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動力電池功能輔件

動力電池功能輔件

先寫點摘要吧,曉宇寫東西越來越向行業發展了。周日和志強見了一面,我們出來還是在搞技術,但是不少從裡面的兄弟開始往分析師、投資方向走^_^。 師弟問我將來要去做銷售。。。。前途還是錢途,是每個人自己選的。 第一部分 產業概覽

來自產業發展研究網的信息:2016年國內鋰動力電池企業出貨量合計達30.5GWh,同比增長79.4%,比亞迪、CATL、沃特瑪、國軒高科前四佔比62.5%,動力電池行業儼然已經進入了行業寡頭格局,鴻海今年3月底10億入股CATL1.19%,其估值已經達到了840億元,而動力電池種類繁多的功能輔件,也伴隨著行業快速成長。

旁白一句:我其實挺同意周總的朋友圈,攔個柵欄把國內的動力電池產業養起來,並不是讓企業形成寡頭來建立利潤和規模優勢,而是在這個產業為電動汽車的發展提供基礎。我以為電池做得到,最終會形成技術和工藝擴散,形成多家的能力,多種技術路線,然後和的電動汽車產業一起突圍。這種養寡頭模式更像是放日韓電池進來之前的一種保護措施,但是其實也嚴重損害了在電池系統集成上面的可能性。未來產業需要的格局,是需要要有2~3家,還要有些替代的企業。否則汽車企業不都是給電池企業打工,這個邏輯是不對的。

動力電池的功能輔件的種類

現在的行業趨勢來看,動力電池廠商越來越朝著系統整體集成能力的tier1靠近,主要部件除了電芯要自己做,bms一些頂尖的動力電池企業也選擇自己做,而除此之外其實還有很多功能輔件,這一塊大多數廠商均會選擇向上游二級或三級供應商進行採購,這些主要包括:

1)比如電池包的整體結構件:

  • 如電池外殼,側板,電池底板;

  • 模塊與模塊間的高壓迴路連接件,模塊的殼體,蓋板;

  • 方殼電芯的方通,蓋板,軟包電芯的鋁塑膜;

  • 正負極與極片的金屬軟連接,電芯與電芯間的跨界片;

2)絕緣隔熱類的,電芯間的絕緣墊片,電芯內的襯套,電池包的密封圈或者其他,

3)技術壁壘高的高壓器件,如繼電器,保險絲(包括MSD),HVIL迴路線束等

4)液冷系統的話還會涉及到冷卻板,冷卻管,heater等器件

李浩晨老師《簡單易懂的動力電池系統設計講解》的文章里截了兩張圖

當然這是個風冷的包,包里和模塊上主要的結構件大概都能看清楚,當然電芯本身還有一些結構件如下:

電池蓋板及方通示意圖 電芯內絕緣襯套示意圖

實際各個廠家會因電池包設計和功能的不同而有選擇性的採用以上的大部分用於自己的產品之中,從而對動力電池系統的結構完整性,絕緣性,熱管理及安全性進行輔助功能的應用。

第二部分 動力電池功能輔件的作用

承上所述,這些功能輔件的作用大致分一下,主要包括了結構的完整性支撐,電芯間的功能連接,絕緣阻燃與密封,熱管理功能,高壓安全性保護:

以上有很多設計的功能都是疊加的,不能完全區分開來,例如電芯的上蓋板既保證電芯結構上的完整也通過安全閥等設計達到熱失控時泄壓的目的;電芯間的墊片既起到了功能上的絕緣阻燃也起到了結構上的電芯壽命後期膨脹的緩衝等作用。

不同的功能輔件所要求的技術特性是不同的,例如

  • 電芯的殼體主要作為電芯內活性物質與外界全生命周期的屏障,因此耐久,耐腐蝕等性能顯得尤為重要;

  • 電芯間的跨接片又要求內阻低通過大電流時發熱小,連接可靠性高,能通過振動要求,而採用軟連接的多層金屬則又要保證焊接的質量;

  • 密封圈等設計又是出於對電池包的密封性能的要求,既不能過粉塵也不能過水,一般能整體通過IP67標準;繼電器則要求大電流通過時不粘連,能有效開關;

整體上來看,不同的要求和材料決定了其本身的技術難度和壁壘。

單從市場應用上來看,目前在乘用車型中高壓器件,鋁塑膜以及一些超薄水冷板設計上國外產品仍佔據著一定的主導地位,而在金屬或塑料結構件,隔熱或絕緣密封件上已是國內產品的天下。本文暫不討論目前國外產品仍佔主導地位的功能輔件,顯然他們仍具有一定的技術壁壘,那麼目前已經國產化的功能件,例如系統結構件和絕緣密封件等還有技術壁壘嗎?

