磷酸铁锂行业深度报告：历经数年磨砺，行业重拾成长.pdf

本报告 由川 财证 券有 限责 任 公司 编制 谨 请参 阅尾 页 的 重要 声明 历经数年磨砺，行业重拾成长 证券 研 究报告 所属部门 制造业团 队 报告类别 行业深度 所属行业 汽车/ 新能源 行业评级 增持评级 报告时间 2020/2/28 分 析师 黄博 证书编号： S1100519090001 021-68595119 huangbocczq 联 系人 张天楠 证书编号：S1100118060014 021-68595116 zhangtiannancczq 川 财研 究所 北京 西城区平安里西大街28 号 中海国际中心15 楼， 100034 上海 陆家嘴环路 1000 号恒生大 厦11 楼，200120 深圳 福田区福华一路 6 号免税商 务大厦30 层，518000 成都 中国（四川）自由贸易试验 区成都市高新区交子大道 177 号中海国际中心B 座 17 楼，610041 磷 酸铁锂 行业 深度报 告 锂电核心正极，各项性能卓越。 磷 酸铁锂 作为正 极 材料之一 ，在安 全性、 循 环寿 命、 生产成 本等 综合 指标 上相 比三元 材料 具有 相对 优势 。在其 商用 化 以来， 应 用到包括 汽车、 船舶、 储 能在内的 诸多领 域， 成为 现阶段最 具发展 潜 力的正极 材料之一 。 市占率连年下滑， 行业经历低谷 。 新 能源汽 车发展 之初， 由 于考虑 到排放 以及燃油 经济性， 政 策向 商用车倾 斜， 而磷酸 铁锂 的安全性、 循 环寿命 等优 势 让其迅速 成为锂 电池正 极 的最佳选 择 ， 产业 迎来扩 产高峰 ； 然而 随着 2017 年 政 策将 能量 密度纳 入考 核要 求并 与补 贴系数 直接 挂钩 ，三 元材 料进入 黄金 发 展期 并呈 现出挤 出效应 ， 行业 跌入 谷底。 行业洗牌， 市占率 逐步向优势企业集中 。 2019 年我 国磷酸铁 锂 产量8.9 万 吨， 同比 增速 52.4% ， 企 业盈 利能 力出现 下滑， 然 而在行业 洗牌中 ， 头部 企 业 逐步扩大 市占率 ，20172019 年，CR3 分 别为 41% 、43%、57% ，CR5 分别为51% 、 55% 、83%。 过 去一年， 德 方纳米、 国 轩高科、 贝特 瑞、 北大先 行、 湖北 万润 出 货 量 分 列 前 五 。 另 一 方 面 ， 磷 酸 铁 锂 电 池 行 业 同 样 呈 现 集 中 度 提 升 趋 势 ， 20172019 年，CR3 分别 为 76.8% 、83.4% 、84.7% ，宁德时 代牢牢 占据首 位 。 应用扩张， 行业重拾成 长。 磷酸 铁锂电 池在过 去三 年增效降 本显著， 通过 压实密度 提升、 电芯单 体 结构优化 、CTP 的 pack 技术发展 ，系统 能量密 度 较 2016 年提 升 40%以 上， 同时成本 较三元 电池依 旧 具备优势 ，已经 开始慢 慢 渗 透进入乘 用车市 场，比 亚 迪高端轿 跑车型 汉可实 现 550km 以 上续航 ，而 特斯 拉也有望 首次搭载 该类 电 池。 另 外， 储能市 场未来 五年也将 迎来年 均 30% 的复 合增长， 而轻 型动力 市场 空间已释 放， 锂电替 代铅 酸电池的 趋势如 火如荼。 根 据我们测 算， 20202022 年， 磷酸铁 锂材料 的 需求 增量分别 达到 5.3/9.9/14.6 万吨，对 应行业 增速为59.6% 、69.7% 、60.6% 。 投资建议 过往三年 行业市 占率受 到 三元材料 的挑战 ， 不 论是 产品销量 、 企 业盈利 能力 都 处于底部 ， 然而 随着能 量 密度的提 升、 成 本优势 凸 显， 磷酸 铁锂又 重新获 得 乘 用车企业 的青睐 。 不仅 如 此， 随着 储能市 场基数 提 高， 增速 保持 ， 市场 空间 进 一步打开 ， 而 小型动 力领 域锂电替 代趋势 显著 ， 我 们认为铁 锂行业 无论是 正 极 材料还是 电池企 业都将 进 入发展快 车道 。 建议关注的标的有： 德方纳米 、 湘潭 电化、富临精工、比亚迪、 宁德时代、 亿纬锂能、鹏辉能源、 国轩高科等 。 风险提示： 政策 风险、 重 大安全事 故风险 、 疫情 导 致开工 不 及预期 。 