鉅大LARGE | 點擊量：1810次 | 2019年02月18日
鋰電池正極材料你懂多少？
一，研究背景
近年來，我國新能源汽車產銷量的雙豐收帶動了整個上下游產業(yè)鏈快速發(fā)展，特別是對動力電池的需求量不斷攀升。由于動力電池占新能源整車制造成本大約30~40%，要使新能源汽車更具價格優(yōu)勢，形成足夠的市場競爭力，必須降低動力電池成本。而在動力電池的構成成本當中，正極材料的成本超過40%，所以如何降低正極材料的成本成為關鍵。
二，關于磷酸鐵鋰和三元材料的對比
在正極材料當中，最常用的材料有鈷酸鋰，錳酸鋰，磷酸鐵鋰和三元材料(鎳鈷錳的聚合物)。目前來看，外資日韓企業(yè)等主要采用的是三元電池材料整體技術上確實領先中國企業(yè)，但是在我國市場應用上，磷酸鐵鋰電池相對于三元材料電池占據(jù)了上風。去年磷酸鐵鋰搭載量高達20Gwh，占比達到了73%，而三元材料電池的搭載量僅為6.3Gwh，占比只有22%。
但從技術領域看，對于電池路線的爭議還在持續(xù)，未來唱主角的是磷酸鐵鋰還是三元材料電池?
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充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
從能量密度來看，三元電池確實比磷酸鐵鋰占據(jù)優(yōu)勢，以特斯拉，三星，LG為代表的外企便是采用三元材料;而磷酸鐵鋰電池最近幾年技術進步很大，在比能量上已經能夠接近三元材料電池，國內汽車巨頭比亞迪便是采用磷酸鐵鋰材料。據(jù)權威數(shù)據(jù)顯示，三元材料電池的比能量為160-200wh/kg，磷酸鐵鋰電池為120-150wk/kg。但有專家表示，比能量并非絕對的，也可以將磷酸鐵鋰電池的比能量做到160wh/kg，只不過其他數(shù)據(jù)要妥協(xié)。所以，動力電池的數(shù)據(jù)，是要根據(jù)市場需求來的。而從成本來看，無意是磷酸鐵鋰占據(jù)優(yōu)勢，三元材料電池的原材料需要貴金屬，價格較高，未來也很難降下來，而磷酸鐵鋰電池的原材料相對價格穩(wěn)定，未來還有可能大幅度降低。且三元材料主要由外資供應，因而沒有納入國家的補貼范圍，成本肯定比磷酸鐵鋰高;從安全性來看，也是磷酸鐵鋰更有優(yōu)勢。三元材料是有鎳鈷錳三種聚合而成，在到達一定溫度時發(fā)生分解，三元鋰材料會在更低的200度左右發(fā)生分解，而磷酸鐵鋰材料是在800度左右。并且三元鋰材料的化學反映更加劇烈，會釋放氧分子，在高溫作用下電解液迅速燃燒，發(fā)生連鎖反應。說簡單點，就是三元鋰材料比磷酸鐵鋰材料更容易著火。不過需要注意的是，我們提到的是材料，而不是已經成為成品的電池。今年年初國家發(fā)布客車暫停(暫緩)使用三元材料電池條例，說明在短期內，政策層面在客車領域不允許用三元，說明國家的導向。
不過，磷酸鐵鋰電池有一個致命性的缺點，那就是低溫性能較差，即使將其納米化和碳包覆也沒有解決這一問題。研究表明，一塊容量為3500mAh的電池，如果在-10℃的環(huán)境中工作，經過不到100次的充放電循環(huán)，電量將急劇衰減至500mAh，基本就報廢了。這對于我國幅員遼闊，冬天低氣溫的確較多的綜合國情來說，的確不是一件好事。此外，材料的制備成本與電池的制造成本較高，電池成品率低，一致性差，這也是導致很多純電動汽車續(xù)航能力并不能達到標稱值的重要原因。因此，我們可以看到國內有不少的新能源汽車(無論是純電動還是混合電動)，或者是一些比較廉價的新能源汽車，會出于不同的原因選擇磷酸鐵鋰電池?？梢哉f，磷酸鐵鋰電池的使用，對于新能源汽車量產落地以及推廣，都有著不可磨滅的奠基作用。
