挑燈夜讀瑞銀最新發布的動力電池廠商長篇報告《Tearing down the heart of an electric car: Canbatteries provide an edge, and who wins?》，獲益良多。

為了對各類電芯的技術水平、化學成分、制造流程及成本有更深刻的認識，瑞銀證據實驗室（Evidence lab）拆解了來自松下、LG Chem、三星和寧德時代(SZ:300750)的主流電芯產品，得出的結果很有參考價值。

下面記錄一些要點以供參考。

注：本文僅為信息交流之用，不構成任何交易建議

產業格局

【1】關于電池的研究很重要

電池是電動汽車最核心的組成部分，占汽車總價值的25%至40%。無論對電池廠還是汽車制造商，在動力電池領域的競爭中勝出，就意味著掌握了將電動汽車推向大眾的關鍵技術，并能獲得重要的競爭優勢。

【2】產業鏈的發展空間巨大

全球動力電池需求將增長近10倍。得益于不斷下降的電池成本及不斷提升的性能，預計電動新能源汽車的銷量從今年的180萬輛提升至2025年的1750萬輛。

基于該假設，預計2018年的需求約為93Gwh，而到2025年將升至973GWh，增長9.5倍。

在電池的總需求方面，將由2018年的166Gwh提升至2025年的1145GWh，幾乎翻六倍。對于鋰離子電池企業，營業收入將從今年的230億美元，增長至2025年 的840億美元。

值得注意的是，未來幾年內電芯的產能將與需求同步增長，但在2021年后，會有減緩。不過瑞銀并不認為電芯將成為潛在的瓶頸。

【3】特斯拉的成本優勢超出預期

在拆解測試中發現，松下生產的2170電池，其總電芯成本僅為111美元/千瓦時。與成本第二低的LG Chem相比，特斯拉具備20%的成本領先優勢。

歸納的原因有三：首先，特斯拉(NASDAQ:TSLA)的超級電池廠已經具備規模優勢；其次，圓形電芯的制造工藝更加簡單；第三，NCA電池（正極材料是由鎳鈷鋁構成的三元鋰電池）的化學原材料成本更低。

在電池包層面，75kWh的配置比此前的研究還低2800美元，估計53kWh的電池具有2000美元的優勢。相當于比之前的19年財務預測，可以多出6億美元的EBIT（息稅前利潤）。

從成本的角度考慮，同行在當前階段很難與特斯拉直接競爭。不過，隨著韓國及中國的廠商不斷獲得規模效應，未來兩三年內，他們的成本的差距會逐漸縮小至10%的水平。

但至少要等到2020年初，當NMC811電池（NMC是指鎳猛鈷）成為主流產品，屆時才有機會進一步消除成本上的差距。

還有一點不容忽視，電池包生產也是特斯拉的一大優勢。

【4】特斯拉的其他優勢

首先，特斯拉的度電里程、度電重量都具有優勢，這意味著特斯拉每次充電可行駛的里程以及駕駛體驗都好于友商。

其次，特斯拉電動總成的效率首屈一指，這意味著友商的產品需要使用更大的電池以達到特斯拉的相同里程，當然成本也會更高。換算成金額，特斯拉在這方面的成本優勢達到1000至4000美元/輛。

不過，當LG發揮出完全的規模效應后，其電芯成本的差距將縮減至900美元/輛的水平。在電池包的層面，成本差距將縮減至1700美元/輛的水平。在2021年后，隨著NCM811的普及，這些差距還可以繼續消除。

