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机械设备行业:天风证券-机械设备行业问答专题二|新能源的新风口:IGBT、4680、换电以及复合集流体拉动的投资机遇-211128

研报作者:李鲁靖 来自:天风证券 时间:2021-11-28 18:38:56
  • 股票名称
    机械设备行业
  • 股票代码
  • 研报类型
    (PDF)
  • 发布者
    ela****011
  • 研报出处
    天风证券
  • 研报页数
    41 页
  • 推荐评级
    强于大市
  • 研报大小
    2,632 KB
研究报告内容

1 证券研究报告 作者: 行业评级: 上次评级: 行业报告| 机械设备 强于大市 强于大市 维持 2021年11月28日 (评级) 分析师李鲁靖SAC执业证书编号:S1110519050003 联系人朱晔 问答专题二|新能源的新风口:IGBT、4680、换电以及复 合集流体拉动的投资机遇 行业专题研究 摘要 2 问题1:如何看待功率半导体IGBT的市场空间? IGBT全球市场空间大,国产替代潜力高。

2020年,IGBT最大的细分市场是工业应用和家用电器。

紧随其后的是EV/HEV,据Yole预计,该市场在2020年的市场 规模为5.09亿美元,并将在2020年至2026年间以23%复合年增长率增长。

因为受到政府二氧化碳减排目标的强烈推动,汽车市场正在从ICE转向EV/HEV。

而这 一转变正在进一步加速。

受到EV/HEV的推动,Yole预计,2026年全球IGBT市场规模将达到84亿美元。

受益标的:时代电气、斯达半导等。

问题2:如何理解换电的经济性以及市场容量? 换电站的市场需求较大,未来增长潜力较大。

根据换电站新增总数我们可以测算出在2022-2025年悲观场景下的市场需求为31.38-145.44亿元,中性场景下为 39.24-166.23亿元,乐观场景下为47.08-249.32亿元,对应的悲观场景下增长率分别为76.38%、65.70%、58.58%,中性场景下为69.28%、61.07%、55.36%,乐观 场景下为88.10%、72.58%、63.13%。

从经济性方面来看,消费者使用换电的1年、3年、5年成本降幅为14.76%、10.04%、5.43%;营运车辆换电的意愿我们认为不会低,其在换电模式下每日多2小 时左右的营运时间,月利润提升15%以上;对于汽车企业,销售不带电池的汽车毛利率会上升0.77%,经营针对私家车的换电站利润率最高可达12.35%,经营 针对营运车辆的换电站利润率最高达到7.56%;对于电池企业,换电将给企业带来5%的销售额提升。

受益标的:瀚川智能、山东威达等。

问题3:4680加工工艺变化几何? 从全极耳电池制造工艺流程来看,前端极片制作和后端检测激活与传统电池并无实质变化,变化的关键是全极耳制作(尤其是焊接)、连接等电芯组装段, 需要新增全极耳成型、全极耳与集流盘或壳体连接、检测及连续组装等工艺和设备,其中极耳揉平+焊接难度和体量明显大于传统圆柱/方形电池,焊点数量 至少为传统的5x。

受益标的:先导智能、联赢激光、斯莱克、杭可科技等。

问题4:如何理解复合集流体及其经济性? 复合集流体是一种动力电池的新技术,分为PET镀铝膜和PET镀铜膜。

核心技术均是采用超薄型聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)作为基材,以双面同步真空镀膜 技术制成复合功能层,相比于传统的纯铝箔和纯铜箔,具有安全性高、节能、环保、成本低等优点。

经济性方面,采用PET镀铜膜对传统6微米铜箔进行替代可以减少65.28%的原料成本,采用PET镀铝膜对传统6微米铝箔进行替代可以减少56.88%的原料成本。

受益标的:东威科技、万顺新材等。

风险提示:行业政策调整,下游投资不及预期,行业竞争加剧,原材料价格波动等。

本文对IGBT市场空间测算、换电站市场空间测算、PET镀铝膜和PET镀铜 膜经济性测算是基于一定前提假设,存在假设条件不成立、市场发展不及预期等因素导致测算结果偏差。

如何看待功率半导体IGBT的市场空间? 1 3 4 1.1功率半导体:成熟特色工艺代表IGBT性能强,发展潜力大 芯片按照制程大致可以分为先进工艺和特色(成熟)工艺两大类。

形成这两大类代工模式的主要原因是发展的动力不同。

先进工艺的主要发展动力是手机、电脑等设备对高性能和低功耗无止境的追求,因此半导体技术只有不断的缩小器件特征尺寸来满足这些需求。

然 而,线宽的缩小需要高精度的装备、高强度和高难度的工艺研发。

这“三高”让越来越多的综合型芯片公司开始停止追逐先进工艺,所以能够继续 跟随摩尔定律往下走的芯片制造企业会越来越少。

另外,数字芯片设计方法的进化也是先进工艺芯片代工模式持续发展的动力,包括IP的复用和软 件工程的形态。

特色工艺产品是利用半导体材料的物理特性制造出的各种半导体器件,这类工艺比拼的不是工艺线宽,而是各种器件的构造。

特色工艺的半导体产 品(高压电路、MEMS传感器、射频电路和器件)的研发是一项综合性的活动,涉及到工艺研发与产品研发的多个环节,设计制造一体(IDM Integrated Device Manufacturing)的模式,更有利于该类技术的深度研发和优势产品群的形成。

IGBT是指绝缘栅双极型晶体管芯片,是目前大功率开关元器件中最为成熟,也是应用最为广泛的功率器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低 导通压降两方面的优点,驱动功率小而饱和压降低,是能源变换与传输的核心器件,被称为“电子电力装置的CPU”,发展潜力很大。

资料来源:时代电气首次覆盖、天风证券研究所 5 1.2功率半导体:全球市场空间大,国产替代潜力高 如今传统的Si功率器件包括IGBT和MOSFET,仍旧是市场应用最大的部分。

