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新能源汽车轻量化任重道远2016年12月扫描关注获取电子版©SMM.Allrightsreserved.世界首辆镁合金轻量化电动客车正式下线热点新闻导读219月29日，世界第一辆镁合金轻量化电动客车在山东下线。这辆长8.3米、24座的电动客车车身骨架全部采用镁合金材料，相对于钢铁材料实现减重780kg，相对铝合金材料减重110kg。中国镁工业协会会长徐晋湘教授透露，因为技术瓶颈，美国车企仅实现了将40kg镁合金材料应用到汽车上，而我国车企只有在方向盘部位运用了不到1kg镁合金。而刚刚亮相的全球第一辆镁合金轻量化电动客车，在克服了上述难题之后，成功用226kg镁合金材料替代了铝合金和钢铁材料，是世界汽车业的一次突破。2016年09月29日来源：沂星电动汽车西北铝加工厂深加工中心首批轻量化20辆新能源汽车用元配件产品正式生产下线并交付客户使用。随着全面实施铝产品轻量化市场步伐的加快，由西北铝原机修厂为主阵地，抽调技术人才、吸纳压延厂富余人员进行组建整合后新成立的深加工中心成效初显。依托市场培育转型发展新动能，发展轻量化铝产品项目，打造赢利新空间。目前，工厂已有980件汽车轻量化产品交付客户使用，同时正在进行16个新能源项目品种零部件的试制研发。西北铝首批新能源汽车用元配件产品下线22016年10月17日来源：西北铝随着全球汽车轻量化趋势的推进，凭借更加出色的减重效果以及流畅的操作体验，全铝车身成为越来越多车企的选择。由于全铝车身对结构部件材质和制造工艺技术的要求较高，以忠旺集团为代表的一批实力铝企将率先迎来发展良机。在新能源汽车及客车领域，忠旺拥有从独立设计到制造加工的全方位能力，在新能源全铝纯电动车的整车设计、铝合金电池框架一体化集成设计，以及相关新材料的研发与制造方面取得重要突破。忠旺参与设计制造的奇瑞新能源S51纯电动微车的量产版已于近期正式推向市场，其车身骨架铝镁合金应用比全球领先，高达93%。全铝车身受宠忠旺集团持续加大汽车轻量化产品研发32016年12月13日来源：中国网©SMM.Allrightsreserved.摘要31•20世纪初欧美开启汽车轻量化研究实践，中国直到2000年才逐渐开展相关研究，起步晚于欧美近100年•我国汽车轻量化材料使用占比均低于国外。国外高强度钢和铝合金使用已步入成熟阶段，而我国处于成长期；国外镁合金和碳纤维使用进入成长期，而我国仍处于导入阶段中国汽车轻量化起步较晚，落后欧美等国3•传统汽车和新能源汽车在整车轻量化上可借助结构优化、轻量化材料和先进工艺，而新能源汽车特有的电池能源轻量化则可通过电池材料和封装材料优化来实现•轻量化材料主要有高强度钢、铝合金、镁合金和碳纤维，其性能依次增强，成本价格也相应提高•高强度钢和铝合金在汽车生产中占比不断提高，有望成为中短期汽车轻量化主流材料；镁合金和碳纤维代表未来汽车轻量化发展方向，但目前工艺仍不成熟，且价格偏高汽车轻量化核心在于轻量化材料，轻量化材料使用占比将不断提高4•轻量化对传统汽车可实现节能减排，整车质量每降100kg，平均能减少油耗0.4L每百公里；对于新能源汽车则可以有效提升续航能力，整车质量每降低10%，续航能力约能增加5.5%•新能源汽车电池轻量化推升动力类铝塑膜和电池级硫酸镍需求增长，预计2016年同比分别增长64%、147%•新能源汽车整车轻量化与传统汽车相似将分别经历从铸铁、钢到铝合金、镁合金的过程，但高强度钢轻量化有限，主流仍将是铝合金，镁合金后期发展潜力大•受益于新能源汽车轻量化发展，预计至2020年动力类铝塑膜、电池级硫酸镍、铝合金和镁合金的市场规模有望分别达到57亿、28亿、60亿和8.8亿轻量化提升新能源汽车性能，并有望带动铝塑膜、电池级硫酸镍、铝合金和镁合金发展2•《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020）》规定到2020年，当年生产的节能型乘用车燃料消耗量降至4.5L/百公里以下•《中国节能与新能源汽车技术路线图》规划新能源汽车轻量化发展，至2030年整车质量较2015年下降15%，单车用铝量达到350kg，单车用镁量达到45kg，碳纤维使用量占车重5%，成本较上阶段降低50%政策耗油限制针对传统汽车，整车减重规划对应新能源汽车©SMM.Allrightsreserved.