川 财证 券 研究 报告 本报告 由川 财证 券有 限责 任 公司 编制 谨 请参 阅尾 页 的重要 声明 2/34 正文目录 一、锂电 核心， 潜力无 限 . 5 1.1 性能 优异， 安全可 靠 . 5 1.2 专利 纠纷， 早期推 广受 限 . 7 1.3 制备 路径多 样，固 相液 相各有优 势 . 8 二、 历经磨砺 ，行业 触底向 好 . 10 2.1 市占 率下滑 ，行业 经历 低谷 . 10 2.2 行业 集中度 提升， 触底 回升有望 . 13 三、 行业看点 ：提效 降本及 市场 变迁 . 16 3.1 能量 提升， 配套乘 用车 空间释放 . 16 3.2 成本 下降， 磷酸铁 锂重 获青睐 . 18 3.3 应用 扩张， 市场空 间释 放 . 19 3.4 总体 市场空 间测算 . 26 四、 重点企业 . 28 4.1 德方 纳米 . 28 4.2 贝特 瑞 . 29 4.3 升华 科技 . 30 4.4 比亚 迪 . 31 4.5 国轩 高科 . 32 风险提示 . 33 川 财证 券 研究 报告 本报告 由川 财证 券有 限责 任 公司 编制 谨 请参 阅尾 页 的重要 声明 3/34 图表目 录 图 1 ： 锂电池工 作原理 . 5 图 2 ： 磷酸铁锂 结构图 . 7 图 3 ： 前驱体磷 酸铁制 备工艺 . 8 图 4 ： 固相磷酸 铁锂合 成工艺 . 9 图 5 ： 前驱体磷 酸铁制 备工艺 . 9 图 6 ： 新能源乘 用车、 客车、 货车 销量 . 10 图 7 ： 磷酸铁锂 和三元 动力电 池历 年出货量 . 11 图 8 ： 2016-2019 年各年搭载磷酸 铁锂电池 的纯电 动客车 和专 用车数量 占比 . 12 图 9 ： 比亚迪车 型汉 . 13 图 10： 比亚迪车 型汉配 置 . 13 图 11： 2016-2019 年磷酸铁锂和碳 酸锂价格 走势（ 万元/ 吨） . 13 图 12： 2017 年磷酸铁锂市场份 额 . 14 图 13： 2018 年磷酸铁锂市场份 额 . 14 图 14： 2019 年磷酸铁锂市场份 额 . 14 图 15： 磷酸铁锂 产量及 同比增 速 . 14 图 16： 2017 年磷酸铁锂电池市 场份 额 . 15 图 17： 2018 年磷 酸铁锂电池市 场份 额 . 15 图 18： 2019 年国内磷酸铁锂电 池市 场份额 . 15 图 19： 磷酸铁锂 电池出 货量与 增速 . 15 图 20： 比亚迪 “ 刀片电 池 技术 ” . 16 图 21： 宁德时代 CTP 技术 . 17 图 22： MAXWELL 干电极技术. 18 图 23： 磷酸铁锂 电池和 三 元电 池系 统价格走 势 . 18 图 24： 磷酸铁锂 正极材 料价格 走势 . 19 图 25： 2019 年磷酸铁锂装机量 当月 值占比 . 20 图 26： 磷酸铁锂 新能源 乘用车 渗透 率 . 21 图 27： 储能锂电 池出货 量及增 速图 . 22 图 28： 储能锂电 池应用 分类. 22 图 29： 全球历年 储能规 模增长 图 . 22 图 30： 全球铅酸 蓄电池 市场规 模（ 亿美元） . 23 图 31： 全球铅酸 电池出 货量（GWH ） . 23 图 32： 电动自行 车产 量 及增速 . 24 图 33： 电动三轮 车产量 及增速 . 24 图 34： 动力锂电 池和铅 蓄电池 价格 走势预测 . 24 图 35： 电动自行 车保有 量及年 产量 . 25 图 36： 磷酸铁锂 历年需 求量及 增速 预测 . 27 图 37： 营业收入 及增速 . 28 图 38： 净利润及 增速 . 28 图 39： 公司磷酸 铁锂销 量和市 占率 . 29 图 40： 公司周转 能力比 较 . 29 图 41： 研发投入 比较 . 29 图 42： 毛利率比 较 . 29 川 财证 券 研究 报告 本报告 由川 财证 券有 限责 任 公司 编制 谨 请参 阅尾 页 的重要 声明 4/34 图 43： 正极材料 营业收 入 . 30 图 44： 毛利率情 况 . 30 图 45： 营业收入 及增速 . 31 图 46： 净利润及 增速 . 