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(报告出品方/作者:申万宏源证券,王宏为,马焰明)
1.汽车铝热传输材料:高增速,高壁垒,新趋势1.1.电动车单车热管理铝材翻倍,需求高增
铝热传输材料属于铝轧制材,可分为非复合材料和复合材料。1)铝压延加工业是指通过熔铸、轧制或挤压、表面处理等多种工艺及流程,以电解铝为原料生产出铝材。按加工工艺的不同,铝材可分为铝轧制材和铝挤压材等,其中铝轧制材一般指铝板(厚度0.4mm)、铝带(0.4mm厚度0.2mm)、铝箔(厚度0.2mm)。2)铝热传输材料作为铝轧制材,具有良好的热传导性、强度和耐腐蚀性,下游产品为热传导装置、器具与零件,用于汽车、空调、工程机械设备等行业。3)铝热传输材料分为复合材料和非复合材料,其中非复合材料由单种铝合金通过轧制工艺制成;复合材料以铝锰3系合金为芯材,起强度支撑和散热作用,以铝硅4系合金或其他牌号的铝合金为复合层,起钎焊或改善整体材料性能的作用,技术含量较非复合材料高。
复合材料吨毛利高于非复合材料。以华峰铝业为例,年公司铝热传输复合材料吨毛利为元/吨,非复合材料吨毛利为元/吨,复合材料吨毛利为非复合料的1.8倍。铝热传输材料可应用于汽车热管理系统,传统车单车用铝量约10kg。燃油车热管理系统主要包括水箱散热器、中冷器、油冷器、冷凝器、蒸发器、暖风机等,在汽车轻量化背景下,铝热传输材料在汽车热交换器的应用越来越广泛。(报告来源:未来智库)
新能源汽车电池组的温控需求高,热管理系统重要性大幅提升。汽车热管理系统即利用各类汽车交换器实现对车载热源系统的综合管理,从而保持汽车性能的稳定与安全。新能源汽车采用动力电池来替代传统燃油车的内燃机,而电池组的性能对温度更为敏感,所以新能源汽车需要更加精细化的热管理系统保持温度在合理区间以及均匀一致。
保持温度在合理区间:一般而言,锂电池的最佳工作温度区间为20~40℃,锂电池温度偏高或者偏低时,都会影响其使用性能和工作寿命。温度偏低可能导致电池容量和功率的急剧衰减,甚至出现电池短路;温度偏高可能导致锂电池产生热失控现象,从而引发分解、腐蚀、起火、爆炸等安全问题。保持温度均匀一致:电池组单体间温度存在差异,但最大温差通常不能超过5℃。由于长时间工作,动力电池单体的充放电率和载电量的不同会导致电池组的放热不均,温差扩大,从而降低整个电池组的工作性能。
新能源汽车热管理系统更复杂,新增“三电“热管理系统,单车热传输铝材用量为20-25kg。1)传统燃油车的热管理系统主要为发动机、变速器的散热系统和汽车空调;2)新能源汽车由于加入核心部件“三电”(动力电池、驱动电机和整车电控),热管理系统复杂程度提高,扩展为电池热管理、功率器件温控、电机电控散热和汽车空调等四个部分,新增电池液冷板、芯片换热器、PTC加热器等热交换器件。传统燃油车动力总成系统冷却需铝热传输材料5-6kg,而新能源汽车没有相关部件,新增电控、电机冷却,最主要的增量为电池液冷板12-15kg,大电池液冷板可达20kg,共用的空调系统为4-5kg,故新能源汽车热管理系统单车热传输铝材使用量达20-25kg,较传统车增加。
液冷热管理方案是主流,液冷板为液冷系统核心部件。动力电池热管理系统技术路线主要有风冷,液冷、相变材料和热管冷却四种,其中液冷热管理方案凭借冷却速度快、均温性好、比热容大和换热系数高等优势成为当前的主流趋势,据钜大锂电预测,年电动车冷却系统装配份额中,液冷占比将升至55%左右。在液冷系统中,液冷板是关键性的零部件,主要工作原理通过液流通道中冷却液的循环流动传递多余热量来实现冷却。
液冷板可分为口琴管式、冲压式、吹胀式、钎焊式和搅拌摩擦焊式等,冲压式为主流。口琴管式液冷板具有成本低、生产效率高的优点,但接触面积小、散热效果一般、承重能力较差;冲压式液冷板具有换热效果好、生产效率高、耐压等优点,但成本较高;吹胀式液冷板生产效率高、散热能力好、生产效率高,但承重能力较差。据NE时代,液冷EV市场以成本较低的口琴管式为主流,未来快充普及、换热能力要求高,口琴管式难以满足要求,成本较低的吹胀式可与其竞争;液冷PHEV市场,以冲压式冷板为主流。
