新能源行业深度研究报告行业策略研究动力电池: 电动汽车的“CPU”— 新能源汽车电池行业报告动力电池行业2009 年 5 月 21 日投资要点：电动汽车关键零部件只有一两个！20 世纪 80 年代初，IBM 将个 人电脑中的两个关键零部件外包：操作系统交给了当时很不起眼推荐评级（首次评级）最近 52 周走势：的微软，而 CPU 交给了一家资产不足 10 亿美元的英特尔。过去 20 年中， 这两家公司经历了爆炸性的成长， 如今市值合计超过了 2600 亿美元，是 IBM 的两倍。电动汽车关键零部件只有电池、 电机和电控系统， 而电动汽车的装配并非难事， 费用也低廉得多。 那么，这种关键部件只有一两个、更易于制造的电动汽车，对传 统汽车产业带来什么冲击呢？低门槛的电动汽车制造已为新的相关研究报告：生物能源--绿色能源的现实选择之一竞争者打开了一扇大门，比如挪威的 Think Global、美国的特斯 拉 （Tesla） 以及中国的比亚迪， 而关键零部件将是产业链的核心。 动力电池组技术是电动汽车发展的基础。 阻碍电动汽车发展的瓶 颈主要是以电池为动力的电动汽车在续航能力、成本等方面与传 统汽车相比还有一定劣势。只有动力电池组技术水平有较大提 升，电动汽车产业才能发展壮大。 不看好铅酸电池和镍氢电池路线。 镍氢电池是未来2～3年过渡产报告作者： 行业研究员 刘彬 杨平 电话： 021-58766036-208/202 Email：[email protected] Email：[email protected]品，最终目标是锂电池和燃料电池。镍氢电池以其成本优势占据 了电池容量要求不高的混合动力电池市场，能量密度小、续航能 力差；铅酸电池便宜而笨重，寿命不到2年。未来2～3年锂离子 动力电池实现规模化生产，成本大幅降低之时，就是镍氢电池和 铅酸电池被淘汰之日。鉴于日本的镍氢电池市场的领先优势，欧 盟汽车厂商纷纷越过镍氢电池直接发展锂电池和燃料电池，而国 内镍氢电池厂商从示范运行到规模化供货，大约需要2～3年。独立性申明：作者保证报告所采用的数据均来自合规 渠道，分析逻辑基于本人的职业理解，通 过合理判断并得出结论， 力求客观、 公正。 结论不受任何第三方的授意、影响，特此 申明。看好锂离子动力电池。锂离子单体电池已经完全达到实用水平， 但成组应用技术尚不成熟，导致动力电池成本高，寿命较短。具 备优越性能的锂电池材料已经面世，但由于制造工艺和设备的限 制，成品率较低，若成品率达到80%，成本即可降低30%～50%。 推荐锂离子动力电池产业链的正极材料、隔膜、电解液及六 氟磷酸锂等材料环节，推荐杉杉股份、江苏国泰、中国宝安；关 注万向钱潮、佛塑股份和星源材质。请务必阅读正文之后的免责条款部分发现价值实现价值
新能源行业深度研究报告1、运输工具消耗全球 60%石油，二氧化碳排放占 16% ········· 1 2. 能源危机和环境污染催生新能源汽车革命--脱“碳”的革命 ···· 1 3. 低碳汽车分类—电动汽车是未来主流 ·············· 23.1 低碳燃料汽车仍将与汽柴油汽车长期共存············································2 3.2 2～3 年内，混合动力车仍将是电动汽车市场的主流 ··························3 3.3 纯电动汽车是最终目标，混合动力只是过渡 ·······································53.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 行驶同等路程，电动汽车能源成本比燃油汽车低 80%以上 ················ 5 电动汽车能效高，操控性能优越 ·························································· 5 电池组技术急需突破--电动汽车没有普及的原因······························· 7 充电网络的建设，电从哪里来？-- 国家电网公司有推动力 ············· 83.4 燃料电池汽车---终极目标,等待技术突破············································94. 汽车动力电池路线图 ···················· 104.1 铅酸电池···································································································10 4.2 镍氢电池···································································································11 4.3 大容量锂离子电池 ··················································································11 4.3.1 锂电池的安全问题 ··············································································11 4.3.2 影响锂离子动力电池实用的主要因素··············································12 4.3.3 锂电池材料中明星材料 —— 磷酸锂铁··········································14 4.3.4 磷酸锂铁的专利之争 ··········································································14 4.3.5 磷酸铁锂专利之争对动力电池产业的影响 ······································155. 不看好铅酸电池和镍氢电池路线 ··············· 15 6. 看好锂离子动力电池---锂离子电池投资价值链分析 ······· 156.1 锂离子动力电池市场容量 ······································································15 6.2 锂离子动力电池投资价值分析 ······························································16 6.2.1 正极材料 — 看好杉杉股份、中国宝安··········································17 6.2.2 隔膜 -- 关注佛塑股份（000973） 、星源材质（拟上市）···········18 6.2.3 电解液 — 看好江苏国泰 ··································································19 6.4.4 电动汽车厂商 — 关注万向钱潮······················································19图 图 图 图 图 图 图 图 图 图 图请务必阅读正文之后的免责条款部分1：全球石油消费结构(2006) ...................................... 2：二氧化碳排放(2006) .......................................... 3：美国替代能源汽车的保有量 .................................... 4：巴西汽油车和乙醇汽油车的数量变化............................. 5：美国轻型汽车销量增速 ........................................ 6：混合动力车的份额（美国，新车销量）........................... 7：插电式混合动力车（PHEV）图示 ................................ 8：传统混合动力车（HEV）图示 ................................... 9：传统汽车能耗分布 ............................................ 10：煤炭发电与煤炭制油的效率比较 ............................... 11：燃料电池示意图 .............................................1 1 3 3 4 4 4 4 6 6 9发现价值实现价值
