6-4.23.2-3.72.1-2.53.7-3.93.7-3.9

11、比表面積（m2/g）0.2-0.62.0-3.08.0-15.00.3-0.60.3-0.8循環(huán)次數(shù)（次）5003002000800800工作溫度（攝氏度）20-550-50-20-7020-5520-55鈷酸鋰錳酸鋰磷酸鐵鋰鎳鈷錳酸鋰鎳鈷鋁酸鋰熱穩(wěn)定性差良優(yōu)較好較差安全性一般好好一般一般原材料成本高低低較低較低適用范圍3C 數(shù)碼產(chǎn)品動(dòng)力電池中低端動(dòng)力電池，儲(chǔ)能3C 數(shù)碼產(chǎn)品，高端電池3C 數(shù)碼產(chǎn)品，高端電池?cái)?shù)據(jù)來(lái)源：公開(kāi)資料，西南證券整理磷酸鐵鋰電池工作機(jī)理磷酸鐵鋰正極材料是橄欖石型結(jié)構(gòu)材料，六方密堆積排列，在磷酸鐵鋰正極材料的晶格中，P 占據(jù)在四面的位置，八面體的空隙位置由 Li 和 Fe

12、 填充，晶體八面體和四面體形成了一個(gè)整體空間架構(gòu)，在各個(gè)點(diǎn)的密切聯(lián)系下形成一種鋸齒狀的平面結(jié)構(gòu)。圖 5：磷酸鐵鋰電池工作機(jī)理數(shù)據(jù)來(lái)源：中國(guó)電池網(wǎng)，西南證券整理磷酸鐵鋰電池正極由橄欖石結(jié)構(gòu)的 LiFePO4 組成，負(fù)極由石墨組成，中間是聚烯烴PP/PE/PP 隔膜，用于隔離正負(fù)極、阻止電子而允許鋰離子通過(guò)。在充放電的過(guò)程中，磷酸鐵鋰電池正極的離子、電子得失如下：充電：LiFePO4-xe-xLi+xFePO4+(1-x) LiFePO4放電：FePO4+xLi+xexLiFePO4+(1-x) FePO4充電時(shí)鋰離子從正極脫嵌經(jīng)過(guò)電解質(zhì)進(jìn)入負(fù)極，同時(shí)電子從外電路由正極向負(fù)極移動(dòng)， 以保證正負(fù)極的

13、電荷平衡，放電時(shí)鋰離子從負(fù)極脫嵌，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入正極。這一微觀結(jié)構(gòu) 使得磷酸鐵鋰電池具有了較好的電壓平臺(tái)和較長(zhǎng)的使用壽命：電池的充放電過(guò)程中，其正極 在斜方晶系的 LiFePO4 和六方晶系的FePO4 兩相之間轉(zhuǎn)變，由于FePO4 和 LiFePO4 在 200 以下以固熔體形式共存，在充放電過(guò)程中沒(méi)有明顯的兩相轉(zhuǎn)折點(diǎn)，因此，磷酸鐵鋰電池的充 放電電壓平臺(tái)長(zhǎng)且平穩(wěn)；另外，在充電過(guò)程完成后，正極 FePO4 的體積相對(duì) LiFePO4 僅減 少 6.81%，而充電過(guò)程中碳負(fù)極體積輕微膨脹，起到了調(diào)節(jié)體積變化、支撐內(nèi)部結(jié)構(gòu)的作用， 因此，磷酸鐵鋰電池在充放電過(guò)程中表現(xiàn)出了良好的循環(huán)穩(wěn)定性，具有較

14、長(zhǎng)的循環(huán)壽命。圖 6：磷酸鐵鋰電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 7：磷酸鐵鋰充放電機(jī)理數(shù)據(jù)來(lái)源：公開(kāi)資料，西南證券整理數(shù)據(jù)來(lái)源：公開(kāi)資料，西南證券整理磷酸鐵鋰正極材料的理論容量是每克 170mA，實(shí)際容量是每克 140mA，振實(shí)密度是每立方厘米 0.91.5，工作時(shí)候的電壓是 3.4V。磷酸鐵鋰正極材料在應(yīng)用的時(shí)候體現(xiàn)了良好的熱穩(wěn)定性能、安全可靠性、低碳環(huán)保性， 是大型電池模塊的首選正極材料。但是磷酸鐵鋰正極材料的堆積密度較低、體積能量密度不高、應(yīng)用范圍有限。針對(duì)磷酸鐵鋰正極材料的應(yīng)用局限，相關(guān)人員可以通過(guò)在其中摻雜高價(jià)金屬陽(yáng)離子、表面包覆導(dǎo)電材料的方法來(lái)提升這種材料的電導(dǎo)率。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的發(fā)展，磷酸鐵鋰正極材