IGBT是众多电力电子应用的关键,而硅MOSFET是非常广泛的中低功率应 用中的关键组件。

2020年,IGBT最大的细分市场是工业应用和家用电器。

紧随其后的是EV/HEV,据Yole预计,该市场在2020年的市场规模为5.09亿美元,并将在2020 年至2026年间以23%复合年增长率增长。

因为受到政府二氧化碳减排目标的强烈推动,汽车市场正在从ICE转向EV/HEV。

而这一转变正在进一步加速。

受到EV/HEV的推动,Yole预计,2026年全球IGBT市场规模将达到84亿美元。

在IGBT领域,欧美日的企业长期占据主要地位。

2020年IGBT制造商收入排名第一的是英飞凌科技,几乎是第二名的两倍,进入前十的国内企业仅一 个,为排名第六的士兰微电子。

这几年国内也不乏有优秀的IGBT企业在开发、生产和产能方面都在快速追赶。

不过国内面临的竞争依然很大,在系 统层面,因为国外的大厂正在瞄准最大的IGBT市场,制造商们都开始提供600V-1200V组件,并提供新的产品系列(从800到1000v)。

包括三菱电机、 东芝、Onsemi在内的电子制造商正在寻求与竞争对手的区别,他们提供具有“中间”标称电压等级的IGBT设备,如1300伏、1350伏、2000伏等。

Yole预计,到2026年,超过80%的市场将专注于600V-1200V标称电压范围。

资料来源:时代电气首次覆盖、天风证券研究所 6 1.3功率半导体:车规级IGBT为重要应用方向 时代电气斯达半导 中车时代是国内领先的IDM功率半导体厂商,所研发的IGBT已 成功用在高铁“复兴号”上。

已完全掌握宽禁带半导体碳化硅技术。

时代电气与东风公司合作成立的智新半导体的车规级IGBT模块也 实现了量产。

专攻IGBT芯片的斯达半导体经过多年的自主研发,实现了IGBT芯片和模块 的产业化,已经具备中低压IGBT芯片设计能力。

根据2020年国际著名研究及咨询机构IHS最新研究报告,斯达半导体在全球 IGBT模块市场排名第七,是唯一一家进入全球前十的中国企业。

产品已被成功应用于新能源汽车、变频器、逆变焊机、UPS、光伏/风力 发电、SVG、白色家电等领域。

公司与华虹半导体合作“华虹半导体车规级IGBT暨12英寸IGBT规模量 产”,双方携手打造的高功率车规级IGBT芯片已通过终端车企产品验证,广 泛进入了动力电池等汽车应用市场。

赛迪智库的《功率半导体技术与产业“十四五”发展建议书》中所述,随着下游应用需求的拓展,IGBT的应用领域也在 不断延伸,包括工业领域、机车牵引、高压输变电、消费电子、新能源发电、新能源汽车、充电桩等。

国家大力支持的 “新基建”中,5G、特高压、城际高速铁路和城市轨道交通、新能源汽车充电桩、大数据中心均需要IGBT器件。

我国一直是IGBT需求量最大的市场,占到全球近一半的份额。

但国内制造的功率器件却占比很低,严重依赖进口。

ASMC的数据显示,我国90%以上的IGBT产品需要进口。

目前我国各大IGBT制造企业都意识到了IGBT的重要性,纷 纷扩大产能,且下游客户也愿意给予国内半导体厂商更多的验证机会,这对于我国功率半导体企业来说,既是机遇也是 挑战。

表:国产车规级IGBT代表企业 来源:中国电子报、天风证券研究所 资料来源:中国电子报“上下游协同提升车规级IGBT竞争力”、天风证券研究所 功率半导体供需—IGBT市场空间 1 7 1.4功率半导体:产能分布 公司产地产能 中车时代电气株洲 已有产能:2020年功率半导体器件产能为79.4万只/年 新增产能:IGBT一期设计年产能12万片,IGBT二期设计年产能24万片 深圳比亚迪/ IGBT芯片晶圆的产能已经达到5万片/月,预计2021年底可达到10万片/月 斯达半导/ 已有产能:2020年IGBT模块产能545万只/年 新增产能:募集资金用于高压特色工艺功率芯片和SiC芯片研发及产业化项目,项目计划建设周期为3年,预计将形成年产36万 片功率半导体芯片以及新增年产400万片功率半导体模块的生产能力。

杭州士兰微 杭州8寸芯片产能为5.275万片/月 厦门年底可以实现月产芯片3.5万片标。

预计2022年四季度12寸圆片月产能6万片 华润微电子/预计12寸中高端功率器件月产能三万片 扬杰科技/ 功率IGBT模块封装等项目达产后可实现年产能100万只功率模块封装产能。

超薄微功率半导体芯片封装项目达产后可实现封装月 产能25亿只。

立昂微/预计6英寸年产72万片 中芯绍兴/ 8英寸晶圆月产能增至7万片 台基股份/月产2万片6寸Bipolar晶圆 万国半导体/ 12英寸2万片/月(产能爬坡),12英寸5万片/月(二期规划) 积塔半导体上海8英寸0.18μm 0.5万片月产能、6英寸SiC 0.25万片月产能。

预计2022年上半年形成8英寸0.11μm3.2万片月产能 方正微电子/两条6英寸晶圆生产线,年产能达60万片 捷捷微电/功率半导体芯片:2021年产能295万片/年,功率半导体器件:2021年产能41.48亿只/年 深爱半导体/一条5英寸双极功率器件芯片、一条5英寸MOS器件芯片生产线和一条6英寸芯片生产线,三条晶圆线月产能11万片 中环股份/ 8英寸产能65万片/月,12英寸产能10万片/月 北京燕东微电子/ 8英寸50千片/月 安世半导体 海外德国8英寸35千片/月,英国6英寸24千片/月 上海计划2022年12寸40万片/年 资料来源:中国电子报“上下游协同提升车规级IGBT竞争力”、全景网、芯智讯、WIND、中国工信产业网、中国存储网、北京半导体协会微信公 众号、化合物半导体市场公众号、安世半导体微官、各公司半年报/年报等报告、天风证券研究所 表:国产IGBT产能统计 虽然国产IGBT厂商扩产数量较多,但能够实现车规级批量出货的厂商目前仅有时代电气、比亚迪以及斯达半导三家,其中 比亚迪大部分目前为自供。

8 图:2011-2025全球光伏新增装机预测(GW)图:2011-2025中国光伏新增装机预测(GW) 来源:CPIA、天风证券研究所 来源:CPIA、天风证券研究所 目前,全球光伏逆变器的出货量基本处于高速增长状态,逐年增长趋势明显。