新能源行业深度研究报告 图 12：锂离子电池过充引发爆炸的原因 .............................. 12 图 13：锂电池材料涉及的上市公司 .................................. 17表 表 表 表 表 表 表 表 1：低碳汽车路线图 .............................................. 2 2：经济性比较：电动汽车 VS. 燃油汽车............................ 5 3：影响电动汽车普及的主要因素 .................................. 7 4：中国进口原油的经济账 ........................................ 8 5：各种电池性能的比较 ......................................... 10 6：各种锂离子电池正极材料的性能对比............................ 13 7：2011 年锂离子动力电池市场需求预测 ........................... 16 8：锂离子电池成本构成和利润分布 ............................... 17请务必阅读正文之后的免责条款部分3发现价值实现价值
新能源行业深度研究报告1、运输工具消耗全球 60%石油，二氧化碳排放占 16%过去 30 年全球交运工具消耗的石油的比例从 45.4%增加到了 60.5%。减少 交通运输领域的石油消耗，是人类摆脱石油依赖最重要途径之一；汽车尾气是 造成大气污染和二氧化碳排放的重要因素之一。低排放少耗油的低碳汽车是摆 脱石油依赖的重要手段。图 1：全球石油消费结构(2006) 图 2：二氧化碳排放(2006)2006年工业 9.5% 其他用途 13.5%制造业和建筑业 19%汽车 16%其他燃料用途 13% 国际航运 3%工业加工 3%非能源用途 16.5%运输 60.5%电力、热能生产 45%散逸性排放 1%3481 Mtoe数据来源：国际能源署（IEA）数据来源：国际能源署（IEA）汽车排放的二氧化碳量急剧增加，加速了地球变暖趋势。据国际能源署 2006 年估计，全球 16%的二氧化碳来自于汽车的尾气，汽车二氧化碳总排量将 从 1990 年的 30 亿吨增加到 2020 年的 60 亿吨。2. 能源危机和环境污染催生新能源汽车革命--脱“碳”的革命人类的主要能源，从煤炭到石油，再到天然气，再到太阳能风能等可再生 能源，产生同等能量，二氧化碳排放量逐渐减少。如无烟煤火电站每生产 1 度 电排放约 720 克二氧化碳，而一个现代天然气电站仅排放 370g 二氧化碳，减 少近 50%；而太阳能、风能几乎不产生二氧化碳。从这个意义上来说，能源利 用的演变过程就是脱碳的过程。 汽车能源的发展也遵循着这一条规律。目前正经历着从石油到非石油的转 变：从汽/柴油到天然气或生物燃料，再到电能或氢气，二氧化碳的排放量逐 渐减少，直至排放量为零。 目前低碳汽车发展遵循的路线如下： 1、 低碳燃料 以天然气或者生物燃料替代汽/柴油。天然气二氧化碳排放量可减少 50%； 生物燃料，如生物柴油和生物乙醇，来自绿色植物，其生长过程吸收和使用过 程排放的二氧化碳几乎相等，不额外排放的二氧化碳，也可较大程度减少二氧 化碳的排放。 2、混合动力汽车1请务必阅读正文之后的免责条款部分发现价值实现价值
新能源行业深度研究报告 通过回收汽车行驶过程中被浪费的能量，以及电池储存的电能辅助汽车行 驶，能够部分减少汽/柴油使用量，从而达到减排的目的。 3、纯电动汽车 汽车以电为能量，使用过程中二氧化碳排放量为零。 4、燃料电池 以氢气为燃料，排放物只有水，二氧化碳排放量为零。表 1：低碳汽车路线图 动力类型 内燃机型 低碳燃料 能源类型 醇类燃料(甲醇、乙醇) 醚类燃料(如二甲醚) 生物柴油 天然气/液化气 内燃机为主动力，辅以 电动机及能量回收、存 储装置 插电式混合动力 纯电动汽车 （EV） 备注 利用现有加油站体系， 只需改进传统内燃 机。可减少二氧化硫、二氧化碳排放，但 资源供应量受到限制。 以丰田 Prius 为代表，以内燃机为主，无 外接电源，可回收刹车和下坡时的能量， 减排潜力有限。 电机驱动，外接电源为电池充电。电能消 耗完毕，内燃机启动，为电池充电。 电池容量技术和成本有待突破。 以电池为能量来源。 目前电池容量和寿命 尚需突破， 充电网络完备是纯电动汽车商 用的基础。 阿波罗宇宙飞船和航天飞机 技术成熟，但成本高，较强腐蚀性。应用 于独立电站。 燃料要求低， 工作温度 600～700℃， 应用 于大型独立电站。 车用辅助电源、空调、加热、照明等 最有潜力的电池技术， 适用于汽车动力以 及各种移动设备。但成本较高，尚无廉价 的制氢技术。混合动力 （减少排放）机电混合 （HEV）低 碳 汽 车电力型 （零排放）电池+电动机 碱性电池 AFC 磷酸型燃料电池 PAFC燃料电池汽车 （FCEV）熔融碳酸盐型燃料电池 MCFC 固体氧化物燃料电池 SOFC 质子交换膜燃料电池 PEMFC数据来源：国联证券研究所3. 低碳汽车分类—电动汽车是未来主流3.1 低碳燃料汽车仍将与汽柴油汽车长期共存 低碳燃料汽车，国内外发展多年，但与传统汽/柴油相比，由于其燃料来 源和燃用性能的局限，一直无法大规模替代汽柴油，直至今日也仅仅是作为传 统燃料的有益补充，但仍不失为一种减少二氧化碳排放有效途径。 发展最快的低碳燃料当属生物燃料，主要是燃料乙醇（美国和巴西）和生 物柴油（德国和美国） 。但乙醇和生物柴油需占用大量土地，与民争粮，引起 多方争议，无法各国大规模推广。巴西、美国和德国依靠国内政策大力扶持， 充分利用其国内耕地面积大，生物燃料发展迅猛。而在其他耕地资源相对贫乏 的国家，发展生物燃料受到很大局限。 传统的低碳燃料，如天然气、石油液化气，经过多年发展，并不能从根本 上解决对矿石能源的依赖， 近年来有逐渐萎缩的趋势。 甲醇和二甲醚来自煤炭， 转化过程中需消耗大量能源，政府持谨慎态度；而天然气和液化石油气的能量请务必阅读正文之后的免责条款部分 2发现价值实现价值
新能源行业深度研究报告 密度较汽/柴油有较大差距，多年来多局限于公共交通领域。图 3：美国替代能源汽车的保有量700,000 600,000 500,000 400,000 300,000 200,000 100,000 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 0 H2 ELEC E95 E85 M100 M85 LNG CNG LPG Source:图 4：巴西汽油车和乙醇汽油车的数量变化200 150 100 100 50 0 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007汽油车 纯乙醇车 混合燃料车万 辆 万 辆250 200 15050 0数据来源： AFDC，国联证券研究所数据来源：巴西汽车制造者协会，国联证券研究所3.2 2～3 年内，混合动力车仍将是电动汽车市场的主流 混合动力汽车结合了内燃机和电机两者的优势，以热能和电能两套系统驱 动汽车。以丰田普锐斯为代表，动力以内燃机为主，电动机是辅助作用。汽车 启动或低速行驶时，电动机优先供能，此时内燃机关闭，汽车油耗为零；加速 和上坡时两套系统同时出力； 可回收刹车和下坡时的能量， 储存到电池中备用。 这些特点使得混合动力车在堵车时排放量下降 80％，省油 50％，非常适用于 拥堵的城市交通状况。 在混合动力中，现阶段依然是以油为主导，电只是辅助作用。随着电池技 术水平的提高，进入第二阶段，即以电为主，油为辅，也就是所说的 PLUG-IN 插入式混合动力。只有走过这两个阶段，汽车才能真正走向纯电动阶段。 相比于销量逐年微降的传统汽车销售市场，经过多年市场开发，混合动力 汽车销售日渐兴隆。截止 08 年底，全球混合动力汽车累计销售 170 万辆，其 中丰田公司销售了 100 万辆以上，本田销售 30 万辆。丰田和本田在大力发展 锂离子动力电池的同时，不会轻易放弃来之不易的垄断市场，仍将会继续改进 混合动力技术，降低成本等方式大力推动镍氢混合动力车的不断发展，以获取 更多收益。因此我们认为混合动力车仍然会是未来 2～3 年内电动汽车的主流。 在油价高企的时候，成熟的混合动力可以极大的满足人们对于省油和环保 的诉求；当油价低迷，购车成本较高的混合动力车的吸引力大大减小。请务必阅读正文之后的免责条款部分3发现价值实现价值
新能源行业深度研究报告图 5：美国轻型汽车销量增速40 35 30 25万辆图 6：混合动力车的份额（美国，新车销量）金融风暴 160% 140% 120% 100% 80% 60% 40% 20% 0% -20% -40%0.5% 0.0% 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009销量增长率2.5% 2.0% 1.5% 1.0%20 15 10 5 0 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008混合动力销量 混合动力销量增速 传统轻型车销量增速数据来源：美国汽车经销商协会，国联证券研究所各种混合动力汽车中，插电式（PHEV）有望获得最大发展 插电式混合动力车充分发挥了电池的作用，拥有较大的电池容量，减排力 度最大，是目前混合动力车中最经济最现实的解决方案。PHEV 最大限度地发挥 了电动机的辅助驱动作用，动力性能能够达到或接近现代内燃机汽车汽车的水 平，油耗降低到内燃机汽车的 20%～50%，环保方面可达到
