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(报告出品方/作者:财通证券,龚斯闻、林煜) 三元路线占据正极市场

简介: (报告出品方/作者:财通证券,龚斯闻、林煜)1、 三元路线占据正极市场的主流,高镍化成未来趋势1.1 正极材料是锂电池的重要上游,三元路线占据市场主流正极材料是锂电池产业链的重要上游环节。

(报告出品方/作者:财通证券,龚斯闻、林煜)1、 三元路线占据正极市场的主流,高镍化成未来趋势1.1 正极材料是锂电池的重要上游,三元路线占据市场主流正极材料是锂电池产业链的重要上游环节。

其中正极材料是其电化学性能的决 定性因素,对电池的能量密度及安全性能起主导作用,且正极材料的成本占比也 较高,占锂电池材料成本的30%-40%,因此正极材料是锂电池最为关键的材料。

从产业链看,正极材料上游包括金属矿(钴矿、镍矿、锰矿、锂矿)原材料,下 游为动力电池、3C电池和储能等领域的应用。

当前锂电池的正极材料主要分为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料等多 种技术路线,作为对比,成本、能量密度、安全性为核心指标。

钴酸锂作为第一 代商品化的锂电池正极材料,具有振实密度大、充放电稳定、工作电压高的优势, 在小型电池中应用广泛。

但钴酸锂成本高、循环性和安全性较差;锰酸锂比容量 较低、循环性能特别是高温循环性能使其应用受到了较大的限制;磷酸铁锂价格 较低、环境友好、安全性和高温性能较好,但能量密度较低、低温性能较差;三 元材料综合了钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂三类材料的优点,存在明显的三元协同效 应,能量密度更高,但成本较高,安全性要求更高。

三元材料因突出的单体能量 密度,能极大程度提升续航里程,是目前乘用车动力电池的主要正极材料。

根据 GGII 数据,2020 年 中国正极材料市场出货量达 51 万吨,同比增长 27%。

从占比来看,三元材料占 比为 46%,因受到上半年疫情影响较 2019 年略有下滑,但仍占比最高,且增长 态势不变;磷酸铁锂材料因补贴效应弱化占比提升;除三元和磷酸铁锂外,其他 材料类型出货量占比下降。

1.2 能量密度叠加综合成本优势,高镍化成未来趋势高镍正极能量密度高,具备里程优势。

三元材料中,Ni/Co/Mn 是过渡金属元素, 形成固溶体,原子可任意比例混排;Ni 上升会提升容量;Mn4+呈电化学惰性,主 要起稳定结构的作用,Mn 含量上升会提升释氧温度,保障安全性;Co 既能稳定 材料的层状结构,又能减小阳离子混排,有利于电池循环性能。

目前电池能量密度方面 NCA>NCM811>NCM622>NCM523,随着能量密度的提升,整车里程焦虑不 断改善。

2010 年日产最早推出 LMO 的电动 车(聆风),2014 年开始 LFP 在国内新能源汽车上得到广泛应用,随着市场 对乘用车续航里程的要求,2016 年来三元材料逐步应用到新能源车上,在补贴 退坡的大背景下,三元材料逐渐从中低镍往高镍化发展,目前高镍 811 材料 已基本成熟,容百科技、当升科技等厂商已具备量产能力。

高能量密度和里程是未来乘用车的第一追求,高镍技术成为中长期发展的确实趋 势。

消费者最重要的两个需求维度分别是里程和价格,为了消除消费者真实的里 程焦虑需要电池的能量密度进一步提升。

由此我们认为中长期标称里程达到 600km 以上,配合快充的基础设 施建设,才能较好的消除里程焦虑,而平价与真实里程需求的共同满足需要高镍 锂电进一步的发展。

未来新能源汽车需要更高的电池容量,600 公里以上高镍是 最好的选择,800 公里以上高镍几乎是唯一的选择。

通过系统能量密度的进一步提升与自身降本,高镍锂电中长期有望从系统级成本 上接近或低于铁锂。

我们认为单 Wh 成本与价格上,高镍锂电高于铁锂,但通过 系统能量密度的大幅提升,与进一步降本下 Wh 成本差的缩小,到 2030 年高镍锂 电可实现系统级成本中低里程与铁锂相近,高里程(续航大于 800km)下低于铁锂。

