【文章內(nèi)容簡介】 優(yōu)勢。我們認(rèn)為，隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的加速，將為上游稀土和鋰等原料行業(yè)帶來更多機(jī)會。涉及新能源汽車核心部件電池及電機(jī)的上游原材料眾多，根據(jù)電池及電機(jī)的技術(shù)發(fā)展趨勢以及高成長性，我們重點(diǎn)看好鋰離子電池的重要原材料碳酸鋰和永磁同步驅(qū)動電機(jī)所需的釹鐵硼以及稀土原材料。涉及的上市公司包括：寧波韻升（600366）、中科三環(huán)（000970）、包鋼稀土（600111）、廈門鎢業(yè)（600549）、中信國安（000839）、西藏礦業(yè)（000762）、太原剛玉（000795）和橫店東磁（002056）等。圖13：新能源汽車電機(jī)及電池上游原材料需求路徑圖14：新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈——上游稀有金屬上市公司整車看關(guān)注客車和小型純電動汽車我國在“十五”規(guī)劃期間，一汽、東風(fēng)、長安、奇瑞等多家公司在國家（863 計(jì)劃）重大科技專項(xiàng)科研經(jīng)費(fèi)的支持下，已經(jīng)研制出多款新能源汽車，并進(jìn)行了示范運(yùn)營。進(jìn)入“十一五”，我國節(jié)能與新能源汽車的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化取得重大進(jìn)展，混合動力汽車初步具備產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)能力，但主要停留在快速啟停系統(tǒng)（BSG）的“微混”、ISG 和主輔電機(jī)“中度混合”等三種技術(shù)方案，而在EVT 等強(qiáng)混合動力汽車和PLUGIN 插電式混合動力汽車方面，與國際汽車強(qiáng)國相比還存在一定的距離。純電動汽車有效地開拓了特定區(qū)域的市場，在北京、上海、武漢、天津、株洲、杭州等城市開展了不同形式的小規(guī)模示范運(yùn)行。純電動客車以公交系統(tǒng)示范運(yùn)營為主，純電動轎車以公務(wù)用車示范運(yùn)行為主，電動小巴在局部地區(qū)開始商業(yè)化運(yùn)營。在純電動汽車方面，我國處于國際先進(jìn)水平，使用大容量鋰離子動力蓄電池的純電動客車在北京奧運(yùn)會、上海世博會和廣州亞運(yùn)會中心區(qū)的規(guī)模應(yīng)用，代表了當(dāng)今國際純電動大客車的先進(jìn)水平。燃料電池汽車主要技術(shù)性能接近國際先進(jìn)水平，我國燃料電池汽車研發(fā)采用與國際同領(lǐng)域權(quán)威單位不同的技術(shù)路線，開發(fā)出了獨(dú)具特色的能量混合型和功率混合型兩種燃料電池混合動力系統(tǒng)，具有電—電混合、平臺結(jié)構(gòu)、模塊集成的技術(shù)特征，燃料經(jīng)濟(jì)性高于國外同類樣車，特別是純?nèi)剂想姵仳?qū)動模式樣車，轎車和客車兩種車型節(jié)氫效果十分顯著，現(xiàn)已成為國際上主流系統(tǒng)構(gòu)型。我們認(rèn)為，在新能源汽車產(chǎn)業(yè)化初期，客車企業(yè)將率先實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，特別是公交客車生產(chǎn)企業(yè)將最先受益；混合動力汽車是最佳的節(jié)能產(chǎn)品，將會獲得較大的市場份額；微型、超微型電動汽車具有廣闊的市場前景，應(yīng)該給予關(guān)注。涉及的相關(guān)上市公司件下表。