新能源行业深度研究报告 3.3 纯电动汽车是最终目标，混合动力只是过渡 虽然混合动力汽车可以有效减少石油依赖，减少二氧化碳排放，但依然不 彻底。而且同时搭载两套动力系统， 不仅增加了购车成本、 操控难度和复杂性， 也额外增加了车的重量，降低了汽车的整体能效。因此这只是在电池技术没有 取得较大突破之前的权宜之计。 据美国能源部的测试报告，汽/柴油提供的能量中，仅有 12.6%最终用来驱 动汽车，内燃机损耗占 62%，空转、刹车及传动损失占 20%。在不输入外部电 能的情况下，混合动力能效最多还可以提高 20%，省油空间有限。3.3.1 行驶同等路程，电动汽车能源成本比燃油汽车低 80%以上表 2：经济性比较：电动汽车 VS. 燃油汽车车型 2008 2010 公交车 轿车 公交车 轿车 年行驶里程 （公里） 50000 20000 50000 20000 电动车 百公里电耗 （ kWh） 110 15 100 12 年耗电 （kWh） 55000 3000 50000 2400 年电费 （元） 16885 921 15350 737 百公里油耗 （升） 40 9 36 8 燃油车 总油耗 （升） 20000 1800 18000 1600 年油费 （元） 98000 8820 106200 9440 每年节约 （元） 81115 7899 90850 87032007 谷电价格 0.307 元/度，油价 4.9 元/升；2010 年谷电价格 0.322 元/度，油价 5.9 元/升。 数据来源：国家电网，国联证券研究所3.3.2 电动汽车能效高，操控性能优越 混合动力虽然能降低能耗和污染，但终归是以内燃机为主要动力源，电机 仅仅作为辅助动力。同一辆汽车需要搭载两套动力系统，从经济性、成本和环 保角度来说，都有较大的局限性。纯电动汽车完全解决了汽车使用环境的污染 和排放问题。电动机汽车能源利用率 70%～80%，传统汽车不到 20%。 纯电动汽车只有四个组成部分：电池及管理系统、电机、电控系统、车身 及辅助系统。相比内燃机汽车，省却了离合器、变速箱、差速器，电动机的体 积和重量也比内燃机大幅减少，机械系统的重量和复杂性大大降低，复杂机械 系统中的损耗的能量大幅减少，因此纯电动汽车能源利用效率可提升至 60%～ 80%，是内燃机的 3～4 倍。 调控方便。 对于新型动力电机，只需通过电路调控电动机的电压或电流等参数即可控 制电动机的转矩和旋转方向，无需复杂的机械装置辅助（如离合器、变速箱、 差速器等） ，减轻自重的同时，提高了能效。请务必阅读正文之后的免责条款部分5发现价值实现价值
新能源行业深度研究报告 图 9：传统汽车能耗分布气动阻力 怠速/空转 零部件 2.6% 滚动阻力 4.2% 惯性汽柴油引擎损失传动系统损失 刹车 5.8%数据来源：http://www.fueleconomy.gov/feg/atv.shtml 电动机能效高，操控性能优异。 交通工具运行通常需要不同的转速和扭矩，内燃机不能在工况变化较大的 情况下同时满足速度和扭矩分配。内燃机需保持较高转速，若需切换和调节转 速和扭矩，需通过变速器和离合器的配合，才能实现扭矩和转速的调控。由于 这个原因，汽/柴油机只能在很窄的速度和扭矩范围内输出最大功率，通常效 率在 10～20%。而电动机可带负荷启动，低速运转时即有高扭矩，转速和方向 调节简单，无需换挡即可方便的调节转速和扭矩，运行效率达 80%。同等驱动 力情况下，电机驱动系统更小更轻巧。如 Tesla Motors 纯电动跑车的电动机 仅 52kg（内燃机引擎可达 400kg） ，百公里耗电 12.7kWh，能效 86%。 内燃机运行过程中，多个活塞一起运作，使得扭矩输出不稳定，形成扭矩 波动；而电机驱动系统运行非常顺滑， 且能实现快速控制， 当怠速或者刹车时， 可回收这部分被浪费的能量。丰田 Prius 已应用此项技术。图 10：煤炭发电与煤炭制油的效率比较数据来源：国联证券研究所请务必阅读正文之后的免责条款部分6发现价值实现价值
新能源行业深度研究报告 3.3.3 电池组技术急需突破--电动汽车没有普及的原因 由于电动车全部能源来自动力电池，动力电池组的性能将决定电动汽车的 使用性能。表 3：影响电动汽车普及的主要因素 安全性 比能量 动力电池组 比功率 自放电率 寿命 价格 基础设施建设 充电网络 续航里程 满足启动 、爬坡等需要 闲置时电能损失少 与车同寿或更换成本较低 购置成本和使用成本 充电时间应控制在 4～5 小时内； 可在家充电或充电站数量足够多 经济指标 使用便捷性 功能指标资料来源：国联证券研究所使用的便利性。 由于电池容量相对有限，相比于汽/柴油车，车载能量较少，续航里程明显 偏小。充电站数目很少，专业快充充电网络尚未健全，慢充电时间长达 5 小时 以上， 容易给用户造成很不方便的消费体验， 因此纯电动汽车还不被广泛接受。 电池组一致性问题。 新开发的锂离子单体电池性能完全能满足实用需要，但动力电池需上百个 单体电池组合使用。同时保持这么多单体电池的性能一致，难度较大，而一致 性又影响到电池组整体寿命。目前的条件下制作出来的电池一致性不佳，导致 出现了单体电池寿命超过 2000 次而电池组寿命只有 500 次的情况。一致性难 题的解决有赖于制造工艺和设备水平的提升，以及电池管理系统的智能化。 电池组初置成本较高。 制程技术的限制，电池成品率较低，另外动力电池尚未规模化应用，造成 动力电池生产成本偏高。性能相当的电动汽车成本也明显高于传统汽车，虽然 长期来看电动汽车使用费用远低于汽/柴油车，但消费者依然不愿意承担较高 的初置费用。 国家付出更多的石油成本， “补贴”国内石油消费。 同等配置的比亚迪 F3DM 和丰田 Prius，大约每辆贵 8 万人民币。 中国为了应对节节高攀的油价和每年新增石油消费量，平均每年需多支付 大约 1000 亿人民币进口石油。如果将其中一半用于补贴低碳汽车，每辆车补 贴 10 万，每年中国可新增低碳汽车 62 万辆。为什么我们宁愿付出高昂的代价 去购买海外石油，而不愿意将购买石油的多付出的钱用来发展中国的电动汽 车，促进我们自己的新能源汽车产业技术升级呢？请务必阅读正文之后的免责条款部分7发现价值实现价值
原油进口量（亿吨）均价 （桶/吨）总值 （亿美元）总值 （亿人民币）新增采购额（亿人民币）占外汇储备的比例
5.6%20041.2337.8 339.1 2804.4
20051.2746.6 431.8 3527.8 723.4 5.3%
2006 1.45 62.7 664.1 5312.8 1785.0 6.2%
2007 1.59 67.0 777.5 5831.3 518.5 5.1%
20081.7999.0 1294.2 8839.2 3007.9 6.7%
数据来源：海关总署 国家外汇管理局 国联证券研究所
07年我国交运领域石油消耗占比34%，工业耗油41%。 传统汽车制造商没有动力推广电动汽车。
金融危机以前，传统汽车生产商的传统汽车业务能创造足够的利润，足以维持公司运行，生产商也就没有动力去制造和销售电动车。遭遇金融危机后，各汽车厂商相继陷入经济危机，纷纷寻找新的利润增长点，同时在各国政策驱动下，新型电动汽车成为各厂商争相投入的热点。相信在各大汽车产商和政府政策的大力推动下，电动汽车发展速度将会加快。
3.3.4 充电网络的建设，电从哪里来？-- 国家电网公司有推动力
“谷电”潜力大！庞大的电动车充电可减少电网浪费
为解决用电高峰期用电紧张问题，国家需投入大量资金平抑“峰谷”用电，以保证足够的富余供应量，建成之后大部分时间被闲置，造成巨大浪费。以上海电网为例（上海地区把超过90%的负荷定义为电负荷），每年出现电负荷的时间只有100到200个小时，但是电网之间为了解决每年的负荷，仅仅输配电投资即达到200个亿，还不包括增扩建发电厂的投资。庞大的电动汽车晚上充电储存富余的电能，可一定程度减轻电能浪费。“谷电”价格便宜50%，电动车使用费用更显优势。
据中电联08年数据，全国全口径发电量34334亿千瓦时，全社会用电量34268亿千瓦时。晚上用电需求大减，电力公司不少发电机处于空转状态（重启发电机所需能源比空转时耗能更大），闲置浪费量按1%计算也有340亿千瓦时，足够6.8亿辆纯电动汽车充电。同时国家电网也获得新增售电收入。
国家电网公司自2003年就开始稳步推进电动汽车应用
自2003年起，国家电网公司启动电动汽车的研制工作。2006年发布《关于加快推动纯电动汽车发展有关工作的通知》文件要求，制定了“十一五”期间详细的车辆替换和运行计划，要求京沪浙鲁等七个省市分公司推广电动工程车，替换现有公用车5％的比例，其他省（市）分公司替换2％，四年内完成公司系统1979辆电力车辆的替换，公司经营区域内电动公交出租车达到4800辆，并建成内部标准化充电站网络，实现充电机生产和充电接口的标准化。
2007年9月在上海与瑞华集团合作生产电动汽车，在杭州与万向集团合作电动车开发。11月，电动汽车内部应用工作全面启动。2008年年初，选定大
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连电机集团的改装电动皮卡为纯电动汽车发展平台。 3.4 燃料电池汽车---终极目标,等待技术突破