【5】基于電芯看優勢

衡量電芯優劣的指標并不局限于度電成本，綜合而言，特斯拉與LG比較優秀。

不同類型的電芯各有優勢，不能簡單地說誰好誰不好。首先，NCA擁有最高的體積能量密度，只需使用最少的關鍵原材料即可制成，并且零件的數量是最少的，組裝最為簡單。

不過，NCA先天的安全性能不足，需要搭配成熟的電池管理系統（BMS）方可使用。特斯拉Model3就裝配了4416顆NCA電芯，管理難度可想而知。

其次，NCM軟包電池最容易組裝成電池包，擁有更好地熱穩定性，因此不需要復雜的BMS，可以降低安全管理的成本。

第三，寧德時代和三星SDI所青睞的方形電芯擁有最多的零件，將近30個零件使其制造過程最為復雜。一頓操作猛如虎，卻制造出擁有最低能量密度的電芯。

不過勝在安全性能好，也容易組裝成電池包。目前，三星方形電芯的價格比LG軟包電池貴很多，但未來可通過降低過度設計的安全容量來顯著降低成本。

第四，軟包電池擁有最高的重量能量密度，比如雪佛蘭的Bolt，只需使用288個電芯即可滿足需求。而且，軟包電池不需要那么復雜的BMS，使用的連接線也少，安全性也不錯。不過，軟包電池需要額外的堆砌和折疊制造流程，會增加成本及制造的復雜性。

瑞銀修正了之前的觀點。他們現在認為，在電動汽車時代，傳統內燃機汽車的品牌商將獲得比特斯拉更少的利潤。

【6】關于對原材料價格的敏感性

假設原材料價格不出現崩盤的情形，預計特斯拉松下聯盟會繼續保持領先優勢。特斯拉對鎳價的敏感性會稍微高于其他原材料。若鋰、鈷、鎳、錳、鋁價同時提高50%，特斯拉松下聯盟受到的影響最小。

【7】對原材料市場的影響

在鋰需求方面，預計從2018年的26.5萬噸提升至2025年的115萬噸LCE，市場容量大約增長四倍。不過不是所有的鋰都會完全受益，隨著三元電池的普及與技術升級，高純度的電池級氫氧化鋰才是增長的主角。

在鎳需求方面，動力電池的消耗量目前約為6萬噸，該需求有望在2025年提升至66.5萬噸，具備11倍的增長潛力。從總需求上看，有望從今年的220萬噸提升至2025年的310萬噸。

在鈷需求方面，今年的需求約為12萬噸，到2025年預計將增長至26萬噸。

【8】電池包成本的下降趨勢

電池包成本到2025會下降35%左右。原因有三：首先，規模效應顯現。其次，技術升級帶來更高的能力密度和更低成本的原材料組合。最后，電池廠商選擇制造成本更低、供應鏈更完善的地方進行生產。

舉個例子，三星目前的NCM622產品，成本為141美元/千瓦時，當獲得完全的規模效應，成本可以下降18%至116美元/千瓦時。在2020年改為使用NCM811后，由于鈷的使用量幾乎減半，還能帶來15%至20%的成本下降空間。換句話說，若在分析中納入技術升級的考量，到2020/2021年，主要廠商的電芯成本有望下降至100美元/千瓦時。

【9】電池市場前景廣闊，呈五分天下之勢

預計到2025年，電池市場的容量將達到973GWh，相當于19個特斯拉超級電池廠。這意味著，電芯制造商的年均收入將以大約20%的速度復合增長。

在電池市場的競爭中，特斯拉獲益最多。由于特斯拉擁有電池管理系統的優勢，能使用成本更低的NCA電芯，并且特斯拉的電動動力總成在眾多廠商之中，是最有效率的。

不過，盡管松下目前擁有許多優勢，未來并不會出現贏者通吃的局面。因為其他廠商并沒有與特斯拉相同的、使用NCA電芯的能力。

傳統內燃機汽車品牌商要使用NCA電芯的代價很大，組裝成電池包的復雜性也更高。

得益于超級電池廠的規模效應，特斯拉抵消了電池包組裝的劣勢，但對于剛起步轉型的傳統廠商而言，均不希望使用難以控制的圓形NCA電芯，而是將NCM電池視為更好的選擇。

因此，瑞銀認為未來的電池市場將形成寡頭結構，前五大廠商將占據80%的市場。其中，LG和寧德時代（特別是LG Chem）將是增長最快的電池供應商。到2025年，LG Chem有望替代松下，成為電池制造五巨頭之首。