那么這兩種電池現(xiàn)在的使用情況又是怎么樣的呢?讓我們來關注一組數(shù)據(jù)。去年11月，磷酸鐵鋰電池的電動大巴裝機量占到了64.9%，三元鋰電池裝機量只有27.6%。相反，在純電動乘用車市場，三元鋰電池在去年11月的裝機量超過76%。而過去兩年中，商用車，包括大巴的產銷增速比乘用車更快，這也從說明了國家要把安全放在第一位的主要原因，但隨著的技術的成熟，乘用車的未來市場空間還很大。
三，碳酸鋰的介紹和發(fā)展現(xiàn)狀
磷酸鐵鋰的原材料當中，主要有草酸亞鐵，氧化鐵紅，磷酸鐵，磷酸二氫鋰，磷酸二氫銨和，其中碳酸鋰占據(jù)了接近30%，而碳酸鋰由礦產資源提煉而成，在自然界中儲量非常有限，具有極強的地域性和稀缺性，屬于稀缺資源，因此在新能源汽車產業(yè)鏈中，碳酸鋰資源的戰(zhàn)略重要性顯得尤為突出。
從下圖可以看到目前全球鋰資源最豐富的國家是智利，擁有72%的資源，其次是中國，擁有13%。而規(guī)模化生產碳酸鋰的企業(yè)必須擁有鋰資源儲量較為豐富的鹽湖資源開采權，使得該行業(yè)具有非常高的資源壁壘;另外碳酸鋰主要原料是鹽湖鹵水(礦石法由于成本高在全球產能很小)，由于全球鹽湖絕大多數(shù)都是高鎂低鉀型，而從高鎂低鉀老鹵中提純分離碳酸鋰的工藝技術難度很大，之前這些技術僅掌握在少數(shù)公司手中，這使得碳酸鋰行業(yè)又具備了技術壁壘。因此早就了碳酸鋰行業(yè)的全球寡頭壟斷格局。據(jù)了解，智利SQM，美國FMC，德國Chemmetal三巨頭主導著全球70%以上的碳酸鋰產能。
我國西藏礦業(yè)資源最豐富，保守估計有200萬噸碳酸鋰儲量，2008年產能2600噸，遠期規(guī)劃2萬噸。碳酸鋰按照純度可以分為工業(yè)級98～99%、醫(yī)藥級98.5%、電池級99.5%、高純級99.99～99.999%，國內廠商生產碳酸鋰主要集中在工業(yè)級別，電池級產能占總產能的1/3。
目前國內生產碳酸鋰的企業(yè)主要集中在西藏礦業(yè)，中信國安，西部礦業(yè)集團，青海鹽湖集團，天齊鋰業(yè)和贛鋒鋰業(yè)這六家公司。但是前四家企業(yè)只限于工業(yè)級碳酸鋰，電池級碳酸鋰則由天齊鋰業(yè)，贛鋒鋰業(yè)掌控中，其中天齊鋰業(yè)技術最成熟，是行業(yè)標準制定者，約占國內60%的市場份額，并且有部分出口。下面將簡單介紹天齊鋰業(yè)和贛鋒鋰業(yè)。
天齊鋰業(yè)：
川天齊鋰業(yè)股份有限公司是一家以鋰系列產品為主的化工類公司.公司主要從事鋰系列產品的研發(fā)、生產和銷售,主要產品為"鋰坤達"牌工業(yè)級碳酸鋰、電池級碳酸鋰、無水氯化鋰、氫氧化鋰等四大系列、十多個品種規(guī)格的鋰產品.公司電池級碳酸鋰產品是國家級重點新產品,于2006年11月獲得國家科技部、商務部等四部委頒發(fā)的《國家級重點新產品證書》,獲得四川省人民政府"四川省高新技術創(chuàng)新產品"稱號.公司是我國目前鋰行業(yè)中產量和銷售規(guī)模最大的企業(yè)之一,擁有五項發(fā)明專利.公司充分發(fā)揮技術創(chuàng)新優(yōu)勢,在生產工業(yè)級碳酸鋰等基礎鋰產品的基礎上,致力于發(fā)展電池級碳酸鋰、電池級無水氯化鋰等高端鋰產品,在我國鋰產品產業(yè)中具有綜合優(yōu)勢。