燃料电池以氢气为能源源，排放物为水，实现了零排放，是真正清洁能源。完全适应未来对碳排放标准的严格要求。燃料电池由于是直接将化学能转化为电能，效率可达到40%～50%，再加上对于电池热能的综合利用，能源利用效率可达到70%以上。而且氢来源广泛，可来自水等富氢物质，不存在资源量限制。
以目前的技术水平，从水制取1kg氢气，耗电45～70kWh。 氢气成本（包括储运成本）28元/kg,是同等重量汽油价格的8倍。如果以水电、风电、太阳能等可再生能源制取氢气，则氢气是完全清洁能源。
图 11：燃料电池示意图
数据来源：国联证券研究所
能量效率远高于内燃机和油电混合动力车。美国国家科学院（National Academies of Science）最近的报告显示，燃料电池车效率为传统汽油车的2.4倍。
有待突破的关键点：
燃料电池使用成本：1.燃料电池使用贵金属铂作为催化，且铂极易因一氧化碳中毒丧失活性；隔膜成本高昂，且技术难度大；2.氢气制造成本高，每公斤氢气价格为汽油的8倍，储运难度大，氢气储运成本高；3.燃料电池的稳定性、寿命、复杂路况下的性能衰减。
加氢网络：氢气的低成本储运是个很大的挑战。氢气常温常压下是易燃易爆的气体，且很难液化。气体状态下，能量密度低（680个大气压下的氢气气体，能量密度仅为一加仑汽油液体的14%）。 2006年，丰田普锐斯曾创造过570英里的里程世界纪录，目前燃料电池车里程仅100～250英里。
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4. 汽车动力电池路线图
电动汽车的核心部件是动力电池及管理系统,无论是培育市场阶段还是快速发展阶段，有较高技术壁垒的关键零部件--动力电池及管理系统，都将是最先受益和持续受益的环节，很可能获得超额收益。而其他如车身等传统零部件仅仅只能获得平均收益。
电动汽车完全依赖车载电池储存的有限能源，且需要应对各种复杂工况，这对动力电池性能、电机及控制技术提出了高效率、动能再生利用、高功率密度、高起动力矩、低噪声和低振动、良好的调速性和可控性，以及高可靠性、长寿命、易维护等技术要求。
动力电池 － 电动汽车产业的瓶颈和核心
动力电池作为电动汽车的能量来源，是电动汽车产业链的核心，其作用相当于传统汽车的“汽油”，电脑的“CPU”。电池材料的电化学特性决定了电池的基本性能，如容量、功率和安全性，电池材料决定电动汽车能否快速发展，取代传统汽车的关键因素。
全球动力电池产业目前面临技术制约和成本制约，只有当动力电池性能得到改善、成本大幅降低、规模化应用之后，才能带动其他较为成熟的环节的大力发展，如电机和电控系统等。因此我们认为动力电池是电动汽车产业链中最具投资价值的环节，最有可能获得超额收益，其他如电机和电控系统环节有较为成熟技术和市场基础，竞争者众多，可能只能获得平均收益。
铅酸
阀控式铅酸电池
氯化镍钠(NaNiCl)
镍氢(NiMH) 锂离子电池 超级电容器
4.1 铅酸电池
铅酸电池是目前应用最广泛、技术最成熟，唯一大批量生产和应用的动力电池，主要用于汽车和电动自行车。
缺点：用于电动自行车，仅能使用1.5～2年；比能量、比功率和能量密度都
比较低，充电时间长；笨重，重量是同等容量锰酸锂电池的3倍。 优点：单价最低，可高倍率放电。
应用范围：三分之一用于电力、交通、信息等产业备用电源，在汽车、叉车等
运输工具和大型不间断供电电源系统中处于控制地位。我国95%以上的电
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表 5：各种电池性能的比较
技术 能量密度35 Wh/kg45 125 70 85-150 12
功率密度循环周期数 150 W/kg
200
250 500 150 1000 150-300 1000 400-1300600-10000 3000 500,000
数据来源：国联证券研究所
动自行车电池采用铅酸蓄电池。
铅酸电池技术最为成熟，虽然其比能量、比功率和能量密度都比较低，但较高的性价比及高倍率放电性能，成为目前唯一大批量生产的电动汽车用电池。但是只要想像一下用叉车、吊车将成吨的电池组装上电动公交车的艰难情景(因充电慢，分多组轮流使用)，就可预见其黯淡的未来。 4.2 镍氢电池
镍氢电池已成功应用于丰田Prius混合动力汽车，目前应用较为成熟的动力电池，搭载镍氢电池的混合动力汽车全球销量已超过170万辆。
缺点：续航能力差，低温性能差，技术提升空间不大；适合大电流快速充放电、
耐过充放电能力强；只能用于汽车的辅助动力，纯电动车必须选用更高比能量的动力电池；自放电率高，常温下放置30天，损失额定容量30%～35%；比能量较小。
优点：安全性高，耐过充过放性能优秀。
适用范围：混合动力车、电动工具等对电池容量要求不高的工具。
截至09年1月底，混合动力车在全球累计销量已超过170万辆，其中丰田100万辆，本田30万辆。2000年丰田普Prius混合动力车首次登陆北美市场。丰田用了7年使镍氢混合动力车销量突破50万辆，而从50万到100万辆只用了约2年时间，混合动力车逐渐为为市场所接受。 4.3 大容量锂离子电池
动力电池最关注的是大功率放电、长寿命、低的自放电。
锂离子电池具有重量轻、储能容量大、功率大、无污染、寿命长、自放电系数小、温度适应范围广等优点，已开始逐渐取代酸铅和镍氢电池，成为目前世界上大多数汽车企业的首选目标和主攻方向，全球已有20余家主流企业进行车载锂离子动力电池研发，如富士重工、三洋电机、NEC、东芝、美国江森自控公司等。
缺点：耐过充过放能力差，有安全隐患。
优点：高能量密度，可达150WH/kg：体积小，重量轻，单位重量的能量密度是
镍氢的2倍；寿命可达10年。
锂离子电池主要由正极材料、负极材料、电解质溶液和隔膜构成，辅助材料还有作为基底材料的超薄铜箔和铝箔。 4.3.1 锂电池的安全问题
对于公众来说，锂离子电池“容易爆炸”的观念已经先入为主，这也是目前锂离子动力电池实用较少的缘故之一。所谓的锂离子电池安全问题特指采用了以钴酸锂为正极材料的锂离子电池，原因主要是以铅酸电池的充电方式为锂离子电池充电，造成部分电池单体过充、过热，引起高温和过流，最后导致燃
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烧爆炸，并非电池本身存在安全问题。依靠稳定可靠的过充保护电路，可避免这种安全问题。
因钴酸锂的氧化性很强，175℃分解后产生强氧化物质，分解有机电解质。一旦电池壳体泄漏，析出的金属锂接触空气剧烈燃烧，同时引起易燃的电解质燃烧、爆炸。新开发的锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料等新型正极材料稳定性大为提高，已经能解决安全难题。
数据来源：国联证券研究所
图 12：锂离子电池过充引发爆炸的原因
4.3.2 影响锂离子动力电池实用的主要因素
—-- 性能、成本和电池组寿命。
锂离子电池主要构成有：正极材料、隔膜、电解液和负极材料。其中对电池性能影响最大的是正极材料，技术难度也最大，也是一直以来研究的热点。
目前锂离子电池应用于汽车难点：一致性、电池寿命、电池低温性能；过热过载，电池成本（材料筛选开发，低成本制造）。
一致性的影响： 主要影响因素有有电池材料、制造过程的控制，电池化成设备的影响，三个因素各占三分之一。锂电池组品质的好坏，80%在于生产过程的控制。
锂离子动力电池的发展目前严重受制于滞后的电池成组应用技术。前一阶段动力锂电池的研究重点是关键材料研究，现在慢慢转向电池成组应用技术，
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如电池组充放电、维护管理等应用技术型研究，电池组应用技术的已落后于材料技术发展速度。
公用超快充电站是纯电动汽车商业化的基础设施，充电网络较快建设是否到位，会对电动汽车快速发展起到巨大的推动作用，，反之则是电动汽车商业化应用的主要短板。
正极材料的性能对电池性能影响最大。
最先得到大规模应用的是钴酸锂，主要用于手机等便携式电子产品。但钴酸锂电池充放电存在安全隐患，不适合大型电池。因此开发出很多安全性优良的锂电池正极材料，替代钴酸锂，应用于大型动力电池。
表 6：各种锂离子电池正极材料的性能对比
磷酸铁锂 LiFeP04
1.0～1.4 130～140 3.2
≥2000次 非常丰富 12～15 无毒
300度以上分解 动力电池/超大容量电源
(-20℃～75℃)表现优异；高温性能好，可达300度，-20度以下无法工作。
钴酸锂 liCo02 2.8～3.0 135～140 3.6
≥300次 贫乏 26～27 钴放射性 150度以上分解 小电池
(-20℃～55℃)，之外衰退严重
锰酸锂 LiMn204 2.2～2.4 100～115 3.8～3.9 ≥500次 丰富 5～7 无毒 良好 动力电池 50℃以上快速衰减
镍钴锰三元材料 LiNiCoMn02 2.0～2.3 155～165 3.5
≥800次 贫乏 15～18 含镍、钴 较好
小型电池，与钴酸锂电池混用 -20℃～55℃
振实密度（g/cm3） 能量密度(mAh/g) 电压(V) 循环性能
过渡金属
原料成本 万/吨 环保性 安全性能 适用领域 适用温度
数据来源：《锂离子二次电池》 国联证券研究所