原因不難理解，全球內燃機廠商都不太可能投奔NCA的懷抱，NCM的市場份額將逐漸被其余四家巨頭蠶食。

此外，電池制造市場的寡頭格局形成后，有望在較長的時間內持續。首先，傳統汽車制造商若自建電池廠，在成本上幾乎不可能趕上亞洲的龍頭。

他們更傾向于參股或合資的形式與現有寡頭進行合作，以穩定自身的供應鏈狀況、降低物流成本、控制原材料的供給等。

其次，預計到2021年，松下、LG Chem、三星SDI、SK Innovation和寧德時代的產能將超過50GWh，這對新進者而言幾乎是不可逾越的成本壁壘。

根據他們迄今為止的FID，屆時能進行商業化生產的產能也僅有2到5Gwh。

綜上所述，寧德時代值得保持關注。

繼續梳理瑞銀的動力電池研究報告。

在拆解的電池樣品中，包含了寶馬I3的三星牌94Ah電芯，通用Bolt的LG牌軟包電芯，特斯拉的松下牌圓柱電芯，以及不同國產BEV所使用的寧德時代牌方形電芯。

【1】不同電芯的綜合狀況對比

從電芯的角度看，松下圓柱電芯的成本優勢非常明顯。

從體積比能量的角度排序，NCA也是明顯領先。

另外，若從重量比能量的角度看，LG的軟包電芯超越了松下的圓柱電芯奪得冠軍。

【2】尋找成本差異的根源

為什么NCA的成本優勢那么明顯？這要歸功于松下電池的高鎳低鈷技術。下圖比較了各類電芯正極材料的成分結構。

正是因為高鎳低鈷，導致NCA電芯的直接材料成本具有無可比擬的優勢。

進而創造出了度電成本的領先優勢。

在第一章節中提到，隨著韓國及中國的廠商不斷獲得規模效應，未來兩三年內，他們的成本的差距會逐漸縮小至10%的水平。但至少要等到2020年初，當NMC811電池成為主流產品，屆時才有機會進一步消除成本上的差距。

如果僅看規模效應的影響，LG化學的降本潛力最大，可以帶來18%的成本削減效果。需要注意的是，瑞銀的模型假設未來有更高的產能利用率、設備效率提升會帶來更高的生產吞吐量、規模增加會降低原材料采購的成本、以及更低的研發銷售比。

如此看來，規模效應可以使LG化學和三星在未來更有競爭的底氣。

此外，除了原材料成本的差異，我們還有必要關注制造成本的差異。按照生產的復雜性排序，方形電芯需要最多的工序，將近30個。大量的零件需要許多二級供應商的配合。

相比之下，圓柱電芯的工藝最簡單，因此可以帶來最高的產線利用率。在制造過程中，每個環節的設備利用率都不會低于80%的水平，而其他類型電芯的制造環節中，會出現60%或更低的設備利用率，因此而產生瓶頸。

如果排除原材料成本的影響，僅看總制造成本的占比，寧德時代則具有最大的優勢。

這個結論有點意思。前面提到寧德時代生產的方形電芯擁有最高的制造復雜性，為何其制造成本的占比卻最低？

繼續分解制造成本的結構可以看出，寧德時代的勞動力成本僅為1.5美元/千瓦時，而競爭對手的工廠由于選址問題，人力成本高于寧德時代好幾倍的水平。

這一次，中國勞動力的顯著優勢繼續發揮了作用。如果剔除人力成本的因素，NCA技術的制造成本依然是最低的。

另外，寧德時代的制造成本優勢，不僅現在有，將來隨著規模的增長，還會變的更明顯。下面是瑞銀的預測：

不過，對于另外三家競爭對手而言，不會放過降低成本的機會，也不會放任寧德時代的人力成本優勢不管。最直接的辦法是，直接在中國建廠，以消除寧德時代的競爭優勢。他們采取這一舉措后，選址對制造成本的影響如下：