目录1汽车轻量化途径和技术路线53新能源汽车轻量化案例164新能源汽车轻量化市场机会探索192新能源汽车轻量化市场分析9©SMM.Allrightsreserved.汽车轻量化发展起源于节能减排、提高性能，中国汽车轻量化起步较晚51.发展历史进程2.中国现阶段发展状况2000年后国外国内•我国汽车轻量化发展起步较晚，特别体现在轻量化材料的使用上，四种轻量化材料使用占比均低于国外水平•目前国外高强度钢和铝合金使用已进入成熟阶段，而国内处于成长期；国外镁合金和碳纤维使用已步入成长期，但国内仍处于导入阶段2007年北汽新能源与德国未来交通公司签署合资合同，双方将共同开发全新的轻量化多材料整车新款荣威E50发布，大比例使用高强度钢，使用FRP材料作为主要的电池外壳日本推出新款AudiQ7，区分使用铝合金及高张力钢板等多种材料进行设计，减重300kg美国通用等汽车公司探索了将有限元法应用于汽车设计的可能中科院宁波材料研究所在国内首次完成了连续碳纤维复合材料快速热压成型成套装备的研制新能源汽车特斯拉全铝车身车型ModelS发布，比普通钢制车轻了30%综合使用了碳纤维材料与铝镁合金的新型宝马7系获得了“欧洲车身大奖”评选的历史最高分哈尔滨工业大学和中国第一汽车集团合作研制成功国产第一台液压成型设备德国率先将激光拼焊用于Audi车型的底盘赛车运动协会提出参赛赛车重量上的限制，成为历史上第一个轻量化事件20世纪初1970年1985年2000年2015年2013年吉利组建轻量化团队，吉利新能源汽车前舱主体主要用钢铝混合+塑料件车身。中国汽车工程学会牵头，几家汽车企业、高校及研发机构联合成立的汽车轻量化技术创新战略联盟中国国外导入期成长期成熟期衰退期镁合金碳纤维高强度钢铝合金轻型材料在汽车中的使用情况国内外对比2016年2007年©SMM.Allrightsreserved.汽车轻量化核心在于轻量化材料6品种密度(g/cm³)价格(万元/吨)质量减轻比率（相比于软钢）运用潜力（☆☆☆☆☆）高强度钢7.9-10%☆☆☆成本低但减重效果一般铝合金2.7-2.81.5.-2≈30%☆☆☆☆☆成型性能好，成本适中，汽车轻量化的重点方向镁合金1.82-2.535%-45%☆☆☆☆☆相较于铝减重更明显、价格更高，成型能力较弱，但市场潜力较大碳纤维1.815-20≈50%☆☆☆☆减重最佳，但成本较高，目前多用于高端品牌汽车，未来有望在普通乘用车中使用整车轻量化技术结构优化【成本最低、提升空间小】拓扑优化多科学优化外形优化轻量化材料【最基础、最核心的手段】高强度钢铝合金镁合金碳纤维先进工艺【减少零部件的使用】液压成型激光焊接等动力能源轻量化电池材料【高能量比化】高镍NCANCM811等封装材料【软包取代钢壳】铝壳铝塑膜软包等数据来源：海通证券、SMMNote:•新能源汽车轻量化包括整车轻量化技术和动力能源轻量化•轻量化材料主要有：高强度钢、铝合金、镁合金和碳纤维，其性能依次增强，成本价格也对应升高注：传统汽车和新能源汽车均可注：新能源汽车特有©SMM.Allrightsreserved.71975年和2015年北美汽车使用材料对比数据来源：东北证券、SMM4050607080902016年E2017年E2018年E2019年E2020年E0500100015002000250030003500高强度钢铝合金碳纤维等复合材料镁合金(右)全球用车新材料需求变化趋势数据来源：DuckerWorldwide、海通证券、SMM0%20%40%60%80%100%钢塑料铸铁铝其他1975年2015年高强度钢、铝合金、镁合金和复合材料是汽车轻量化主要材料万吨万吨•对比1975年和2015年北美汽车材料使用情况，钢和铸铁的使用占比下降，而铝、塑料等其它材料使用占比上升。