01、电池！电池！
基本告别补贴和保护时代的新能源汽车行业，随着特斯拉(NASDAQ:TSLA)上海工厂的建成，市场基本不再质疑这个行业存在的价值，而是和产业一起，寻找行业发展的未来。
而新能源汽车的进步，本质上就是动力电池（锂电池）的进步，涉及四点：
降低成本；增加续航；提高安全；延长寿命。
具体而言：
1.降低成本
制约新能源汽车普及的第一大拦路虎就是贵。截止到2019年，全球新能源汽车的整体渗透率不到5%，主要原因就是新能源汽车仍然不具备经济性，理性的消费者，是很难用更贵的价格买一个质量更落后的产品。
因此，对于整个行业来说，降低成本成为头等大事，尤其是在国内补贴逐步退坡的背景下。
根据BNEF的数据，2018年美国纯电动中型车动力电池系统的成本占整车税前售价的35%，随着动力电池价格的下降，整车售价有望在2023年左右与传统燃油车持平。而且，这个降价的主要由动力电池来贡献。
图1：新能源汽车与燃油车成本比较。资料来源：BNEF预测，光大证券研究所整理注：Battery是动力电池系统，Powertrain是传动系统，Vehicle是车辆其他组成部分（如车身、底盘等）；ICE为传统燃油车
2. 增加续航
里程焦虑是我们常听到的一个词，这也是新能源汽车的行业痛点。
根据麦肯锡的调查，续航里程成为各国消费者购买新能源汽车最大的担忧之一（另一个为价格），以中国为例，25%的消费者认为续航里程短是制约他们购买新能源汽车的重要原因。
这几年新能源乘用车的续航里程快速提升，从2018年年初的200公里左右增加到现在的350公里左右，尽管已经大幅提升，但是与燃油车一箱油跑500公里以上，还有巨大的差距。
续航里程的增加，主要取决于两个因素，第一个是动力电池模组整体能量密度的提升，第二个是车的轻量化，而主要驱动力仍然是电池。
图2：纯电动乘用车续航里程。资料来源：节能网，GGII
3 .提高安全
安全，是逐利的资本市场很少讨论的一个问题，但实际上是新能源汽车行业向前进步时候的底线。一旦出现大面积的安全问题，对于品牌的伤害基本就是不可逆的。
当然我们讨论的安全问题包括驾驶安全和动力安全。驾驶安全整个汽车行业共通的，不是本文关注的重点，另一个动力安全，则又回到了动力电池。
新能源汽车的电池模组其实就是一节一节的小电池通过串联、并联的方式组成动力单元，电池模组内部电压、电流较高，存在自燃、受到外部压力后燃烧的风险。
但追求低成本和高续航就跟安全是矛盾的。三元电池为了追求更高的能力密度，呈现高镍化趋势，而随着镍含量的提高，正极材料的稳定性随之下降。
4.延长寿命
不同于发动机使用寿命很长，由于当前主流的电池仍存在明显的性能衰退，新能源车型的保值率普遍相对低于燃油车型（三年保值率约28%-46%vs.燃油车约64%）。
不过循环使用应该是一个相对不难攻克的问题。以特斯拉为例，它凭借着全球领先的BMS电池管理系统，进行充放电深度与充电频率的有效管理，导致特斯拉的电池损耗相对较低，电池等性能衰退较慢，使用4年后的剩余可用电池占比依然高达90%。
总结以上的4点讨论，很清晰地可以看到，新能源汽车发展的命脉所在，就是成本占比最高的动力电池。所有现在行业面临的问题，都需要靠动力电池的技术进步解决。
这类似于当年的智能手机，通过解决触屏、芯片、通信等技术问题后，迅速取代功能机成为人手必备的产品。
02、CTP Vs刀片电池
动力电池这个高科技领域，长久以来就存在诸多的技术路线之争，但主要集中于正极、负极、隔膜和电解液这四大材料，比如正极从磷酸铁锂到三元，负极从石墨到加硅，电解液的固态化等等。
但如果电池有一种技术进步，不涉及到材料，而是体现在设计制造理念上，但同时又可能解决第一节提到的四大难题中的三个：降低成本、增加续航和提高安全。那这个技术是不是非常具有吸引力？
其实，自从2019年年中以来，业内便开始关注宁德时代的CTP电池。而在今年年初比亚迪高调宣布的刀片电池技术后，国内动力锂电池的前两名正式开启了新一轮技术高点的产业化竞争。
1 .改变设计理念
影响电池的成本因素包括，电池设计、原材料成本、制造成本。
此前市场讨论比较多的就是原材料成本，也就是大家常听说的三元材料替代磷酸铁锂、三元材料的高镍化等等议。这个部分的确是对电池的性能和价格影响最大的。
图3：动力锂电池的成本要素。
另外不可忽视的就是电池的设计。而设计又包含两个部分：
首先是对锂电池电芯设计，核心是确定正负极材料涂层的厚度，进而设计电芯的外形尺寸；然后是模组及电池包（Pack）设计，由电芯参数外推得出。
2019年年中，宁德时代提出的CTP技术(Cell to PACK)，所谓CTP，就是从电芯直接到电池包，简化了模组这个环节，因此可以降低物料使用和压缩空间。
据测算，CTP可降低Pack成本10%-15%，空间利用率提升15-20%，显著提升续航里程。而有报道称，国产版的特斯拉未来可能会采用这一设计。