2020年全球光伏逆变器的新增及替换整体市场 规模为135.7GW。

2021年全球光伏逆变器的新增及替换整体市场规模将达到约187GW,2025年全球光伏逆变器新增及替 换整体市场将有望达到401GW的市场规模。

根据前瞻产业研究院数据,估计2019年全球光伏逆变器产品的价值为0.44元/W,假设全球光伏逆变器价格维持19年水平不 变。

预计全球光伏逆变器市场规模2021年达到82.28亿元,2025年达到176.44亿元。

IGBT功率器件在逆变器的价值中占比 10%-15%。

取中值为12.5%。

那么预计全球光伏领域IGBT市场规模2021年达到102.85亿元,2025年达到220.55亿元。

根据中国光伏行业协会预测,2025年全球和中国光伏新增装机容量的中值分别为:300GW和100GW,我们估计2025年全 球和中国的光伏领域IGBT市场空间比例为3:1。

那么预计中国光伏领域IGBT市场规模2021年达到34.28亿元,2025年达到 73.52亿元。

30.23238.443 53 70 102106115 130 170 225 270 300 330 30.23238.443 53 70 102106115 130 150 180 210 240 270 0 50 100 150 200 250 300 350 乐观情况保守情况 2.74.5 10.910.615.13 34.5 53 44.26 30.1 48.2 65 75 90 100 110 2.74.5 10.910.615.13 34.5 53 44.26 30.1 48.2 55 60 70 80 90 0 20 40 60 80 100 120 乐观情况保守情况 1.5 IGBT——市场空间|光伏IGBT市场空间大,预计2025年规模翻倍 资料来源:中商产业研究院、宏微科技招股说明书、中国光伏行业协会、天风证券研究所 9 来源:中商产业研究院、天风证券研究所 根据Yole数据,2020年全球新能源汽车IGBT市场规模为5.09亿美元。

EV-volume数据显示2020年全球纯电动车和混合动 力汽车的销量为324万辆。

由中美平均汇率6.5人民币/美元进行换算,推算出IGBT单车平均价值量为1021元/辆。

假设2022年平均单车IGBT价值仍维持2020年水平。

我们预测,2022年中国新能源汽车销量500万辆。

那么预计2022年中国 新能源汽车IGBT(主驱动模块)市场规模达到51亿元,等效需求8英寸晶圆66.6万片/年。

91.28 153.4 260.78 380.87 492.02 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 20162017201820192020 50.7 77.7 125.6120.6136.7 320 500 0.0% 5.0% 10.0% 15.0% 20.0% 25.0% 0 100 200 300 400 500 600 201620172018201920202021E 2022E 新能源汽车销量新能源汽车占汽车销量比重 来源:中商产业研究院、天风证券研究所 图:2016-2020年中国新能源汽车保有量变化趋势(万辆)图:2016-2020年新能源汽车销量(万辆)及占汽车销量比重变化趋势 1.6 IGBT——市场空间|新能源车需求旺盛 来源:国家统计局、时代电气招股说明书、天风证券研究所 10 高铁:按照2035年七万公里计算,将城际计算入高铁内,每列高铁IGBT价值量152万,高铁年均需求量219.96列,平均 每年新增价值33434万。

普通客车+货车:按照2035年20万公里计算,每辆车IGBT价值量100万,机车头年均需求量293.88台,平均每年新增价 值29388万。

城铁:按照2025年新增3000公里计算,每列城市铁路IGBT价值量50万,城铁年均需求量506列,平均每年新增价值 25308万。

加上维修市场价值与更换市场价值,预计未来5年年均IGBT模块价值总量为35亿元。

高铁(含城际)普通列车城铁 高铁年均需求量(列) 219.96机车头数量年均需求量(台) 293.88城市铁路车辆数量年均需求量(列) 506 每列高铁IGBT价值量(万) 152每列普通列车IGBT价值量(万) 100每列城市铁路IGBT价值量(百万) 50 平均每年新增价值(万) 33434平均每年新增价值(万) 29388平均每年新增价值(万) 25308 按照市占率80%计算(万) 26747按照市占率80%计算(万) 23510按照市占率60%计算(万) 15185 维修市场价值(万) 29777维修市场价值(万) 110000维修市场价值(万) 12778 更换市场价值(万) 0更换市场价值(万) 88000 更换市场价值(万) 0 图:轨交行业IGBT价值量 来源:国家统计局、2020年铁道学公报、时代电气招股说明书、天风证券研究所 1.7 IGBT——市场空间|轨交需求较为稳定 来源:国家统计局、2020年铁道学公报、时代电气招股说明书、天风证券研究所 11 来源:国电检测公众号、天风证券研究所 目前,中国已经成为全球风力发电规模最大、增长最快的市场。

2020年,中国新增风电装机容量71.7GW,累计 风电装机容量达到281.5GW。

预计2021年,中国新增风电装机容量将达65.9GW,累计风电装机容量达 291.3GW。

预计2025年,风电装机400-536GW,则从21年到25年平均每年新增35.4GW,对应的电气设备价值量是354 亿元。

我们预计,与之对应的IGBT模块价值量有望达到6.2亿元。

来源:国电检测公众号、天风证券研究所 图:机组总体结构图图:风力发电机组的控制系统结构图 1.8 IGBT——市场空间|风电市场亦具备少量需求 资料来源:中国电力企业联合会、英飞凌工业半导体、阿里巴巴1688商城、天风证券研究所 如何理解换电的经济性以及市场容量? 2 12 13 2.1蔚来换电模式:车电分离,可充可换可升级 电动汽车换电模式是指通过集中型充电站对大量电池集中存储、集中充电、统一配送,并在电池配送站内对电动汽车进行 电池更换服务或者集电池的充电、物流调配、以及换电服务于一体。

从新能源汽车技术发展来看,当前新能源汽车“充电+ 换电+车电分离销售”模式成熟,新能源汽车电池可买可租可换。

蔚来目前车电分离的销售模式,用户可选择购买不含电池的裸车,电池租赁使用,可大幅降低购车的初期价格和电池维护 维修成本;同时,通过换电站集中科学管理电池,可延长电池使用寿命,便于循环、回收,更加安全、环保,为用户提供 一种新的生活方式和体验。