15、料逐漸發(fā)展成熟，被人們廣泛的應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域，比如電動(dòng)汽車領(lǐng)域、電動(dòng)自行車領(lǐng)域、移動(dòng)電源設(shè)備、儲(chǔ)能電源領(lǐng)域等。磷酸鐵鋰正極材料因其高安全性，加上循環(huán)壽命長(zhǎng)、資源豐富、價(jià)格較低的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)電動(dòng)汽車尤其是電動(dòng)客車領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但磷酸鐵鋰正極材料橄欖石晶體結(jié)構(gòu)固有的缺陷，如電導(dǎo)率低、鋰離子擴(kuò)散系數(shù)小等造成其能量密度低、低溫性能差和倍率性能差等缺點(diǎn)在一定應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑹艿较拗?。改善其缺點(diǎn)的方式主要有表面包覆改性、體相摻雜改性等手段。近幾年我國(guó)動(dòng)力電池市場(chǎng)經(jīng)歷了爆發(fā)式增長(zhǎng)，電池技術(shù)是其核心競(jìng)爭(zhēng)力。目前動(dòng)力電池主要包括磷酸鐵鋰電池、錳酸鋰電池和三元鋰電池等體系。表 2 比較了各類鋰離子電池的性能，其中 DOD

16、 為放電深度（Depth-of-discharge）。磷酸鐵鋰電池支撐著中國(guó)鋰離子電池材料產(chǎn)業(yè)半壁江山，在各類電池中具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)點(diǎn)： 磷酸鐵鋰電池的循環(huán)壽命相對(duì)較長(zhǎng)、發(fā)熱量低、熱穩(wěn)定性好，同時(shí)磷酸鐵鋰電池還擁有良好 的環(huán)境安全性。磷酸鐵鋰電池憑借著較低的價(jià)格和穩(wěn)定的性能大量應(yīng)用于電動(dòng)客車，市場(chǎng)份 額呈現(xiàn)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。該材料具有安全性好、循環(huán)壽命長(zhǎng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)，是動(dòng)力和儲(chǔ)能電池的 主打正極材料。通過(guò)納米化和表面碳包覆實(shí)現(xiàn)了可較大功率放電的性能，而且很好地進(jìn)行碳 包覆的樣品不含酌-Fe2O3 和 Fe3+雜質(zhì)，在中國(guó)實(shí)現(xiàn)了世界最大的規(guī)?；a(chǎn)。表 2：鋰離子電池性能比較項(xiàng)目磷酸鐵鋰鈷酸鋰錳酸鋰三元材

17、料電壓（V）3.2-3.33.6-3.73.6-3.73.6-3.7比能量（Wh/KG）70150100140循環(huán)壽命（100%DOD）800600600600項(xiàng)目磷酸鐵鋰鈷酸鋰錳酸鋰三元材料安全性高低較高較高熱穩(wěn)定性穩(wěn)定不穩(wěn)定較穩(wěn)定較穩(wěn)定過(guò)渡金屬資源豐富貧乏較豐富較豐富原料成本低昂貴較低較低數(shù)據(jù)來(lái)源：公開(kāi)資料，西南證券整理寧德時(shí)代和比亞迪引領(lǐng) CTP 方案，進(jìn)一步降低成本比亞迪董事長(zhǎng)王傳福先生在參加電動(dòng)車百人會(huì)時(shí)透露，比亞迪已研發(fā)出新一代磷酸鐵鋰電池“刀片電池”，這款電池預(yù)計(jì)今年量產(chǎn)，“刀片電池”在體積比能量密度上比傳統(tǒng)鐵電池提升了 50%，具有高安全、長(zhǎng)壽命等特點(diǎn)，整車壽命可達(dá)百萬(wàn)公里以上