新能源行业深度研究报告行业策略研究动力电池: 电动汽车的“CPU”— 新能源汽车电池行业报告动力电池行业2009 年 5 月 21 日投资要点：电动汽车关键零部件只有一两个！20 世纪 80 年代初，IBM 将个 人电脑中的两个关键零部件外包：操作系统交给了当时很不起眼推荐评级（首次评级）最近 52 周走势：的微软，而 CPU 交给了一家资产不足 10 亿美元的英特尔。过去 20 年中， 这两家公司经历了爆炸性的成长， 如今市值合计超过了 2600 亿美元，是 IBM 的两倍。电动汽车关键零部件只有电池、 电机和电控系统， 而电动汽车的装配并非难事， 费用也低廉得多。 那么，这种关键部件只有一两个、更易于制造的电动汽车，对传 统汽车产业带来什么冲击呢？低门槛的电动汽车制造已为新的相关研究报告：生物能源--绿色能源的现实选择之一竞争者打开了一扇大门，比如挪威的 Think Global、美国的特斯 拉 （Tesla） 以及中国的比亚迪， 而关键零部件将是产业链的核心。 动力电池组技术是电动汽车发展的基础。 阻碍电动汽车发展的瓶 颈主要是以电池为动力的电动汽车在续航能力、成本等方面与传 统汽车相比还有一定劣势。只有动力电池组技术水平有较大提 升，电动汽车产业才能发展壮大。 不看好铅酸电池和镍氢电池路线。 镍氢电池是未来2～3年过渡产报告作者： 行业研究员 刘彬 杨平 电话： 021-58766036-208/202 Email：[email protected] Email：[email protected]品，最终目标是锂电池和燃料电池。镍氢电池以其成本优势占据 了电池容量要求不高的混合动力电池市场，能量密度小、续航能 力差；铅酸电池便宜而笨重，寿命不到2年。未来2～3年锂离子 动力电池实现规模化生产，成本大幅降低之时，就是镍氢电池和 铅酸电池被淘汰之日。鉴于日本的镍氢电池市场的领先优势，欧 盟汽车厂商纷纷越过镍氢电池直接发展锂电池和燃料电池，而国 内镍氢电池厂商从示范运行到规模化供货，大约需要2～3年。独立性申明：作者保证报告所采用的数据均来自合规 渠道，分析逻辑基于本人的职业理解，通 过合理判断并得出结论， 力求客观、 公正。 结论不受任何第三方的授意、影响，特此 申明。看好锂离子动力电池。锂离子单体电池已经完全达到实用水平， 但成组应用技术尚不成熟，导致动力电池成本高，寿命较短。具 备优越性能的锂电池材料已经面世，但由于制造工艺和设备的限 制，成品率较低，若成品率达到80%，成本即可降低30%～50%。 推荐锂离子动力电池产业链的正极材料、隔膜、电解液及六 氟磷酸锂等材料环节，推荐杉杉股份、江苏国泰、中国宝安；关 注万向钱潮、佛塑股份和星源材质。请务必阅读正文之后的免责条款部分发现价值实现价值
新能源行业深度研究报告1、运输工具消耗全球 60%石油，二氧化碳排放占 16% ········· 1 2. 能源危机和环境污染催生新能源汽车革命--脱“碳”的革命 ···· 1 3. 低碳汽车分类—电动汽车是未来主流 ·············· 23.1 低碳燃料汽车仍将与汽柴油汽车长期共存············································2 3.2 2～3 年内，混合动力车仍将是电动汽车市场的主流 ··························3 3.3 纯电动汽车是最终目标，混合动力只是过渡 ·······································53.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 行驶同等路程，电动汽车能源成本比燃油汽车低 80%以上 ················ 5 电动汽车能效高，操控性能优越 ·························································· 5 电池组技术急需突破--电动汽车没有普及的原因······························· 7 充电网络的建设，电从哪里来？-- 国家电网公司有推动力 ············· 83.4 燃料电池汽车---终极目标,等待技术突破············································94. 汽车动力电池路线图 ···················· 104.1 铅酸电池···································································································10 4.2 镍氢电池···································································································11 4.3 大容量锂离子电池 ··················································································11 4.3.1 锂电池的安全问题 ··············································································11 4.3.2 影响锂离子动力电池实用的主要因素··············································12 4.3.3 锂电池材料中明星材料 —— 磷酸锂铁··········································14 4.3.4 磷酸锂铁的专利之争 ··········································································14 4.3.5 磷酸铁锂专利之争对动力电池产业的影响 ······································155. 不看好铅酸电池和镍氢电池路线 ··············· 15 6. 看好锂离子动力电池---锂离子电池投资价值链分析 ······· 156.1 锂离子动力电池市场容量 ······································································15 6.2 锂离子动力电池投资价值分析 ······························································16 6.2.1 正极材料 — 看好杉杉股份、中国宝安··········································17 6.2.2 隔膜 -- 关注佛塑股份（000973） 、星源材质（拟上市）···········18 6.2.3 电解液 — 看好江苏国泰 ··································································19 6.4.4 电动汽车厂商 — 关注万向钱潮······················································19图 图 图 图 图 图 图 图 图 图 图请务必阅读正文之后的免责条款部分1：全球石油消费结构(2006) ...................................... 2：二氧化碳排放(2006) .......................................... 3：美国替代能源汽车的保有量 .................................... 4：巴西汽油车和乙醇汽油车的数量变化............................. 5：美国轻型汽车销量增速 ........................................ 6：混合动力车的份额（美国，新车销量）........................... 7：插电式混合动力车（PHEV）图示 ................................ 8：传统混合动力车（HEV）图示 ................................... 9：传统汽车能耗分布 ............................................ 10：煤炭发电与煤炭制油的效率比较 ............................... 11：燃料电池示意图 .............................................1 1 3 3 4 4 4 4 6 6 9发现价值实现价值