可充可换可升级,蔚来换电站搭配超充桩、专属桩、一键加电等多种补能方式,换电补能便捷随心,更可畅享技术升级红 利,电池持续迭代更长续航,更广探索。

图:蔚来电池租用服务图:蔚来换电站 来源:蔚来官网、天风证券研究所 来源:蔚来官网、天风证券研究所 14 以蔚来和中国石化合作的首个智能换电站中石化朝英站为例,其采用的是蔚来二代换电站,占地面积60平方米,大小约4个 车位,拥有电池储量13块,每天支持312次换电,单次换电时间为4分30秒,第二代换电站支持AVP自动泊车入站、车内一 键自助换电、自动调整车辆姿态等功能。

作为全球首个量产实现车辆自动泊入的换电站,蔚来二代换电站采用SAP柔性换电平台,是由软件定义的端云结合的智能换 电系统,具有自动停泊、自动换电、便捷高效等特点,用户无需下车,在车内一键即可完成泊车换电业务。

换电站支持全车三电系统自检,每次换电都会对电池、电机和电控系统进行自检,全方位确保车辆在满电出发前始终处于最 佳状态。

此外,二代换电站还采用Bayobolt专利快换机构,实现无损加解锁,单颗更可提供3吨锁紧力。

存储上,换电站拥有电池储量13块,单日可提供换电服务最多312次,并采用恒温水冷系统,确保站内电池充电速度和安全 不受气温影响。

采用双轨道出入仓设计,回收电池同步从电池仓内推出满电电池,进一步缩短换电时间。

图:SPA柔性加解锁平台图:大容量电池仓设计 资料来源:蔚来官网,太平洋电脑网,天风证券研究所 2.2换电设备介绍:AVP自动泊车入站、SPA柔性加解锁平台、大容量电池仓设计 资料来源:蔚来官网,太平洋电脑网,天风证券研究所 15 2.3换电数量及渗透度:换电站建设提速明显,电区房覆盖率提升 蔚来换电站建设近期提速明显:10月份又新增了81座,在过去的7个月里,累计新建成了400座换电站, 是过去3年建设总量的两倍。

而青岛中石化黄岛换电站的正式上线,标志着蔚来在全国范围内已累计建成 了600座换电站,其中二代占比增加至66.83% 随着换电站数量的增多,其车站比(平均每个换电站服务的用户数量)降至272辆/座,环比下降12.82%。

与此同时,另有455座超充站、567座目的地充电站建设完成,并且蔚来在全国范围内接入了420000+根 第三方充电桩。

换电已成为蔚来用户最喜爱的加电方式之一,蔚来用户把距离换电站3公里内的住宅称为“电区房”,截至 10月底,蔚来累计为全国用户提供换电服务超450万次,蔚来在全国电区房的覆盖率达到了40.01%。

图:蔚来换电站数量(单位:座)图:蔚来换电站全国布局 0 100 200 300 400 500 600 700 800 1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月 换电站总数换电站新增数 来源:蔚来官网、天风证券研究所来源:皆电、天风证券研究所 16 2.3换电数量及渗透度:换电站建设提速明显,市场渗透度不断上升 根据蔚来汽车的NIOPower 2025换电站布局计划:2021年换电站建成目标总数由500座提升为700座以 上,并将在2022年春节前建成“五纵三横四大都市圈”的高速换电网络,提供更加便捷高效的充能服务; 从2022年至2025年,在中国市场每年新增600座换电站,将90%的蔚来用户住所变成电区房;至2025年 底,蔚来换电站全球总数将超4000座,其中中国以外市场的换电站约1000座。

蔚来2021年换电站建成目标为700个,其中二代换电站占比66%,假设新能源车销售量为300万辆,年换 电总次数为500万次,根据单个消费者月换电次数我们可以测算出平均每辆车年充放电次数为52次,从而 得到换电合计覆盖95347辆车,换电对新能源车市场渗透度从2020年的1.68%增长到2021年的3.18%。

图:换电站数量,其中2021年为建成总数,2022-2025年为新建目标 (单位:座/年) 图:2021年蔚来换电站预期数量 0 100 200 300 400 500 600 700 800 2021年2022年2023年2024年2025年 资料来源:蔚来官网,维科网锂电,中汽协,天风证券研究所资料来源:蔚来官网,维科网锂电,中汽协,天风证券研究所 17 2.4换电经济性-消费者:使用年限越短,节省幅度越大 资料来源:蔚来官网,上海市发展和改革委员会,天风证券研究所 蔚来EC6标准版自购电池型的购车成本为408000元,假设消费者月行驶里程为1600公里,根据测算得月充电次数为4.37 次,电池单次充电成本为44元,得到充电月成本为193元,1年、3年、5年购车总成本分别为410320元、414959元、 419598元;而租用电池的购车成本为338000元,电池租赁月成本为980元,1年、3年、5年购车总成本分别为349760元、 373280元、396800元,购车成本对比降幅分别为14.76%、10.04%、5.43%。

蔚来EC6长续航版的续航里程和电池包容量都要优于标准版,假设同上,测算得出自购电池的月充电次数降为3.60次,自 购电池和租用电池的1年、3年、5年购车成本对比降幅分别为24.07%、17.39%、10.85%。

我们估算,在7年之内,使用 换电都是划算的。

从消费者角度来看,以蔚来EC6的标准版和长续航版为例,按照上海市非居民用户分时电价表来计算,5年内租用电池都是 有优势的。

换电其实本质上比较能满足一些喜欢尝鲜,车预估开5-7年的消费人群。

表:蔚来EC6标准版价格参数表:蔚来EC6长续航版价格参数 资料来源:蔚来官网,上海市发展和改革委员会,天风证券研究所 18 2.5换电经济性-营运车辆:有效提高运营效率 资料来源:中国储能网,历趣网,天风证券研究所 对于营运车辆而言,我们认为换电时间短、可以有效地延长营运车辆的营业时间,从而增厚收入。

以续航里程400公里的出租车为例,如日行10小时,一般需要充电两次,而每次充电为1小时左右,也就是每日充电时间就 需要至少占据2小时(不考虑去充电桩的时间),如果采用换电模式,单次换电仅为3-5分钟,所以仅为6-10分钟(不考虑 去换电站时间)。