圖：15：新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈——整車上市公司七、技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r1．總體狀況新能源汽車是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及物理、材料、電化學(xué)、電機(jī)、控制等多種學(xué)科，需要綜合電池、電機(jī)、控制系統(tǒng)等多領(lǐng)域技術(shù)的支持、多種部件的匹配合成，其發(fā)展是一個(gè)國家科技實(shí)力和制造能力的綜合體現(xiàn)。動力電池組是新能源汽車的核心部件之一，是新能源汽車發(fā)展的基礎(chǔ)和瓶頸。目前阻礙新能源汽車發(fā)展的瓶頸主要是動力電池在續(xù)航能力、成本等方面與傳統(tǒng)汽車相比還有一定差距。只有動力電池組技術(shù)水平有較大提升，新能源汽車產(chǎn)業(yè)才能發(fā)展壯大。經(jīng)過多年努力，我國初步建立了混合動力、純電動和燃料電池的“三縱”，電池、電機(jī)、電控的“三橫”的研發(fā)布局和技術(shù)體系；初步掌握新能源汽車整車開發(fā)技術(shù)，動力電池和電機(jī)取得重要進(jìn)展，部分產(chǎn)品基本滿足示范運(yùn)行要求；部分產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了小批量生產(chǎn)和示范運(yùn)營，正逐步向產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)。同時(shí)，初步形成了節(jié)能與新能源汽車技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系和測試評價(jià)能力。圖16：“節(jié)能與新能源汽車”重大項(xiàng)目總體布局2．技術(shù)發(fā)展路線與動態(tài) 電池目前常用的二次可充電電池包括鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池以及鋰離子電池。相對傳統(tǒng)的鉛酸以及鎳氫和鎘鎳電池而言，鋰離子電池的歷史雖然很短，但憑借其出色的性能在通訊、IT 等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，近年則在新能源動力市場嶄露頭角。圖17：各種電池性能比較 鋰離子電池是指分別用二種能可逆地嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正負(fù)極構(gòu)成的二次電池。鋰離子電池反應(yīng)是一種理想的可逆反應(yīng)。充電時(shí)鋰離子從正極化合物中脫出經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，同時(shí)電子的補(bǔ)償電荷從外電路供給到負(fù)極，保證負(fù)極電荷平衡；放電時(shí)則相反，鋰離子從負(fù)極脫出，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入正極。動力鋰離子電池是以鋰離子電池為材料的一種高能量密度電池，是專門為機(jī)動車提供動力的鋰電池，具有零污染、零排放、能量密度高、體積小和循環(huán)使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，是國內(nèi)外動力電池發(fā)展和應(yīng)用的趨勢。圖18：鋰離子電池充放電原理圖 圖19：鋰離子電池內(nèi)部構(gòu)造圖（聚合物鋰電）鋰離子電池是代表未來發(fā)展方向的綠色能源電池，相比其他二次電池的性能優(yōu)勢主要表現(xiàn)在：電壓高，是NiCd、NiH 電池的3 倍。