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簡(jiǎn)述動(dòng)力電池功能輔件的作用

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1085次  |  2018年10月26日  

某機(jī)構(gòu)的信息:2016年國(guó)內(nèi)鋰動(dòng)力電池企業(yè)出貨量合計(jì)達(dá)30.5GWh,同比增長(zhǎng)79.4%,比亞迪、CATL、沃特瑪、國(guó)軒高科前四占比62.5%,動(dòng)力電池行業(yè)儼然已經(jīng)進(jìn)入了行業(yè)寡頭格局,鴻海今年3月底10億入股CATL1.19%,其估值已經(jīng)達(dá)到了840億元,而動(dòng)力電池種類繁多的功能輔件,也伴隨著行業(yè)快速成長(zhǎng)。

動(dòng)力電池的功能輔件的種類

現(xiàn)在的行業(yè)趨勢(shì)來(lái)看,動(dòng)力電池廠商越來(lái)越朝著系統(tǒng)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(dòng)力電池企業(yè)也選擇自己做,而除此之外其實(shí)還有很多功能輔件,這一塊大多數(shù)廠商均會(huì)選擇向上游二級(jí)或三級(jí)供應(yīng)商進(jìn)行采購(gòu),這些主要包括:比如電池包的整體結(jié)構(gòu)件:如電池外殼,側(cè)板,電池底板;模塊與模塊間的高壓回路連接件,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(fù)極與極片的金屬軟連接,電芯與電芯間的跨界片;絕緣隔熱類的,電芯間的絕緣墊片,電芯內(nèi)的襯套,電池包的密封圈或者其他,當(dāng)然還有一些技術(shù)壁壘高的高壓器件,如繼電器,保險(xiǎn)絲(包括MSD),HVIL回路線束等,如果是液冷系統(tǒng)的話還會(huì)涉及到冷卻板,冷卻管,heater等器件。直觀一點(diǎn),從第一電動(dòng)網(wǎng)李浩晨老師《簡(jiǎn)單易懂的動(dòng)力電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)講解》的文章里截了兩張圖,非常的清晰:

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當(dāng)然這是個(gè)風(fēng)冷的包,包里和模塊上主要的結(jié)構(gòu)件大概都能看清楚,當(dāng)然電芯本身還有一些結(jié)構(gòu)件如下:

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電池蓋板及方通示意圖

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電芯內(nèi)絕緣襯套示意圖

實(shí)際各個(gè)廠家會(huì)因電池包設(shè)計(jì)和功能的不同而有選擇性的采用以上的大部分用于自己的產(chǎn)品之中,從而對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)完整性,絕緣性,熱管理及安全性進(jìn)行輔助功能的應(yīng)用。

動(dòng)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(jié)構(gòu)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(hù):

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當(dāng)然以上有很多設(shè)計(jì)的功能都是疊加的,不能完全區(qū)分開來(lái),例如電芯的上蓋板既保證電芯結(jié)構(gòu)上的完整也通過(guò)安全閥等設(shè)計(jì)達(dá)到熱失控時(shí)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(jié)構(gòu)上的電芯壽命后期膨脹的緩沖等作用。

不同的功能輔件所要求的技術(shù)特性是不同的,例如電芯的殼體主要作為電芯內(nèi)活性物質(zhì)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(nèi)阻低通過(guò)大電流時(shí)發(fā)熱小,連接可靠性高,能通過(guò)振動(dòng)要求,而采用軟連接的多層金屬則又要保證焊接的質(zhì)量;而密封圈等設(shè)計(jì)又是出于對(duì)電池包的密封性能的要求,既不能過(guò)粉塵也不能過(guò)水,一般能整體通過(guò)IP67標(biāo)準(zhǔn);繼電器則要求大電流通過(guò)時(shí)不粘連,能有效開關(guān);因此整體上來(lái)看,不同的要求和材料決定了其本身的技術(shù)難度和壁壘。

動(dòng)力電池功能輔件的技術(shù)壁壘

單從市場(chǎng)應(yīng)用上來(lái)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(shè)計(jì)上國(guó)外產(chǎn)品仍占據(jù)著一定的主導(dǎo)地位,而在金屬或塑料結(jié)構(gòu)件,隔熱或絕緣密封件上已是國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的天下。本文暫不討論目前國(guó)外產(chǎn)品仍占主導(dǎo)地位的功能輔件,顯然他們?nèi)跃哂幸欢ǖ募夹g(shù)壁壘,那么目前已經(jīng)國(guó)產(chǎn)化的功能件,例如系統(tǒng)結(jié)構(gòu)件和絕緣密封件等還有技術(shù)壁壘嗎?

