锂电池三元正极材料行业研究报告

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2016年6月17日17:01:20锂电池三元正极材料行业研究报告已关闭评论 1,021 浏览 6605字阅读22分1秒

澄泓研究理念:让研报变诚实,使投资更简单。

澄泓研究•新视界工作室成员:简放、散人gjjn538、大徐子、明日花开、后来居上_dioyan、杨长雍、股市里的随风草(主稿)、吉普赛007

【核心观点】

◆虽然正极材料总体产能过剩局面短期难以缓解,产能过剩主要集中在钴酸锂和磷酸铁锂,但三元材料则是产能不足,尤其是优质三元材料还处于供应紧缺的状态。

◆预计2020年三元电池的需求量将会达到55.4GWh,相对于2015年增长11.6倍,未来5年的年复合增长率高达60.04%。

【正文部分】

一、主流正极材料对比分析

正极材料是决定锂离子电池容量、安全性和成本的最核心材料。锂离子电池主要构成材料包括正负极材料、隔膜材料和电解液,其中正极材料占总成本的40%左右。正极材料主要包括钴酸锂、三元材料、锰酸锂和磷酸铁锂四种,各种锂电池正极材料性能对比:

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磷酸铁锂成本低廉,性能稳定,安全行好,且国内技术成熟,没有专利的困扰,在现阶段国内动力电池领域占据核心地位,但是磷酸铁锂的能量密度是制约其发展的硬伤,在对体积和重量敏感的乘用车领域,能量比劣势被放大。三元材料是近几年新发展起来的新型材料,主要包括NCM(镍钴锰酸锂)和NCA(镍钴铝酸锂)两种。三元材料融合了三种材料的优点,具备协同作用,使得电池性能更好,具有容量高,安全性好的优点,但是缺点在于目前成本较高,高镍电池量产难。

二、三元材料制备工艺简介

目前,日韩在三元材料领域处于领先地位,国内有近百家科研院所和生产企业开展三元材料的研发,如北京大学、中南大学等,现已掌握成熟的技术,基本可满足国内市场需求。至今合成镍钴锰酸锂的方法有高温固相法、溶胶-凝胶法、喷雾干燥法、共沉淀法,但实现工业化生产的就只有共沉淀法,三元材料塑料反应釜的应用也是对于这种方法而言。

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常规的电池正极材料是钴酸锂LiCoO2,当前主流的三元材料则是镍钴锰酸锂Li(NiCoMn)O2,三元复合正极材料前驱体产品,是以镍盐、钴盐、锰盐为原料,里面镍钴锰的比例可以根据实际需要调整,三元材料做正极的电池相对于钴酸锂电池安全性高。

以镍钴锰酸锂为例说明三元材料生产工艺流程:

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三、行业壁垒分析

正极材料是动力电池的核心关键部分,对动力电池能量密度、循环寿命、安全性以及成本上起到了决定性的作用,技术壁垒也非常高。因此动力电池厂商对正极材料的供应商的选择也非常谨慎,正极材料企业进入供应链的周期长达2年。一方面需要半年到一年的产品的测试,完成质量的审核;另一方面,电池的生产需要材料保持高度的一致性和稳定性,实现双方生产工艺匹配的磨合期也较长。

因此,动力电池厂商一般不会轻易更换自己的供应商,供应链关系相对稳定。同时,也只有具备先进的技术,精准的作业标准、检测标准和高水平的专业生产工艺的正极材料企业才能够进入一流动力电池供应链,普通企业不具备该条件。因此,在动力电池强者恒强的竞争格局下,未来正极材料集中度将不断提升,行业混乱的竞争格局有望得到出清。

受锂离子电池市场需求的快速增长以及巨大发展前景的吸引,大量资金涌入锂离子电池产业链的各个环节,正极材料作为锂离子电池的核心材料,受到各路资金的追捧,成为了产能过剩的重灾区。一方面行业龙头企业为抢占未来市场份额,动辄上万吨产能的项目上马;另一方面,由于低端产品的进入门槛和退出壁垒较低,行业外的资金也被吸引进入,导致中小企业遍地开花,目前已经近200家企业。

