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锂电池正极材料你到底懂多少?

北极星储能网  来源:雪球  作者:伏击龙头  2018/4/8 9:28:40  我要投稿  

北极星储能网讯一,研究背景

近年来,我国新能源汽车产销量的双丰收带动了整个上下游产业链快速发展,特别是对动力电池的需求量不断攀升。由于动力电池占新能源整车制造成本大约30~40%,要使新能源汽车更具价格优势,形成足够的市场竞争力,必须降低动力电池成本。而在动力电池的构成成本当中,正极材料的成本超过40%,所以如何降低正极材料的成本成为关键。


二,关于磷酸铁锂和三元材料的对比

在正极材料当中,最常用的材料有钴酸锂,锰酸锂,磷酸铁锂和三元材料(镍钴锰的聚合物)。目前来看,外资日韩企业等主要采用的是三元电池材料整体技术上确实领先中国企业,但是在我国市场应用上,磷酸铁锂电池相对于三元材料电池占据了上风。去年磷酸铁锂搭载量高达20 Gwh,占比达到了73%,而三元材料电池的搭载量仅为6.3 Gwh,占比只有22%。

但从技术领域看,对于电池路线的争议还在持续,未来唱主角的是磷酸铁锂还是三元材料电池?

从能量密度来看,三元电池确实比磷酸铁锂占据优势,以特斯拉,三星,LG为代表的外企便是采用三元材料;而磷酸铁锂电池最近几年技术进步很大,在比能量上已经能够接近三元材料电池,国内汽车巨头比亚迪便是采用磷酸铁锂材料。据权威数据显示,三元材料电池的比能量为160-200wh/kg,磷酸铁锂电池为120-150wk/kg。但有专家表示,比能量并非绝对的,也可以将磷酸铁锂电池的比能量做到160wh/kg,只不过其他数据要妥协。所以,动力电池的数据,是要根据市场需求来的。而从成本来看,无意是磷酸铁锂占据优势,三元材料电池的原材料需要贵金属,价格较高,未来也很难降下来,而磷酸铁锂电池的原材料相对价格稳定,未来还有可能大幅度降低。且三元材料主要由外资供应,因而没有纳入国家的补贴范围,成本肯定比磷酸铁锂高;从安全性来看,也是磷酸铁锂更有优势。三元材料是有镍钴锰三种聚合而成,在到达一定温度时发生分解,三元锂材料会在更低的200度左右发生分解,而磷酸铁锂材料是在800度左右。并且三元锂材料的化学反映更加剧烈,会释放氧分子,在高温作用下电解液迅速燃烧,发生连锁反应。说简单点,就是三元锂材料比磷酸铁锂材料更容易着火。不过需要注意的是,我们提到的是材料,而不是已经成为成品的电池。今年年初国家发布客车暂停(暂缓)使用三元材料电池条例,说明在短期内,政策层面在客车领域不允许用三元,说明国家的导向。

不过,磷酸铁锂电池有一个致命性的缺点,那就是低温性能较差,即使将其纳米化和碳包覆也没有解决这一问题。研究表明,一块容量为3500mAh的电池,如果在-10℃的环境中工作,经过不到100次的充放电循环,电量将急剧衰减至500mAh,基本就报废了。这对于我国幅员辽阔,冬天低气温的确较多的综合国情来说,的确不是一件好事。此外,材料的制备成本与电池的制造成本较高,电池成品率低,一致性差,这也是导致很多纯电动汽车续航能力并不能达到标称值的重要原因。因此,我们可以看到国内有不少的新能源汽车(无论是纯电动还是混合电动),或者是一些比较廉价的新能源汽车,会出于不同的原因选择磷酸铁锂电池。可以说,磷酸铁锂电池的使用,对于新能源汽车量产落地以及推广,都有着不可磨灭的奠基作用。

那么这两种电池现在的使用情况又是怎么样的呢?让我们来关注一组数据。去年11月,磷酸铁锂电池的电动大巴装机量占到了64.9%,三元锂电池装机量只有27.6%。相反,在纯电动乘用车市场,三元锂电池在去年11月的装机量超过76%。而过去两年中,商用车,包括大巴的产销增速比乘用车更快,这也从说明了国家要把安全放在第一位的主要原因,但随着的技术的成熟,乘用车的未来市场空间还很大。

