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鋰電池未來將迎來“高鎳時代”

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2018年06月15日  

日前,招商證券發布了《新能源汽車將迎全球放量,上游供需持續吃緊》的分析報告。在該報告中,招商證券分析認為,三元短期地位不改,811技術全面普及仍需時日,未來或將成為動力電池的主流;2019年后,金屬鋰和鈷將持續吃緊,由于原材料的價格上漲,倒逼鋰電池將向811技術邁進。


三元材料目前是動力電池最優之選。自鋰離子電池技術普及以來,學術界出現了各種各樣的電池體系,但是從實際應用來看,目前負極材料多選擇石墨,而正極材料主流為鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、三元、錳酸鋰等材料。動力電池要求材料具有較高的能量密度(對應高續航里程)和高安全性,而鈷酸鋰由于其本身熱穩定性最差(安全性差),不適用于動力電池領域(但憑借高壓實密度和能量密度目前是3C領域主流),而錳酸鋰能量密度較低應用受限,磷酸鐵鋰作為較早研發的技術,優點是安全性極好、環保、循環壽命高,但缺點在于能量密度較低且已經接近達到天花板,而三元本身有著高能量密度上限的優勢,未來隨著技術繼續進步,安全性問題逐步改善,在其他電池技術未實現重大突破之前,三元目前仍然是動力電池領域最優之選。


高鎳三元短期普及仍有瓶頸,未來或成為動力電池主流。三元材料指是層狀鎳鈷錳酸復合材料(錳也可替換為鋁,松下NCA技術),三元材料經過Ni-Co-Mn的協同作用(Ni提升比容量,Co提升離子導電性和倍率性能,Mn穩定結構),結合了三種材料的優點:LiCoO2的良好循環性能,LiNiO2高比容量和LiMnO2的高安全性及低成本。


鈷主要起到提升導電性和倍率性能的作用,并在高電壓下提供部分容量,在三元材料體系中起到關鍵作用。按照鎳鈷錳的比例,三元可以分為111、523、622、811等,由于鎳主要作用提升能量密度,故高鎳三元材料(如622/811)的研發成為目前熱點。分廠商來看,目前國內普遍在研發三元622和811技術,還未大規模量產,從國外來看,僅松下等幾家技術最領先公司有高鎳三元量產技術(松下NCA給特斯拉供貨,NCA比例8:1.5:0.5)。從技術角度來看,隨著三元中鎳含量的提升,Ni+2/Li+1離子混排加劇,材料的結構穩定性降低,導致循環壽命和安全性大幅降低。


從技術角度:高鎳三元隨著鎳比例提升,鎳鋰離子混排加劇,Ni+2混排在Li層,降低了放電比容量,阻礙了鋰離子的擴散;同時由于鎳在脫嵌鋰過程中相變導致明顯的體積變化,從而使材料結構穩定性變差,循環壽命下降;高鎳正極表面更容易形成碳酸鋰等雜質(鎳含量超過60%后明顯增多),從而與電解液發生副反應降低循環壽命,高溫嚴重會導致脹氣;隨著鎳增加,正極材料熱穩定性降低,且放熱增加,材料熱穩定性變差;不同材料體系需要匹配不同電解液配方,而高鎳三元由于表面雜質增多,其需要更為優化的電解液配方,而從國內技術來看電解液匹配問題也是一大難題。從應用角度:高鎳三元材料由于其固有屬性如結構不穩定,熱穩定性和循環壽命都較差,從目前國內廠家研發進度來看,目前還沒有完全解決高鎳材料實際應用時的安全性問題;由于高鎳三元材料在電池組裝時不能接觸空氣,需要純氧氛圍,而由于國內電池企業都是從三元NCM111開始起步,NCM111組裝并不需要純氧氛圍,所以國內電池廠幾乎沒有氧燒工藝,而為了量產NCM811就必須重新設計廠房和設備,而裝備制造工藝的落后也是制約NCM811量產的一大難題。