贛鋒鋰業(yè)：
公司從事鋰深加工系列產品的生產，產品涵蓋金屬鋰(工業(yè)級、電池級)、碳酸鋰(電池級)、氯化鋰(工業(yè)級、催化劑級)、丁基鋰、氟化鋰(工業(yè)級、電池級)等20多種鋰系列產品，是國內鋰系列產品品種最齊全、產品加工鏈最長、工藝技術最全面的專業(yè)生產商，也是國內唯一的規(guī)?；煤嚮厥樟仙a鋰產品的企業(yè)，是國內深加工鋰行業(yè)的龍頭企業(yè)，綜合實力位列行業(yè)第一。金屬鋰、碳酸鋰和氟化鋰是公司的主營產品;2012年12月，公司擬不超過678.15萬元受讓優(yōu)派新能源49%股權，加上2011年6月以2040萬元受讓其51%股權，將實現(xiàn)全控。該公司截止2012年9月30日凈資產為1916.86萬元，主營動力電池、鋰離子電池等，擁有生產鋰電池三元正極材料前驅體的核心技術及其它鋰電池正極材料技術，生產的鋰電池三元正極材料前驅體和贛鋒鋰業(yè)生產的電池級碳酸鋰是鋰電池正極材料的兩種主要原料。
從2015年開始，我國碳酸鋰需求量一直遠大于供給量。由于供求關系，目前無法提供足夠多的碳酸鋰，因此必然會導致價格上漲。2015年以前，碳酸鋰廠家對下游企業(yè)還處于追逐狀態(tài)，而到2015年底開始，碳酸鋰價格一路飆升，最高時達到18萬元/噸，而且很多時候還買不到。目前，工業(yè)級碳酸鋰價格在45000元/噸左右，電池級碳酸鋰價格70000元/噸左右，高純碳酸鋰價格更是高達100000元/噸以上，而電池級碳酸鋰的合理價格應在3—5萬元/噸，有專家指出，如果能夠使原材料價格保持在合理區(qū)間，則動力電池的成本也將**降低。國內涉及的新建項目由于是采用鹽湖鹵水提取碳酸鋰，生產成本在10000-15000元/噸左右。因此，市場普遍認為碳酸鋰產品盈利能力非常高，將會給投資者帶來巨幅增長。
結論：
從發(fā)展趨勢來看，新能源車無疑是未來汽車發(fā)展的方向，而動力鋰電池則是電動汽車的最佳選擇。未來市場對鋰電池及電池原材料的需求將非常龐大?；诖耍妓徜囬_采提煉一旦被技術被突破，成本有效降低，實現(xiàn)大規(guī)模的產業(yè)化生產之后，其前景將十分廣闊。
四，三元材料的介紹和發(fā)展現(xiàn)狀
目前在鋰電池領域，三元材料主要是由鎳鈷錳三者的聚合物構成，材料中鎳鈷錳三種元素的比例并不確定，我們可以通過改變三種元素的比例來改善電池的性能。在過往，國內的三元一般是部分的替代鈷酸鋰使用領域，與錳酸鋰或者鈷酸鋰混合用于中低端的電子消費品，與錳酸鋰混合應用于中低端動力市場。但隨著近年新能源汽車的高速發(fā)展，三元材料充當越來越重要的角色。國外像特斯拉，三星等公司，由于技術領先于我們三至五年，普遍采用三元材料作為鋰電池正極材料。所以未來，三元材料還有很大的提升空間。
三元材料相關上市公司
滬市：紅星發(fā)展、金瑞科技、廈門鎢業(yè)、杉杉股份，金鷹股份