如上圖所示，若剔除人力成本的影響，特斯拉將再次領先，而LG化學和三星的制造成本將接近寧德時代的水平。

【3】關于電池成本下降的預期

瑞銀認為，未來兩三年電芯成本的降幅可以達到6%-18%。隨著2020年NCM811開始進入普及階段，屆時有望實現100美元/千瓦時的目標。

首先，規模效應上升到一定水平就會保持穩定。在理想狀況下，固定資產的成本只占電芯總成本的10%-15%，而材料成本占到總成本的56%-66%。

其次，未來成本的下降主要來自正極材料的選擇，考驗廠商高鎳低鈷的技術。LG化學、三星和寧德代都預期在2020/2021向NCM811邁進，屆時會因此而帶來11%-24%的降本效應。松下由于已經采用了高鎳低估的NCA技術，成本反而難以繼續下降。

第三，未來紛紛建立的中國電池廠，都會受益于低廉的勞動力而使成本下降約7美元/千瓦時。

第四，研發費用的營收占比目標在8%-10%的水平，但明年可能降至5%。這是由于大多數公司研發支出的絕對投入量會保持不變，而營收卻不斷增長所致。

綜合而言，瑞銀預期主流公司能在2021/2022年能實現100美元/千瓦時的目標，不過松下的成本明年就可以實現104美元/千瓦時的水平。

綜上所述，我們對主流廠商的電芯技術差異有了基本的了解。接下來還會繼續細探不同廠商關于電池管理系統以及制造過程的差異。

繼續整理關于電池管理系統的資料?？赐曩Y料，不禁對特斯拉的電池管理系統豎起了大拇指，果真牛！

【1】沒有完美，只有取舍

在電池設計環節，廠商可以通過調整正極、負極和電解液的材料來達到不同的目的。不過，凡事都有取舍，完美電池并不存在。

如果要強調安全性，那么就要犧牲能量密度，如果要獲得重量方面的優勢，那么就會導致更高的成本。

總之，廠商需要在能量密度、安全性、重量、電壓水平、成本等方面做好平衡，一方面最大化自己選擇的優勢，另一方面又要優化電池系統的整體表現，提升屬性取舍所造成的短板。

【2】剖析特斯拉的BMS

瑞銀的拆解實驗顯示，特斯拉的電池管理系統是當今最成熟的系統。

得益于深度學習和人工智能的充分應用，特斯拉的BMS可以不斷獲得實際駕駛的大數據，然后對算法進行自我強化，從而使特斯拉電池組的續航時間相對更長。

續航里程是目前電動汽車滲透率提升所面臨的主要問題，而特斯拉依靠領先的設計概念，在這一點上已顯露出差異化的競爭優勢。

特斯拉Model3的BMS具有以下五大物理特性：

①4416顆低容量的小電池支撐起75千瓦時的系統。使用大量小電芯的好處是：更易保持電池系統的整體穩定性；可增加對未來設計及材料變化的適應性；可彌補材料的負面屬性。下圖為拆自Model 3 的電池包：

②特斯拉自己研制的半導體和軟件是實現精確管理的關鍵要素?；趦炔垦邪l的技術，特斯拉可以對每一顆電芯進行溫度管理。

特斯拉研制的兩個芯片分別叫蝙蝠俠和羅賓漢，他們的具體功能依然是神秘的。

但瑞銀推測，只有38針的羅賓漢負責收集數據，而擁有64針的蝙蝠俠負責處理羅賓漢送過來的數據、監測電池的充電狀態、管理電芯的平衡及統籌多系統的數據共享與合作。

③采用兩階段法進行電芯平衡，這對串聯很重要。

假如沒有電芯平衡技術，不同電芯的電量會出現較大的差異，在充電時，同一組電芯有的充滿至100%，而有的可能只充了60%，這時候為避免繼續充電而造成溫度失控，就不得不停止充電，從而造成了容量的浪費。

