高镍三元为王时代到来 锂电正极材料中外寡头纷纷布局

根据不久前财富证券发布的《新能源汽车产业链之正极材料篇:正极材料新常态,高镍三元势不可挡》为主题的行业分析报告,在锂电池产能扩张时代,高镍三元材料逐步受到青睐。根据《节能与新能源汽车技术路线图》等政策的要求,到2020 年,新能源汽车年产销达到200万辆,动力电池单体比能量达到300 瓦时/公斤以上,力争实现350瓦时/公斤,系统比能量力争达到260 瓦时/公斤、成本降至1元/瓦时以下。政策促进了动力电池材料的快速增长,2016年正极材料产量16.16万吨中,磷酸铁锂产量5.7万吨,同比增长75%;三元材料产量5.43 万吨,同比增长49%。国内厂家目前在积极扩张产能。同时,高能量密度的要求促进了高镍三元材料的发展,预计未来高镍三元材料占比会逐渐增大。

2017 年以来部分正极材料厂商扩产情况

目前,三元正极材料市场以NCM523 为主,预计未来高镍三元材料的比重会增加。NCM 材料一般包括NCM111、NCM424、NCM442、NCM523、NCM622、NCM811等。其中NCM111、NCM523、NCM622 和NCM811 较为常见,目前国内三元材料以NCM523为主,2016年其在三元材料分型号产量中占比为76%,NCM111 和NCM622 占比分别为13%和10%。未来随着对动力电池能量密度的高要求和续航里程的延长,高镍的NCM622、NCM811以及NCA占比会持续增加。

部分国内厂商的高镍三元材料的投产计划

国内正极材料企业产能相对集中,行业集中度较高。目前国内的正极材料市场规模为16.16万吨/年,产值208亿元。

部分企业NCA 产能规划

常见的三元正极材料性能表

动力型电池增长明显,需求旺盛

2012年以来,随着新能源汽车领域的爆发,带动了动力电池需求的爆炸式增长。根据GGII的数据, 2012-2016年,我国动力电池出货量从0.66Gwh 增长到30.8Gwh,平均复合增长率达到261%。动力电池行业的爆发式增长直接拉动了相应的磷酸铁锂和三元正极材料的出货量。根据GGII预计,全国动力电池2017-2020年需求为42.8、55.4、73.5和99.6Gwh,按照1Gwh 对应大约0.2万吨正极材料的关系测算,动力型锂电池正极材料2017-2020 年的需求分别为8.56万吨、 11.8万吨、 14.7万吨和19.92万吨。

各类型动力电池出货量占比(2016)

三元材料是未来的趋势。三元材料具有容量高,成本较低,均衡性较好的优点,在动力电池领域具有重要应用。根据GGII统计,2016年,国内三元材料市场规模达79.8亿元,同比增长68%,预计2018年产值将达到218亿元。2016年国内三元材料市场销量达到54300吨,同比增长49%,预计2018 年达到116600吨。

国内企业对于NCM811 NCA 布局图(2016)

扩张时代,高镍三元为王

受到新能源汽车行业的带动作用和相关政策的驱动,高能量密度的三元材料需求增大。2017年1月14日,工信部牵头编制了《汽车产业中长期发展规划》,明确了到2020 年我国新能源汽车年产量将达到200 万辆,以及到2025 年我国新能源汽车销量占总销量的比例达到20%以上的发展目标。根据国家发布的《节能与新能源汽车技术路线图》,到2020 年,新能源汽车年产销达到200万辆,动力电池单体比能量达到300瓦时/公斤以上,力争实现350瓦时/公斤,系统比能量力争达到260瓦时/公斤、成本降至1元/瓦时以下。到2025年,新能源汽车占汽车产销20%以上,动力电池系统比能量达到350瓦时/公斤。

全国动力电池用正极材料需求(2017-2020,万吨)

目前的磷酸铁锂材料受到理论比容量的限制达不到2020年的要求,三元的NCM111和NCM523等材料也很难达到2020 年单体电池300wh/kg的目标。目前的主流的NCM523 可以达到160-200wh/kg,而NCM622 和NCM811分别可以达到230wh/kg和280wh/kg。所以未来需要大力发展高镍的NCM622、NCM811和NCA材料。同时,对于三元材料,振实密度在2-2.5 g/cm3,而磷酸铁锂材料振实密度在1-1.4g/cm3,所以三元材料拥有更高的体积能量密度,这对于电池的小型化有重要作用。对于三元电池的型号,高镍材料主要指三元材料中的镍含量提高。因为在三元NCM 和NCA中,Ni 主要是提供容量作用,含量越高,电池的能量密度越大;而Co贡献一部分容量的同时可以稳定结构;Mn/Al主要用来稳定结构,三者协同作用,共同发挥出三元材料高能量密度、较低成本等优点。

三元材料分型号产量占比(2016)