新能源行业深度研究报告 图 12：锂离子电池过充引发爆炸的原因 .............................. 12 图 13：锂电池材料涉及的上市公司 .................................. 17表 表 表 表 表 表 表 表 1：低碳汽车路线图 .............................................. 2 2：经济性比较：电动汽车 VS. 燃油汽车............................ 5 3：影响电动汽车普及的主要因素 .................................. 7 4：中国进口原油的经济账 ........................................ 8 5：各种电池性能的比较 ......................................... 10 6：各种锂离子电池正极材料的性能对比............................ 13 7：2011 年锂离子动力电池市场需求预测 ........................... 16 8：锂离子电池成本构成和利润分布 ............................... 17请务必阅读正文之后的免责条款部分3发现价值实现价值
新能源行业深度研究报告1、运输工具消耗全球 60%石油，二氧化碳排放占 16%过去 30 年全球交运工具消耗的石油的比例从 45.4%增加到了 60.5%。减少 交通运输领域的石油消耗，是人类摆脱石油依赖最重要途径之一；汽车尾气是 造成大气污染和二氧化碳排放的重要因素之一。低排放少耗油的低碳汽车是摆 脱石油依赖的重要手段。图 1：全球石油消费结构(2006) 图 2：二氧化碳排放(2006)2006年工业 9.5% 其他用途 13.5%制造业和建筑业 19%汽车 16%其他燃料用途 13% 国际航运 3%工业加工 3%非能源用途 16.5%运输 60.5%电力、热能生产 45%散逸性排放 1%3481 Mtoe数据来源：国际能源署（IEA）数据来源：国际能源署（IEA）汽车排放的二氧化碳量急剧增加，加速了地球变暖趋势。据国际能源署 2006 年估计，全球 16%的二氧化碳来自于汽车的尾气，汽车二氧化碳总排量将 从 1990 年的 30 亿吨增加到 2020 年的 60 亿吨。2. 能源危机和环境污染催生新能源汽车革命--脱“碳”的革命人类的主要能源，从煤炭到石油，再到天然气，再到太阳能风能等可再生 能源，产生同等能量，二氧化碳排放量逐渐减少。如无烟煤火电站每生产 1 度 电排放约 720 克二氧化碳，而一个现代天然气电站仅排放 370g 二氧化碳，减 少近 50%；而太阳能、风能几乎不产生二氧化碳。从这个意义上来说，能源利 用的演变过程就是脱碳的过程。 汽车能源的发展也遵循着这一条规律。目前正经历着从石油到非石油的转 变：从汽/柴油到天然气或生物燃料，再到电能或氢气，二氧化碳的排放量逐 渐减少，直至排放量为零。 目前低碳汽车发展遵循的路线如下： 1、 低碳燃料 以天然气或者生物燃料替代汽/柴油。天然气二氧化碳排放量可减少 50%； 生物燃料，如生物柴油和生物乙醇，来自绿色植物，其生长过程吸收和使用过 程排放的二氧化碳几乎相等，不额外排放的二氧化碳，也可较大程度减少二氧 化碳的排放。 2、混合动力汽车1请务必阅读正文之后的免责条款部分发现价值实现价值
新能源行业深度研究报告 通过回收汽车行驶过程中被浪费的能量，以及电池储存的电能辅助汽车行 驶，能够部分减少汽/柴油使用量，从而达到减排的目的。 3、纯电动汽车 汽车以电为能量，使用过程中二氧化碳排放量为零。 4、燃料电池 以氢气为燃料，排放物只有水，二氧化碳排放量为零。表 1：低碳汽车路线图 动力类型 内燃机型 低碳燃料 能源类型 醇类燃料(甲醇、乙醇) 醚类燃料(如二甲醚) 生物柴油 天然气/液化气 内燃机为主动力，辅以 电动机及能量回收、存 储装置 插电式混合动力 纯电动汽车 （EV） 备注 利用现有加油站体系， 只需改进传统内燃 机。可减少二氧化硫、二氧化碳排放，但 资源供应量受到限制。 以丰田 Prius 为代表，以内燃机为主，无 外接电源，可回收刹车和下坡时的能量， 减排潜力有限。 电机驱动，外接电源为电池充电。电能消 耗完毕，内燃机启动，为电池充电。 电池容量技术和成本有待突破。 以电池为能量来源。 目前电池容量和寿命 尚需突破， 充电网络完备是纯电动汽车商 用的基础。 阿波罗宇宙飞船和航天飞机 技术成熟，但成本高，较强腐蚀性。应用 于独立电站。 燃料要求低， 工作温度 600～700℃， 应用 于大型独立电站。 车用辅助电源、空调、加热、照明等 最有潜力的电池技术， 适用于汽车动力以 及各种移动设备。但成本较高，尚无廉价 的制氢技术。混合动力 （减少排放）机电混合 （HEV）低 碳 汽 车电力型 （零排放）电池+电动机 碱性电池 AFC 磷酸型燃料电池 PAFC燃料电池汽车 （FCEV）熔融碳酸盐型燃料电池 MCFC 固体氧化物燃料电池 SOFC 质子交换膜燃料电池 PEMFC数据来源：国联证券研究所3. 低碳汽车分类—电动汽车是未来主流3.1 低碳燃料汽车仍将与汽柴油汽车长期共存 低碳燃料汽车，国内外发展多年，但与传统汽/柴油相比，由于其燃料来 源和燃用性能的局限，一直无法大规模替代汽柴油，直至今日也仅仅是作为传 统燃料的有益补充，但仍不失为一种减少二氧化碳排放有效途径。 发展最快的低碳燃料当属生物燃料，主要是燃料乙醇（美国和巴西）和生 物柴油（德国和美国） 。但乙醇和生物柴油需占用大量土地，与民争粮，引起 多方争议，无法各国大规模推广。巴西、美国和德国依靠国内政策大力扶持， 充分利用其国内耕地面积大，生物燃料发展迅猛。而在其他耕地资源相对贫乏 的国家，发展生物燃料受到很大局限。 传统的低碳燃料，如天然气、石油液化气，经过多年发展，并不能从根本 上解决对矿石能源的依赖， 近年来有逐渐萎缩的趋势。 甲醇和二甲醚来自煤炭， 转化过程中需消耗大量能源，政府持谨慎态度；而天然气和液化石油气的能量请务必阅读正文之后的免责条款部分 2发现价值实现价值
新能源行业深度研究报告 密度较汽/柴油有较大差距，多年来多局限于公共交通领域。图 3：美国替代能源汽车的保有量700,000 600,000 500,000 400,000 300,000 200,000 100,000 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 0 H2 ELEC E95 E85 M100 M85 LNG CNG LPG Source:图 4：巴西汽油车和乙醇汽油车的数量变化200 150 100 100 50 0 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007汽油车 纯乙醇车 混合燃料车万 辆 万 辆250 200 15050 0数据来源： AFDC，国联证券研究所数据来源：巴西汽车制造者协会，国联证券研究所3.2 2～3 年内，混合动力车仍将是电动汽车市场的主流 混合动力汽车结合了内燃机和电机两者的优势，以热能和电能两套系统驱 动汽车。以丰田普锐斯为代表，动力以内燃机为主，电动机是辅助作用。汽车 启动或低速行驶时，电动机优先供能，此时内燃机关闭，汽车油耗为零；加速 和上坡时两套系统同时出力； 可回收刹车和下坡时的能量， 储存到电池中备用。 这些特点使得混合动力车在堵车时排放量下降 80％，省油 50％，非常适用于 拥堵的城市交通状况。 在混合动力中，现阶段依然是以油为主导，电只是辅助作用。随着电池技 术水平的提高，进入第二阶段，即以电为主，油为辅，也就是所说的 PLUG-IN 插入式混合动力。只有走过这两个阶段，汽车才能真正走向纯电动阶段。 相比于销量逐年微降的传统汽车销售市场，经过多年市场开发，混合动力 汽车销售日渐兴隆。截止 08 年底，全球混合动力汽车累计销售 170 万辆，其 中丰田公司销售了 100 万辆以上，本田销售 30 万辆。丰田和本田在大力发展 锂离子动力电池的同时，不会轻易放弃来之不易的垄断市场，仍将会继续改进 混合动力技术，降低成本等方式大力推动镍氢混合动力车的不断发展，以获取 更多收益。因此我们认为混合动力车仍然会是未来 2～3 年内电动汽车的主流。 在油价高企的时候，成熟的混合动力可以极大的满足人们对于省油和环保 的诉求；当油价低迷，购车成本较高的混合动力车的吸引力大大减小。请务必阅读正文之后的免责条款部分3发现价值实现价值
新能源行业深度研究报告图 5：美国轻型汽车销量增速40 35 30 25万辆图 6：混合动力车的份额（美国，新车销量）金融风暴 160% 140% 120% 100% 80% 60% 40% 20% 0% -20% -40%0.5% 0.0% 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009销量增长率2.5% 2.0% 1.5% 1.0%20 15 10 5 0 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008混合动力销量 混合动力销量增速 传统轻型车销量增速数据来源：美国汽车经销商协会，国联证券研究所各种混合动力汽车中，插电式（PHEV）有望获得最大发展 插电式混合动力车充分发挥了电池的作用，拥有较大的电池容量，减排力 度最大，是目前混合动力车中最经济最现实的解决方案。PHEV 最大限度地发挥 了电动机的辅助驱动作用，动力性能能够达到或接近现代内燃机汽车汽车的水 平，油耗降低到内燃机汽车的 20%～50%，环保方面可达到