麒麟电池首创大面水冷技术,铝热材料风头更劲。宁德时代近日发布CTP3.0电池,即麒麟电池,对液冷系统进行再度升级。1)性能较提升,实现km续航及4C高压快冲:将横纵梁、水冷板与隔热垫合三为一,集成为多功能弹性夹层,系统集成效率提升至72%,磷酸铁锂系统能量密度为wh/kg,三元高镍可达wh/kg,较电池多装13%的电量,可让纯电动汽车实现整车公里续航;2)首创大面水冷技术,换热面积扩大4倍,预计水冷板用量增加2倍。基于电芯的变化,将水冷板由原来的底部位置升级为置于电芯之间,换热面积扩大4倍,电芯控温时间缩至一半,有效解决4C高压快充带来的热失控。
新能源需求旺盛,预计22-25年中国/全球铝热传输材料cagr达31%/37%。(不考虑类麒麟电池水冷板增量情况下,假设热管理系统燃油车单车用铝量10kg,新能源车单车用铝量23kg,其中水冷板约13kg)1)新车市场:预计22-25年中国新能源车热管理系统用铝量由13.8万吨增至31.1万吨(CAGR=31.0%),其中水冷板用铝量由7.8万吨增至17.6万吨;预计22-25年全球新能源车热管理系统用铝量由24.2万吨增至62.1万吨(CAGR=37.0%),其中水冷板用铝量由13.7万吨增至35.1万吨;预计22-25年中国汽车热管理系统用铝量由35.1万吨增至47.4万吨(CAGR=10.5%),全球汽车热管理系统用铝量由99.6万吨增至.8万吨(CAGR=9.8%)。
2)维修配套市场:预计22-25年中国维保汽车热管理系统用铝量由5.8万吨增至7.0万吨(CAGR=6.4%),全球维保汽车热管理系统用铝量由27.4万吨增至29.1万吨(CAGR=2.0%)。3)新车+维修配套市场:预计22-25年中国新车+维保汽车热管理系统用铝量由40.9万吨增至54.4万吨(CAGR=9.9%),全球新车+维保汽车热管理系统用铝量由.0万吨增至.9万吨(CAGR=8.2%)。
考虑类麒麟电池水冷板需求增量,因未来电动车续航里程提升、电池扩容及高压快充等对热管理需求提升,预计类麒麟电池(水冷板用量提升)成为行业趋势,假设类麒麟电池新能源车单车用铝量增量为13kg/辆(水冷板由13kg/辆增至26kg/辆)。当类麒麟电池新能源车占比为10%时,预计23/24/25年热管理铝材需求增量分别为2.0/2.7/3.5万吨;当类麒麟电池新能源车占比为30%时,预计23/24/25年热管理铝材需求增量分别为5.9/8.2/10.5万吨;当类麒麟电池新能源车占比为50%时,预计23/24/25年热管理铝材需求增量分别为9.8/13.7/17.6万吨。(报告来源:未来智库)
高端新能源车热管理铝材产能增量较少,产能偏紧。预计23年高端新能源车热管理铝材产能增量为15万吨,其中华峰铝业技改新增9万吨(部分产能为电池壳产能)、银邦股份技改新增6万吨,24年高端新能源车热管理铝材产能增量为7万吨(华峰铝业重庆二期),预计23/24年全球新能源车热管理铝材需求增量为10.4/13.8万吨,考虑类麒麟电池(假设类麒麟电池新能源车占比为30%)额外增量为5.9/8.2万吨,供需偏紧。
1.2.技术生产认证壁垒,行业CR3达45%
行业集中度高,年CR3达45%。汽车铝热传输材料市场集中度较高,年全球CR3为45%,其中华峰铝业占比19%,格朗吉斯占比17%,银邦股份占比9%。