所以,换电最大的优势是为营运车主创造更长的营业时间。

营运车辆也可以采用蔚来的模式(车主不用自购电池、付电池月租),但由于营运车辆单价偏低,首次采购成本较低这一优 势我们认为对于营运车辆而言较为薄弱。

我们认为营运车辆更有可能的换电模式,是车主自购电池+按次交费,每次交费为充电费用+额外换电费用(比如20元/次), 只要这个换电费用低于每天多出的2小时营运收入,车主一般就会比较有动力。

表:营运车辆价格参数图:换电时长对比 资料来源:蔚来官网,天风证券研究所 用户自购电池租用电池 续驶里程(公里) 400400 带电量(KWH) 5050 单日经营时间(小时) 1012 单月经营天数(天) 2525 月行驶里程(公里) 1250015000 单公里收入(元) 1.51.5 月收入(元) 1875022500 月换电次数(次) 50 换电单次成本(元) 73 月换电成本(元) - 3650 月充电次数(次) 50 - 充电单次成本(元) 53 - 电池充电月成本(元) 2650 - 不考虑保险、保养等的月利润(元) 1610018850 19 2.6换电经济性-汽车企业:换电站促进盈利增长 从汽车企业的角度来看,换电经济性主要取决于两方面的因素。

(假设换电站电池数量与消费数量维持1:1关系,5%电池 冗余量) 第一个方面是汽车销售,根据蔚来3季报的数据,我们假设EC6标准版整车包括电池的毛利率是18%,而如果消费者购车时 选择租用电池,蔚来汽车销售的毛利率达到了18.77%,所以对于汽车企业来讲,销售出租电池的电动汽车的收益会更多。

第二个方面是换电站经营:我们认为,换电站经营需要考虑两种场景,一种为针对非营运车辆的换电(主要为私家车);一 种为针对营运车辆的换电(例如出租车、物流车等)。

针对非营运车辆:我们借鉴蔚来模式,假设设备折旧年份为10年,测算得出非营运车辆的小规模换电站的利润率为14.05%, 大规模换电站的估算利润率为11.83%。

之所以利润率较好,我们认为主要系私家车月充电次数较少,电池月租费相当于用 户月充电费用的5倍左右,给予换电站较好的盈利空间。

表:汽车销售 换电站经营小规模大规模 收入项36897823723440 实际日换电次数(次) 4647 单个消费者月换电次数(次) 4.444.44 单站服务消费者数量(人) 314317 单个消费者单月贡献(元/月) 980980 收入(元/年) 36897823723440 成本项32340873370868 设备总投入(元) 10000002000000 设备折旧(元/年)*假设10年折旧100000200000 工作人员数量(人) 11 职工薪酬及福利(元/人月) 80008000 人工成本(元/年) 9600096000 配备电池系统数量(个)假设5%的冗余设置329332 电池单个购置成本(元)*假设批量采购略有折扣6000060000 电池折旧成本(元/年)*假设10年折旧19766691994700 平均每个电池充电次数(次/月) 44 单次充电成本(元)*假设商用电收费标准6060 电费成本(元/年) 10030181012168 换电站车位数(个) 34 换电站面积(平方米) 4050 月租金(元) 32004000 年租金成本(元) 3840048000 其他成本(元)营销、融资、物业等2000020000 估算利润455695352572 估算利润率12.35% 9.47% 资料来源:蔚来官网,维科网锂电,中汽协,中国日报网,新能源汽车 网,皆电,智行驾道,天风证券研究所 资料来源:蔚来官网,天风证券研究所 表:针对非营运车辆的换电站运营—如采用蔚来模式 20 2.6换电经济性-汽车企业:针对营运车辆的测算 第二种是针对营运车辆。

营运车辆与非营运车辆有较大差异,因其充电需求高度频繁,例如出租车,单日充电次数可能达到2次左右,因而充电成本是大大 增加的。

蔚来模式:跟非营运车辆一样收月租,我们认为盈利能力会较差,因为月租费收取不可能太高。

以蔚来EC6标准版为例,其收取车主单月电池租赁费用为 980元,为该车主月充电费用的5x左右;出租车车主单月2650元左右,换电站不可能收5倍于其单月充电费用的租金,而只可能略高于月充电费用,否则 出租车主采用换电不经济。

按次收费模式:这种模式之下,车主还是自购电池,然后按照充电费用+换电费用给换电站按次交费。

之所以换电,不是因为单次采购车辆节约了电池成本, 而是用换电每日多了2小时左右的营运时间。

换电站自备电池比蔚来模式要少,因为其一半充电是给自身配备的电池,一半充电是给车主电池。

其盈利能力 预期明显强于蔚来模式。

表:针对营运车辆的换电站运营—如采用蔚来模式 资料来源:蔚来官网,维科网锂电,中汽协,天风证券研究所 换电站经营小规模大规模 收入项25200007560000 实际日换电次数(次) 100300 单个消费者月换电次数(次) 50.0050.00 单站服务消费者数量(人) 60180 单个消费者单月贡献(元/月) 35003500 收入(元/年) 25200007560000 成本项26784007600000 设备总投入(元) 10000002000000 设备折旧(元/年)*假设10年折旧100000200000 工作人员数量(人) 11 职工薪酬及福利(元/人月) 80008000 人工成本(元/年) 9600096000 配备电池系统数量(个)假设5%的冗余设置63189 电池单个购置成本(元)*假设批量采购略有折扣4000040000 电池折旧成本(元/年)*假设5年折旧5040001512000 平均每个电池充电次数(次/月) 4848 单次充电成本(元)*假设商用电收费标准5353 电费成本(元/年) 19200005724000 换电站车位数(个) 34 换电站面积(平方米) 4050 月租金(元) 32004000 年租金成本(元) 3840048000 其他成本(元)营销、融资、物业等2000020000 估算利润-158400 -40000 估算利润率-6.29% -0.53% 换电站经营小规模大规模备注 收入项26280007884000 实际日换电次数(次) 100300 单个消费者月换电次数(次) 50.0050.00 单站服务消费者数量(人) 60180 单个消费者每次交费(元/次) 7373 消费者除了充电费用,额外 交20块钱左右的换电费用 单个消费者单月贡献(元/月) 36503650 收入(元/年) 26280007884000 成本项25624007288000 设备总投入(元) 10000002000000 设备折旧(元/年)*假设10年折旧100000200000 工作人员数量(人) 11 职工薪酬及福利(元/人月) 80008000 人工成本(元/年) 9600096000 日换电100次,其中50次是给 营运车辆自有电池充电,50 次是给换电站自有电池充电 配备电池系统数量(个) 50150 电池单个购置成本(元) 4000040000 电池折旧成本(元/年)*假设5年折旧4000001200000 平均每个电池充电次数(次/月) 5050 单次充电成本(元)*假设商用电收费标准5353 电费成本(元/年) 19080005724000 换电站车位数(个) 34 换电站面积(平方米) 4050 月租金(元) 32004000 年租金成本(元) 3840048000 其他成本(元)营销、融资、物业等2000020000 估算利润65600596000 估算利润率2.50% 7.56% 表:针对营运车辆的换电站运营—如采用按次收费模式 资料来源:蔚来官网,维科网锂电,中汽协,中国日报网,新能源汽车网,皆电,智行驾道,天风证券研究所 21 2.7换电经济性-电池企业:扩大销售规模 资料来源:蔚来官网、天风证券研究所 假设蔚来EC6标准版销售1000辆电动汽车,如果消费者选择自购电池,那么电池企业可以销售1000个 电池;如果消费者选择租用电池,就需要到换电站进行换电服务,换电站需要保证1000辆车均配备电池, 且还有部分电池在充电,则有一定的电池冗余,我们假设换电站电池冗余比例为5%,以防消费者进行 换电时出现没有可用电池的情况,减少消费者排队等待的时间,提高换电站的运行效率和经济性。