而特斯拉一方面對大量的電芯進行篩選和分類，將質量相近的電芯捆綁在一起使用，另一方面采用了精確控制的電芯平衡技術，使得不同電芯組之間在并聯時的電壓差異只有2-3mV，相當于只有0.05-0.08%的偏差。

通過這些努力，特斯拉的電池組不僅獲得了更高的利用效率，還具備了相對較低的衰減速度。

再說說兩階段的電芯主動平衡技術。實際上，蝙蝠俠與羅賓漢的CP組合并不是只有一對，而是擁有多對。

首先，在每個模組的基板上都會有他們的身影，從而在模組層面實現精確控制。

然后在高電壓控制面板上，蝙蝠俠與羅賓漢會再次發揮作用，使四個電池模組實現同步運作，進一步提高系統的穩定性。

④NCA電池的弱點在于相對易燃性，但特斯拉通過使用不導熱材料以及嵌入溫度計的設計，降低了該弱點的影響。

⑤特斯拉可以積累與BMS建設相關的所有數據，包括駕駛、充電、電池溫度、電池容量變動等。

稍微懂一點深度學習和人工智能的朋友應該知道，這一點是多么的重要。

而且，電池是能力儲存及釋放的裝置，會循序一定的化學反應及物理定律，這些數據之間的關聯是可以被經驗數據所驗證的，因此特斯拉設計的BMS在未來仍具有很大的發展潛力。

五大特性帶來了以下六大優勢：

①市面上的多數電動汽車，在使用的4至8年內，電池容量會下降至80%以下，但大多數特斯拉的產品仍能保持在90%以上。

上圖是特斯拉Model S用戶的電池使用數據圖，在行使10萬公里后，電池容量下降至90%-95%，行使20-30萬公里后，電池容量仍在90%以上。電池的容量雖然在衰減，但特斯拉的衰減率確實令人滿意。

相比之下，日產Leaf的電池表現就差多了。由于電池包的不成熟設計（沒有液冷系統），Leaf電池的衰減速度是出了名的快。

②特斯拉BMS的設計理念是允許出錯的，因此具有很高的風險容忍度。

系統事先已假定電芯會以一定的速率出現故障，所以會最大限度利用大數據來維護和管理大量的電芯，導致即使有一定程度的電芯出現故障，對整體系統的影響也會很小。由于使用了大量的小電芯，從統計上看，更容易減少不可控的范圍。

特斯拉的車型比其他品牌的車型多出了10倍的電芯數量，同樣損壞一定數量的電芯，特斯拉的系統不痛不癢，而其他廠商的系統可能就崩潰了。在傳統的設計方法中，電芯的故障是“不可接受的”，因此他們會嚴格要求電池供應商的供貨質量，希望將故障率降至零。

③基于BMS的設計框架，電池系統容量的增加可謂輕而易舉。特斯拉系統可使用相同的電池來滿足轎車、卡車、跑車、SUVs及其他類型汽車的需求，只需調整并聯和串聯的配置即可。

④盡管NCA電池相對易燃，但依靠大數據的BMS可以防止金屬沉積的形成以及溫度的升高，從而使電芯容量的利用程度能夠接近極限水平。

⑤在采用固態電池的情景下，差異化的電芯平衡技術將顯得更為重要。Model3具備的技術，例如自行設計的控制芯片及軟件、兩階段電芯平衡管理，以后將產生更為重要的作用。

⑥特斯拉的精控軟件及硬件是自行研制的，而傳統的汽車生產商大多將其外包給軟件及半導體公司，這使得特斯拉更有能力應對未來市場的變化。

【3】特斯拉的BMS可補償電芯設計的短板

①不斷優化和升級。

特斯拉的電芯無論在材料還是形狀，都在追求更高的能量密度，輔以先進的電池管理系統來彌補電芯設計的短板。事實上，特斯拉BMS的調整每天都在進行，并通過遠程管理進行升級。