答案是肯定的。筆者早些年有幸參與過(guò)動(dòng)力電池的研發(fā)過(guò)程,在產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中也經(jīng)歷過(guò)類似于“蓋板又漏了”“安全閥怎么沒(méi)開”這種結(jié)構(gòu)件失效的情況,因此對(duì)鋰離子電池結(jié)構(gòu)件的重要性深有體會(huì),現(xiàn)在隨著工藝的成熟與技術(shù)的進(jìn)步像筆者早些年遇到這些情況相信已經(jīng)越來(lái)越少了,壁壘消失了嗎?筆者認(rèn)為并沒(méi)有,其實(shí)技術(shù)的成熟并不意味著壁壘的消失,而是從技術(shù)難度所造成的壁壘,變成了其他因素的壁壘,筆者認(rèn)為主要在于以下三個(gè)方面,從高到低依次為:

第一功能輔件已融入電池系統(tǒng)的熱管理和安全性設(shè)計(jì),成為一套較難分割的體系;

找個(gè)例子來(lái)說(shuō)明,16年12月16日,行業(yè)龍頭CATL舉行了媒體活動(dòng),展示了如下資料:

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第一張圖反應(yīng)的是電芯受力的情況,模擬包括振動(dòng),沖擊,擠壓等多種工況,其實(shí)模擬的就是電芯殼體和蓋板在機(jī)械應(yīng)力累加時(shí)的失效情況,從而確定結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)尺寸,厚度及具體焊接的強(qiáng)度等,而第二張圖亦反應(yīng)了對(duì)于電芯可靠性膨脹,封裝,機(jī)械件的失效的情況,這些顯然也是與結(jié)構(gòu)件息息相關(guān)的,在中國(guó)專利網(wǎng)上搜索CATL關(guān)于電池結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì),簡(jiǎn)單搜索以下,已達(dá)數(shù)十項(xiàng)之多,且不說(shuō)這些專利的實(shí)際應(yīng)用情況,但有一點(diǎn)確定的是電池系統(tǒng)內(nèi)的結(jié)構(gòu)安全的設(shè)計(jì)已完全融入到整個(gè)電池系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)考量中,并扮演了重要角色;

實(shí)際電池生產(chǎn)企業(yè)中,針對(duì)電池蓋板的設(shè)計(jì),焊接的工藝,模塊與模塊間的連接,底板對(duì)模塊的支撐,以及一些焊接一體化的設(shè)計(jì),導(dǎo)致了目前電池結(jié)構(gòu)件遷一發(fā)則動(dòng)全身的情況,要對(duì)一處結(jié)構(gòu)進(jìn)行更改,則可能需要對(duì)整套系統(tǒng)進(jìn)行更改,從而對(duì)安全性設(shè)計(jì)重新進(jìn)行評(píng)價(jià);同樣類似絕緣密封件的搭配,亦以在早期就融入進(jìn)電池的熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,可以說(shuō)與電池的結(jié)構(gòu)功能件一起共同構(gòu)成了電池系統(tǒng)的安全性屏障。所以要對(duì)其中的一個(gè)零件進(jìn)行改動(dòng)或者替換需要對(duì)整套系統(tǒng)重新進(jìn)行驗(yàn)證,而功能件的供應(yīng)商與下游電池廠在研發(fā)過(guò)程中的捆綁,無(wú)形之中為這部分功能零件形成了極高的壁壘。

第二較長(zhǎng)研發(fā)和驗(yàn)證周期造成的替代難度;

在整車廠或零配件廠商呆過(guò)的讀者可能深有體會(huì),對(duì)整車供應(yīng)商的評(píng)審是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程,隨著整車的開發(fā),經(jīng)歷各個(gè)階段不同深度廣度的考核,DV,PV的驗(yàn)證,而最終能夠SOP上車才皆大歡喜。而對(duì)于這種絕緣隔熱材料和結(jié)構(gòu)功能件的供應(yīng)商,往往又是跟耐久相關(guān)的試驗(yàn)所考察的重點(diǎn),一般做完耐久試驗(yàn)或者碰撞試驗(yàn)的車,都會(huì)要求做DRBTR(DesignReviewbyTestResult),其中就需要對(duì)密封接口,機(jī)械結(jié)構(gòu)件,殼體腐蝕,連接扭矩等情況進(jìn)行非常細(xì)致的檢查,試想如果不是供應(yīng)商出現(xiàn)了極大的質(zhì)量,誰(shuí)愿意重新做這一輪驗(yàn)證呢?