据了解，中小型轿车质量已从80年代初的1800kg下降至目前的1200kg左右•目前来看，钢材（包括高强度钢）仍是汽车用材主流选择，但铝使用量增长明显，1975年北美汽车铝使用占比仅2%，至2015年北美铝汽车使用量达到了10%，后期仍有巨大空间•汽车轻量化材料主要有高强度钢、铝合金、镁合金和复合材料•高强度钢和铝合金将有望成为中短期汽车轻量化主流材料，预计2020年全球高强度钢使用量为2850万吨，铝合金使用量3100万吨，分别较2016年增长78%和88%；镁合金和碳纤维（复合材料的一种）虽性能更佳，代表了未来汽车轻量化发展方向，但目前仍存有不足，成本价格过高更是制约其发展的重要因素，目前碳纤维价格是铝合金价格的8倍以上©SMM.Allrightsreserved.目录1汽车轻量化途径和技术路线53新能源汽车轻量化案例164新能源汽车轻量化市场机会探索192新能源汽车轻量化市场分析9©SMM.Allrightsreserved.轻量化有助于传统汽车节能减排、新能源汽车提升电池续航0400800120016002000180200220240260280续航能力（公里）数据来源：《关于2016-2020年新能源汽车推广应用财政支持政策的通知》、SMM•纯电动汽车整车质量每降低10%，续航能力约能增加5.5%•财政补贴力度与新能源汽车续航能力相关，越高的续航能力补贴约多数据来源：国联证券、SMM数据来源：工信部012345678201420152016E2017E2018E2019E2020E024681012141650010001500200025003000整备质量（kg）数据来源：《汽车工艺与材料》，SMM•传统汽车整车质量每降100kg，平均能减少油耗0.4L每百公里•我国2016-2020年期间乘用车平均油耗目标逐年收紧，轻量化作为降低油耗的关键途径，将备受重视1.轻量化应用于传统汽车，有利于节能减排2.轻量化应用于新能源汽车，有利于提升续航力升百公里汽车整备质量与平均百公里油耗关系我国2016-2020乘用车平均油耗目标纯电动车整车质量与续航能力关系续航里程R（公里）100≤R＜150150≤R＜250R≥2502015年补贴标准（万元）2.54.55.52016年补贴标准（万元）3.154.55.4纯电动车续航里程对应补贴标准升百公里整车质量（kg）9©SMM.Allrightsreserved.10•软包封装在降低电池重量的同时实现电池性能提高，有利于新能源电池轻量化•受益软包增长，铝塑膜市场需求增长明显，预计2016年动力类锂电铝塑膜需求量为1890万平方米，同比增长64%2.新能源电池材料轻量化及受益市场1.新能源电池封装材料轻量化及受益市场新能源电池不同封装材料重量和电池容量对比新能源电池轻量化利好铝塑膜、电池级硫酸镍0%20%40%60%80%20152016E0400800120016002000需求量同比(右)钢壳铝壳软包00.20.40.60.811.2重量电池容量中国动力类锂电铝塑膜需求量及同比增速万平方米数据来源：公开资料、SMM注：以钢壳为基准，将其设定为1，铝壳和软包均与钢壳相对比数据来源：浙商证券，SMM0408012016020000.511.52NCM111NCM523NCM622NCM811总质量Ni质量参考电容量(右)04812010000200003000020152016镍需求量电池级硫酸镍用量三元电池总需求量(右)数据来源：SMM、公开资料数据来源：SMM、公开资料不同类型三元材料对比2015-2016年新能源汽车三元电池镍需求量注：质量代表1KWh电能所需三元材料kgmAh/g吨GWh•在获得同样电能情况下，高镍三元材料质量更轻，相应的比容量更大，有利于新能源电池轻量化•受益高镍三元材料的发展，镍需求量明显增长，预计2016年电池级硫酸镍需求量246