31 图 47： 磷酸铁锂 出货量 排名. 31 图 48： 新能源汽 车推荐 目录搭 载磷 酸铁锂电 池的比 例 . 32 表格 1. 各类正极 材料比 较 . 6 表格 2. 2013-2019 年新能 源乘用 车 补贴标准 变化. 10 表格 3. 磷酸铁锂 应用领 域 . 19 表格 4. 第 7 、第 8 批 新能源 汽车推 荐目录磷 酸铁锂 车型 . 21 表格 5. 轻型动力 铅酸电 池市场 规模 . 24 表格 6. 锂电渗透 轻型动 力电池 市场 规模预测 . 26 表格 7. 我国新能 源乘用 车销量 及对 应铁锂电 池出货 量预测 . 26 表格 8. 磷酸铁锂 增量预 测 . 27 川 财证 券 研究 报告 本报告 由川 财证 券有 限责 任 公司 编制 谨请 参阅 尾页 的 重要 声明 5/34 一、 锂 电 核 心 ， 潜 力无 限 1.1 性能优异，安全可靠 锂 电是 伟大的 发明 ， 化学 类储 能中的 佼佼 者 。 锂电池是一种电化学的储能装置， 其应用历史源远流长， 早期锂电池使用金属锂作为负极， 但由于充电过程易形 成枝晶，安全性难以保障，因此初期的锂电池以一次电池为主。在 1990 年， 索尼成 功将 石墨 作为 负 极应用 之后 ，可 多次 充 放电的 锂离 子电 池正 式 商用化。 在化学类储能电池中， 锂电池拥最优秀的综合性能， 包括能量密度、 功 率密度、 循环寿命及安全性等。 现阶段的锂电池已经成熟供应电子产品、 电动工具、 交 通工具、储能等领域。 锂 电池 核心材 料之 一， 正 极极 大程度 决定 能量密 度 、 寿命 、 安全性 等 。 锂离子 电池工作原理是将电能转化为化学能储备在电极中， 在需要的时候可以重新以 电能释放。 核心材料主 要有正极、 负极、 电解 液和隔膜， 其中正极直 接决定了 电池的能量密度、 安全性、 循环寿命等， 同时也 是主材中成本占比最高的材料。 图 1 ： 锂电池工作原理 资料来源 ：Chem. Rev. ，川财 证券 研究所 正 极材 料各有 千秋 ， 磷酸 铁锂 安全可 靠 。 能够 可逆循环的锂离子电池正极材料 有钴酸锂、 锰酸锂、 磷 酸铁锂以及钴酸锂的一系列三元衍生体。 由于钴酸锂的川 财证 券 研究 报告 本报告 由川 财证 券有 限责 任 公司 编制 谨请 参阅 尾页 的 重要 声明 6/34 压实密度远超其他种类， 大规模使用在对价格并不敏感的消费电子领域， 例如 手机、 笔记本电脑等； 而锰酸锂由于电化学性能较为平庸， 但是价格 低廉， 使 用在对价格较为敏感的领域， 如两轮电单车； 磷酸铁锂以及三元材料则是动力 电池的最佳选择， 应用 于汽车、 船只等对性能 、 安全性、 成本综合考 虑的领域。 磷酸铁锂相对其他种类具备安全性、 成本、 循环 寿命的较大优势， 是动力电池、 储能电池的良好选择。 表格 1. 各类正极材料比较 项目 钴 酸锂(LCO) 锰 酸锂(LMO) 磷 酸铁锂 (LFP) 三 元材料 镍 钴锰酸锂 (NCM) 镍 钴铝酸锂 (NCA) 比容量 (mAh/g) 140-150 100-120 130-140 150-220 180-220 循环寿命 （次） 500-1,000 500-1,000 2,000 1,500-2,000 1,500-2,000 安全性 适中 较好 好 较好 较好 成本 高 低 低 较低 较低 优点 充放电稳定工 艺简单 锰资源丰富成 本低安全性能 好 成本低高温性 能好 电化学性能好 循环性能好能 量密度高 高能量密度低温 性能好 缺点 钴价格昂贵 能量密度低 低温性能差 部分金属价格 昂贵 部分金属价格昂 贵 电池产品相关 影响 体积能量密度 高、成本高、 安全性较差， 适用高端数码 成本低、能量 密度低，适用 低端数码、电 动自行车 安全性好、循 环寿命长，适 用客车电池 综合性能较 好，适用各类 数码产品与乘 用车电池 综合性能较好， 适用各类数码和 乘用车电池 资料来源 ：招股 说明书 ，川财 证券 研究所 源 自 诺 奖获 得 者， 结 构稳 定 商 业化 潜 力无 限 。2019 年度诺贝尔 化学 奖授予美 国得州大学奥斯汀分校 John B Goodenough 教授、 纽约州立大学宾汉姆顿分校 M.stanley Whittlingham 教授和日本化学家 Akira Yoshino ， 以表彰其在锂离 子电池的发展方面作出的贡献。