所以 对于电池企业来讲,消费者购车时选择租用电池会促进销售金额的增加。

而如果是营运车辆的换电模式,我们认为对于电池企业也是有利的。

因为,其一,同样销售1000辆营运 车辆,营运车辆需要自配1000套电池,而换电站需要匹配一定的电池冗余供换电;其二,由于营运车辆 在换电模式下可以有效减少充电时间、提高单日盈利,所以有望令营运车辆中的电车比例提升,对于电 池企业同样有利。

图:电池企业销售情况对比 蔚来EC6标准版消费者自购电池消费者租用电池 销售电池数量(个) 10001050 电池带电量(KWH) 7575 销售电池单KWH价格(元) 800800 销售总金额(万元) 60006300 22 目前国内从事换电产业链的企业不足20家,其中换电站建设数量和换电专利技术领域主要被蔚来汽车和奥动新能源垄断,从 汽车换电业务的竞争力来看,目前蔚来汽车和奥动新能源在电动汽车换电行业的市场份额较大,且电动汽车换电业务、换电技 术及换电服务地区分布均较为广泛,其竞争力相对较强。

目前来看,换电设备市场空间广阔,我们从以下三种场景进行测算。

延续2021年的假设情况,我们预期2022-2025年的新能源汽车销售量分别为480、624、811、1055万辆,假设乐观场景下 的换电渗透度分别为6%、8%、10%、12%,悲观场景下的换电渗透度分别为4%、5%、6%、7%,中性场景下的换电渗透 度分别为5%、6%、7%、8%,可以看出采取换电的新能源汽车数量以及换电站数量增长较快,我们可以测算出在2022- 2025年悲观场景下的市场需求为31.38-145.44亿元,中性场景下为39.24-166.23亿元,乐观场景下为47.08-249.32亿元, 对应的悲观场景下增长率分别为76.38%、65.70%、58.58%,中性场景下为69.28%、61.07%、55.36%,乐观场景下为 88.10%、72.58%、63.13%,可以看出换电站的市场需求较大,未来增长潜力较大。

图:乐观场景下测算市场空间图:悲观场景下测算市场空间 图:中性场景下测算市场空间 图:换电站不同场景下的需求 2.8换电设备市场空间测算:市场空间广阔,蔚来竞争力较强 资料来源:证券时报网,蔚来官网,维科网锂电,中央人民政府网,新 华网,三一集团公众号,前瞻产业研究院,网通社,天风证券研究所 换电站总数20202021E 2022E 2023E 2024E 2025E 新能源汽车新增销售量(万辆) 1363204806248111055 换电渗透度1.68% 3.18% 9% 11% 13% 15% 采用换电的新能源车数量(辆) 2284810176043200068640010545601581840 单个换电站可提供换电服务(次) 254545454545 对应换电站数量(个) 1777001398222234145120 新增数量(个) 52369882411921707 蔚来新增(个) 523600600600600 换电站总数20202021E 2022E 2023E 2024E 2025E 新能源汽车新增销售量(万辆) 1363204806248111055 换电渗透度1.68% 3.18% 10% 12% 14% 16% 采用换电的新能源车数量(辆) 2284810176048000074880011356801687296 单个换电站可提供换电服务(次) 254545454545 对应换电站数量(个) 1777001554242436765462 新增数量(个) 52385487012521786 蔚来新增(个) 523600600600600 换电站总数20202021E 2022E 2023E 2024E 2025E 新能源汽车新增销售量(万辆) 1363204806248111055 换电渗透度1.68% 3.18% 12% 16% 20% 25% 采用换电的新能源车数量(辆) 2284810176057600099840016224002636400 单个换电站可提供换电服务(次) 254545454545 对应换电站数量(个) 1777001865323252528534 新增数量(个) 5231165136720203282 蔚来新增(个) 523600600600600 换电站总数2021E 2022E 2023E 2024E 2025E合计 悲观(个) 815156929135095855518947 YOY 93% 86% 75% 68% 中性(个) 815196234965944977821995 YOY 141% 78% 70% 65% 乐观(个) 8152354466184911466630987 YOY 189% 98% 82% 73% 设备单位投资额(万元/个) 200190180170 悲观场景下的需求(亿元) 31.3855.3591.71145.44 中性场景下的需求(亿元) 39.2466.42106.99166.23 乐观场景下的需求(亿元) 47.0888.56152.84249.32 悲观YOY 76.38% 65.70% 58.58% 中性YOY 69.28% 61.07% 55.36% 乐观YOY 88.10% 72.58% 63.13% 4680加工工艺变化几何? 3 23 24 2020年9月22日,特斯拉“电池日”首次发布4680“无极耳电池”。

4680电池是指直径 46mm、高度80mm的锂电池。

相较于之前的2170电池,特斯拉4680大圆柱电池的容量可 提升近5倍,功率提升6倍,同时续航里程增加16%。

3.14680大圆柱电池:直径46mm,高度80mm 图:4680圆柱电池构想 来源:Tesla Battery Day,天风证券研究所 25 对比传统的动力电池,大圆柱的优势主要体现在电池容量、生产成本和效率。