比能量大，目前能達(dá)到的實(shí)際比能量為100125Wh/kg 和240300Wh/L（2 倍于NiCd，）,未來隨著技術(shù)發(fā)展,比能量可高達(dá)150Wh/kg 和400 Wh/L。循環(huán)壽命長,一般均可達(dá)到500 次以上,甚至1000 ,電池的使用期限將倍增電器的競爭力。安全性能好,無公害,無記憶效應(yīng)。鋰離子電池中不含鎘、鉛、汞等對環(huán)境有污染的元素：部分工藝（如燒結(jié)式）的NiCd 電池存在的一大弊病為“記憶效應(yīng)”，嚴(yán)重束縛電池的使用，但鋰離子電池根本不存在這方面的問題。自放電小，室溫下充滿電的Liion 儲存1 個(gè)月后的自放電率為10%左右，大大低于NiCd 的2530%，Ni、MH 的3035%?？煽焖俪浞烹?，1C充電是容量可以達(dá)到標(biāo)稱容量的80%以上。工作溫度范圍高，工作溫度為25~45176。C，隨著電解質(zhì)和正極的改進(jìn)，期望能擴(kuò)寬到40~70176。C。隨著社會對環(huán)境保護(hù)、節(jié)能降耗的要求越來越高，鋰離子電池所具有的循環(huán)利用壽命長、環(huán)保節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)愈加突顯，尤其是鋰離子電池成本不斷降低及安全性能不斷提高以后，鋰離子電池將在更多領(lǐng)域替代其他類型的電池，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬。液態(tài)鋰離子電池出現(xiàn)較早，工藝路線相對成熟，成本較低，占據(jù)了當(dāng)前90%成品鋰電池市場。但是聚合物鋰離子電池采用高分子電極材料或者膠體狀電解液，不需要厚重的二次包裝，相對液體鋰離子電池具有能量密度高，形狀任意，更輕薄，以及高安全性等多種明顯優(yōu)勢，是一種新型電池。隨著筆記本電腦、手機(jī)、DVD 等電器向移動化、便攜化方向發(fā)展，對電池的形狀和性能都提出了更高的要求。這些都給聚合物鋰離子電池提供了無限的商機(jī)。未來發(fā)展看好聚合物鋰離子電池。圖20：鋰離子電池主要組分常見材料動力電池是新能源汽車的核“芯”，動力電池的性能對新能源汽車的成功發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。而正極材料的性能直接決定相應(yīng)動力電池能否在電動汽車上有一個(gè)好的表現(xiàn)。新能源氣車動力電池應(yīng)具有比能量高、比功率大、自放電少、價(jià)格低廉、使用壽命長及安全性好等特性。相應(yīng)的正極材料也應(yīng)滿足相同的要求。目前技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛、商業(yè)化最成功的鋰離子電池正極材料是鈷酸鋰，而各國研發(fā)的重點(diǎn)則是能夠應(yīng)用于電動汽車的動力電池用正極材料，比如鎳鈷錳酸鋰，錳酸鋰和磷酸鐵鋰等。圖21：主流正極材料性能參數(shù)圖22：正極材料參數(shù)和電動汽車表現(xiàn)的對應(yīng)關(guān)系未來動力鋰電發(fā)展趨勢：降成本，提性能純電動汽車?yán)m(xù)行里程之長短取決于車載動力電池容量大小，性能上動力鋰電應(yīng)滿足以下幾個(gè)方面：(1)較高的比能量和比功率；(2)優(yōu)良循環(huán)性，較長壽命（10 年左右）；(3)較快充電時(shí)間；(4)較寬的工作溫度范圍（30℃60℃）；(5)較高安全性能。圖23：各種電池性能比較圖24：鋰電池成本解析 圖25：鋰電池各部分投資回報(bào)率鋰離子電池的制造成本中，正極材料占比最高，將近一半。其次為隔膜，占比10%14%。負(fù)極材料占整個(gè)生產(chǎn)成本的515%。各部分投資回報(bào)率高低不一，其中隔膜制造的投資回報(bào)率最高，近70%，近3 年呈逐年上升趨勢。正極材料投資回報(bào)率最低，維持在17%的水平。