三,碳酸锂的介绍和发展现状

磷酸铁锂的原材料当中,主要有草酸亚铁,氧化铁红,磷酸铁,磷酸二氢锂,磷酸二氢铵和,其中碳酸锂占据了接近30%,而碳酸锂由矿产资源提炼而成,在自然界中储量非常有限,具有极强的地域性和稀缺性,属于稀缺资源,因此在新能源汽车产业链中,碳酸锂资源的战略重要性显得尤为突出。

从下图可以看到目前全球锂资源最丰富的国家是智利,拥有72%的资源,其次是中国,拥有13%。而规模化生产碳酸锂的企业必须拥有锂资源储量较为丰富的盐湖资源开采权,使得该行业具有非常高的资源壁垒;另外碳酸锂主要原料是盐湖卤水(矿石法由于成本高在全球产能很小),由于全球盐湖绝大多数都是高镁低钾型,而从高镁低钾老卤中提纯分离碳酸锂的工艺技术难度很大,之前这些技术仅掌握在少数公司手中,这使得碳酸锂行业又具备了技术壁垒。因此早就了碳酸锂行业的全球寡头垄断格局。据了解,智利SQM,美国FMC,德国Chemmetal三巨头主导着全球70%以上的碳酸锂产能。


我国西藏矿业资源最丰富,保守估计有200万吨碳酸锂储量,2008年产能2600吨,远期规划2万吨。碳酸锂按照纯度可以分为工业级98~99%、医药级98.5%、电池级99.5%、高纯级99.99~99.999%,国内厂商生产碳酸锂主要集中在工业级别,电池级产能占总产能的1/3。

目前国内生产碳酸锂的企业主要集中在西藏矿业,中信国安,西部矿业集团,青海盐湖集团,天齐锂业和赣锋锂业这六家公司。但是前四家企业只限于工业级碳酸锂,电池级碳酸锂则由天齐锂业,赣锋锂业掌控中,其中天齐锂业技术最成熟,是行业标准制定者,约占国内60%的市场份额,并且有部分出口。下面将简单介绍天齐锂业和赣锋锂业。

天齐锂业:

川天齐锂业股份有限公司是一家以锂系列产品为主的化工类公司.公司主要从事锂系列产品的研发、生产和销售,主要产品为"锂坤达"牌工业级碳酸锂、电池级碳酸锂、无水氯化锂、氢氧化锂等四大系列、十多个品种规格的锂产品.公司电池级碳酸锂产品是国家级重点新产品,于2006年11月获得国家科技部、商务部等四部委颁发的《国家级重点新产品证书》,获得四川省人民政府"四川省高新技术创新产品"称号.公司是我国目前锂行业中产量和销售规模最大的企业之一,拥有五项发明专利.公司充分发挥技术创新优势,在生产工业级碳酸锂等基础锂产品的基础上,致力于发展电池级碳酸锂、电池级无水氯化锂等高端锂产品,在我国锂产品产业中具有综合优势。

赣锋锂业:

公司从事锂深加工系列产品的生产,产品涵盖金属锂(工业级、电池级)、碳酸锂(电池级)、氯化锂(工业级、催化剂级)、丁基锂、氟化锂(工业级、电池级)等20多种锂系列产品,是国内锂系列产品品种最齐全、产品加工链最长、工艺技术最全面的专业生产商,也是国内唯一的规模化利用含锂回收料生产锂产品的企业,是国内深加工锂行业的龙头企业,综合实力位列行业第一。金属锂、碳酸锂和氟化锂是公司的主营产品; 2012年12月,公司拟不超过678.15万元受让优派新能源49%股权,加上2011年6月以2040万元受让其51%股权,将实现全控。该公司截止2012年9月30日净资产为1916.86万元,主营动力电池、锂离子电池等,拥有生产锂电池三元正极材料前驱体的核心技术及其它锂电池正极材料技术,生产的锂电池三元正极材料前驱体和赣锋锂业生产的电池级碳酸锂是锂电池正极材料的两种主要原料。