据高工锂电研究所统计,2012年-2015年全国正极材料规划投资产能分别达到8万吨、13.5万吨、19万吨和26.8万吨,整体产能利用率不足50%,而且预计全球正极材料的市场需求不过15万吨。尽管行业产能过剩情况已经非常严重,企业的竞争战略和地方政府发展地方经济的两重因素下,新建产能仍在不断上马,行业总体产能过剩局面短期难以缓解。

产能过剩主要集中于钴酸锂和磷酸铁锂,而三元材料则是产能不足。三元材料技术壁垒较高,包括工艺、生产、设备等方面对技术要求壁垒高,目前技术专利主要掌握在日韩企业手中,且大规模应用于乘用车才刚刚开始,行业优质三元材料还处于供应紧缺的状态

四、三元材料加速替代磷酸铁锂

续航里程过短是制约电动汽车发展的主要原因,也是亟待解决的问题。与小型锂电对于单位体积能量密度有极为苛刻的要求不同,动力电池对于单位质量能量密度要求更高。动力电池的自重过高会反过来制约汽车续航里程,例如特斯拉Models电池重量达到0.9吨,几乎是整车质量的1/2。在具备产业化条件的正极材料中,三元材料能量密度高,价格适中,可靠性好,被看做是乘用车领域最具前景的正极材料。

动力电池发展体系:

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在能量密度的压力下,国内车企开始向三元材料倾斜。续航里程过短是导致大量消费者不接受电动汽车的主要原因之一,未来补贴退坡或退出后,市场要自我良性发展必须解决“里程焦虑”这一核心问题。在当前的正极材料体系下,磷酸铁锂的能量密度过低是不争的事实,因此国内车企和正极材料厂商已经意识到三元材料的重要性,开始大力进行三元材料的研发。

比亚迪、北汽、吉利康迪和众泰新能源汽车的销量占到了我国2/3的市场,这四家企业的选择对我国动力电池技术路径有极大的参考意义。比亚迪过去是磷酸铁锂的坚定执行者,现在虽然没有抛弃磷酸铁锂,但已经开始大力进行三元材料的研发,定下的目标是2015年达到180Wh/kg的目标。北汽新能源则一直坚持磷酸铁锂和三元材料两条腿走路;康迪采用的全部都是磷酸铁锂,未来不排除向三元迁移的可能;众泰已经开始由磷酸铁锂向三元材料迁移。

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新能源汽车需求爆发将直接拉动正极材料需求量井喷,2015年乘用车超过70%使用三元材料,我们预计未来三元材料在乘用车锂电池正极材料中的占比将逐年提升。2015年国内动力电池需求量为15.7GWh,三元材料电池出货量为4.26GWh,占比约为27.13%。2015年中国三元材料出货量为3.65万吨左右,同比增长55.3%。

2015年全国正极材料规划投资产能达到26.8万吨,而全球正极材料市场的需求不过15万吨,整体产能利用率不足50%。产能过剩主要集中在钴酸锂和磷酸铁锂,三元材料产能不足。另外,三元材料技术壁垒较高,且大规模应用于乘用车才刚刚开始,行业优质三元材料还处于供应紧缺的状态。

在3C锂电池领域,锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料中能量密度最高的NCA也低于钴酸锂。此外,目前高端钴酸锂已经能够做到高压实,苹果手机电池采用的就是高压实钴酸锂,而三元材料的颗粒结构目前难以做到高压实,因此在实际工艺中,三元材料能量密度无法超越钴酸锂中的高端产品。在该技术问题没有得到根本性的突破前,其难以真正的取代钴酸锂,因此在3C锂电领域钴酸锂短期内还难以被替代。

对于新能源客车而言,磷酸铁锂短期内依旧是主流。与乘用车相比,公交、公路客车等大巴车行使路程固定,单次里程较短,此外作为公共交通工具,乘客数量多,安全性高于一切,因此出现电池燃烧情况时,需要更长的逃生时间。因此新能源大巴对安全性、稳定性的重视程度要高过对续航里程的追求,此外大巴本身自重大,空间大,对重量和体积的敏感性小于乘用车。磷酸铁锂性能稳定,在标准电压下发热率最低,而且铁与磷和氧的结合能力非常强,高温工作下分子也非常稳定。钴酸锂及三元材料中的钴与氧结合能力不强,高温下容易释放出氧气与电解液中的有机溶剂发生反应,产生大量热量甚至爆炸。因此,磷酸铁锂短期内依旧是新能源客车的主流选择。