圖26：主流正極材料比價(jià)國內(nèi)正極材料生產(chǎn)廠家主要占據(jù)中低端市場，這個(gè)市場的特點(diǎn)是要求產(chǎn)品價(jià)格低廉、質(zhì)量合格，但是相互之間競爭激烈。現(xiàn)階段主要的正極材料廠家占有的市場份額相差不大。其中當(dāng)升科技占據(jù)最大的市場份額，其次為湖南瑞翔和杉杉股份。圖27： 2009全球鋰電正極材料生產(chǎn)廠家占比 圖28： 2009中國鈷酸鋰正極材料生產(chǎn)廠家占比圖29：國內(nèi)外主要正極材料生產(chǎn)廠商動力電池成本有望通過規(guī)模效應(yīng)降低。不同正極材料的原材料成本差異來自核心金屬的購臵成本，不同于鈷酸鋰，錳酸鋰、磷酸鐵鋰中，該費(fèi)用占成品電池成本比例極小。金屬原料的價(jià)格變化對錳酸鋰和磷酸鐵鋰正極材料生產(chǎn)廠家和終端電池廠家的利潤率影響甚微，生產(chǎn)廠家的原材料價(jià)格波動風(fēng)險(xiǎn)小。錳酸鋰和磷酸鐵鋰電池的成本主要來自于制造成本，未來可通過規(guī)模效益大幅降低。電動車電池成本占整車成本一半以上，電池成本降低，能有效拉低電動車價(jià)格，為電動汽車的大規(guī)模應(yīng)用開道。動力電池核心原料磷酸鐵鋰專利帶來發(fā)展隱患。磷酸鐵鋰核心發(fā)明和應(yīng)用專利均掌握在外國科研機(jī)構(gòu)和公司手中，中國對其研發(fā)和專利申請相對較晚，隨著電動汽車產(chǎn)業(yè)興起，磷酸鐵鋰正極材料生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大，專利壁壘可能限制我國電動汽車的出口外銷。負(fù)極材料—電動汽車“芯”的另一半商用鋰離子電池大都采用碳材料做負(fù)極。金屬鋰是最早作為鋰離子電池負(fù)極的材料，但是金屬鋰在充放電的過程中不夠安全。1982 年伊利諾伊大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)鋰離子具有嵌入石墨的特性，此過程快速可逆且電池可獲得較高的工作電壓。之后的商用鋰離子電池大都采用碳材料做負(fù)極?？梢宰鳛殇囯x子電池負(fù)極的碳材料種類繁多，現(xiàn)階段研究的主要方向如下：石墨化碳材料、無定型碳材料、氮化物、硅基材料、錫基材料、新型合金和其他材料。圖30：負(fù)極材料分類比較圖31：各類負(fù)極材料的市場占有率 圖32：全球鋰電用負(fù)極廠家市場份額占比現(xiàn)階段全球負(fù)極市場份額集中在6 大廠家。負(fù)極材料相對正極占電池總成本低，且技術(shù)成熟，國內(nèi)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，基本能夠滿足國內(nèi)市場的需要，其中國內(nèi)行業(yè)前三甲是深圳貝特瑞，上海杉杉，長沙海容。深圳貝特瑞是中國寶安集團(tuán)控股55%的子公司，是國內(nèi)電池碳負(fù)極材料標(biāo)準(zhǔn)制定者，截止2010 年7 月，其碳負(fù)極年產(chǎn)能超過7000 噸，價(jià)格312 萬每噸不等，全球市場占有率12%，位居全球第四。目前負(fù)極以碳材料為主，未來看好鈦酸鋰。目前商品化的鋰離子電池負(fù)極材料大多是嵌鋰碳材料，由于可能在碳電極表面析出金屬鋰，與電解液反應(yīng)產(chǎn)生可燃?xì)怏w混合物，由此給電池、特別是動力電池造成很大的安全隱患。低電位過渡金屬氧化物及復(fù)合氧化物作為鋰離子電池的負(fù)極材料引起了人們的廣泛注意，鈦酸鋰是其中廣受關(guān)注的材料之一。鈦酸鋰容量高，充放電體積變化小，能夠提高電池的循環(huán)性能和使用壽命。常溫下，高的擴(kuò)散系數(shù)使得該負(fù)極材料可以快速、多循環(huán)充放電。作為動力鋰離子電池負(fù)極材料有著巨大的研究價(jià)值和商業(yè)應(yīng)用前景。