从2015年开始,我国碳酸锂需求量一直远大于供给量。由于供求关系,目前无法提供足够多的碳酸锂,因此必然会导致价格上涨。2015年以前,碳酸锂厂家对下游企业还处于追逐状态,而到2015年底开始,碳酸锂价格一路飙升,最高时达到18万元/吨,而且很多时候还买不到。目前,工业级碳酸锂价格在45000元/吨左右,电池级碳酸锂价格70000元/吨左右,高纯碳酸锂价格更是高达100000元/吨以上,而电池级碳酸锂的合理价格应在3—5万元/吨,有专家指出,如果能够使原材料价格保持在合理区间,则动力电池的成本也将**降低。国内涉及的新建项目由于是采用盐湖卤水提取碳酸锂,生产成本在10000-15000元/吨左右。因此,市场普遍认为碳酸锂产品盈利能力非常高,将会给投资者带来巨幅增长。


结论:

从发展趋势来看,新能源车无疑是未来汽车发展的方向,而动力锂电池则是电动汽车的最佳选择。未来市场对锂电池及电池原材料的需求将非常庞大。基于此,碳酸锂开采提炼一旦被技术被突破,成本有效降低,实现大规模的产业化生产之后,其前景将十分广阔。

四,三元材料的介绍和发展现状

目前在锂电池领域,三元材料主要是由镍钴锰三者的聚合物构成,材料中镍钴锰三种元素的比例并不确定,我们可以通过改变三种元素的比例来改善电池的性能。在过往,国内的三元一般是部分的替代钴酸锂使用领域,与锰酸锂或者钴酸锂混合用于中低端的电子消费品,与锰酸锂混合应用于中低端动力市场。但随着近年新能源汽车的高速发展,三元材料充当越来越重要的角色。国外像特斯拉,三星等公司,由于技术领先于我们三至五年,普遍采用三元材料作为锂电池正极材料。所以未来,三元材料还有很大的提升空间。

三元材料相关上市公司

沪市:红星发展、金瑞科技、厦门钨业、杉杉股份,金鹰股份

深市:中国宝安、众和股份、江特电机、格林美、赣锋锂业、当升科技,科恒股份,杉杉股份,亿纬锂能、国轩高科、天赐材料、天齐锂业。

杉杉股份

三元材料(NCM,供小型电动工具,国内规模最大)占比30%,锰酸锂占比不到10%。湖南杉杉(宁乡)年产1.5万吨正极材料生产基地正在积极推进,产品以钴酸锂、三元和二元为主,投产后产能达到2.7万吨,将进一步稳固公司龙头地位。

江特电机

涉足锂电池正极材料生产:出资8034.46万元(占97.45%)设立江西江特锂电池材料公司,从事锂电池正极材料生产,正极材料是锂电池关键原材料之一,正极材料性能的高低很大程度上决定了锂电池性能的好坏以及使用范围。公司涉足的正极材料包括三元材料和富锂锰基正极材料的批量生产。

众和股份

众和新能源(公司持有其66.67%股权)拟收购优派新能源100%股权。优派新能源经营范围包括有色金属、仪器仪表、电子产品、冶金炉料、五金销售等,其三元材料前驱体生产线于2011年初建成投产,设计产能约2000吨/年。

厦门钨业

电池材料是公司重点发展的产业之一,公司现拥有5000吨贮氢合金粉、1.05万吨各种锂离子材料生产能力,锂离子材料产品主要有钴酸锂、锰酸锂和镍钴锰三元材料(NCM)等;日本松下为公司电池材料主要采购商之一。

中国宝安

公司间接持有贝特瑞51.91%权益2012年,贝特瑞公司在研发硅碳、软碳、层状锰酸锂、层状三元材料等下一代的正负极材料开发取得突破性进展,其中硅碳复合材料有望在2013年推向市场;

当升科技

主营业务范围包括钴酸锂、多元材料及锰酸锂等小型锂电、动力锂电正极材料的研发、生产和销售,是国内领先的锂离子电池正极材料专业供应商。公司目前已有多款动力型多元材料实现批量生产。

天齐锂业

公司是全国规模最大的锂产品生产企业,全球最大的矿石提锂企业,拥有年产2500吨电池级碳酸锂、3000吨工业级碳酸锂、1500吨无水氯化锂、1500吨氢氧化锂、600吨高纯碳酸锂/磷酸二氢锂的生产能力。

赣锋锂业

2013年1.75亿投向年产4500吨新型三元前驱体材料项目,年产4500吨新型三元前驱体材料项目达产后,年均新增销售收入3.46亿,年均净利润3705.93万元。