综合上述分析我们可以看出,未来三元材料将会逐步替代磷酸铁锂,成为新能源乘用车锂电池正极材料里的主力,未来市场前景巨大。

五、行业相关政策

2015年2月16日,科技部发布了《国家重点研发计划新能源汽车重点专项实施方案(征求意见稿)》,其中提出的目标为:轿车动力电池的单体比能量2015年底达到200瓦时/公斤,比2010年提高一倍;2020年达到300瓦时/公斤,总体水平保持在国际前三名以内。以目前磷酸铁锂的理论能量密度为170瓦时/公斤,且以工艺水平来看,基本上没有希望达到该目标。三元材料的能量密度目前已达180瓦时/公斤,而且理论上可以达到280瓦时/公斤,被业界视为唯一可实现科技部目标的动力电池正极材料。

2015年9月7日,工信部发布了《锂离子电池行业规范条件》,其中对正极材料企业,在产能、生产工艺以及技术标准设定了较高标准。产能上要求低于2000吨,且企业申报时上一年实际产量不低于实际产能的50%,提升了行业介入门槛。

2016年1月24日工信部装备产业司司长张相木在中国电动汽车百人会上表示:三元锂电池比能量高,循环性能好,是未来锂电池一个重要的发展方向。但我国在该领域起步晚,产品用于客车的安全性开发和验证还不够。工信部正在考虑进一步提高新能源汽车产品安全技术门槛,组织开展对三元锂电池客车等车型在现行安全标准体系下的风险评估。在评估完成前,暂停三元锂电池客车列入新能源汽车推广应用推荐车型目录。该政策限制了三元材料在新能源客车上的使用。

六、行业成长性分析

以国家2020年的新能源销量目标,我们预测会达到220万辆,如果以这个目标来测算,动力电池的需求量会达到84.8GWh,这比15年增长390%。如果我们按电池的类型进行拆分,结合我们对于渗透率的测算,到2020年三元电池的需求量可以达到55.4GWh,相对于2015年增长11.6倍。

即使假设政府对三元电池在客车上的使用不解禁,2020年三元电池需求也将会达到50.5GWh,对比2015年增长10.5倍。

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因此预计未来5年内,三元电池行业的年复合增长率将达到60.04%,将带动三元电池材料行业的高速增长,三元材料及其电池生产类的企业值得重点关注。

七、三元材料主要上市公司分析

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1.当升科技(300073)

(1)锂电材料业务

公司是专业从事锂电正极材料研发、生产与销售的高新技术企业,主要产品包括多元材料、钴酸锂、锰酸锂等锂电正极材料,以及四氧化三钴、多元材料前驱体等前驱体材料,产品应用领域涵盖小型锂电、动力锂电以及储能领域。公司率先在国内开发出了车用高镍动力多元材料,并实现了向国际客户的批量销售,成为全球少数具备批量生产车用高镍多元材料能力的正极材料企业之一,填补了国内市场在车用高镍多元材料领域的空白。

(2)智能装备业务

公司全资子公司中鼎高科主营精密模切设备,产品包括各类型圆刀模切机、激光模切机等,广泛应用于消费类电子、物联网RFID标签以及医疗卫生等领域。近年来中鼎高科加快了国内外业务拓展,设立了越南办事处,并完成韩国业务团队的筹建工作,产品已成功销往越南、韩国等地。由于下游企业产品加工日趋复杂,对大工位设备技术要求更高,中鼎高科紧随市场需求,率先完成了16工位模切设备新产品的研发和测试,并实现销售。

2.众和股份(002070)

(1)新能源锂电板块

2015年为进一步做强公司锂电新能源产业,促进公司全面产业战略转型,公司筹划了发行股份购买资产并募集配套资金事项,拟通过发行股份方式购买四川国理锂材料有限公司100%股权、四川兴晟锂业有限责任公司100%股权等锂电产业链资产,并募集配套资金。

积极筹建连云港动力电池正极材料项目,深圳天骄由于厂区所在地政府正在组织实施产业规划调整,经公司董事会及深圳天骄股东会通过,深圳天骄在江苏省连云港市灌云县临港中小企业园建设动力电池正极材料镍钴锰酸锂产业化基地,将分两期建设年产10000吨动力锂离子电池正极材料生产线以及相关的检测、试验配套设施。