②人工智能算法的優勢或將擴大。

特斯拉將與亞馬遜合建一座4.8MWh的儲能系統，屆時特斯拉將獲得為CPUs、DRAMs、空調等電子元件供電的大數據。

特斯拉已經擁有利用人工智能來管理大型數據中心的豐富經驗，結合即將獲得的更高量級的數據，特斯拉可以輕松獲得關于新想法的算法，或是僅通過汽車行駛數據無法獲得的先進技術。

③電池利用效率仍有提升空間。

隨著特斯拉BMS精控管理能力的提升，有望通過降低安全裕度來實現電池組容量的提升。事實已證明，特斯拉有能力通過軟件的管理來控制汽車的可用容量。

例如在去年9月的佛羅里達颶風來臨時，特斯拉為車主提升了電容15千瓦時，可額外行駛48公里的里程。

【4】特斯拉電池包的弱點

上面說了許多特斯拉BMS的厲害之處，但其弱點也是十分明顯的。

①電芯的安全性相對較差。

特斯拉使用的NCA電芯更易燃，這是無法否認的。過去，Model S和 Model X都發生過多起燃燒事故。事實證明，火勢一旦蔓延到電池包，燃燒很容易就會加劇。因為電池里充滿了液態的乙二醇，這是容易導熱的材料。

不過，在新款的Model 3中，所有的電芯都用阻燃材料做了固定，相比過往的Model S和 Model X而言，變得更難燃燒。

②模組更換成本高。

一般而言，在并聯電路中，壞一些電芯并不會影響電池包的整體性能，但如果是模組損壞了，更換模組的成本會比Bolt更貴一些。因為Bolt有10個模組，而特斯拉只有4個模組。

③有瞬間失控的風險。

特斯拉擁有卓越的電力控制技術，能夠將所有數據聚合，并優化整個系統的運作表現。但問題是，電力控制系統也是需要電力供應的。

一旦出現短暫的電力缺失，電力控制系統有可能不能及時激活，從而使安全保護和溫度控制的功能失效。

④網絡安全風險。

隨著汽車通信網絡的普及，惡意軟件和病毒所帶來的風險也會增加。這些程序可能有機會重寫電池管理系統的程序，通過停用功能、突然改變電池容量來導致電池變形或著火。

【5】雪佛蘭的Bolt又如何？

Bolt的BMS與特斯拉相比，有六個方面的差異值得注意：

①特斯拉的芯片是自行設計的，而Bolt的芯片卻是外購的。

例如，Bolt BMS中監控電壓及溫度的芯片是LG化學設計的，然后交由半導體制造商ST微電子生產。自行設計的產品可以有更好的適應性及更快速的調整能力。

②Model 3擁有18個BMS MCUs，而Bolt有25個。

通過估算，Model 3的BMS MCUs價值72美元一個，而Bolt使用的MCUs價值84美元一個，差別不大。不過不排除特斯拉的成本更高，因為專利費用沒有包含在估算模型內。

③Model 3的電芯平衡采用兩階段法，而Bolt只有一個階段。

由于Bolt只有單階段的電芯平衡，如果增加電池容量，則容易會造成電芯平衡精確度的失衡，從而帶來更快的衰減速度。

④特斯拉的BMS是分布式的，而Bolt的BMS是集中式的。

特斯拉為了保險起見，安裝了兩個BMS的控制芯片，即使一個出現了故障，整個系統依然能夠正常運作。而集中式的BMS可能會有較低的抗風險能力。

綜合而言，特斯拉的BMS確實非常優秀。

以上，對瑞銀這份動力電池廠商報告的拆解告一段落。未盡及不足之處，歡迎文后指正。

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