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锂电正极材料进入产业黄金期
2022年9期 发行日期:2022-05-05
作者:■ 福建南平工业园区管委会 中国电子信息产业发展研究院 郑明月

  2021年,全球锂电正极材料产业快速增长,钴酸锂、三元锂和磷酸铁锂等细分品种消费量均大幅增长。我国发布《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》(简称:规划),政策利好逐步显现,锂电新材料产业进入快速发展期。欧盟、美、日、韩加快锂离子电池产业布局,正极材料龙头企业竞争更加激烈,全球进入正极材料产业黄金期。未来伴随利好政策逐步出台,项目投资更迅速扩张,高能量密度、高安全性与高性价比之间逐步平衡,能量密度叠加综合成本优势,高镍、低钴将成为技术主流。

全球产能集中在中日韩

  1.市场规模

  锂电池新材料主要由正极材料、负极材料、隔膜、电解液四部分组成,其中正极材料成本占锂电池材料成本的30%~40%,是锂电池最关键的材料之一。正极材料主要分为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料等四种技术路线,能量密度、安全性和成本等指标是选择材料的主要依据。钴酸锂的振实密度大、充放电稳定、工作电压高,但成本较高、循环性和安全性较差,主要应用于18650等小型电池中。锰酸锂具有价格低、电位高、环境友好、安全性能高等优点,但比容量较低、循环性能特别受限。磷酸铁锂材料环境友好、价格较低、安全性和高温性能较好,但能量密度较低、低温性能较差。三元材料具有明显的三元协同效应,能量密度更高、安全性能好,但成本较高。

  EVTank数据显示,2021年全球锂离子电池出货量达到562.4GWh,同比增长90.9%。其中,汽车动力电池(EV LIB)出货量为371.0GWh,同比增长134.7%;储能电池(ESS LIB)出货量66.3GWh,同比增长132.6%;小型电池(SMALL LIB)出货量125.1GWh,同比增长16.1%。根据1kWh锂电池装机量所需正极材料为2.4kg计算,2021年全球锂电池正极材料需求量约为135万吨。

  2.主要国家产业情况

  全球正极材料的核心专利主要集中在美国公司,产能主要集中在中日韩三国。美国3M公司拥有NiCoMn三元材料的美国专利(US6964828B2)及其同族专利(CN100403585C)等,为三元材料的基础核心专利,至今制约着中日韩锂电行业三元材料的发展。巴斯夫公司分别授予瑞翔新材和北大先行镍钴锰(NCM)正极材料相关专利使用权;陶氏化学给予上海华谊(集团)公司磷酸锂铁锰(LMFP)和锂镍锰钴氧化物(NMC)两种锂离子电池的正极材料核心技术许可。

  三星SDI和LG化学是韩国正极材料企业发展的基础,ECOPRO是三星SDI正极材料NCA的主要外部供应商,也是全球第二大NCA正极材料生产商。日本正极材料企业一直占据全球的技术高端,住友金属(Sumitomo SMM)是全球锂电池正极材料产能布局最大的公司之一。

产值快速增长,市场集中度低

  1.产业规模

  近期,随着国际油价高企,新能源汽车的市场竞争力逐渐增强。2021年,我国新能源汽车销量达352.1万辆,同比增长1.6倍,占新车销售比例跃升至13.4%,同比增长8个百分点。新能源汽车保有量增至784万辆,占我国汽车总量的2.6%,占全球新能源汽车保有量的一半左右。根据《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》要求,到2025年,我国纯电动乘用车新车平均电耗降至12.0千瓦时/百公里,新能源汽车新车销售量达到汽车新车销售总量的20%左右。

  2021年我国正极材料产值达到1419.1亿元,同比增长123.1%;出货量109.4万吨,同比大幅增长98.5%。主要企业包括湖南裕能、厦门钨业、天津巴莫、德方纳米和荣百科技等。但市场集中度较低,前十家企业合计市场份额不足50%。

  2.上游材料

  锂电池正极材料的主要原料为锂、钴、镍、锰、铁等金属。国内锂资源主要供应商为赣锋锂业、天齐锂业、西部矿业、西藏城投、西藏矿业、雅化集团、盐湖股份和中信国安等。天齐锂业是集上游锂矿储备与开发、中游锂新材料加工为一体的新能源核心材料供应商,处于国内和全球领先水平。天齐锂业控股全球最大固体锂辉石矿(控股澳洲泰利森51%股权),拥有全球最大矿石提锂产能,成本优势明显。赣锋锂业在电池级金属锂领域拥有国内独创的真空低温蒸馏提纯工艺,自行研发建成锂资源综合回收生产体系,是国内利用回收锂化合物综合循环生产金属锂的龙头企业,多项技术达到国际先进水平。

  2021年全球钴产量为17万吨,与2020年的14.2万吨相比增长了20%,创历史新高。我国主要钴资源企业包括寒锐钴业、洛阳钼业和华友钴业等。其中华友钴业是中国知名的钴化学品生产商,打造了从钴镍资源开发、冶炼,到锂电正极材料深加工,再到资源循环回收利用的新能源锂电产业生态。当前公司拥有镍产能1万吨/年,国内共有4万吨/年产能在建,印尼镍矿产能为10.5万吨/年。