原因一:工艺复杂,成品率低。铝热复合材料钎焊性好,适用于复杂精密的热交换结构。钎焊工艺相较于熔焊、压焊,具有焊件变形小、尺寸精度高、生产效率高和金属或非金属材料均可连接的优势,适用于焊接复杂、精密和不同材料的构件。而铝热传输复合材料“复合层-芯材-复合层”的结构与钎焊所需的“钎焊层-芯材-钎焊层”结构一致,因此被下游客户广泛用于制造各类钎焊式热交换器。钎焊原理为在设定的温度和保温时间下,复合材料中的芯材合金不会熔化,而钎焊层(复合层)合金熔化,经冷却后翅片和管料(或板料等基体合金)就牢固地成为结合件。一般来说,芯材合金为以锰为主要合金元素的3xxx系铝合金,其熔化范围为~℃,而钎焊层合金为以硅为主的4xxx系铝合金,其熔化范围为~℃,通常用百分比来确定钎焊层厚度。
铝热传输复合材料工艺流程复杂,多次轧制废料较多,行业成品率较低。生产铝热复合材料,需要经历熔铸、热轧、冷轧、精整4项主要工序和数十个生产环节。由于生产制程长、加工工序多,且每次轧制均会产生大量废料,铝热复合材料良率始终处于较低水平。同时,一条生产线上使用和生产的合金材料繁杂、牌号过多也导致产品良率进一步降低。根据年《轻合金加工技术》发表的《汽车热交换器用铝板带箔》,三层复合轧制材料综合成品率通常为61%左右。如今,各生产企业采用大卷宽幅设计降低废料比例等方法,努力改进工艺路径,行业成品率已有所提升。行业龙头华峰铝业上海工厂成品率69%,重庆工厂成品率72%,其他企业成品率低于68%。
原因二:铝热传输材料为定制化需求,小批量、多批次,生产管理、成本管理要求高。铝热复合材料产品规格上千种,为定制化需求。1)合金成分不同:铝热复合材料中各合金成分与占比对最终产品的物理化学性能有显著影响,可细分成上千种规格。2)汽车需求不同:铝热材料主要面向汽车市场,下游客户众多,相同器件的需求和标准也存在差异,汽车制造商不同、车型和零部件不同,产品规格繁杂,往往需要定制化的生产模式,因此产品具有小批量、多批次、多规格、持续供货的特点。3)交货速度也是全球大型汽车配件制造商衡量和选择供应商的关键参考指标。下游客户因其自身订单和生产管理的需要,给予铝热传输材料生产企业的供货期一般较短,能在短时间内达到其质量要求并实现大规模、快速供货的铝热传输材料生产企业具有极大的竞争优势。4)规模效应不强,生产管理、成本管理要求高。
原因三:汽车客户认证壁垒汽车客户认证时间较长。在汽车行业,为获得汽车零部件供应商的初步认可,汽车零部件原材料供应商必须通过IATF:质量管理体系认证,该体系要求受审核方必须具备有至少12个月的生产和质量管理记录;为进入汽车零部件供应商的白名单范围,汽车零部件原材料供应商必须进行资格认证,审定过程中将对供应商的产品品质、生产流程、质量管理甚至经营状况等多方面提出严格的要求,一般审定时间长达半年以上;通过资格认定后一般还需要再通过一段时间的小批量供货测试才能正式成为其供应商。一般国内认证时间为半年到1年,海外认证时间为2-3年。
1.3.新趋势:宽幅大卷、热连轧、麒麟电池
趋势一:应用大卷宽幅生产设备,提升成品率,新建产能具有“后发优势”。据华峰铝业年报,为顺应铝轧制材产业“大卷、宽幅、高速轧制和先进自动化”趋势,其重庆一期20万吨产能选用整套设备大卷设计,热轧机、冷轧机等系列机台均按照2.6米以上卷径进行工艺设计,轧制铝卷幅宽热轧可达mm,冷轧可达mm,通过大卷宽幅设计,将有效降低生产过程中切边废料和头尾损失所占比例,提高产品成品率。目前华峰铝业上海基地成品率69%,应用先进设备的重庆基地成品率72%。
趋势二:应用热连轧机,提升生产效率及成品率。据华峰铝业《关于投资建设年产15万吨新能源汽车用高端铝板带箔项目的公告》,将引进mm四机架热精轧机组等先进铝加工设备,即热连轧设备。热连轧设备相比传统的热轧机优势:生产效率更高、能耗更低、工艺稳定性强、轧制后的带坯厚度小,厚度、板形和凸度精度高,产品表面质量高。华峰将自动化程度更高的热连轧设备引入热管理行业将显著提升产能生产效率及成品率,应用热连轧设备后华峰重庆基地成品率有望从72%提升至75%,进一步降低生产成本。
趋势三:麒麟等汽车电池系统升级,提升单位热管理材料用量,提高强度等性能要求。宁德时代
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