目前临沂杰能已形成年产1500吨三元正极材料产能并于2016年1月起逐步投产;连云港项目一期设备(9条生产线,规模为3500吨/年)已在安装之中,目前正在调试阶段,预计2016年下半年可投入生产。

公司为加强金鑫矿业矿山采选工作,筹划投资建设锂辉石矿160万t/a采选工程扩建项目2015年公司矿山采选工作取得重大进展,采选规模较2014年大幅增长,全年实现锂精粉约2万吨的产量。另外公司拟投资建设金鑫矿业锂辉石矿160万t/a采选工程扩建项目,项目建设投产后金鑫矿业年采选锂辉石矿规模达到160万吨。报告期内,项目建设前期准备工作已陆续开展。

(2)纺织行业

该业务规模目前正在逐步减少,公司表示会适时退出纺织业务。

3.杉杉股份(600884)

(1)服装业务

公司对多品牌业务进行了调整,相继出售了瑞诺玛、摩顿、酷娃等品牌公司股权,并对瑞思(SMALTO)、和乎梨等品牌启动了清算注销程序,预计2016年将完成大部分品牌业务的清理。

(2)锂电材料业务

①正极材料锂电池正极材料主要产品有钴酸锂系列产品、多元材料系列产品、锰酸锂系列产品。

②负极材料公司锂电池负极材料产品主要是人造石墨,其主要应用于手机、笔记本电脑、数码相机等便携式数码类产品以及电动汽车用动力电池等领域。

③电解液公司电解液产品包括各种规格型号锂离子电池电解液及各种高纯度的有机溶剂,其主要用于手机、笔记本电脑、数码相机等便携式数码类电池产品以及电动汽车用动力电池等领域。

4.格林美(002340)

(1)钴镍钨等稀有稀贵金属循环利用业务

公司采用废弃钴镍钨资源、废旧电池等循环再造高技术含量的钴镍钨材料,生产的超细钴粉和超细镍粉先后被认定为国家重点新产品,并成为被全球硬质合金行业认可的优质品牌,超细钴粉国内市场占有率达到50%以上,超细镍粉成为世界三大镍粉品牌之一。

(2)电子废弃物循环利用业务

公司作为电子废弃物综合利用行业的技术领军企业与产业领军企业,国家电子废弃物循环利用工程中心依托公司组建,奠定了公司在电子废弃物行业的领先地位。2015年,公司完成山西洪洋的收购以及贵阳电子废弃物、内蒙古电子废弃物等项目的签约,扩充了公司电子废弃物处理业务的版图,成功占领西北与西南地区电子废弃物处理市场,该业务板块成为公司业绩增长的重要驱动因素。

(3)正极材料业务

为了搭上新能源汽车发展的高铁,满足世界新能源汽车商用化对动力电池原料的巨大需求,公司利用聚集多年研发的核心技术迅速进行新能源汽车用动力电池材料项目的布局与建设,在完成年产5,000吨镍钴锰三元材料前驱体原料基础上,启动建设年产5,000吨镍钴铝(NCA)三元动力电池材料前驱体原料、年产10,000吨动力电池用镍钴锰酸锂三元正极材料以及年产10,000吨镍钴锰(NCM)三元前驱体原料等项目,计划建设年产5,000吨氢氧化锂、年产5,000吨碳酸锂项目,从而形成了四氧化三钴、NCM前驱体、NCA前驱体、镍钴锰酸锂正极材料、氢氧化锂等品种齐全的电池材料体系,成为公司业绩增长新动能。报告期内,该板块成为公司经营业绩贡献的核心业务。

(4)报废汽车与动力电池大循环业务

公司在江西、武汉、天津建设报废汽车处理基地,包括报废汽车拆解处理、综合破碎、有色金属废料综合分选、零部件再造,形成报废汽车拆解、破碎、各种废物分选与零部件再造的完整产业体系,最大限度实施报废汽车无害化与资源化处置。同时,公司还在湖北荆门、湖北仙桃建设了废弃资源交易大市场,为报废汽车业务提供了原料保障。

另外,公司与日本三井已完成日系车发电机、启动马达、涡轮增压机等8个核心报废汽车零部件的再造生产线,拉通公司从报废汽车回收处理到零部件再造的产业链,推动公司报废汽车核心业务达到中国领先、世界先进水平行列。

【澄泓研究·新视界工作室】

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