電解液：基本實(shí)現(xiàn)自給，電解質(zhì)期待突破電解液是鋰離子電池的四大主要組成部分之一，是實(shí)現(xiàn)鋰離子在正負(fù)極遷移的媒介，對鋰電容量、工作溫度、循環(huán)效率以及安全性都有重要影響。通常電解液占電池重量和體積的比重分別為15％、32％，其對純度及雜質(zhì)的含量要求非常高，生產(chǎn)過程中需要高純的原料以及必要的提純工藝。圖33：電解液的生產(chǎn)工藝流程圖電解液還需與電極形成匹配關(guān)系，同一電極在不同的電解液中循環(huán)性能是不一樣的，為此，電解液生產(chǎn)企業(yè)必須與下游客戶密切配合，根據(jù)客戶要求設(shè)計(jì)、生產(chǎn)不同配方的電解液，從這個(gè)意義上，電解液配方和響應(yīng)能力決定電解液廠商的競爭力。圖34：配方設(shè)計(jì)是電解液的關(guān)鍵電解液市場格局基本和鋰電池分布一致，主要集中在中、日、韓三國，并且行業(yè)表現(xiàn)出較高的集中度，前三家廠商日本宇都（Ube Industries），韓國第一毛紡會社（chiel）,三菱化學(xué)（MitshubishiChem）合計(jì)占電解液市場份額的70%左右，中國江蘇國泰下屬國泰華榮也占有一席之地，市場份額8％。目前我國電解液已基本實(shí)現(xiàn)自給，自給率超過80％，從對應(yīng)客戶關(guān)系看，通常大型電解液廠商和幾個(gè)鋰電生產(chǎn)企業(yè)建立合作關(guān)系，部分電池廠商自制電解液，典型如比亞迪和臺灣能元科技（E－One）。圖表35：我國電解液產(chǎn)能較充足 單位：噸隔膜：和國際先進(jìn)水平差距較大鋰離子電池隔膜被稱之為“第三極”，作用可見一般，主要有兩個(gè)方面：一方面起到分隔正、負(fù)極，防止短路的作用；另一方面，隔膜能夠讓鋰離子通過，形成充放電回路，因此鋰電隔膜應(yīng)具備良好的絕緣性、較小的電阻、較好的化學(xué)穩(wěn)定性。動力鋰離子電池對安全性和大電流充放電性能要求較高，其對隔膜厚度要求相對較低，但對離子透過性及安全方面要求更為苛刻，通常需要具備更高的強(qiáng)度、保液能力、熔化溫度以及透氣性。圖36：鋰離子電池隔膜的一般要求鋰離子電池隔膜主要為多孔性聚烯烴，可分為單層聚丙烯微孔膜(PP),單層聚乙烯微孔膜（PE）,乙烯、丙烯多層微孔膜。由于聚烯烴材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性和相對廉價(jià)的特點(diǎn)，一直以來為隔膜加工的主要材料，也是未來動力鋰電隔膜的主導(dǎo)材料之一。隔膜生產(chǎn)具有高技術(shù)、投入大、建設(shè)周期長、投資風(fēng)險(xiǎn)大等特點(diǎn)，目前加工方法主要有干法（又稱熔融拉伸，MSCS）和濕法(又稱為熱致相分離法，TIPS），其中前者又可分為單向拉伸工藝（代表性企業(yè)有美國Celgard和日本UBE）和雙向拉伸工藝（代表機(jī)構(gòu)有中科院化學(xué)研究所），濕法工藝代表性公司有美國Entek,日本東燃等。從效果看，干法遜色于濕法，但濕法工藝較復(fù)雜，使用溶劑可能產(chǎn)生污染，成本也較高，目前世界大多采用干法拉伸隔膜。我們認(rèn)為動力鋰電對隔膜孔徑均勻性、安全性要求更高，濕法工藝或?qū)@得更好的機(jī)會。由于電動汽車處于起步階段，全球尚無針對動力電池的成熟隔膜，但已經(jīng)成為了隔膜開發(fā)的熱點(diǎn)，如德國的Degussa 公司開發(fā)的有機(jī)底膜/無機(jī)涂層復(fù)合的鋰離子電池隔膜。對小型鋰電已處于劣勢的我國隔膜生產(chǎn)商，動力鋰電隔膜將是一個(gè)較大的挑戰(zhàn)。圖37： 干法和濕法隔膜比較 億平方米，由于較高的技術(shù)門檻，全球鋰離子電池隔膜主要集中在日本和美國，其中日本旭化