第三材料本身的加工工藝與一致品質(zhì)保證。

我認(rèn)為第三個(gè)壁壘才是技術(shù)本身的,但這個(gè)技術(shù)本身的壁壘目前來(lái)看,相較于前面兩個(gè)反倒成了略低的壁壘,主要涉及三個(gè)方面:功能件供應(yīng)商對(duì)其上游材料例如金屬,橡膠材料本身的品質(zhì)把控能力,涉及到一些對(duì)特殊原料供應(yīng)商的把控;配合電池廠商的設(shè)計(jì)研發(fā)能力,涉及到一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn),和材料的精密度的定制化服務(wù);以及生產(chǎn)這些功能件的工藝能力,包括對(duì)設(shè)備的駕馭和工藝良率的提升及產(chǎn)品的一致性保證。

綜上所述,我認(rèn)為目前來(lái)看功能件的壁壘仍是非常高的,但這“個(gè)高壁壘”之所以打引號(hào),并不是因?yàn)槠涔δ芗旧淼闹圃旃に嚮蛘呱a(chǎn)原料所帶來(lái)的,而是在于長(zhǎng)期的上下游研發(fā)捆綁在一起的系統(tǒng)設(shè)計(jì)+較長(zhǎng)的替代周期+再加上本身材料加工的技術(shù)所綜合造成的“高壁壘”。

動(dòng)力電池功能輔件的市場(chǎng)規(guī)模

查詢了三處不同的數(shù)據(jù)來(lái)源:

·來(lái)自申萬(wàn)宏源近期的研報(bào)顯示:“不同外形的電池對(duì)于配件的需求不同,平均的成本占比約為12%?!?br/>
·來(lái)自中國(guó)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)發(fā)布的《2015-2020年中國(guó)汽車動(dòng)力電池市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)態(tài)勢(shì)與投資前景分析報(bào)告》指出:電動(dòng)汽車用電池結(jié)構(gòu)件單車價(jià)值量約為1500元

·來(lái)自某研報(bào):“取鋰電池成組價(jià)格5.5%為鋰電池結(jié)構(gòu)件價(jià)值量,是可供參考的。2016年動(dòng)力類方形+圓柱電池出貨量25.4GWh,成組單價(jià)2.2元/wh計(jì)算,則2016年中國(guó)動(dòng)力電池結(jié)構(gòu)件市場(chǎng)規(guī)模約為25.4×22×5.5%=30.7億元?!?br/>
以上數(shù)據(jù)的不同可能來(lái)自于對(duì)結(jié)構(gòu)件種類定義和統(tǒng)計(jì)時(shí)間的不同,長(zhǎng)江證券的測(cè)算主要基于動(dòng)力電池的出貨量,成組價(jià)格2.2元/wh,應(yīng)屬于較樂(lè)觀估計(jì);中國(guó)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)的數(shù)據(jù)時(shí)間較早,考慮到現(xiàn)在純電動(dòng)和大巴車比例增加的情況,單車電池包容量增大,單車結(jié)構(gòu)件平均價(jià)格可能上升;若按照申萬(wàn)12%測(cè)算,我們進(jìn)行一個(gè)保守估算,按新能源汽車的實(shí)際銷量進(jìn)行計(jì)算,假設(shè)30度電每個(gè)包,1500一度電,那么16年按50萬(wàn)輛測(cè)算,市場(chǎng)規(guī)模也達(dá)到了27億;而今年四月隨著補(bǔ)貼的出臺(tái),新能源汽車銷量又回到了高增長(zhǎng)走勢(shì),電池出貨量也將隨之增加,今年電池配件的規(guī)模預(yù)計(jì)還會(huì)大幅增長(zhǎng);

以上統(tǒng)計(jì)可能無(wú)法準(zhǔn)確反應(yīng)行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模的情況,我們不妨查詢了一下行業(yè)龍頭的情況,目前做電池功能件的主要公司包括科達(dá)利,九九華立、方林科技、以及熱絕緣輔件的包括寶優(yōu)際,誠(chéng)懋化學(xué)等,我們挑選給行業(yè)龍頭CATL供貨的科達(dá)利和寶優(yōu)際來(lái)分析:

科達(dá)利:主營(yíng)業(yè)務(wù)主要為動(dòng)力電池結(jié)構(gòu)件,汽車結(jié)構(gòu)件,以下為其官網(wǎng)展示的其主要產(chǎn)品,應(yīng)該主要為電芯的殼體和蓋板:

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從科達(dá)利的招股說(shuō)明書中可以看到,今年來(lái)科達(dá)利動(dòng)力電池結(jié)構(gòu)件占比逐年上升,2016年僅動(dòng)力及儲(chǔ)能類電池輔件已達(dá)到了9億的銷售規(guī)模。

而另一家寶優(yōu)際,申萬(wàn)宏源研究報(bào)告顯示,作為CATL絕緣隔熱類主要材料供應(yīng)商,其功能輔件占營(yíng)收比例亦大幅上升,2016年?duì)I業(yè)收入為6604.00萬(wàn)元,較上年同期增長(zhǎng)28.83%;歸屬于掛牌公司股東的凈利潤(rùn)為1545.55萬(wàn)元,較上年同期增長(zhǎng)180.75%。而今年仍將持續(xù)大幅增長(zhǎng)。