答案是肯定的。筆者早些年有幸參與過動力電池的研發過程,在產品研發過程中也經歷過類似於「蓋板又漏了」「安全閥怎麼沒開」這種結構件失效的情況,因此對鋰離子電池結構件的重要性深有體會,現在隨著工藝的成熟與技術的進步像筆者早些年遇到這些情況相信已經越來越少了,壁壘消失了嗎?筆者認為並沒有,其實技術的成熟並不意味著壁壘的消失,而是從技術難度所造成/的壁壘,變成了其他因素的壁壘,筆者認為主要在於以下三個方面,從高到低依次為:

第一功能輔件已融入電池系統的熱管理和安全性設計,成為一套較難分割的體系;

根據以上的資料

  • 第一張圖反應的是電芯受力的情況,模擬包括振動,衝擊,擠壓等多種工況,其實模擬的就是電芯殼體和蓋板在機械應力累加時的失效情況,從而確定結構件的設計尺寸,厚度及具體焊接的強度等,

  • 第二張圖亦反應了對於電芯可靠性膨脹,封裝,機械件的失效的情況,這些顯然也是與結構件息息相關的,在專利網上搜索CATL關於電池結構方面的設計,簡單搜索以下,已達數十項之多,且不說這些專利的實際應用情況,但有一點確定的是電池系統內的結構安全的設計已完全融入到整個電池系統的安全設計考量中,並扮演了重要角色;

實際電池生產企業中,針對電池蓋板的設計,焊接的工藝,模塊與模塊間的連接,底板對模塊的支撐,以及一些焊接一體化的設計,導致了目前電池結構件遷一發則動全身的情況,要對一處結構進行更改,則可能需要對整套系統進行更改,從而對安全性設計重新進行評價;同樣類似絕緣密封件的搭配,亦以在早期就融入進電池的熱管理系統設計中,可以說與電池的結構功能件一起共同構成了電池系統的安全性屏障。所以要對其中的一個零件進行改動或者替換需要對整套系統重新進行驗證,而功能件的供應商與下游電池廠在研發過程中的捆綁,無形之中為這部分功能零件形成了極高的壁壘。

第二較長研發和驗證周期造成的替代難度

在整車廠或零配件廠商呆過的讀者可能深有體會,對整車供應商的評審是一個漫長的過 程,隨著整車的開發,經歷各個階段不同深度廣度的考核,DV,PV的驗證,而最終能夠SOP上車才皆大歡喜。而對於這種絕緣隔熱材料和結構功能件的供應商,往往又是跟耐久相關的試驗所考察的重點,一般做完耐久試驗或者碰撞試驗的車,都會要求做DRBTR(Design Review by Test Result),其中就需要對密封介面,機械結構件,殼體腐蝕,連接扭矩等情況進行非常細緻的檢查,試想如果不是供應商出現了極大的質量,誰願意重新做這一輪驗證呢?

第三材料本身的加工工藝與一致品質保證。

我認為第三個壁壘才是技術本身的,但這個技術本身的壁壘目前來看,相較於前面兩個反倒成了略低的壁壘,主要涉及三個方面:功能件供應商對其上游材料例如金屬,橡膠材料本身的品質把控能力,涉及到一些對特殊原料供應商的把控;配合電池廠商的設計研發能力,涉及到一些結構設計的經驗,和材料的精密度的定製化服務;以及生產這些功能件的工藝能力,包括對設備的駕馭和工藝良率的提升及產品的一致性保證。

綜上所述,我認為目前來看功能件的壁壘仍是非常高的,但這「個高壁壘」之所以打引號,並不是因為其功能件本身的製造工藝或者生產原料所帶來的,而是在於長期的上下游研發捆綁在一起的系統設計+較長的替代周期+再加上本身材料加工的技術所綜合造成的「高壁壘」。

查詢了三處不同的數據來源:

  • 來自申萬宏源近期的研報顯示:「不同外形的電池對於配件的需求不同,平均的成本佔比約為 12%。」

  • 來自產業信息網發布的《2015-2020年汽車動力電池市場運營態勢與投資前景分析報告》指出:電動汽車用電池結構件腳踏車價值量約為1500元

  • 來自長江證券的研報:「取鋰電池成組價格5.5%為鋰電池結構件價值量,是可供參考的。2016年動力類方形+圓柱電池出貨量25.4GWh,成組單價2.2元/wh計算,則2016年動力電池結構件市場規模約為25.4×22×5.5%=30.7億元。「