三元NCA 材料,国外起步较早,国内的起步较晚。根据GGII 的统计,截止2016年末,国内从事NCA 生产的企业数量超过了15家,大多数处于建设发展初期,少量企业处于小批量生产送样检测的阶段,与日韩存在明显的差距。目前特斯拉电动汽车采用的为日本松下的NCA 电池,带动了全球的NCA 生产的热潮。国内NCA 生产量为几百吨左右,根据GGII 预计,到2018年国内NCA 材料需求将突破千吨。

国内的正极材料企业正在积极布局高镍三元材料,未来高镍三元材料比重会逐步提升。目前国内布局高镍三元材料的企业有当升科技、杉杉能源、天津巴莫、国轩高科、格林美等。根据高工锂电的调研,高镍三元材料的占比持续上升,2016年国内高镍的NCM622、NCM811和NCA在三元材料总产量的占比已经超过5%,预计2017年将达到10%。未来高能量密度的NCM622与NCM811和NCA占比将逐步提升。特别的,截止2016 年末,国内从事NCM811/NCA企业相对较少,大多数处于生产线建设阶段和小批量生产阶段。其中处于研发阶段的占据大多数,为55%;处于产线建设阶段的有25%;处于小批量生产阶段的有20%。

高镍三元材料技术难度较大,需要企业科研的不断投入。由于NCM和NCA结合了LiCoO2、 LiNiO2以及LiMnO2/ LiAlO2的优点,通过三者之间的协同作用,表现出高能量密度、良好循环性和较好的成本优势的特点。随着镍含量的提高,整体能量密度得到提高,但是由于钴、锰/铝等含量降低,导致稳定性下降。同时高镍的三元材料制备工艺、设备以及生产环境等方面的要求都远远高于普通三元材料,特别是其前驱体在存储使用过程中容易吸潮成果冻状,不易调浆和极片涂布,并且高镍的三元材料对窑炉设备的要求很高,很难调控。

中国NCA 材料企业的进展(2016)

产能扩大加剧行业洗牌

动力电池相关的磷酸铁锂和三元材料企业,纷纷推出了扩产计划,加剧了行业洗牌。工信部在2016年推出《汽车动力电池行业规范条件》(征求意见稿),对于下游的动力电池企业提出了年产8GWh的基本要求,相对于原先的要求提高了40倍,这项政策将会极大地促进产业的集中。同时伴随着规模化效应,动力电池企业的电池成本下降,必将对上游的正极材料企业成本造成冲击,要求正极材料企业能够满足动力电池企业对更高性能材料的要求。预计未来可能有价格战,中低端正极材料产能过剩,技术水平较高的龙头公司能满足动力电池企业对更高性能材料的需求,市场集中度进一步提升,表现出强者恒强。

未来中国低端正极材料市场产能将过剩,市场集中度将进一步提升。据GGII不完全统计,自2017年以来,包括厦门钨业、当升科技、科恒股份、湘潭电化、优美科、安达科技、裕能新能源、三秋新能源、国光电器、浩普瑞、格林美、天赐材料等12家都在国内投扩建正极材料,涉及投资金额超70亿元,产能规划近40万吨。企业大跃进式布局的背后可能带来市场过剩,根据GGII 的预测,到2018年国内磷酸铁锂正极材料有效产能将达30万吨/年,产能将出现明显过剩,磷酸铁锂材料行业竞争更加激烈。

大企业和大客户深度绑定,协同发展。对于大型动力电池企业,希望上游的材料企业供货稳定,同时对于新能源汽车的审报目录,会标注动力电池供货商和相应的正负极材料供应商。每款车型的相应的正、负级材料供应商相对稳定,大的电池企业和正负级材料企业通过深度绑定,实现协同发展。

中国正极材料细分产品产量(2013-2015,万吨)

正极材料中日韩三分天下

在全球锂离子电池正极材料市场,中日韩三国占据统治地位,总共市场份额90%以上。截止2014年,中国正极材料占据全球市场的份额43.77%,位居第一,相比2013 年有所下降;韩国企业占有率迅速上升到 30.56%;同时日本在积极布局动力电池市场,增长明显。中国主要在磷酸铁锂电池领域技术较强,在三元领域相对于日韩有一定的差距,目前国内的三元材料厂家开始发力,稳步追赶日韩巨头。对于正极材料的生产结构,我国以磷酸铁锂、三元、钴酸锂材料为主,日韩以三元材料为主。

国家电池技术发展规划

三元材料专利掌握在日韩手中。根据中国产业信息网的信息,三元NCM的基础专利由美国3M公司持有,3M公司并不涉及三元材料的生产,而是通过转让授权专利的方式来获取利润,其中LG、SK、优美科都曾向3M购买三元材料专利授权。NCA 的主要专利掌握在日本松下和住友手中,专利限制在全球有效。目前三元材料的相关专利主要集中在日韩手中,排名前三的分别是丰田、索尼和东芝,而这些专利技术壁垒阻碍了我国三元材料的厂商很难进入国际大厂,通过改性添加以及改良生产工艺等手段已经成为我国正极材料企业避免专利诉讼的常用手段。而近年来国内企业和高校也开始布局三元专利,发展势头良好。