天赐材料

在锂离子电池材料领域,公司是通过技术许可方式引进了美国Dr. Novis Smith的六氟磷酸锂制造技术,公司在此技术的基础上提高该技术的各项性能。2010年上海世博会公司为电动巴士提供了配套锂离子电池电解液。2016年4月,拟非公开发行股票募集资金拟用于投资建设2,300t/a新型锂盐项目、投资建设2,000t/a固体六氟磷酸锂项目、投资建设30,000t/a电池级磷酸铁材料项目等。

金瑞科技

2014年6月,公司拟不低于9.54元/股定增不超过7000万股,募集资金不超过6.678亿元,投于到年产10000吨电池正极材料生产基地建设项目(2.97亿元)和年产7000吨锂离子动力电池多元正极材料项目(3.57亿元)。

金鹰股份

2015年12月7日公司拟自筹资金与湖南瑞翔新材料股份有限公司共同投资设立浙江金鹰瑞翔材料有限公司,从事三元锂电池 正极材料的研发、生产与销售,拟建设年产1万吨三元锂电池正极材料项目,预计年销售额15亿元。同时根据合资协议,湖南瑞翔保证合资公司工厂建成投产后2年内顺利实现销售盈利,并且能够实现在两家以上主流电池厂商电池材料定型、定点销售。

亿纬锂能

2016年4月份,公司拟非公开发行不超8000万股,募集资金总额不超16亿元,用于“高性能锂离子电池项目二期”和“新能源车用动力电池及集成系统项目”。募投项目中,9亿元用于“高性能锂离子电池项目二期”,项目拟建成三元锂离子电池的国际一流自动化生产线,建设期为12个月。7亿元用于新能源车用动力电池及集成系统项目,拟建成磷酸铁锂锂离子电池的国际一流自动化生产线。

国轩高科

国轩高科是国内最早从事新能源汽车用锂离子动力电池(组)自主研发、生产和销售的企业之一; 2017年3月20日晚间公告,子公司与庐江县人民政府签订3GWH(约10亿AH)32131圆柱电池项目,投资共20亿元,其中一期项目计划新建1GWH电池项目,投资10亿元,计划于2017年6月份主体工程开工建设,力争2017年底前竣工投产。

红星发展

公司申请的《三元正极材料前驱体的制备方法》获得了发明专利授权,但公司未进行锂离子电池三元正极材料及前驱体的生产,只是正在开发和推进作为三元正极材料及前驱体的基础原材料(前端产品)——高纯硫酸锰、高纯四氧化三锰等锰系产品。

格林美

以荆门格林美为主体,拟投资9500万元建设年产3000吨动力电池用镍钴锰前驱体材料生产线。目前,公司的三元材料生产线是生产钴镍锰前驱体材料的。

低钴高镍的发展方向

目前,三元材料正向低钴高镍方向发展,电容量等性能指标确实也越来越好,单体电池比能量也在向200Wh/kg的目标靠近。我国目前处于从333型向523型发展的阶段,2017年国内动力三元预计以523型为主,而国内厂商能量产622型的不多,811型目前也还在研发推出阶段。

三元材料业务未来的发展正是基于减少对钴的依赖,因此未来三元材料中必将以高镍型NCM为主导,未来单辆新能源车的钴的需求一直是向下走的。但未来三年市场还是会以NCM523以及NCM622型为主,它们的钴金属单位消费量约为12%-13%,高镍型NCM占比还是很低。新能源车的增长速度能远远抵消单辆新能源车钴的需求下降的趋势。

目前生产三种原材料的上市公司:

钴盐:华友钴业、金岭矿业、宏达股份、奥特佳、海亮股份、格林美

锰盐:湘潭电化、金瑞科技、红星发展

镍盐:吉恩镍业、华泽钴镍、贵研铂业、科力远、恒顺电气、格林美、金钼股份、洛阳钼业。

结论

我们只能站在未来可以看得清的一个领域里做出判断,三元材料尽管向高镍发展,但钴未来在三元材料领域仍然大有可为,供需缺口在未来几年必将会进一步拉大。从另一方面看,由于国内三元电池供应主要依靠三星、LG等三元材料技术成熟的日韩企业,但是这一块进不了中国新能源车的补贴目录,而国内企业技术目前又不成熟,并且在安全性等问题还没有得到很好的一个论证解决。近期三元材料应用在国内市场可能没有预期的发展速度,需求主要来自国外,钴的整体需求反转可能慢于市场预期,但整体来说,在未来几年也会稳步攀升。

原标题:锂电池正极材料,你到底懂多少?

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