从产品结构来看, 2020 年三元材料市场仍以 5 系及以下型号为主,但 5 系及以下材料占比同比下 降 9 个百分点。

随着补贴的持续退坡,动力电池市场将出现分化,倒逼车企和动 力电池企业的技术朝高能量密度发展,高镍化趋势明显,预计后续将会以正极材 料 NCM811 及 NCA 为主流发展方向。

高镍三元材料从 2017 年开始逐步导入进入市 场,市占率逐步提升。

高镍材料首先在圆柱电池中使用,随后宁德时始大规 模导入,需求开始逐步爆发。

2017 年,高镍正极占总三元材料的比重仅为 5%,2018-2020 年分别为 8%、15%、 24%,提升显著。

预计在 2025 年高镍占比可达到 46%,发展潜力巨大。

1.3 制备工艺:高镍产品对材料和工艺要求高前驱体为非标定制产品,是正极生产过程中技术含量最高的环节。

前驱体为正极 加工的前置生产工序,前驱体品质直接决定了最后烧结产物的理化指标。

三元前 驱体生产不同于钴酸锂、磷酸铁锂的前驱体,采用氢氧化物共沉淀法,将硫酸钴、 硫酸镍、硫酸锰在反应釜中按一定比例合成。

共沉淀法使得 NCM 的改性相对其它 几种正极材料而言更加容易,可以比较容易地控制前驱体的粒径、比表面积、形 貌和振实密度。

选择合适的沉淀剂、控制 PH 值、反应时间、温度、搅拌速度, 是影响前驱备的核心壁垒。

锂 电池正极材料的合成流程及关键设备存在共性,主要采用高温固相法,生产流程 大致包括前道工序(锂化混合、装钵)、 煅烧工序、后道工序(粉碎、分级、批 混、包装等)等三大部分。

首先,将前驱体和锂源进行精确计量后在混料机中混 合均匀,然后放入匣钵中进入窑炉,在一定的温度、时间、气氛下进行煅烧,冷 却后的物料进行破碎、粉碎、分级,得到一定粒度的物料,将其批混干燥,即得 到高镍三元正极成品。

三元材料核心生产流程是其中的煅烧工序,也是最为考验 厂家技术的环节。

高镍正极一般采用 低熔点的氢氧化锂,并对前驱体要求严格。

在煅烧过程中,温度低,时间长,通 常为二次煅烧,并且要求纯氧气气氛,对烧结窑炉密封性和车间环境(水分、温 度)的要求都比较高。

为了提高高镍三元材料性能(如热稳定性、循环性能或倍 率性能等),通常要对正极材料进行掺杂以及表面包覆处理。

1.4 三元材料成本拆分:原材料占比高,锂盐涨价下高镍材料有望受益三元材料成本中,原材料占比最高。

三元正极材料的定价模式为成本加成,厂商 主要利润来自加工费,其成本构成中原材料比重接近 90%。

目前在设备和工艺上各个厂家有所差异,生产三元材料的投料量也有所不同,结 合目前原材料的售价,我们根据生产每吨正极所需要的原材料进行理论用量和成 本分析,结合目前行业和相关厂家的数据和资料,我们做出以下假设:1、 原材料成本计算是根据元素守恒定律、三元材料的化学式,以及原材料的损 耗率,计算出单位质量三元材料所需上游原材料的质量,乘以每种上游原材 料的价格,得到原材料成本;2、 厂家自产前驱体生产三元正极材料;3、 将三元材料的成本构成分为原材料成本、前驱体加工成本、正极材料加工成本,售价拆分是在三元材料成本的基础上加上前驱体加工毛利和正极材料加 工毛利;4、 表中上游原材料价格全部为不含税单价,引用鑫椤锂电2021年 2月5日数据。

下游需求爆发,碳酸锂涨价幅度高于氢氧化锂,8 系三元正极的原材料成本占比 低于 5 系和 6 系。

在整个前驱体和正极材料制备过程中,单吨正极材料生产过程 的原材料成本占总成本的比重最大,NCM523、NCM622、NCM811 的原材料成本分别达到 87.98%、86.78 和和 81.55%。

硫酸钴是正极中价格最贵的原材料,NCM523含钴量和 NCM622 相当,但 NCM622 材料由于镍增多而原材料最便宜的硫酸锰减 少,因此 NCM622 的原材料成本高于 NCM523,达到 11.29 万元/吨。

而 NCM811 材 料不仅贵金属钴的用量最少,且使用了氢氧化锂作为锂源,由于 2020 年 11 月以 来碳酸锂价格涨幅远高于氢氧化锂,当前碳酸锂售价已高于氢氧化锂,因此 NCM811 材料的原材料成本最低。

