新能源产业链有哪些

| 邓高

随着新能源不断发展,整个产业链越来越完善,中间涉及的环节众多,那么新能源产业有哪些?(下面是小编为大家收集的新能源产业链有哪些相关信息,希望你喜欢。)

新能源产业链有哪些

目前新能源产业有:1、太阳能;2、核能;3、潮汐能;4、风能;5、生物质能;6、地热能;7、氢能;8、海洋渗透能。

1、太阳能

太阳能一般指太阳光的辐射能量。太阳能的主要利用形式有太阳能的光热转换、光电转换以及光化学转换三种主要方式。

2、核能

核能是通过转化其质量从原子核释放的能量。

3、潮汐能

潮汐能(tide energy) 海水周期性涨落运动中所具有的能量。其水位差表现为势能,其潮流的速度表现为动能。这两种能量都可以利用,是一种可再生能源。由于在海水的各种运动中潮汐最守信,最具规律性,又涨落于岸边,也最早为人们所认识和利用,在各种海洋能的利用中,潮汐能的利用是最成熟的。

4、风能

风能是太阳辐射下流动所形成的。风能与其他能源相比,具有明显的优势,它蕴藏量大,是水能的10倍,分布广泛,永不枯竭,对交通不便、远离主干电网的岛屿及边远地区尤为重要。

5、生物质能

生物质能来源于生物质,也是太阳能以化学能形式贮存于生物中的一种能量形式,它直接或间接地来源于植物的光合作用。生物质能是贮存的太阳能,更是一种唯一可再生的碳源,可转化成常规的固态、液态或气态的燃料。地球上的生物质能资源较为丰富,而且是一种无害的能源。

6、地热能

地球内部热源可来自重力分异、潮汐摩擦、化学反应和放射性元素衰变释放的能量等。放射性热能是地球主要热源。

7、氢能

在众多新能源中,氢能以其重量轻、无污染、热值高、应用面广等独特优点脱颖而出,将成为21世纪最理想的新能源。氢能可应用于航天航空、汽车的燃料,等高热行业。

8、海洋渗透能

如果有两种盐溶液,一种溶液中盐的浓度高,一种溶液的浓度低,那么把两种溶液放在一起并用一种渗透膜隔离后,会产生渗透压,水会从浓度低的溶液流向浓度高的溶液。


一、产业链概括

新能源汽车产业链主要包括上游电池、电机原材料,中游电池、电机、电控,以及下游整车、充电桩和运营三个环节。

【上游】

原材料:锂、钴、镍、锰矿产资源,聚烯烃,稀土,铁矿石

电池、电机材料:正极材料、负极材料、隔膜、电解液、永磁材料、硅钢片

【中游】

电池、电控、电机、其他零部件

【下游】

整车、充电桩、电池回收、运营服务商


从整车成本来看,电池、电机、电控占整车成本的70%左右,其中电池约占42%,电控约占11%,电机约占10%,电驱动零部件约占7%,剩余部分占整车成本30%。


电池、电机、电控构成新能源汽车的核心动力系统,这也是新能源汽车与传统燃油车最大的区别,由上图可以看出新能源汽车的动力系统占整车成本的60%左右;传统能源汽车中核心动力系统由发动机与变速器构成,成本占比约占整车的30%,新能源汽车动力系统成本占比大幅超过传统燃油车。新能源电动车相较传统整车的核心优势在于能源结构与成本,短板在于续航里程,未来新能源汽车竞争力提升主要源于降成本与提高续航里程,随着电池技术愈加成熟,新能源汽车动力系统模块将有比较大的降本空间。


下游整车方面,由于传统燃油车基数大,新能源汽车虽然增长快,但是渗透率仍然比较低;按2020年我国汽车生产3500万辆(年均增长5%),新能源汽车渗透率提升至5.7%,2020年将生产200万辆新能源汽车;虽然中短期下游弹性较低,但从整条产业链上来看,下游对产业链中上游带动效应显著,目前新能源产业链处于中游持续扩产能,上游供不应求的情况。

二、环节解析

1、原材料

锂电池正极材料三元锂分为镍钴锰NCM,以镍钴铝NCA,其中镍钴锰三元电池根据各个元素的相对占比可细分为NCM333、NCM523、NCM622、NCM811,对应上游原材料主要是锂矿、钴矿、镍矿以及锰矿等。随着三元锂电池市场份额持续提高,对上游原材料的需求不断加大;而上游原材料锂矿、钴矿、镍矿均属于国家战略性矿产资源,尤其是钴,国内较为稀缺,我国钴储量仅占全球1.11%,属于钴资源短缺型国家,每年需求的80~90%钴原料需海外进口。

随着新能源汽车产业快速发展,导致上游原材料价格上涨明显:


2020年正极材料需求约为22.6万吨,其中三元锂电池需求15.7万吨,占比达到69.5%,2020年由三元锂带动的钴需求约为1.71万吨,镍需求约为3.7万吨,2017~2020年间钴需求年均复合增速约为69.7%,镍需求年均复合增速约为93.4%。

2、电池

新能源汽车目前主要使用锂电池,其主要由正极、负极、隔膜与电解液四个部分组成,放电时锂离子与电子从负极脱出,电子经由外部电路达到正极,而锂离子则通过电解液进入正极。锂离子、正极材料以及电子在正极重新结合完成电流传导,隔膜主要是将正极和负极隔离从而防止短路。


