根據不久前財富證券公布的《新能源汽車產業鏈之正極材料篇:正極材料新常態,高鎳三元勢不可擋》為主題的行業分析報告,在鋰離子電池產量擴張時代,高鎳三元材料逐步受到青睞。根據《節能和新能源汽車技術路線圖》等政策的要求,到2020年,新能源汽車年產銷達到200萬輛,動力鋰電池單體比能量達到300瓦時/公斤以上,力爭實現350瓦時/公斤,系統比能量力爭達到260瓦時/公斤、成本降至1元/瓦時以下。政策促進了動力鋰電池材料的快速上升,2016年正極材料產量16.16萬噸中,磷酸鐵鋰產量5.7萬噸,同比上升75%;三元材料產量5.43萬噸,同比上升49%。國內廠商目前在積極擴張產量。同時,高能量密度的要求促進了高鎳三元材料的發展,預計未來高鎳三元材料占比會逐漸增大。

2017年以來部分正極材料廠商擴產情況

目前,三元正極材料市場以NCM523為主,預計未來高鎳三元材料的比重會新增。NCM材料一般包括NCM111、NCM424、NCM442、NCM523、NCM622、NCM811等。其中NCM111、NCM523、NCM622和NCM811較為常見,目前國內三元材料以NCM523為主,2016年其在三元材料分型號產量中占比為76%,NCM111和NCM622占比分別為13%和10%。未來隨著對動力鋰電池能量密度的高要求和續航里程的延長,高鎳的NCM622、NCM811以及NCA占比會持續新增。

部分國內廠商的高鎳三元材料的投產計劃

國內正極材料公司產量相對集中,行業集中度較高。目前國內的正極材料市場規模為16.16萬噸/年,產值208億元。

部分公司NCA產量規劃

常見的三元正極材料性能表

動力型電池上升明顯,需求旺盛

2012年以來,隨著新能源汽車領域的爆發,帶動了動力鋰電池需求的爆炸式上升。根據GGII的數據,2012-2016年,我國動力鋰電池出貨量從0.66Gwh上升到30.8Gwh,平均復合上升率達到261%。動力鋰電池行業的爆發式上升直接拉動了相應的磷酸鐵鋰和三元正極材料的出貨量。根據相關預計,全國動力鋰電池2017-2020年需求為42.8、55.4、73.5和99.6Gwh,按照1Gwh對應大約0.2萬噸正極材料的關系測算,動力型鋰離子電池正極材料2017-2020年的需求分別為8.56萬噸、11.8萬噸、14.7萬噸和19.92萬噸。

各類型動力鋰電池出貨量占比(2016)

三元材料是未來的趨勢。三元材料具有容量高,成本較低,均衡性較好的優點,在動力鋰電池領域具有重要應用。根據GGII統計,2016年,國內三元材料市場規模達79.8億元,同比上升68%,預計2018年產值將達到218億元。2016年國內三元材料市場銷量達到54300噸,同比上升49%,預計2018年達到116600噸。

國內公司關于NCM811NCA布局圖(2016)

擴張時代,高鎳三元為王

受到新能源汽車行業的帶動用途和相關政策的驅動,高能量密度的三元材料需求增大。2017年一月十四日,工信部牽頭編制了《汽車產業中長期發展規劃》,明確了到2020年我國新能源汽車年產量將達到200萬輛,以及到2025年我國新能源汽車銷量占總銷量的比例達到20%以上的發展目標。根據國家公布的《節能和新能源汽車技術路線圖》,到2020年,新能源汽車年產銷達到200萬輛,動力鋰電池單體比能量達到300瓦時/公斤以上,力爭實現350瓦時/公斤,系統比能量力爭達到260瓦時/公斤、成本降至1元/瓦時以下。到2025年,新能源汽車占汽車產銷20%以上,動力鋰電池系統比能量達到350瓦時/公斤。

全國動力鋰電池用正極材料需求(2017-2020,萬噸)

目前的磷酸鐵鋰材料受到理論比容量的限制達不到2020年的要求,三元的NCM111和NCM523等材料也很難達到2020年單體電池300wh/kg的目標。目前的主流的NCM523可以達到160-200wh/kg,而NCM622和NCM811分別可以達到230wh/kg和280wh/kg。所以未來要大力發展高鎳的NCM622、NCM811和NCA材料。同時,關于三元材料,振實密度在2-2.5g/cm3,而磷酸鐵鋰材料振實密度在1-1.4g/cm3,所以三元材料擁有更高的體積能量密度,這關于電池的小型化有重要用途。關于三元電池的型號,高鎳材料重要指三元材料中的鎳含量提高。因為在三元NCM和NCA中,Ni重要是供應容量用途,含量越高,電池的能量密度越大;而Co貢獻一部分容量的同時可以穩定結構;Mn/Al重要用來穩定結構,三者協同用途,共同發揮出三元材料高能量密度、較低成本等優點。

三元材料分型號產量占比(2016)