图4：宁德时代CTP电池示意。资料来源：宁德时代
国内新能源电池的第二名比亚迪自然不甘示弱。2020年3月29日，董事长王传福在线上发布会上高调推出刀片电池，并将全面搭配到最新的旗舰车型比亚迪汉上面。
据称续航里程超过600km，完全不输同级别搭载三元锂电池的纯电车型，同时在安全性上又有不可比拟的先天优势，其中最让人惊叹的就是比亚迪的刀片电池能通过严苛的针刺试验。
刀片电池其实质就是一种CTP产品，但与宁德时代等竞争对手不同的是，比亚迪的刀片电芯采取了单独的电芯形态，以取代其已广泛使用的方形形态，并利用CTP直接成组。
根据比亚迪的发布会，刀片电池技术，显著降低所需要的承载梁数目，可较传统电池包提升50%以上的体积能量密度，达到60%以上的体积能量密度成组率。
图5：比亚迪刀片电池专利图。资料来源：比亚迪
值得指出的是，宁德时代的CTP技术并不限定具体的材料，只是一种设计理念，因此未来可能是三元材料，也可能是磷酸铁锂材料。但考虑到CTP由于取消了模组这个环节，设计更为紧凑，势必会对电池的安全性带来更大的挑战。
比亚迪的刀片电池，在发布会中明确的提到了就是基于磷酸铁锂，让已经节节败退的磷酸铁锂焕发新生。
图6：动力电池材料成分进化图。资料来源：GGII
03、新一轮战争
对于未来的技术判断，毫无疑问的是CTP/刀片电池将给磷酸铁锂一个挽回份额的契机，因为磷酸铁锂化学性质更为稳定，理论上更适合配合CTP/刀片这种偏激进的设计。
但这也并不意味着三元材料又将走向没落，因为三元电池的能量密度比磷酸铁锂高很多，且理论密度上限更高。因此未来几年内仍大概率是磷酸铁锂和三元共存的局面，这也是为什么行业领军企业如宁德时代和比亚迪等同时布局这两个材料的原因。
图7：三元材料的能力密度上限更高。资料来源：GGII
但是从CTP和刀片电池的技术变革中，我们能够清新地感知到，由于行业向前发展的诉求，动力锂电池持续的技术进步将是主旋律，我们可以预判两个明显的趋势：
（1）随着投产规模持续扩大，以宁德时代为例，近两年每年的资本开支量级在近百亿左右（近期定增200亿元）。资金壁垒面前，国内的第二梯队企业将与第一梯队企业的差距越来越大，动力锂电池强者恒强。
（2）由于新能源汽车是全球化趋势，国内的新能源产业链具有全球的竞争力，因此未来的竞争将不再局限于本土，而是全球范围内的竞争。
而且全球也将是一个寡头竞争的局面，根据SNE Research数据，2019年全球前十动力电池企业装机量为101.3GWh，占全球动力电池装机量的86.9%，市场集中度进一步提升。
对于新能源汽车电池企业来说，第一步是要做大，只有规模大才可能获得动态的成本优势，第二步是做强，只有技术领先，才能持续获得超额收益。
而技术的竞争将涉及到资金、专利壁垒。
图8：国内动力电池寡头竞争。资料来源：GGII
图9：国内动力电池企业将成为全球竞争的重要参与者。资料来源：GGII
1.资金壁垒
动力电池作为标准化工业品，是一个烧钱的游戏。以国内龙头宁德时代和第二梯队企业孚能科技每年的资本投入对比，2017年开始，宁德时代的资本投入开始高歌猛进，比孚能科技高出一个数量级。
而且国内动力电池的产能，除了以宁德时代为代表的高端产能外，其余产能存在严重过剩，产能利用率长期低于40%，也就是说第一梯队外的企业甚至失去了造血能力，在未来的竞争中更加吃亏；
而现金流最为良好的宁德时代预计将在2020年完成200亿的天量定增，未来全球电池市场将是几个资金和技术实力都突出的企业的竞争，如宁德时代、比亚迪、LG、松下、SKI等。
图10：国内动力电池龙头和第二梯队企业投入差距迅速拉开.资料来源：公司公告
2.专利壁垒
在此前《蔚来、小鹏与理想的“隆中对”》报告中，我们曾经提到，“目前在新能源领域，顶级的专利族价值以百亿计，新势力还摸不到这个门槛。”而比亚迪的刀片电池与宁德时代的CTP，正是这种顶级专利族的代表。
尽管刀片电池与CTP均非重大材料学上的革命，都是在电池包设计理念维度上走出的一步，但就是这一步，涉及的却已近乎是行业标准式的竞争。这一点，非电动车、电池业人士不足以语。
以刀片电池电池为例，可以称得上是比亚迪的一把手工程：这项发明专利的第一发明人就是王传福。
图10：刀片电池专利第一发明人为比亚迪董事长王传福。
刀片电池专利最早申请于2019年6月，这一专利族涉及的专利数量目前接近一百件，其中核心专利“CN110165118A”的专利要求数量达到恐怖的109项，可谓武装到牙齿。这意味着其他电池厂在突破比亚迪刀片电池技术壁垒时，面临的法律风险要远大于技术风险。
相比比亚迪对于核心技术保护的大开大合专利同族策略，在动力电池市场份额更大的宁德时代走的则是化整为零策略，自2015年前后始，便对CTP技术不断演进迭代，通过密集持续的专利申请不断优化这项技术的护城河。
除却两位中国巨头，特斯拉与德国大众在动力电池领域的技术优势与专利布局也很有看头，我们会在日后的报告里进一步梳理。