【正极】

新能源汽车的续航里程主要由电池容量决定,而正极材料决定了电池容量、寿命等多方面核心性能,因此正极材料是电池最重要的子环节,占整个电池成本高达30~40%。

正极材料种类较多,主要包括磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂以及三元锂,国内市场主要以磷酸铁锂、三元锂为主;

磷酸铁锂

优点:原材料国内储备丰富、循环寿命长且安全性能优异,热稳定性高(分解温度约在700摄氏度,且不会释放氧气)

缺点:能量密度较低,上限最多达到160Wh/kg,制约了纯电动汽车的续航里程,2017年工信部发布《汽车产业中长期发展规划》指出在2020年动力电池单体比能量需达到300Wh/kg,2025年达到350Wh/kg,磷酸铁锂比容量正极无法达到该标准。

三元锂

优点:能量密度高

缺点:热稳定性差,在200摄氏度下易分解释放出氧气从而为电池高温助燃

基于安全性以及行驶里程较为固定的缘故,国内商用车(公交车、客车等)较多使用磷酸铁锂,而乘用车逐步由磷酸铁锂切换到三元锂技术路线。

电池的容量和热稳定性是当下电池所面临的一对技术矛盾,而续航里程是纯电动汽车当下阶段最为关注的核心指标,在电池容量和热稳定性的权衡上,正极材料的容量提升技术难度边际递增,而热稳定短板可通过配套使用效率较高的热管理系统加以弥补,因此高电容量而热稳定性相对较弱的技术路线有望成为后期技术主流,具体表现为:三元材料的使用占比提升,“低钴高镍”化将成为三元电池的后期趋势。

【负极】

性能优异的负极材料应该具备较高的容量,相对锂电极的电极电势低,充放电反应的可逆性能好,同时与电解液兼容性好;目前负极材料主要包括碳类材料和非碳类材料。

碳类材料:天然石墨、人造石墨、无定形碳(硬碳、软碳)

非碳类材料:锡基材料、硅基材料、氮化物、钛基材料

天然石墨容量较高且工艺简单成本较低,综合成本与性能,在动力电池领域天然石墨占据主流地位。


【隔膜】

隔膜的作用是将电池正负极分隔开从而防止两极接触发生短路,也为电解质离子提供流动通道;隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等,因此也会影响到电池的容量、循环以及安全性能。

常用的隔膜材料主要为聚合物膜、无纺布膜,聚合物主要包括聚乙烯PE和聚丙烯PP,无纺布膜主要包括玻璃纤维、合成纤维、陶瓷纤维等。目前隔膜材料主要使用聚合物(PP、PE)为主。

从制备工艺角度主要分为干法和湿法制备,干法工艺主要使用PP材料,较多应用于磷酸铁锂电池,湿法工艺主要使用PE材料,较多应用于三元锂电池。

整体而言,湿法制备工艺比干法具备更好的孔隙率、透气性以及拉伸强度,微孔的尺寸以及分布更加均匀,所制备材料更薄,从而使得湿法隔膜具备更好的容量、安全性和循环特性。

随着三元锂电池增长带动湿法隔膜大幅上升,湿法隔膜将会是以后的主流技术路线。


【电解液】

电解液是电池中离子传输但载体,一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、相关添加剂等原材料组成;常用电解质主要包括高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂等,目前基于成本与安全性电解质以六氟磷酸锂为主,通常电解液成本中,六氟磷酸锂成本占比高达50%,有机溶剂和其余添加剂成本占比分别达到30%与10%


【锂电设备】

锂电设备主要用于对电芯的制作与组装,锂电池的制作过程分为极片制作、电芯组装、电芯激活检测以及电池分装四个工序段,其中极片制作是锂电池制造的核心工艺,也是对设备自动化水平和生产效能要求最高的环节。

按照电池生产工艺流程所对应的锂电设备大致可以分为前端设备、中端设备以及后端设备,前端设备主要用于极片制作,中端设备主要用于电芯制作,后端设备主要是检测和封装;成本占比角度,前段与中端占比较高,分别达到35%与40%,后端相对较小。

锂电池的性能与锂电设备高度关联,锂电设备发展至今不再仅仅是完成电池封装功能,下游环节在能量密度、安全性等多方面对于锂电池动力性能的要求逐步提高将倒逼锂电设备环节实现产品升级。


2、电机电控

目前新能源汽车领域应用较多的电机主要是永磁同步电机、交流异步电机、直流电机与开关磁阻电机。永磁同步电机由于功率密度大、效率高,产生转矩大、调速性能好等特点占据市场主要份额,占比高达69%,其次是交流异步电机,占比达22%。


电机控制器是连接电池与电机的电能转换单元,主要通过集成电路的主动工作来控制电机按照设定的方向、速度、角度以及响应时间进行工作,主要包括功率半导体模块、控制模块、薄膜电容、驱动模块以及冷却模块等

总结:

现在的新能源汽车行业就如同08年的智能手机,随着爆款产品的出现(特斯拉),行业渗透度会不断提高,未来几年中新能源汽车预计年均复合涨幅在27%左右,动力电池年均复合涨幅在31%左右,行业空间上涨巨大,相关产业链上的企业会有非常好的投资机会




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