深市：中國寶安、眾和股份、江特電機、格林美、贛鋒鋰業(yè)、當升科技，科恒股份，杉杉股份，億緯鋰能、國軒高科、天賜材料、天齊鋰業(yè)。
杉杉股份
三元材料(NCM，供小型電動工具，國內規(guī)模最大)占比30%，錳酸鋰占比不到10%。湖南杉杉(寧鄉(xiāng))年產1.5萬噸正極材料生產基地正在積極推進，產品以鈷酸鋰、三元和二元為主，投產后產能達到2.7萬噸，將進一步穩(wěn)固公司龍頭地位。
江特電機
涉足鋰電池正極材料生產：出資8034.46萬元(占97.45%)設立江西江特鋰電池材料公司，從事鋰電池正極材料生產，正極材料是鋰電池關鍵原材料之一，正極材料性能的高低很大程度上決定了鋰電池性能的好壞以及使用范圍。公司涉足的正極材料包括三元材料和富鋰錳基正極材料的批量生產。
眾和股份
眾和新能源(公司持有其66.67%股權)擬收購優(yōu)派新能源100%股權。優(yōu)派新能源經營范圍包括有色金屬、儀器儀表、電子產品、冶金爐料、五金銷售等，其三元材料前驅體生產線于2011年初建成投產，設計產能約2000噸/年。
廈門鎢業(yè)
電池材料是公司重點發(fā)展的產業(yè)之一，公司現(xiàn)擁有5000噸貯氫合金粉、1.05萬噸各種鋰離子材料生產能力，鋰離子材料產品主要有鈷酸鋰、錳酸鋰和鎳鈷錳三元材料(NCM)等;日本松下為公司電池材料主要采購商之一。
中國寶安
公司間接持有貝特瑞51.91%權益2012年，貝特瑞公司在研發(fā)硅碳、軟碳、層狀錳酸鋰、層狀三元材料等下一代的正負極材料開發(fā)取得突破性進展，其中硅碳復合材料有望在2013年推向市場;
當升科技
主營業(yè)務范圍包括鈷酸鋰、多元材料及錳酸鋰等小型鋰電、動力鋰電正極材料的研發(fā)、生產和銷售，是國內領先的鋰離子電池正極材料專業(yè)供應商。公司目前已有多款動力型多元材料實現(xiàn)批量生產。
天齊鋰業(yè)
公司是全國規(guī)模最大的鋰產品生產企業(yè)，全球最大的礦石提鋰企業(yè)，擁有年產2500噸電池級碳酸鋰、3000噸工業(yè)級碳酸鋰、1500噸無水氯化鋰、1500噸氫氧化鋰、600噸高純碳酸鋰/磷酸二氫鋰的生產能力。
贛鋒鋰業(yè)
2013年1.75億投向年產4500噸新型三元前驅體材料項目，年產4500噸新型三元前驅體材料項目達產后，年均新增銷售收入3.46億，年均凈利潤3705.93萬元。
天賜材料
在鋰離子電池材料領域，公司是通過技術許可方式引進了美國Dr.NovisSmith的六氟磷酸鋰制造技術，公司在此技術的基礎上提高該技術的各項性能。2010年上海世博會公司為電動巴士提供了配套鋰離子電池電解液。2016年4月，擬非公開發(fā)行股票募集資金擬用于投資建設2,300t/a新型鋰鹽項目、投資建設2,000t/a固體六氟磷酸鋰項目、投資建設30,000t/a電池級磷酸鐵材料項目等。
金瑞科技
2014年6月，公司擬不低于9.54元/股定增不超過7000萬股，募集資金不超過6.678億元，投于到年產10000噸電池正極材料生產基地建設項目(2.97億元)和年產7000噸鋰離子動力電池多元正極材料項目(3.57億元)。
金鷹股份
2015年12月7日公司擬自籌資金與湖南瑞翔新材料股份有限公司共同投資設立浙江金鷹瑞翔材料有限公司，從事三元鋰電池正極材料的研發(fā)、生產與銷售，擬建設年產1萬噸三元鋰電池正極材料項目，預計年銷售額15億元。同時根據(jù)合資協(xié)議，湖南瑞翔保證合資公司工廠建成投產后2年內順利實現(xiàn)銷售盈利，并且能夠實現(xiàn)在兩家以上主流電池廠商電池材料定型、定點銷售。