三元NCA材料,國外起步較早,國內的起步較晚。根據GGII的統計,截止2016年末,國內從事NCA生產的公司數量超過了15家,大多數處于建設發展初期,少量公司處于小批量生產送樣檢測的階段,和日韓存在明顯的差距。目前TSLA電動汽車采用的為日本松下的NCA電池,帶動了全球的NCA生產的熱潮。國內NCA生產量為幾百噸左右,根據GGII預計,到2018年國內NCA材料需求將突破千噸。

國內的正極材料公司正在積極布局高鎳三元材料,未來高鎳三元材料比重會逐步提升。目前國內布局高鎳三元材料的公司有當升科技、杉杉能源、天津巴莫、國軒高科、格林美等。根據高工鋰電的調研,高鎳三元材料的占比持續上升,2016年國內高鎳的NCM622、NCM811和NCA在三元材料總產量的占比已經超過5%,預計2017年將達到10%。未來高能量密度的NCM622和NCM811和NCA占比將逐步提升。特別的,截止2016年末,國內從事NCM811/NCA公司相對較少,大多數處于生產線建設階段和小批量生產階段。其中處于研發階段的占據大多數,為55%;處于產線建設階段的有25%;處于小批量生產階段的有20%。

高鎳三元材料技術難度較大,要公司科研的不斷投入。由于NCM和NCA結合了LiCoO2、LiNiO2以及LiMnO2/LiAlO2的優點,通過三者之間的協同用途,表現出高能量密度、良好循環性和較好的成本優勢的特點。隨著鎳含量的提高,整體能量密度得到提高,但是由于鈷、錳/鋁等含量降低,導致穩定性下降。同時高鎳的三元材料制備工藝、設備以及生產環境等方面的要求都遠遠高于普通三元材料,特別是其前驅體在存儲使用過程中容易吸潮成果凍狀,不易調漿和極片涂布,并且高鎳的三元材料對窯爐設備的要求很高,很難調控。

我國NCA材料公司的進展(2016)

產量擴大加劇行業洗牌

動力鋰電池相關的磷酸鐵鋰和三元材料公司,紛紛推出了擴產計劃,加劇了行業洗牌。工信部在2016年推出《汽車動力鋰電池行業規范條件》(征求意見稿),關于下游的動力鋰電池公司提出了年產8GWh的基本要求,相關于原先的要求提高了40倍,這項政策將會極大地促進產業的集中。同時伴隨著規模化效應,動力鋰電池公司的電池成本下降,必將對上游的正極材料公司成本造成沖擊,要求正極材料公司能夠滿足動力鋰電池公司對更高性能材料的要求。預計未來可能有價格戰,中低端正極材料產量過剩,技術水平較高的龍頭公司能滿足動力鋰電池公司對更高性能材料的需求,市場集中度進一步提升,表現出強者恒強。

未來我國低端正極材料市場產量將過剩,市場集中度將進一步提升。據I不完全統計,自2017年以來,包括廈門鎢業、當升科技、科恒股份、湘潭電化、優美科、安達科技、裕能新能源、三秋新能源、國光電器、浩普瑞、格林美、天賜材料等12家都在國內投擴建正極材料,涉及投資金額超70億元,產量規劃近40萬噸。公司大躍進式布局的背后可能帶來市場過剩,根據GGII的預測,到2018年國內磷酸鐵鋰正極材料有效產量將達30萬噸/年,產量將出現明顯過剩,磷酸鐵鋰材料行業競爭更加激烈。

大公司和大客戶深度綁定,協同發展。關于大型動力鋰電池公司,希望上游的材料公司供貨穩定,同時關于新能源汽車的審報目錄,會標注動力鋰電池供貨商和相應的正負極材料供應商。每款車型的相應的正、負級材料供應商相對穩定,大的電池公司和正負級材料公司通過深度綁定,實現協同發展。

我國正極材料細分產品產量(2013-2015,萬噸)

正極材料中日韓三分天下

在全球鋰離子電池正極材料市場,中日韓三國占據統治地位,總共市場份額90%以上。截止2014年,我國正極材料占據全球市場的份額43.77%,位居第一,相比2013年有所下降;韓國公司占有率迅速上升到30.56%;同時日本在積極布局動力鋰電池市場,上升明顯。我國重要在磷酸鐵鋰離子電池領域技術較強,在三元領域相關于日韓有一定的差距,目前國內的三元材料廠商開始發力,穩步追趕日韓巨頭。關于正極材料的生產結構,我國以磷酸鐵鋰、三元、鈷酸鋰材料為主,日韓以三元材料為主。

國家電池技術發展規劃

三元材料專利掌握在日韓手中。根據我國產業信息網的信息,三元NCM的基礎專利由美國3M公司持有,3M公司并不涉及三元材料的生產,而是通過轉讓授權專利的方式來獲取利潤,其中LG、SK、優美科都曾向3M購買三元材料專利授權。NCA的重要專利掌握在日本松下和住友手中,專利限制在全球有效。目前三元材料的相關專利重要集中在日韓手中,排名前三的分別是豐田、索尼和東芝,而這些專利技術壁壘阻礙了我國三元材料的廠商很難進入國際大廠,通過改性添加以及改良生產工藝等手段已經成為我國正極材料公司防止專利的常用手段。而近年來國內公司和高校也開始布局三元專利,發展勢頭良好。