尺寸变大,也带来了电芯数量的减少,2170圆柱电池需要4400+个电芯,而4680电池仅需要950个: 1)能够提高PACK空间利用率,提升成组效率; 2)结构件减少,进一步降低了制造成本,单位生产成本可下降14%。

3.24680大圆柱电池优势明显:电池容量提升、效率提升、生产成本下降 图:电芯数量对比 来源:Tesla Battery Day,天风证券研究所 图:大体积电池成本更低(红线) 来源:Tesla Battery Day,天风证券研究所 26 从全极耳电池制造工艺流程来看,前端极片制作和后端检测激活与传统电池并无实质变化, 变化的关键是全极耳制作、连接等电芯组装段,需要新增全极耳成型、全极耳与集流盘或壳 体连接、检测及连续组装等工艺和设备。

主要工艺变化有以下两点: 1、无极耳技术:将正负极集流体与盖板/壳体直接连接,把整个集流体都变成极耳。

2、干电极技术:彻底跳过加入溶液的步骤,直接用粉末擀磨成薄膜。

3.3电池工艺变化:关键是全极耳制作、连接等电芯组装段 27 传统的圆柱电池使用卷式设计,将正负极铜箔、铝箔隔膜叠加起来卷绕,为了引出电极会在铜箔和 铝箔两端分别焊接一个引出线叫极耳,换句话说,极耳是电池正负两极在进行充放电时的接触点。

这个过程中,电流必须流经这些极耳才能到达电芯外。

但是,当电流在往外跑的过程中,电阻也会 随着距离的增加而提高。

此外,由于极耳会增加电芯的内阻,让电池充电时热量过高,影响电池寿 命,也会带来安全性问题。

3.3.1电池工艺变化-无极耳技术 图:传统电池 来源:Tesla Battery Day,天风证券研究所 28 4680无极耳电池也可称为全极耳电池,通过正负极集流体与盖板/壳体直接连接,把整个集流体都 变成极耳,使得电流由之前的点接触改成了100%面接触。

增大传导面积的同时,缩短电流传导距离,大幅降低电池内阻和发热量,解决高能量密度电芯的发 热问题,并提高充放电峰值功率,可以进一步保障电池容量大幅增加后的充电效率以及安全性,并 通过优化电池结构件、简化电池生产工艺流程等,提升电池标准化生产能力、降低电池成本。

3.3.1电池工艺变化-无极耳技术 图:无极耳电池 来源:Tesla Battery Day,天风证券研究所来源:Tesla Battery Day,天风证券研究所 图:无极耳电池充电效率提高 29 无极耳电芯技术路径的实现,底层逻辑支撑是干电极技术。

传统电池制作工艺,需要将材料粉末放入溶液中,再进行干燥和压成膜。

干电极技术,是一种正/负极材料压制技术,跳过加入溶液的步骤,将少量细粉状粘合剂(PTFE) 与正极或负极材料混合,通过薄膜沉积技术形成电极材料带,随后再压延在金属箔集流体上形成成 品电极——最终表现为覆盖电极膜的基板。

在无极耳电芯中,特斯拉恰是用电极膜基板(部分)取 代了极耳的作用。

这一加工过程的工艺难度极大。

但好处是采用这一技术后,电池生产流程减少,速度能够提升。

据马斯克介绍,目前这项技术已经接近成功,可以满足少量的试生产,但还不具备量产能力。

如果成 功,将带来18%的成本降低。

3.3.2电池工艺变化-干电极技术 30 有两种实现方式: 先切割后卷绕:通过计算,在卷绕之前就切成很多份,卷绕时切开的部分就是一条直线,然后再焊接。

按照这种工艺,良率可以实现60%+ 先激光模切后卷绕:卷绕后再对留白铜箔激光模切,对精度要求很高。

如果两层铜箔之间有缝隙,激光 能量比较大,会造成不同铜箔之间的间隙不一样,还有可能切到材料。

造成内阻不一样。

在这种工艺下, 良率可以提升到70%+ 3.4全极耳/无极耳实现方式 图:工艺实现方式 来源:高工锂电网,天风证券研究所 31 制造4680电芯过程中,主要问题是工艺的匹配、自动化设备的匹配 在涂布工艺上,全极耳一定的弧形造成对设备的精密度要求更高,外圈留白比内圈留白会越来越多; 在分切工艺上,要求更高,如果边不齐,造成极耳贴合出现缝隙; 核心:点焊工艺来看,全极耳激光点焊会造成焊点增加(4680的焊点数量相比21700提高五倍以上)。

3.54680电池在制造过程中遇到的难点 图:动力电池激光焊接机 来源:维科号,天风证券研究所 图:动力电池激光焊接机 来源:弘远激光官网,天风证券研究所 如何理解复合集流体及其经济性? 4 32 33 4.1复合集流体:PET镀铝膜和PET镀铜膜 PET镀铝膜是通过真空蒸发镀膜工艺将PET基膜的两面都沉积上铝,铝层厚度约为0.8-1.5微米,导电性≤40mΩ。

用PET材料 代替金属铝,可以提高电池体系的能量密度、增加电池体系的安全性和稳定性。

PET镀铜膜是在厚度约为4微米的塑料薄膜表面先采用真空沉积铜的方式,沉积一层约1微米的金属层,使薄膜双面都具有导电性, 其制作工艺包含真空磁控溅射,铜堆积层和清洗抗氧化保护。

核心技术均是采用超薄型聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)作为基材,以双面同步真空镀膜技术制成复合功能层,其中镀铝膜和镀 铜膜的工艺有所不同,涉及离子置换工艺。