新能源行业深度研究报告 3.3 纯电动汽车是最终目标，混合动力只是过渡 虽然混合动力汽车可以有效减少石油依赖，减少二氧化碳排放，但依然不 彻底。而且同时搭载两套动力系统， 不仅增加了购车成本、 操控难度和复杂性， 也额外增加了车的重量，降低了汽车的整体能效。因此这只是在电池技术没有 取得较大突破之前的权宜之计。 据美国能源部的测试报告，汽/柴油提供的能量中，仅有 12.6%最终用来驱 动汽车，内燃机损耗占 62%，空转、刹车及传动损失占 20%。在不输入外部电 能的情况下，混合动力能效最多还可以提高 20%，省油空间有限。3.3.1 行驶同等路程，电动汽车能源成本比燃油汽车低 80%以上表 2：经济性比较：电动汽车 VS. 燃油汽车车型 2008 2010 公交车 轿车 公交车 轿车 年行驶里程 （公里） 50000 20000 50000 20000 电动车 百公里电耗 （ kWh） 110 15 100 12 年耗电 （kWh） 55000 3000 50000 2400 年电费 （元） 16885 921 15350 737 百公里油耗 （升） 40 9 36 8 燃油车 总油耗 （升） 20000 1800 18000 1600 年油费 （元） 98000 8820 106200 9440 每年节约 （元） 81115 7899 90850 87032007 谷电价格 0.307 元/度，油价 4.9 元/升；2010 年谷电价格 0.322 元/度，油价 5.9 元/升。 数据来源：国家电网，国联证券研究所3.3.2 电动汽车能效高，操控性能优越 混合动力虽然能降低能耗和污染，但终归是以内燃机为主要动力源，电机 仅仅作为辅助动力。同一辆汽车需要搭载两套动力系统，从经济性、成本和环 保角度来说，都有较大的局限性。纯电动汽车完全解决了汽车使用环境的污染 和排放问题。电动机汽车能源利用率 70%～80%，传统汽车不到 20%。 纯电动汽车只有四个组成部分：电池及管理系统、电机、电控系统、车身 及辅助系统。相比内燃机汽车，省却了离合器、变速箱、差速器，电动机的体 积和重量也比内燃机大幅减少，机械系统的重量和复杂性大大降低，复杂机械 系统中的损耗的能量大幅减少，因此纯电动汽车能源利用效率可提升至 60%～ 80%，是内燃机的 3～4 倍。 调控方便。 对于新型动力电机，只需通过电路调控电动机的电压或电流等参数即可控 制电动机的转矩和旋转方向，无需复杂的机械装置辅助（如离合器、变速箱、 差速器等） ，减轻自重的同时，提高了能效。请务必阅读正文之后的免责条款部分5发现价值实现价值
新能源行业深度研究报告 图 9：传统汽车能耗分布气动阻力 怠速/空转 零部件 2.6% 滚动阻力 4.2% 惯性汽柴油引擎损失传动系统损失 刹车 5.8%数据来源：http://www.fueleconomy.gov/feg/atv.shtml 电动机能效高，操控性能优异。 交通工具运行通常需要不同的转速和扭矩，内燃机不能在工况变化较大的 情况下同时满足速度和扭矩分配。内燃机需保持较高转速，若需切换和调节转 速和扭矩，需通过变速器和离合器的配合，才能实现扭矩和转速的调控。由于 这个原因，汽/柴油机只能在很窄的速度和扭矩范围内输出最大功率，通常效 率在 10～20%。而电动机可带负荷启动，低速运转时即有高扭矩，转速和方向 调节简单，无需换挡即可方便的调节转速和扭矩，运行效率达 80%。同等驱动 力情况下，电机驱动系统更小更轻巧。如 Tesla Motors 纯电动跑车的电动机 仅 52kg（内燃机引擎可达 400kg） ，百公里耗电 12.7kWh，能效 86%。 内燃机运行过程中，多个活塞一起运作，使得扭矩输出不稳定，形成扭矩 波动；而电机驱动系统运行非常顺滑， 且能实现快速控制， 当怠速或者刹车时， 可回收这部分被浪费的能量。丰田 Prius 已应用此项技术。图 10：煤炭发电与煤炭制油的效率比较数据来源：国联证券研究所请务必阅读正文之后的免责条款部分6发现价值实现价值
新能源行业深度研究报告 3.3.3 电池组技术急需突破--电动汽车没有普及的原因 由于电动车全部能源来自动力电池，动力电池组的性能将决定电动汽车的 使用性能。表 3：影响电动汽车普及的主要因素 安全性 比能量 动力电池组 比功率 自放电率 寿命 价格 基础设施建设 充电网络 续航里程 满足启动 、爬坡等需要 闲置时电能损失少 与车同寿或更换成本较低 购置成本和使用成本 充电时间应控制在 4～5 小时内； 可在家充电或充电站数量足够多 经济指标 使用便捷性 功能指标资料来源：国联证券研究所使用的便利性。 由于电池容量相对有限，相比于汽/柴油车，车载能量较少，续航里程明显 偏小。充电站数目很少，专业快充充电网络尚未健全，慢充电时间长达 5 小时 以上， 容易给用户造成很不方便的消费体验， 因此纯电动汽车还不被广泛接受。 电池组一致性问题。 新开发的锂离子单体电池性能完全能满足实用需要，但动力电池需上百个 单体电池组合使用。同时保持这么多单体电池的性能一致，难度较大，而一致 性又影响到电池组整体寿命。目前的条件下制作出来的电池一致性不佳，导致 出现了单体电池寿命超过 2000 次而电池组寿命只有 500 次的情况。一致性难 题的解决有赖于制造工艺和设备水平的提升，以及电池管理系统的智能化。 电池组初置成本较高。 制程技术的限制，电池成品率较低，另外动力电池尚未规模化应用，造成 动力电池生产成本偏高。性能相当的电动汽车成本也明显高于传统汽车，虽然 长期来看电动汽车使用费用远低于汽/柴油车，但消费者依然不愿意承担较高 的初置费用。 国家付出更多的石油成本， “补贴”国内石油消费。 同等配置的比亚迪 F3DM 和丰田 Prius，大约每辆贵 8 万人民币。 中国为了应对节节高攀的油价和每年新增石油消费量，平均每年需多支付 大约 1000 亿人民币进口石油。如果将其中一半用于补贴低碳汽车，每辆车补 贴 10 万，每年中国可新增低碳汽车 62 万辆。为什么我们宁愿付出高昂的代价 去购买海外石油，而不愿意将购买石油的多付出的钱用来发展中国的电动汽 车，促进我们自己的新能源汽车产业技术升级呢？请务必阅读正文之后的免责条款部分7发现价值实现价值
原油进口量（亿吨）均价 （桶/吨）总值 （亿美元）总值 （亿人民币）新增采购额（亿人民币）占外汇储备的比例
5.6%20041.2337.8 339.1 2804.4
20051.2746.6 431.8 3527.8 723.4 5.3%
2006 1.45 62.7 664.1 5312.8 1785.0 6.2%
2007 1.59 67.0 777.5 5831.3 518.5 5.1%
20081.7999.0 1294.2 8839.2 3007.9 6.7%
数据来源：海关总署 国家外汇管理局 国联证券研究所
07年我国交运领域石油消耗占比34%，工业耗油41%。 传统汽车制造商没有动力推广电动汽车。
金融危机以前，传统汽车生产商的传统汽车业务能创造足够的利润，足以维持公司运行，生产商也就没有动力去制造和销售电动车。遭遇金融危机后，各汽车厂商相继陷入经济危机，纷纷寻找新的利润增长点，同时在各国政策驱动下，新型电动汽车成为各厂商争相投入的热点。相信在各大汽车产商和政府政策的大力推动下，电动汽车发展速度将会加快。
3.3.4 充电网络的建设，电从哪里来？-- 国家电网公司有推动力
“谷电”潜力大！庞大的电动车充电可减少电网浪费
为解决用电高峰期用电紧张问题，国家需投入大量资金平抑“峰谷”用电，以保证足够的富余供应量，建成之后大部分时间被闲置，造成巨大浪费。以上海电网为例（上海地区把超过90%的负荷定义为电负荷），每年出现电负荷的时间只有100到200个小时，但是电网之间为了解决每年的负荷，仅仅输配电投资即达到200个亿，还不包括增扩建发电厂的投资。庞大的电动汽车晚上充电储存富余的电能，可一定程度减轻电能浪费。“谷电”价格便宜50%，电动车使用费用更显优势。
据中电联08年数据，全国全口径发电量34334亿千瓦时，全社会用电量34268亿千瓦时。晚上用电需求大减，电力公司不少发电机处于空转状态（重启发电机所需能源比空转时耗能更大），闲置浪费量按1%计算也有340亿千瓦时，足够6.8亿辆纯电动汽车充电。同时国家电网也获得新增售电收入。
国家电网公司自2003年就开始稳步推进电动汽车应用
自2003年起，国家电网公司启动电动汽车的研制工作。2006年发布《关于加快推动纯电动汽车发展有关工作的通知》文件要求，制定了“十一五”期间详细的车辆替换和运行计划，要求京沪浙鲁等七个省市分公司推广电动工程车，替换现有公用车5％的比例，其他省（市）分公司替换2％，四年内完成公司系统1979辆电力车辆的替换，公司经营区域内电动公交出租车达到4800辆，并建成内部标准化充电站网络，实现充电机生产和充电接口的标准化。
2007年9月在上海与瑞华集团合作生产电动汽车，在杭州与万向集团合作电动车开发。11月，电动汽车内部应用工作全面启动。2008年年初，选定大
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连电机集团的改装电动皮卡为纯电动汽车发展平台。 3.4 燃料电池汽车---终极目标,等待技术突破