以上數據的不同可能來自於對結構件種類定義和統計時間的不同,

長江證券的測算主要基於動力電池的出貨量,成組價格2.2元/wh,應屬於較樂觀估計;產業信息網的數據時間較早,考慮到現在純電動和大巴車比例增加的情況,腳踏車電池包容量增大,腳踏車結構件平均價格可能上升;若按照申萬12%測算,我們進行一個保守估算,按新能源汽車的實際銷量進行計算,假設30度電每個包,1500一度電,那麼16年按50萬輛測算,市場規模也達到了27億;而今年四月隨著補貼的出台,新能源汽車銷量又回到了高增長走勢,電池出貨量也將隨之增加,今年電池配件的規模預計還會大幅增長;

以上統計可能無法準確反應行業市場規模的情況,我們不妨查詢了一下行業龍頭的情況,目前做電池功能件的主要公司包括科達利,九九華立、方林科技、以及熱絕緣輔件的包括寶優際,誠懋化學等,我們挑選給行業龍頭CATL供貨的科達利和寶優際來分析:

科達利:主營業務主要為動力電池結構件,汽車結構件,以下為其官網展示的其主要產品,應該主要為電芯的殼體和蓋板。從科達利的招股說明書中可以看到,今年來科達利動力電池結構件佔比逐年上升,2016年僅動力及儲能類電池輔件已達到了9億的銷售規模。

而另一家寶優際,申萬宏源研究報告顯示,作為CATL絕緣隔熱類主要材料供應商,其功能輔件占營收比例亦大幅上升,2016年營業收入為6604.00萬元,較上年同期增長28.83%;歸屬於掛牌公司股東的凈利潤為1545.55萬元,較上年同期增長180.75%。而今年仍將持續大幅增長。

從中我們不難看出一個新興行業的爆發,不但是一個近千億估值龍頭的誕生,連其上游的每一個細分的輔件供應商均帶來了高速的增長;

旁白:這是鋰電生態^_^,看好下游,先把上游的整起來

第五部分 動力電池功能輔件的發展趨勢

1.技術高壁壘輔件的國產替代化;

最後我們來一起討論下動力電池功能輔件的發展趨勢,首先一個行業誕生之初往往都伴隨著較高的技術壁壘,而隨著技術的成熟,壁壘低的產品逐漸會出現越來越多的參與者,這個行業也是,鋰電行業幾年前四大主材的國產化率與現在不可同時日而語,而功能輔件上,目前來看例如結構件,絕緣散熱件,密封件等國內廠商早已有成熟方案,而隨著技術的進步,例如鋁塑膜,高壓繼電器,超薄水冷板等壁壘較高的輔件也將逐漸形成國產替代的趨勢,而這些零件即使在小,隨著動力電池行業本身規模的放大,都將出現不小的市場;

2.新材料輕量化與功能性輔件多樣化;

隨著對電池能量密度2020年300Wh/kg的要求,應對策略一方面是電芯材料活性的提升,另一方面則顯然只能是電池系統內主要結構件材料的減重。結構件的減重又將側重於新金屬材料體系的應用以及同等材料體系精確用料計算的同時維持必須的剛度和強度,這其實也對結構件廠商提出了跟高的技術要求;同時對於絕緣隔熱密封等功能性設計,亦會誕生越來越多的方案,以密封為例:目前市場上就有橡膠密封圈,密封劑,海綿膠帶等多種密封方案,各有利弊,而未來來看電池的隔熱絕緣等功能輔件也勢必會和電池包的冷卻系統共同配合,而不同廠商冷卻方案的不同,勢必造成這個產業的定製化與多樣化方向發展,其實這也更考驗了功能件廠商的設計能力與工藝實現能力;

3.高毛利或將繼續維持;

目前來看相較於電池的四大主材(正極、負極、隔膜、電解液),一些功能輔件的價格所佔電池整體成本的比例較低,成本並不敏感,例如電池包的密封圈,承擔了關鍵的電池整個系統能否達到IP67甚至IP68的密封作用,取個典型價格約為150元,僅佔一套乘用車電池系統成本的約0.5%以下;又例如高壓繼電器目前一個約500元,未來國產化替代價格還會下降,按一套系統3個(正,負,charger)高壓繼電器算,亦只佔2-3%,而除了這些之外例如金屬結構件和絕緣隔熱件主要為對金屬和橡膠等製品的粗加工,原料成本可控,而本身所佔的價格比例低,預計在未來幾年內毛利或能繼續維持。

最後想說的是,隨著新能源汽車整體蛋糕的做大,產業鏈上再小的環節都能形成一塊「金礦」,而隨著技術的成熟,更多的高壁壘產品將會進行國產替代,3至5年後當似乎難尋這些替代的機會時,整體的新能源車保有量又會催生大量的後市場的機會,包括新能源汽車保養與維修,動力電池的回收,新能源二手車的交易評估等等。只能說我們很慶幸,生在了這個見證行業重大變革的時代。

以上均為本人粗淺認識,敬請讀者朋友批評指正。

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