18、，能量密度可達(dá)180Wh/kg，相比此前提升大約 9%，這一數(shù)據(jù)已經(jīng)不弱于 NCM811 的三元鋰電池，并且能夠解決磷酸鐵鋰電池能量密度低的短板問(wèn)題。這款電池將搭載在新車比亞迪“漢”上，預(yù)計(jì)于今年 6 月上市。圖 8：BYD 刀片電池圖 9：首款搭載“刀片電池”的比亞迪漢 EV數(shù)據(jù)來(lái)源：公開(kāi)資料，西南證券整理數(shù)據(jù)來(lái)源：公開(kāi)資料，西南證券整理什么是刀片電池？其實(shí)就是長(zhǎng)電芯方案（主要指方形鋁殼）。通過(guò)增大電芯的長(zhǎng)度（最大長(zhǎng)度與電池包寬度相當(dāng)），將電芯扁長(zhǎng)化設(shè)計(jì)，來(lái)進(jìn)一步改進(jìn)電池包集成效率的技術(shù)。它不是某一個(gè)特定尺寸的電芯，而是基于不同需求可形成不同尺寸的一系列電芯。根據(jù)比亞迪專利中的描述，“刀片電

19、池”是比亞迪新一代磷酸鐵鋰電池的一個(gè)名稱，是比亞迪研發(fā)多年的“超級(jí)磷酸鐵鋰電池”。刀片電池實(shí)為比亞迪開(kāi)發(fā)的長(zhǎng)度大于等于 600mm 小于等于 2500mm 的單體電池，通過(guò)陣列的方式排布在一起，就像“刀片”一樣插入到電池包里面。相比于比亞迪此前的磷酸鐵鋰電池，“刀片電池”的升級(jí)重點(diǎn)在于可實(shí)現(xiàn)無(wú)模組，直接集成為電池包（即 CTP 技術(shù)）。刀片電池包通過(guò)優(yōu)化電池包結(jié)構(gòu)，從而提高電池包之后的效率，但對(duì)單體能量密度提高沒(méi)有太大影響。圖 10：比亞迪“刀片電池”單體電池示意圖圖 11：比亞迪動(dòng)力電池包剖視圖和爆炸圖數(shù)據(jù)來(lái)源：比亞迪專利，西南證券整理數(shù)據(jù)來(lái)源：比亞迪專利，西南證券整理通過(guò)限定單體電池的在電

20、池包中的排列方式以及單體電池的尺寸，可以使得電池包內(nèi)布置更多的單體電池。直接放置在電池包外殼內(nèi)的單體電池，由于優(yōu)化了模組框架，一方面便于單體電池通過(guò)電池包外殼或其他散熱部件散熱，另一方面，可以在有效的空間內(nèi)布置更多的單體電池，可以極大提高體積利用率，且電池包的制作工藝得到了簡(jiǎn)化，單體電池的組裝復(fù)雜度降低，生產(chǎn)成本降低，使得電池包和整個(gè)電池包的重量減輕，實(shí)現(xiàn)了電池包的輕量化。圖 12：比亞迪專利動(dòng)力電池排布方式空間利用率更高數(shù)據(jù)來(lái)源：比亞迪專利，西南證券整理隨著用戶對(duì)電動(dòng)車的續(xù)航能力的要求逐漸提升，而在車身底部空間有限的情況下，采用刀片電池包，一方面可以提高動(dòng)力電池包的空間利用率、增加能量密度，

21、另一方面能夠保證單體電池具有足夠大的散熱面積，可將內(nèi)部的熱量傳導(dǎo)至外部，從而匹配較高的能量密度。圖 13：一種實(shí)施方式提供的電池包的爆炸圖圖 14：提供電池包（車用托盤）固定在電動(dòng)車上的爆炸示意圖數(shù)據(jù)來(lái)源：比亞迪專利，西南證券整理數(shù)據(jù)來(lái)源：比亞迪專利，西南證券整理根據(jù)專業(yè)技術(shù)人員的描述，由于某些因素的影響，例如外圍零部件會(huì)占用電池內(nèi)部空間， 包括托盤底部防球擊空間、液冷系統(tǒng)、保溫材料、絕緣防護(hù)、熱安全輔件、排火排氣通道、高壓配電模塊等，空間利用率的峰值通常大約在 80，而目前市場(chǎng)上平均空間利用率在 50左右，有些甚至低至 40。如下圖所示，通過(guò)優(yōu)化模組，減少零部件數(shù)量電池的空間利用率（單體電池