从正极材料加工成 本来看,NCM811 的售价高于 NCM523 和 NCM622,主要原因一是高镍材料生产环境 要求较高,需要纯氧烧结,单吨耗氧量在 4 吨以上,氧气成本占比居高,NCM523 煅烧只需要空气气氛;二是高镍三元正极耗电量高于普通正极材料,三是由设备 要求造成的能耗成本过高等,由此造成加工费偏高。

将 NCM523,NCM622,NCM811 进行价格分拆,对于锂电正极材料的费用来说,占比最大的都是原材料的成本, 而当前 NCM811 的原材料成本最低,因此 NCM811 的正极加工利润显著高于 NCM523 和 NCM622。

随着镍含量增高,加工费用增大,因而随着镍含量增大,正极加工 成本、正极加工利润均逐渐增加。

正极采用成本加成计 价,价格随原材料上下浮动,钴、锂矿上涨带来的材料企业原料库存涨价,将改 善正极业务盈利。

2、 电动化浪潮下动力电池需求爆发,三元正极材料出货量快速增长2.1 全球新能源汽车市场高景气,动力电池需求持续高增长全球新能源汽车市场快速增长。

从2011年以来,以特斯拉、比亚迪等为代表的新 能源汽车高速发展,全球新能源汽车销量从2013年的20.2万辆上升至2020年的 312.5万辆,年均复合增速达到41%。

2020年全球新能车销量约310万辆,同比增 长约为41%,市场份额从此前的2.5%提升到了4%。

从全球来看,不仅仅是欧洲的车企,全球主流车企都陆续制 定了电动化规划,2020-2022 年将迎来第一波车型投放周期。

2020 年 上半年受疫情影响,欧洲市场汽车销量下降明显,为刺激经济和消费,同时加快 电动化进程,欧洲市场主要国家如德国、法国以及英国都加大了对新能源汽车的 补贴力度,同时延长了补贴的期限。

在正向激励和负向约束、补贴和非补贴、长 期和短期相结合的新能源车政策支持下,2020 年下半年欧洲市场新能源车需求 超预期呈现大爆发态势,新能车渗透率快速增长。

随着疫情好转叠加政策刺激, 欧洲市场未来的增长很可能再次超出预期。

2020 年欧洲市 场受到排放法规限制及政策补贴的影响,新能源汽车销量逆势大幅增长,根据 Marklines 数据显示,欧洲全年乘用车销量超 126 万辆,首次超越中国成为新能 车销量最高的市场。

德国、法国和英国的新能源汽车销量尤为亮眼,其中德国以 年销量 40.4 万辆位居欧洲第一,约占 31.8%;法国销量为 19 万辆,位居欧洲第 二;英国以 18 万辆排名第三。

另外,由于燃油车型受疫情影响销量承受较大冲 击,因此分母总体变小,在新能源汽车快速增长的背景下欧洲市场的渗透率大幅 提升。

随着疫情恢复以及新车型的推出,2020 年 7 月开始销量开 始恢复正增长,并实现 2020 年国内新能车销量的同比增速由负转正。

受益全球新能源汽车市场的高 速增长,全球动力电池也进入爆发期,全球动力电池出货量从 2013 年的 13.8GWh 上升至 2020 年的 192.9GWh。

近十年间,国家密集出台多项扶持新能源汽 车发展的相关政策,从宏观综合、行业管理、税收优惠、科技创新、推广应用、 基础设施等方面制定了全面的政策,促使我国的新能源汽车产业驶入快车道。

2010 年,将新能源汽车作为“国家战略性新兴产业”;2012 年,《节能与 新能源汽车产业发展规划(2012–2020)》正式出台,并做为 2020 年以前我国新 能源汽车产业的发展导向标;2016 年出台《节能与新能源汽车技术路线图》,提 出在 2028 年新能源汽车逐渐成为主流产品,汽车产业初步实现电动化转型,智 能网联汽车技术产生一系列原创性科技成果;2017 年出台《汽车产业中长期发 展规划》为新能源汽车的发展进一步指明了前路和目标,包括继续完善创新, 加强核心技术攻关能力,突破重点领域引领汽车产业转型升级,提升质量打造本 土国际领军企业等;2020 年国常会通过《新能源汽车产业发展规划》,明确引导 新能源汽车产业有序发展,推动建立全国统一市场,提高产业集中度和市场竞争 力。