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從中我們不難看出一個(gè)新興行業(yè)的爆發(fā),不但是一個(gè)近千億估值龍頭的誕生,連其上游的每一個(gè)細(xì)分的輔件供應(yīng)商均帶來(lái)了高速的增長(zhǎng)。

動(dòng)力電池功能輔件的發(fā)展趨勢(shì)

1.技術(shù)高壁壘輔件的國(guó)產(chǎn)替代化;

最后我們來(lái)一起討論下動(dòng)力電池功能輔件的發(fā)展趨勢(shì),首先一個(gè)行業(yè)誕生之初往往都伴隨著較高的技術(shù)壁壘,而隨著技術(shù)的成熟,壁壘低的產(chǎn)品逐漸會(huì)出現(xiàn)越來(lái)越多的參與者,這個(gè)行業(yè)也是,鋰電行業(yè)幾年前四大主材的國(guó)產(chǎn)化率與現(xiàn)在不可同時(shí)日而語(yǔ),而功能輔件上,目前來(lái)看例如結(jié)構(gòu)件,絕緣散熱件,密封件等國(guó)內(nèi)廠商早已有成熟方案,而隨著技術(shù)的進(jìn)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(guó)產(chǎn)替代的趨勢(shì),而這些零件即使在小,隨著動(dòng)力電池行業(yè)本身規(guī)模的放大,都將出現(xiàn)不小的市場(chǎng);

2.新材料輕量化與功能性輔件多樣化;

隨著對(duì)電池能量密度2020年300Wh/kg的要求,應(yīng)對(duì)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(tǒng)內(nèi)主要結(jié)構(gòu)件材料的減重。結(jié)構(gòu)件的減重又將側(cè)重于新金屬材料體系的應(yīng)用以及同等材料體系精確用料計(jì)算的同時(shí)維持必須的剛度和強(qiáng)度,這其實(shí)也對(duì)結(jié)構(gòu)件廠商提出了跟高的技術(shù)要求;同時(shí)對(duì)于絕緣隔熱密封等功能性設(shè)計(jì),亦會(huì)誕生越來(lái)越多的方案,以密封為例:目前市場(chǎng)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(lái)來(lái)看電池的隔熱絕緣等功能輔件也勢(shì)必會(huì)和電池包的冷卻系統(tǒng)共同配合,而不同廠商冷卻方案的不同,勢(shì)必造成這個(gè)產(chǎn)業(yè)的定制化與多樣化方向發(fā)展,其實(shí)這也更考驗(yàn)了功能件廠商的設(shè)計(jì)能力與工藝實(shí)現(xiàn)能力;

3.高毛利或?qū)⒗^續(xù)維持;

目前來(lái)看相較于電池的四大主材(正極、負(fù)極、隔膜、電解液),一些功能輔件的價(jià)格所占電池整體成本的比例較低,成本并不敏感,例如電池包的密封圈,承擔(dān)了關(guān)鍵的電池整個(gè)系統(tǒng)能否達(dá)到IP67甚至IP68的密封作用,取個(gè)典型價(jià)格約為150元,僅占一套乘用車電池系統(tǒng)成本的約0.5%以下;又例如高壓繼電器目前一個(gè)約500元,未來(lái)國(guó)產(chǎn)化替代價(jià)格還會(huì)下降,按一套系統(tǒng)3個(gè)(正,負(fù),charger)高壓繼電器算,亦只占2-3%,而除了這些之外例如金屬結(jié)構(gòu)件和絕緣隔熱件主要為對(duì)金屬和橡膠等制品的粗加工,原料成本可控,而本身所占的價(jià)格比例低,預(yù)計(jì)在未來(lái)幾年內(nèi)毛利或能繼續(xù)維持在30-40%左右水平。

最后想說(shuō)的是,隨著新能源汽車整體蛋糕的做大,產(chǎn)業(yè)鏈上再小的環(huán)節(jié)都能形成一塊“金礦”,而隨著技術(shù)的成熟,更多的高壁壘產(chǎn)品將會(huì)進(jìn)行國(guó)產(chǎn)替代,3至5年后當(dāng)似乎難尋這些替代的機(jī)會(huì)時(shí),整體的新能源車保有量又會(huì)催生大量的后市場(chǎng)的機(jī)會(huì),包括新能源汽車保養(yǎng)與維修,動(dòng)力電池的回收,新能源二手車的交易評(píng)估等等。只能說(shuō)我們很慶幸,生在了這個(gè)見(jiàn)證行業(yè)重大變革的時(shí)代。

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