22、體積之和與電池包體積的壁紙）得到有效提升，對(duì)比例 1 的空間利用率為 55%，而實(shí)施例 1-3 的空間利用率分別為 57%/60%/62%；對(duì)比例 2 的空間利用率為 53%，而實(shí)施例 4-5 的空間利用率分別為 59%/61%，均有不同程度的優(yōu)化，但距離空間利用率峰值還有一定的距離。圖 15：比亞迪 CTP 技術(shù)對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)源：比亞迪專利，西南證券整理圖 16：實(shí)施例 1 動(dòng)力電池包的排布方式圖 17：實(shí)施例 2 動(dòng)力電池包的排布方式圖 18：實(shí)施例 3 動(dòng)力電池包的排布方式數(shù)據(jù)來(lái)源：比亞迪專利，西南證券整理數(shù)據(jù)來(lái)源：比亞迪專利，西南證券整理數(shù)據(jù)來(lái)源：比亞迪專利，西南證券整理圖 19：實(shí)施

23、例 4 動(dòng)力電池包的排布方式圖 20：實(shí)施例 5 動(dòng)力電池包的排布方式數(shù)據(jù)來(lái)源：比亞迪專利，西南證券整理數(shù)據(jù)來(lái)源：比亞迪專利，西南證券整理關(guān)于電池模組中散熱性能，比亞迪通過(guò)設(shè)置導(dǎo)熱板（下左圖 218 處）和換熱板來(lái)進(jìn)行溫度的控制，以保證單體電池散熱，并保證多個(gè)單體電池之間的溫度差不會(huì)過(guò)大。導(dǎo)熱板可以由導(dǎo)熱性好的材料制成，例如導(dǎo)熱系數(shù)高的銅或鋁等材料制成。換熱板（下右圖 219 處）內(nèi)部設(shè)置有冷卻液，通過(guò)冷卻液來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)單體電池的降溫，使單體電池能夠處于適宜的工作溫度。由于換熱板與單體電池設(shè)置有導(dǎo)熱板，在通過(guò)冷卻液對(duì)單體電池進(jìn)行冷卻時(shí)，換熱板各位置處的溫差可以通過(guò)導(dǎo)熱板進(jìn)行均衡，從而將多個(gè)單體電池

24、之間的溫度差控制在 1以內(nèi)。圖 21：電池導(dǎo)熱板剖視圖圖 22：某實(shí)施例電池包的爆炸圖數(shù)據(jù)來(lái)源：比亞迪專利，西南證券整理數(shù)據(jù)來(lái)源：比亞迪專利，西南證券整理對(duì)比例 4 以及實(shí)施例 7-11 中的單體電池，以 2C 的速度進(jìn)行快充，測(cè)量在快充過(guò)程中， 單體電池的溫度升高情況。由表格中的數(shù)據(jù)可以看出，申請(qǐng)專利的單體電池中，在同等條件的快充下，其溫升較之對(duì)比例均有不同程度的降低，具有優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的散熱效果，將該單體電池組裝成電池包時(shí)，電池包的溫升液相對(duì)于電池包有所降低。圖 23：比亞迪 CTP 電池散熱實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)來(lái)源：比亞迪專利，西南證券整理與“刀片電池”有相同效用的還有 CTP 技術(shù)。CTP（ce

25、ll to pack）技術(shù)是實(shí)現(xiàn)電芯無(wú)模組，直接集成電池包。2019 年，寧德時(shí)代率先采用全新 CTP 技術(shù)的無(wú)模組電池包。表示在成本上，CTP 電池包體積利用率提高了 15%-20%，零部件數(shù)量減少 40%，生產(chǎn)效率提升了 50%，投入應(yīng)用后將大幅降低動(dòng)力電池的制造成本。比亞迪規(guī)劃到 2020 年，其磷酸鐵鋰單體能量密度將達(dá)到 180Wh/kg 以上，系統(tǒng)能量密度也將提高到 160Wh/kg 以上。圖 24：CTP 高集成動(dòng)力電池開(kāi)發(fā)平臺(tái)圖 25：寧德時(shí)代 CTP 電池包數(shù)據(jù)來(lái)源：公開(kāi)資料，西南證券整理數(shù)據(jù)來(lái)源：公開(kāi)資料，西南證券整理寧德時(shí)代的 CTP 技術(shù)，提供了一種電池包，在滿足電池包輕