从 2009 年开始新能源汽车推广试点以 来,我国接连推行补贴政策支持新能源汽车快速、稳定、健康的发展,此后并不 断对补贴政策进行调整。

2020 年上市的新能车中,短续航里程新能车的比例 缩小,长续航里程的新能车比例迅速增加,而且长续航车型扎推聚集。

2019 年 市场上新能车主流续航里程 300 公里以上占比仅 15%左右,2020 年续航里程在 300 公里以上的占比已超过了 60%,预计 2021-2023 年将有更多续航超过 600km 甚至 800km 的新能车面市。

在整车布置空间有限的前提下,提升续航里程 一个有效的解决方案是提高电池系统的能量密度。

市场需求驱动动力电池能 量密度不断的提升,2019 年新能车市场能量密度小于 120Wh/kg 的占 70%以上,到 2020 年电池系统能量密度大于 120Wh/kg 占市场份额 85%以上,而且已经 有能量密度 180Wh/kg 以上的电池系统面世。

2.3 正极材料出货量快速增长,三元高镍化势不可挡受益全球新能源汽车市场的高速增长,锂电正极出货量快速增长。

2020 年中国 正极材料出货量为 51 万吨,同比增长 27%。

从增长驱动力来看,带动全年正极 材料出货量增长的主要原因有:1)尽管上半年需求低迷,但在年中一系列政策 驱动下,下半年市场快速回暖,三、四季度正极材料出货量同比增长均超 30%, 带动全年出货量增长;2)在补贴刺激以及碳积分压力下,欧洲新能源汽车年销 量增长超过 100%,拉动 LG、宁德时代、SKI、SDI 等海外电池企业出货提升,进而带动国内正极材料出货量的增长;3)2020 年储能与小动力等细分市场整体增 长幅度超 50%,带动上游电池以及正极材料需求量提升。

补贴对续航里程的要求持续 提高,有望带动三元电池市场份额持续提升。

乘用车市场是三元电池主要应用领域,2019 年 NCM 三元动力电池在 EV 乘用车、 PHEV 乘用车和 EV 专用车实现装机量分别达 9.2GWh、1.5GWh 和 4.2GWh。

2020 年 NCM 三元动力电池在 EV 乘用车、PHEV 乘用车和 EV 专用车分别实现装机量达 26.6GWh、3.7GWh 和 3.0GWh,三元 NCM 在 EV 乘用车的装机量占比远远超过其他 车型。

3、 三元正极行业:格局强化,需求高增3.1 三元前驱体格局:上下游一体化布局,集中度略高于正极环节前驱体前五集中度 58%,略高于正极加工环节。

目前前驱体行业三类玩家均有参与:上游钴、锂企业的下游延伸布局,正极 企业的自用需求布局,或者针对前驱体生产研发的企业。

上游企业(如格林美、 华友钴业等)具备资源优势,可以有效调节原材料价格波动的影响,同时布局前 驱体是继续向下游正极延伸的铺垫。

下游正极企业(如当升、长远锂科)逐步加 大自身对前驱体的产能布局,更好的把握对正极材料品质的掌控,前驱体配制也 是研发的主要发力点。

专职企业(如中伟、邦普)具备更好的客户视野和技术积 累,如中伟股份已全面进入包括 LG 化学、特斯拉、宁德时代、比亚迪、三星 SDI、 ATL 在内的全球领先锂离子电池产业链,产品储备已覆盖全球主流电池企业。

3.2 三元正极竞争格局:三元市场集中度较低,产能扩张集中三元竞争格局分散:2020 年三元正极行业前五合计市占率 52%,其中前三分别 为容百科技(市占率 14%)、天津巴莫(市占率 11%)、长远锂科(市占率 10%), 行业集中度较低,尚未出现明显领先的龙头。

2020/2021 年行业三元有效产能约 24/31 万吨,前五集中度有望加强。

扩产主要集中在容百、当升、长远、厦门钨业等 正极一二线,前五市占率有望进一步提升。

2020 年全年电动车销量 287 万辆,同比增速 29%,对应全球动力电池需求为 149Gwh,2021 年持续高增长, 预计全年电动车销 441 万辆左右,同比增速 54%;2025 年国内/海外电动车渗透 率分别预计 20%和 15%,对应全球电动车销量约 1600 万辆,较 2020 年复合增速 35+%,其中国内/海外分别约 600/1000 万辆。

预计 2021/2022/2025 年全球三元正极需 求分别 27/38/117 万吨,复合增速达到 55+%。


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