  由于俄镍被“踢”出伦敦期货交易所,国际镍供应持续进展,镍现期价格持续高位震荡。我国镍资源储量不足,印尼是我国镍金属的主要进口国。国内镍资源上市企业有青山股份、青岛中程、盛屯矿业、中国中冶和鹏欣资源等。青山集团在印尼拥有的镍金属储量在1200万吨以上(占印尼国内总储量的57.1%),而我国每年镍金属需求量在100万吨左右。青岛中程在印尼持有镍矿约2014公顷;盛屯矿业则重点聚焦于钴、镍、铜、锌等关键金属品种。

  3.细分材料

  钴酸锂

  由于钴酸锂材料所含元素相对较少,制备相对容易,产业链较为简单。钴酸锂正极材料产业链主要分为上游钴、锂供应商、中游钴酸锂正极材料制造商、下游电池生产厂商,以及应用层面的3C领域企业等。近年来,随着平板电脑、智能手机逐渐普及,3C电子产品增速放缓。但伴随元宇宙概念的兴起,VR/AR等可穿戴装备产业快速发展,钴酸锂市场需求增速有增加趋势。据统计,2021年我国钴酸锂产量为10.1万吨,同比增长36.8%。

  锰酸锂

  锰酸锂材料主要应用于两轮及三轮电动车领域,在小型乘用车和商用电动汽车领域的应用也逐步推开。2021年,我国锰酸锂产量为8.74万吨,同比增长45.9%。高速增长的原因一是小动力市场需求向好,部分国内电动工具电池厂商打入国际大厂供应链体系,市场总量提升;二是国内电动工具普及率逐年上升;三是两轮车市场锰酸锂对铅酸电池的替代步伐加快,锰酸锂电池需求上行,材料端需求旺盛。

  磷酸铁锂

  2021年,我国磷酸铁锂正极材料销售量约为47万吨,同比激增277%。高速增长的原因有四方面:一是我国动力电池出货量220GWh,其中铁锂动力电池出货量超110GWh,同比增长超250%;二是在碳交易市场压力下,我国储能锂电池出货量超35GWh,同比增长超120%;三是技术进步,磷酸铁锂电池包的结构创新使电动汽车续航里程普遍达到400~600公里,低温续航能力得到大幅提升;四是上游原材料价格上涨,车企及动力电池企业降本压力增大,成本更低的磷酸铁锂电池部分替换成本更高的三元锂电池。

  三元材料

  三元正极材料按照含镍量的不同主要分为低镍(以NCM333等3系为主)、中镍(以NCM523等5系为主)、中高镍(以NCM613、NCM622等6系为主)和高镍(以NCM811等8系为主),能量密度随着镍含量的提高而提升。目前,NCM523为国内最主要的三元材料,其具有能量密度高、放电容量大、循环性能好、结构稳定等优势,满足新能源汽车对于长续航里程、高能量密度等方面的需求,因此三元材料在锂电池正极材料市场份额中排名第一。

  2021年,全球三元材料总产量为72.97万吨,同比增长79%;头部企业为LG化学、容百科技、Ecopro等,市场占有率分别为9%、8%、7%。2021年,我国三元材料总产量为39.81万吨,同比增长89.6%,其中容百科技、当升科技、天津巴莫位居前三,市占率分别为14%、12%、12%,CR5达到55%,产业集中度同比提升3%。

未来发展呈现三大趋势

  1.利好政策逐步出台,项目投资更迅速扩张

  国家发改委、工信部、国家能源局等部委为如期实现“碳达峰”及“碳中和”的目标连续发布《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》《“十四五”现代能源体系规划》《关于加快推动新型储能发展的指导意见》等多个利好锂电产业政策,支撑锂电新能源产业健康、快速、良性发展。为紧跟国家战略,应对市场急速扩张的需求,锂电池新材料企业“跑马圈地”,进行巨额产业投入。据不完全统计,2021年电池产业链投资扩产项目82个,其中69个项目公布了投资金额,投资总额超6783.02亿元,同比扩张了3倍以上。宁德时代及其供应链企业居于投资榜首,聚创新能源、宝丰集团等传统能源巨头同样踏足锂电行业,南孚电池等碱性电池企业也逐步向锂电产业转型。未来,锂电新能源汽车、电动自行车、储能、5G基站和3C电子等锂离子电池细分市场将逐步扩张,市场潜力巨大。

  2.高能量密度、高安全性与高性价比之间逐步平衡

  长续航和高能量密度是行业普遍认同的发展趋势。但从行业整体看,未来新能源汽车的政府补贴将呈现下降趋势,主流车企掌握核心竞争力,能量密度高、安全性好与成本较低的目标才是发展方向。对于产业链领航企业,要求具备全产业链整合能力,在保证各环节盈利的情况下,尽可能提高产品效能,降低供应量成本,提高行业整体竞争力。

  3.能量密度叠加综合成本,高镍、低钴将成为技术主流

  由于资源的稀缺性和需求旺盛,金属钴的价格保持高位。为控制电池材料成本,锂离子电池企业着力推动正极材料向低钴乃至无钴化发展。高镍正极材料能量密度高,具备里程优势。自2017年开始逐步进入市场以来,高镍三元材料市占率逐步提升,由于宁德时代的示范效应,高镍正极需求出现井喷效应。预计2025年高镍三元材料在正极材料占比可达到46%,发展潜力巨大。


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