26、量化的同時(shí)，提高電池包在整車的連接強(qiáng)度。其優(yōu)勢(shì)主要有兩點(diǎn)：1）CTP 電池包因?yàn)闆](méi)有標(biāo)準(zhǔn)模組限制，可以用在不同車型上，使用廣泛。2），減少內(nèi)部結(jié)構(gòu)組建，CTP 電池包能提高體積利用率，系統(tǒng)能量密度也間接提升，其散熱效果要高于目前小模組電池包。圖 26：寧德時(shí)代 CTP 電池包的結(jié)構(gòu)示意圖圖 27：寧德時(shí)代 CTP 電池包的結(jié)構(gòu)爆炸圖數(shù)據(jù)來(lái)源：國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局，西南證券整理數(shù)據(jù)來(lái)源：國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局，西南證券整理在 CTP 技術(shù)方面，寧德時(shí)代注重電池模組拆卸的方便性，比亞迪更關(guān)心單體電池如何更多裝載和空間利用率等問(wèn)題。刀片電池和 CTP 方案成本可降 15%我們選取國(guó)軒高科的鋰電池作為我們的研究對(duì)象

27、，由于國(guó)軒高科鋰電池出貨幾乎全為磷酸鐵鋰，因此國(guó)軒高科的鋰電池成本將對(duì) LFP 電池成本有較高的參考性。根據(jù) 2019 年 9 月 17 日國(guó)軒高科發(fā)布的關(guān)于請(qǐng)做好國(guó)軒高科公開(kāi)發(fā)行可轉(zhuǎn)債發(fā)審委會(huì)議準(zhǔn)備工作的函的回復(fù)中的內(nèi)容，國(guó)軒高科 2016-2019 年上半年磷酸鐵鋰電池的單價(jià)分別為 2.06 元/Wh，1.69 元/Wh，1.12 元/Wh，1.00 元/Wh，對(duì)應(yīng)的毛利率分別為 48.7%，39.8%， 28.8%和 30.4%。圖 28：LFP 電池包單價(jià)圖 29：國(guó)軒高科鋰電池業(yè)務(wù)毛利率數(shù)據(jù)來(lái)源：國(guó)軒高科，西南證券整理數(shù)據(jù)來(lái)源：WIND，西南證券整理因此根據(jù)上述兩組數(shù)據(jù)，我們可以算出

28、 LFP 電池的制造成本。2016 年為 1.058 元/Wh， 而在 2019 年上半年已經(jīng)低于 0.7 元/Wh，主要是由于原材料成本由 2016 年的 0.871 元/Wh下降到 2019 年上半年的 0.574 元/Wh，絕對(duì)降幅 0.3 元/Wh，相對(duì)降幅 34%。分類來(lái)看，在制造總成本中，原材料成本占比自 2016 年以來(lái)一直保持穩(wěn)定為 82%左右， 而能源成本、人工成本和制造成本三塊成本均占 6%左右。圖 30：LFP 電池制造總成本圖 31：LFP 電池制造總成本占比數(shù)據(jù)來(lái)源：國(guó)軒高科，西南證券整理數(shù)據(jù)來(lái)源：WIND，西南證券整理繼續(xù)對(duì)原材料成本進(jìn)行拆分后我們發(fā)現(xiàn)，原材料中正極

29、和隔膜占成本的比重較大，大約各在 10%左右，負(fù)極、電解液、銅箔、鋁殼蓋板、BMS 的成本占比相近，大約各在 7%-8% 左右，電池箱和甲基各占比 5%左右，剩余為 PACK 及其他成本，大約占了 30%的成本。由此可見(jiàn)，對(duì)于 LFP 電池來(lái)說(shuō)，原材料成本可以分為三大塊，其中一塊為四大原材料（正極、負(fù)極、隔膜、電解液），合計(jì)成本占總成本比例大約為 35%，PACK 占據(jù) 30%，剩余 35%為其他原材料和組件。圖 32：?jiǎn)挝辉牧铣杀静鸱謭D 33：?jiǎn)挝辉牧铣杀菊急葦?shù)據(jù)來(lái)源：國(guó)軒高科，西南證券數(shù)據(jù)來(lái)源：國(guó)軒高科，西南證券根據(jù)以上信息，我們給出以下成本測(cè)算假設(shè)：刀片電池體積比能量密度提升 50%