燃料电池以氢气为能源源，排放物为水，实现了零排放，是真正清洁能源。完全适应未来对碳排放标准的严格要求。燃料电池由于是直接将化学能转化为电能，效率可达到40%～50%，再加上对于电池热能的综合利用，能源利用效率可达到70%以上。而且氢来源广泛，可来自水等富氢物质，不存在资源量限制。
以目前的技术水平，从水制取1kg氢气，耗电45～70kWh。 氢气成本（包括储运成本）28元/kg,是同等重量汽油价格的8倍。如果以水电、风电、太阳能等可再生能源制取氢气，则氢气是完全清洁能源。
图 11：燃料电池示意图
数据来源：国联证券研究所
能量效率远高于内燃机和油电混合动力车。美国国家科学院（National Academies of Science）最近的报告显示，燃料电池车效率为传统汽油车的2.4倍。
有待突破的关键点：
燃料电池使用成本：1.燃料电池使用贵金属铂作为催化，且铂极易因一氧化碳中毒丧失活性；隔膜成本高昂，且技术难度大；2.氢气制造成本高，每公斤氢气价格为汽油的8倍，储运难度大，氢气储运成本高；3.燃料电池的稳定性、寿命、复杂路况下的性能衰减。
加氢网络：氢气的低成本储运是个很大的挑战。氢气常温常压下是易燃易爆的气体，且很难液化。气体状态下，能量密度低（680个大气压下的氢气气体，能量密度仅为一加仑汽油液体的14%）。 2006年，丰田普锐斯曾创造过570英里的里程世界纪录，目前燃料电池车里程仅100～250英里。
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4. 汽车动力电池路线图
电动汽车的核心部件是动力电池及管理系统,无论是培育市场阶段还是快速发展阶段，有较高技术壁垒的关键零部件--动力电池及管理系统，都将是最先受益和持续受益的环节，很可能获得超额收益。而其他如车身等传统零部件仅仅只能获得平均收益。
电动汽车完全依赖车载电池储存的有限能源，且需要应对各种复杂工况，这对动力电池性能、电机及控制技术提出了高效率、动能再生利用、高功率密度、高起动力矩、低噪声和低振动、良好的调速性和可控性，以及高可靠性、长寿命、易维护等技术要求。
动力电池 － 电动汽车产业的瓶颈和核心
动力电池作为电动汽车的能量来源，是电动汽车产业链的核心，其作用相当于传统汽车的“汽油”，电脑的“CPU”。电池材料的电化学特性决定了电池的基本性能，如容量、功率和安全性，电池材料决定电动汽车能否快速发展，取代传统汽车的关键因素。
全球动力电池产业目前面临技术制约和成本制约，只有当动力电池性能得到改善、成本大幅降低、规模化应用之后，才能带动其他较为成熟的环节的大力发展，如电机和电控系统等。因此我们认为动力电池是电动汽车产业链中最具投资价值的环节，最有可能获得超额收益，其他如电机和电控系统环节有较为成熟技术和市场基础，竞争者众多，可能只能获得平均收益。
铅酸
阀控式铅酸电池
氯化镍钠(NaNiCl)
镍氢(NiMH) 锂离子电池 超级电容器
4.1 铅酸电池
铅酸电池是目前应用最广泛、技术最成熟，唯一大批量生产和应用的动力电池，主要用于汽车和电动自行车。
缺点：用于电动自行车，仅能使用1.5～2年；比能量、比功率和能量密度都
比较低，充电时间长；笨重，重量是同等容量锰酸锂电池的3倍。 优点：单价最低，可高倍率放电。
应用范围：三分之一用于电力、交通、信息等产业备用电源，在汽车、叉车等
运输工具和大型不间断供电电源系统中处于控制地位。我国95%以上的电
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表 5：各种电池性能的比较
技术 能量密度35 Wh/kg45 125 70 85-150 12
功率密度循环周期数 150 W/kg
200
250 500 150 1000 150-300 1000 400-1300600-10000 3000 500,000
数据来源：国联证券研究所
动自行车电池采用铅酸蓄电池。
铅酸电池技术最为成熟，虽然其比能量、比功率和能量密度都比较低，但较高的性价比及高倍率放电性能，成为目前唯一大批量生产的电动汽车用电池。但是只要想像一下用叉车、吊车将成吨的电池组装上电动公交车的艰难情景(因充电慢，分多组轮流使用)，就可预见其黯淡的未来。 4.2 镍氢电池
镍氢电池已成功应用于丰田Prius混合动力汽车，目前应用较为成熟的动力电池，搭载镍氢电池的混合动力汽车全球销量已超过170万辆。
缺点：续航能力差，低温性能差，技术提升空间不大；适合大电流快速充放电、
耐过充放电能力强；只能用于汽车的辅助动力，纯电动车必须选用更高比能量的动力电池；自放电率高，常温下放置30天，损失额定容量30%～35%；比能量较小。
优点：安全性高，耐过充过放性能优秀。
适用范围：混合动力车、电动工具等对电池容量要求不高的工具。
截至09年1月底，混合动力车在全球累计销量已超过170万辆，其中丰田100万辆，本田30万辆。2000年丰田普Prius混合动力车首次登陆北美市场。丰田用了7年使镍氢混合动力车销量突破50万辆，而从50万到100万辆只用了约2年时间，混合动力车逐渐为为市场所接受。 4.3 大容量锂离子电池
动力电池最关注的是大功率放电、长寿命、低的自放电。
锂离子电池具有重量轻、储能容量大、功率大、无污染、寿命长、自放电系数小、温度适应范围广等优点，已开始逐渐取代酸铅和镍氢电池，成为目前世界上大多数汽车企业的首选目标和主攻方向，全球已有20余家主流企业进行车载锂离子动力电池研发，如富士重工、三洋电机、NEC、东芝、美国江森自控公司等。
缺点：耐过充过放能力差，有安全隐患。
优点：高能量密度，可达150WH/kg：体积小，重量轻，单位重量的能量密度是
镍氢的2倍；寿命可达10年。
锂离子电池主要由正极材料、负极材料、电解质溶液和隔膜构成，辅助材料还有作为基底材料的超薄铜箔和铝箔。 4.3.1 锂电池的安全问题
对于公众来说，锂离子电池“容易爆炸”的观念已经先入为主，这也是目前锂离子动力电池实用较少的缘故之一。所谓的锂离子电池安全问题特指采用了以钴酸锂为正极材料的锂离子电池，原因主要是以铅酸电池的充电方式为锂离子电池充电，造成部分电池单体过充、过热，引起高温和过流，最后导致燃
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烧爆炸，并非电池本身存在安全问题。依靠稳定可靠的过充保护电路，可避免这种安全问题。
因钴酸锂的氧化性很强，175℃分解后产生强氧化物质，分解有机电解质。一旦电池壳体泄漏，析出的金属锂接触空气剧烈燃烧，同时引起易燃的电解质燃烧、爆炸。新开发的锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料等新型正极材料稳定性大为提高，已经能解决安全难题。
数据来源：国联证券研究所
图 12：锂离子电池过充引发爆炸的原因
4.3.2 影响锂离子动力电池实用的主要因素
—-- 性能、成本和电池组寿命。
锂离子电池主要构成有：正极材料、隔膜、电解液和负极材料。其中对电池性能影响最大的是正极材料，技术难度也最大，也是一直以来研究的热点。
目前锂离子电池应用于汽车难点：一致性、电池寿命、电池低温性能；过热过载，电池成本（材料筛选开发，低成本制造）。
一致性的影响： 主要影响因素有有电池材料、制造过程的控制，电池化成设备的影响，三个因素各占三分之一。锂电池组品质的好坏，80%在于生产过程的控制。
锂离子动力电池的发展目前严重受制于滞后的电池成组应用技术。前一阶段动力锂电池的研究重点是关键材料研究，现在慢慢转向电池成组应用技术，
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如电池组充放电、维护管理等应用技术型研究，电池组应用技术的已落后于材料技术发展速度。
公用超快充电站是纯电动汽车商业化的基础设施，充电网络较快建设是否到位，会对电动汽车快速发展起到巨大的推动作用，，反之则是电动汽车商业化应用的主要短板。
正极材料的性能对电池性能影响最大。
最先得到大规模应用的是钴酸锂，主要用于手机等便携式电子产品。但钴酸锂电池充放电存在安全隐患，不适合大型电池。因此开发出很多安全性优良的锂电池正极材料，替代钴酸锂，应用于大型动力电池。
表 6：各种锂离子电池正极材料的性能对比
磷酸铁锂 LiFeP04
1.0～1.4 130～140 3.2
≥2000次 非常丰富 12～15 无毒
300度以上分解 动力电池/超大容量电源
(-20℃～75℃)表现优异；高温性能好，可达300度，-20度以下无法工作。
钴酸锂 liCo02 2.8～3.0 135～140 3.6
≥300次 贫乏 26～27 钴放射性 150度以上分解 小电池
(-20℃～55℃)，之外衰退严重
锰酸锂 LiMn204 2.2～2.4 100～115 3.8～3.9 ≥500次 丰富 5～7 无毒 良好 动力电池 50℃以上快速衰减
镍钴锰三元材料 LiNiCoMn02 2.0～2.3 155～165 3.5
≥800次 贫乏 15～18 含镍、钴 较好
小型电池，与钴酸锂电池混用 -20℃～55℃
振实密度（g/cm3） 能量密度(mAh/g) 电压(V) 循环性能
过渡金属
原料成本 万/吨 环保性 安全性能 适用领域 适用温度
数据来源：《锂离子二次电池》 国联证券研究所