億緯鋰能
2016年4月份，公司擬非公開發(fā)行不超8000萬股，募集資金總額不超16億元，用于“高性能鋰離子電池項目二期”和“新能源車用動力電池及集成系統(tǒng)項目”。募投項目中，9億元用于“高性能鋰離子電池項目二期”，項目擬建成三元鋰離子電池的國際一流自動化生產線，建設期為12個月。7億元用于新能源車用動力電池及集成系統(tǒng)項目，擬建成磷酸鐵鋰鋰離子電池的國際一流自動化生產線。
國軒高科
國軒高科是國內最早從事新能源汽車用鋰離子動力電池(組)自主研發(fā)、生產和銷售的企業(yè)之一;2017年3月20日晚間公告，子公司與廬江縣人民政府簽訂3GWH(約10億AH)32131圓柱電池項目，投資共20億元，其中一期項目計劃新建1GWH電池項目，投資10億元，計劃于2017年6月份主體工程開工建設，力爭2017年底前竣工投產。
紅星發(fā)展
公司申請的《三元正極材料前驅體的制備方法》獲得了發(fā)明專利授權，但公司未進行鋰離子電池三元正極材料及前驅體的生產，只是正在開發(fā)和推進作為三元正極材料及前驅體的基礎原材料(前端產品)——高純硫酸錳、高純四氧化三錳等錳系產品。
格林美
以荊門格林美為主體，擬投資9500萬元建設年產3000噸動力電池用鎳鈷錳前驅體材料生產線。目前，公司的三元材料生產線是生產鈷鎳錳前驅體材料的。
低鈷高鎳的發(fā)展方向
目前，三元材料正向低鈷高鎳方向發(fā)展，電容量等性能指標確實也越來越好，單體電池比能量也在向200Wh/kg的目標靠近。我國目前處于從333型向523型發(fā)展的階段，2017年國內動力三元預計以523型為主，而國內廠商能量產622型的不多，811型目前也還在研發(fā)推出階段。
三元材料業(yè)務未來的發(fā)展正是基于減少對鈷的依賴，因此未來三元材料中必將以高鎳型NCM為主導，未來單輛新能源車的鈷的需求一直是向下走的。但未來三年市場還是會以NCM523以及NCM622型為主，它們的鈷金屬單位消費量約為12%-13%，高鎳型NCM占比還是很低。新能源車的增長速度能遠遠抵消單輛新能源車鈷的需求下降的趨勢。
目前生產三種原材料的上市公司：
鈷鹽：華友鈷業(yè)、金嶺礦業(yè)、宏達股份、奧特佳、海亮股份、格林美
錳鹽：湘潭電化、金瑞科技、紅星發(fā)展
鎳鹽：吉恩鎳業(yè)、華澤鈷鎳、貴研鉑業(yè)、科力遠、恒順電氣、格林美、金鉬股份、洛陽鉬業(yè)。
結論
我們只能站在未來可以看得清的一個領域里做出判斷，三元材料盡管向高鎳發(fā)展，但鈷未來在三元材料領域仍然大有可為，供需缺口在未來幾年必將會進一步拉大。從另一方面看，由于國內三元電池供應主要依靠三星、LG等三元材料技術成熟的日韓企業(yè)，但是這一塊進不了中國新能源車的補貼目錄，而國內企業(yè)技術目前又不成熟，并且在安全性等問題還沒有得到很好的一個論證解決。近期三元材料應用在國內市場可能沒有預期的發(fā)展速度，需求主要來自國外，鈷的整體需求反轉可能慢于市場預期，但整體來說，在未來幾年也會穩(wěn)步攀升。
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