图:复合集流体结构 图:重庆金美复合铝箔 图:重庆金美复合铜箔 来源:重庆金美环评报告、天风证券研究所 来源:重庆金美环评报告、天风证券研究所 来源:重庆金美环评报告、天风证券研究所 34 4.2 PET镀铝膜:区别、优点 图:传统铝箔工艺流程图图:PET镀铝膜工艺流程图 对比项目PET镀铝膜传统铝箔工艺 工艺原理真空镀膜压延 工序长度4-5道8-9道 生产环境真空腔体构成了密闭环境敞开的车间环境,粉尘大 污染物类型有价值的金属废渣、真空泵机机械噪声废水、废气、有价值的金属废渣、机械噪声 表:PET镀铝膜和传统铝箔的区别 相比于传统铝箔,PET镀铝膜的优点: 工艺流程大大缩短 避免了原有压延工艺尘埃大、油污多等问题 属于高效、简洁,清洁的生产工艺 来源:重庆金美环评报告、天风证券研究所 来源:重庆金美环评报告、天风证券研究所 来源:重庆金美环评报告、天风证券研究所 35 4.3 PET镀铜膜:区别、优点 对比项目PET镀铜膜传统铜箔工艺 工艺原理真空镀膜+离子置换溶铜电解+水电镀 基膜PET/PP原料膜使用铜料,溶铜后生成生产基膜 工序长度8-10道13-15道 粗化工序不需要需要 物料传送方式连续离子置换法多种金属电镀 生产环境前工序真空腔体构成了密闭环境前工序在可密闭的电解设备中进行 水洗工序只涉及酸/碱性离子置换后清洗传统铜箔生产涉及镀多种金属,镀后 都需要清洗 前工序污染物有价值的金属废渣、真空泵机机械噪声 废水、废气、废渣是无价值的含金属 泥,滤芯等、机械噪声 后工序污染物污水、废气、废渣是无价值的含金属 泥,滤芯等、机械噪声 污水、废气、废渣是无价值的含金属 泥,滤芯等、机械噪声 相比于传统铜箔,PET镀铜膜的优点: 工艺流程大大缩短,采用真空镀膜工艺形成膜面作为阴极,可直接在离子置换设备中反应,且真空工序无污染,铜箔的溶铜 电解工艺同样有污染物排放 采用了新型的药剂体系,规避了氰化物等剧毒物质,使生产过程的排污量更好,污染物也更容易处理 抗氧化采用有机抗氧化液,抗氧化直接进行烘干工艺,药剂进行循环使用,避免了金属污染物的排放 表:PET镀铜膜和传统铜箔的区别 来源:重庆金美环评报告、天风证券研究所 36 4.3 PET镀铜膜:区别、优点 图:传统铜箔工艺流程图图:PET镀铜膜工艺流程图 来源:重庆金美环评报告、天风证券研究所 来源:重庆金美环评报告、天风证券研究所 37 4.4经济性测算 来源:重庆金美环评报告,天风证券研究所 全球铜库存量的显著下降引发市场对于2022年铜供应短缺的担忧:截至11月19日,全球铜库存连续20周下跌,上 周(11.8-11.14)更是下跌9%。

2021年年初至今,全球现货市场铜库存量已下降34万吨,并且下半年出现了加速下 降,其中,上半年库存增加了13.7万吨,下半年库存减少了47万吨。

低库存高升水和高通胀对铜价支撑较强,短期 内铜价仍将震荡偏强运行。

PET镀铜膜可大幅减少铜用量,降低成本:PET镀铜膜是在4μm的PET膜两边各镀1μm的铜形成的6μmPET镀 铜膜,减少约2/3的铜用量,替代传统6μm铜箔效果比较理想。

图:PET镀铜膜技术图示图:锂电池电解铜箔 来源:铜陵汇利丰科官网,天风证券研究所 PET镀铜膜 传统铜箔 6um铜箔 1um 铜箔4um PET 1um 铜箔 38 4.4经济性测算 成本构成:铜箔、铝箔成本主要由两部分构成,即原料价格和铜箔/铝箔加工费。

根据统计,当前国内电解铜价格为71552.5元/吨,6微米铜箔加工费均价为46450元/吨,我们假设1微米铜箔加工 费均价为49000元/吨,得出6微米铜箔成本为11.80万元/吨,1微米铜箔成本为12.06万元/吨。

当前国内电解铝价 格为18951.25元/吨,我们假设6微米铝箔加工费均价为24500/吨,1微米铝箔加工费均价为29500/吨,得出6微米 铝箔成本为4.35万元/吨,1微米铝箔成本为4.85万元/吨 经济性测算:采用PET镀铜膜对传统6微米铜箔进行替代可以减少65.28%的原料成本,采用PET镀铝膜对传统6微 米铝箔进行替代可以减少56.88%的原料成本 成本比较(以1吨6um铜箔计算) 铜成本(万元) PET成本(万元)总成本(万元)成本减少 6um铜箔11.8011.80 1um铜箔*2+4umPET 4.020.084.1065.28% 成本比较(以1吨6um铜箔计算) 铝成本(万元) PET成本(万元)总成本(万元)成本减少 6um铝箔4.354.35 1um铝箔*2+4umPET 1.620.261.8756.88% 来源:上海有色网,生意社,重庆金美环评报告,天风证券研究所 39 5风险提示 行业政策调整:国家和国际上贸易税收政策存在收紧风险,可能对行业业绩造成影响。

下游投资不及预期:机械市场需求受经济形势和宏观调控的影响较大,如果全球经济出现重大 波动。

国内宏观经济或消费者需求增长出现放缓趋势,则机械市场增长也将减速 行业竞争加剧:中国大陆机械设备市场空间巨大,若海外机械龙头企业加大对大陆市场的重视, 大陆机械设备市场竞争可能加剧,影响国内机械设备厂商的发展。

原材料价格波动:机械设备厂商高度绑定上游原材料供应商,原材料价格波动会直接影响机械 设备厂商业绩。

本文对IGBT市场空间测算、换电站市场空间测算、PET镀铝膜和PET镀铜膜经济性测算是基于一 定前提假设,存在假设条件不成立、市场发展不及预期等因素导致测算结果偏差。

40 股票投资评级 自报告日后的6个月内,相对同期沪 深300指数的涨跌幅 行业投资评级 自报告日后的6个月内,相对同期沪 深300指数的涨跌幅 买入预期股价相对收益20%以上 增持预期股价相对收益10%-20% 持有预期股价相对收益-10%-10% 卖出预期股价相对收益-10%以下 强于大市预期行业指数涨幅5%以上 中性预期行业指数涨幅-5%-5% 弱于大市预期行业指数涨幅-5%以下 投资评级声明 类别说明评级体系 分析师声明 本报告署名分析师在此声明:我们具有中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格或相当的专业胜任能力,本报告所表述的所有观点均准确地反映了我们对标的证 券和发行人的个人看法。

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