2025年滲透率15%-25%


鋰供給曲線:通過前期統計,2016年全球用于動力電池的碳酸鋰為4.26萬噸,折合鋰當量為0.40萬噸,而未來五年內預計新增碳酸鋰產量為5萬噸/年,折合鋰當量0.38萬噸,我們做極端假設認為未來鋰供給增量全部應用在動力電池領域(其他應用領域增量為0),最后得到鋰供給曲線。


鈷供給曲線:通過前期統計,2016年全球精煉鈷產量10.17萬噸,而應用在動力電池領域的鈷約為6000噸,而考慮到鈷作為伴生礦的現有情況,在現有條件下,每年新增鈷產量極限約為1萬噸,同樣做極端假設認為未來鈷供給增量全部應用在動力電池領域,假設鈷產量每年新增0.8萬噸和2019年開始每年新增1萬噸兩種情況,即為鈷供給1和鈷供給2兩條供給曲線。


彈性需求曲線:彈性需求曲線統計了世界10大汽車廠商在2025年新能源汽車占當時乘用車總銷量比例的15-25%,分別取值15%、17%、19%、21%、23%、25%作為彈性值(作為比較還取了增速0彈性15%極端情況,即以2016年各個廠商總銷量作為2025銷量),從而測算出2025年各個廠商新能源汽車銷量(2025總銷量根據各廠商實際增速情況估計),然后根據各個廠商實際銷量情況估算出2016-2025新能源汽車銷量增速,得到每一年的銷量預計,最后以2016年各個廠商生產EV、PHEV的比例和單車電池量(沒有的取平均值)為標準,并且假定2025年EV占比達到80%,從而推算出從2017-2025年在不同彈性條件下總電池需求量,進而根據1kWh電池對應鋰、鈷的含量測算對應鋰、鈷的需求。


電池假設全為三元622或811:考慮到國際廠商乘用車大多走三元路線,未來進一步提升電池能量密度,未來存在從三元622到811技術路徑的轉移,所以對總需求假設了全部為三元622和三元811兩個極端,即以10大廠商2017-2025電池總需求量乘單位電池對應的鋰、鈷的含量得到2017-2025年不同彈性下對鋰和鈷的需求曲線。


鈷和鋰供給未來將有較大缺口


鋰資源將在2019-2021年間供不應求根據前面的假設,隨著世界十大汽車廠商新能源汽車在2019年開始加速增長,對鋰資源的需求也成爆發式增長,而對應15%、25%需求彈性,鋰供給在2019、2021年即開始供不應求,而考慮到上游資源的滯后性(從鋰資源開采新能源汽車制造需要一段時間),供不應求的時間或會提前。同時該需求僅為世界10大傳統汽車廠商新能源汽車對原材料的需求,并未考慮特斯拉、比亞迪等企業,故鋰資源會在2019年以前開始短缺。


鈷資源供給不足倒逼三元向811路徑發展從鈷的彈性供給曲線可以明顯看出,三元622路徑跟三元811路徑鈷的供需情況完全相反,假設需求全為三元622時,鈷在2019-2021年區間內即會出現供不應求的狀態,而如果需求全為三元811時,鈷供給可以滿足需求。通過測算,對鈷供給1情況,當三元811:622達到8:2的比例時,鈷能夠達到供給平衡。


招商證券認為,由于鈷本身供給彈性小,而如果主流廠商選擇三元622路線,則將在2019-2021年面臨鈷供給嚴重不足的情況,因此鈷的供給情況會倒逼新能源車企未來向三元811路徑發展。


通過鈷、鋰彈性供需平衡表分析,僅以世界10大傳統汽車廠商新能源汽車對原材料的需求(不含特斯拉、比亞迪等企業),2019-2021年將會供給緊缺,雖然目前國內存在上游鈷、鋰資源過剩的說法,但隨著世界十大傳統車企新能源汽車的逐步上量,鈷、鋰等資源未來仍有較大缺口。


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