30、左右，在帶電量不變的情況下，體積減少了三分之一左右，從而帶動(dòng)鋁殼蓋板、PACK 成本下降，假設(shè) 33%降幅能源、人工、制造成本以及 BMS 由于工藝優(yōu)化以及零部件減少而下降，假設(shè) 20%降幅進(jìn)一步假設(shè)原材料（包含正極、負(fù)極、隔膜、電解液、銅箔、甲基、電池箱）價(jià)格降幅 20%則 LFP 制造總成本可以從 0.696 元/Wh 下降至 24.3%至 0.527 元/Wh。進(jìn)一步考慮企業(yè)的毛利率遍可得出實(shí)際的銷售價(jià)格，如圖 35 所示圖 34：?jiǎn)挝辉牧铣杀緶y(cè)算數(shù)據(jù)來(lái)源：西南證券圖 35：考慮企業(yè)毛利率的 LFP 價(jià)格數(shù)據(jù)來(lái)源：西南證券刀片電池和 CTP 方案仍將率先在商用車上使用雖然比亞迪公布，會(huì)

31、將刀片電池方案在漢上商用，但是商用車仍然會(huì)是率先使用的方案。我們認(rèn)為比亞迪在自己的乘用車上商用，就是為了突破一般的產(chǎn)業(yè)邏輯：新技術(shù)往往是在商用車上推進(jìn)，而乘用車使用會(huì)更加謹(jǐn)慎。比亞迪在自己的車上采用刀片電池，無(wú)疑是為了加快乘用車的推進(jìn)速度。其實(shí)刀片電池和 CTP 方案殊途同歸，都是為了進(jìn)一步降低成本，而單體電池變大之后，處于安全的考慮，磷酸鐵鋰成為首選?；?2019 年已經(jīng)有很多一線整機(jī)廠采用 CTP 的方案進(jìn)行上車測(cè)試，所以預(yù)計(jì) 2020 年會(huì)于一部分的車型開(kāi)始采用該技術(shù)。我們按照上文的假設(shè)，以 10 米以上的車型進(jìn)行測(cè)算，電池成本降低 30%，則電池成本從 22.5 萬(wàn)降低到 15.8

32、萬(wàn)，在沒(méi)有補(bǔ)貼的情況下，毛利率可以維持。圖 36：2020 年新能源客車毛利率測(cè)算數(shù)據(jù)來(lái)源：西南證券我們預(yù)計(jì)，2020 年磷酸鐵鋰的電池在商用車占比將進(jìn)一步提升。從投資的角度，上游磷酸鐵鋰得以放量，下游商用車盈利能力邊際改善。由于整個(gè)磷酸鐵鋰的上游已經(jīng)經(jīng)過(guò)三年 洗牌，行業(yè)集中度較高。產(chǎn)業(yè)鏈中如果達(dá)到 10 家供應(yīng)商，就是集中度已經(jīng)非常高了，穩(wěn)定出貨第三方的供應(yīng)商只有 3-4 家。所以我們認(rèn)為，龍頭受益明顯。建議關(guān)注：德方納米、國(guó)軒高科、比亞迪和宇通客車。圖 37：2019 年各正極企業(yè)出貨量市場(chǎng)份額數(shù)據(jù)來(lái)源：GGII，西南證券整理分析師承諾本報(bào)告署名分析師具有中國(guó)證券業(yè)協(xié)會(huì)授予的證券投資咨詢執(zhí)業(yè)資格并注冊(cè)為證券分析師，報(bào)告所采用的數(shù)據(jù)均來(lái)自合法合規(guī)渠道，分析邏輯基于分析師的職業(yè)理解，通過(guò)合理判斷得出結(jié)論，獨(dú)立、客觀地出具本報(bào)告。分析師承諾不曾因，不因，也將不會(huì)因本報(bào)告中的具體推薦意見(jiàn)或觀點(diǎn)而直接或間接獲取任何形式的補(bǔ)償。投資評(píng)級(jí)說(shuō)明公司評(píng)級(jí)行業(yè)評(píng)級(jí)買入：未來(lái) 6 個(gè)月內(nèi)，個(gè)股相對(duì)滬深 300 指數(shù)漲幅在 2