John B Goodenough 教授不仅是钴酸锂正极的 发明人，其在 1997 年提出并验证了使用橄榄石结构的磷酸铁锂材料作为锂离 子电池正极的构想 。 LiFePO4 是聚阴离子框架结构， 其结构基元 LiO6 八面体、 FeO6 八面体和 PO4 四面体， 磷酸根中强的 PO 共价键在完全充电状态下稳定 了氧原子， 避免其被氧化生产氧气而释放， 该结构的存在使 LiFePO4 成为一种 安全的正极材料。 而且由于其稳定的聚阴离子框架结构，LiFePO4 的循环性能川 财证 券 研究 报告 本报告 由川 财证 券有 限责 任 公司 编制 谨请 参阅 尾页 的 重要 声明 7/34 同样优秀。 图 2 ： 磷酸铁锂结构图 资料来源 ： 招股 说明书. ， 川财证 券研究所 1.2 专利纠纷，早期推广 受限 早 期专 利纠纷 不断， 我国 发展 无碍 。 美国德州 大学有关磷酸铁锂有 3 个专利族 共 22 件专利申请，随后独家授权给加拿大魁北克公共事业水力公司（Hydro- Quebec，H-Q）， H-Q 又将磷酸铁锂的独家商业授权给其转投资子公司 Phostech Lithium 公司。Valence 从 1997 年就开始在 欧洲、日本和美国提交有关 Fe 位 掺 杂 或取 代磷 酸铁 锂活性 材 料的 专利 申请 ；A123 系 统 公司 在磷 酸铁锂 领 域 目 前已经有 14 个专利族 共 72 件专利申请，这 些专利申请主要进入了美国、欧 洲、韩国、中国、日本等国家和地区。 由于日本电信大厂 NTT 在较早前便已在日本就磷酸锂铁相关专 利提出申请， 全 球许多电池相关企业对是否有必要支付权利金给 H-Q 或 Phostech 都持保留态 度。另外，H-Q 与德州大学与 A123 的也存在 专利纠纷，2006 年 9 月，德州大 学与 H-Q 控告 B&D 和 A123 System 公司未获得其磷酸铁锂离子电池技术授权 情况下， 非法制造和销售此款侵权德州大学拥有专利的产品 ， 五年之后才获得 和解。 早期的专利纠纷大大影响了磷酸铁锂的商业化应用和推广， 然而 海外的基础材 料专利并未获得我国授权， 因此我国磷酸铁锂的产业化之路相对顺畅， 新能源 车的发展初期得到了有效推广。 川 财证 券 研究 报告 本报告 由川 财证 券有 限责 任 公司 编制 谨请 参阅 尾页 的 重要 声明 8/34 1.3 制备路径多样，固相 液相各有优势 制 备方 法多样 ， 固相 液相 各有 优势 。 磷酸铁锂 的合成方法主要可以分为固相法 和液相法两种， 其中固相法也有磷酸铁工艺和草酸亚铁工艺， 现阶段磷酸铁工 艺在压实密度、 克容量方面占据优势， 已经成为固相法的主流路线， 相应企业 包括贝特瑞、 湖南升华、 北大先行、 安达科技 、 比亚迪、 国轩高科等 ； 液相法 可分为水热/ 溶剂法、 溶胶- 凝胶法、 共沉淀法， 德方纳米是液相法企业的代表。 固 相法 步骤简 易， 稳 定 性 需要 改善。 固相法中 磷酸铁路线的工艺需要首先合成 水合磷酸铁， 采用铁源、 磷源在液相进行共沉淀反应， 将水合磷酸铁进行干燥 和煅烧得到无水磷酸铁。 随后将磷酸铁与碳酸锂在球磨机中进行均相混合并加 入碳源， 之后经过高端 煅烧、 除铁、 粉碎等工 艺实现全流程制备。 固 相工艺中， 产品质量非常依赖磷酸铁的中位粒径、 均匀程度， 之后的球磨对设备要求相对 较高，然而压实密度具有一定优势。 图 3 ： 前驱体磷酸铁制备工艺 资料来源 ： 公司 公告 ， 川财证 券研 究所 川 财证 券 研究 报告 本报告 由川 财证 券有 限责 任 公司 编制 谨请 参阅 尾页 的 重要 声明 9/34 图 4 ： 固相磷酸铁锂合成工艺 资料来源 ： 公司 公告 ， 川财证 券研 究所 液相 法 工艺掌 握难 度较大 ， 均一度 上佳 。 液相 法市值在液体中进行反应得到前 驱体混 合物 ，由 于液 相 中的均 相反 应和 混合 ， 均一性 更加 优越 。其 中 ，水热/ 溶剂热法是较为普及的液相合成法， 其相对较为快捷且易操作， 以化学计量比 1：1：3 的 FeSO4、H3PO4 和LiOH 为原料， 首先将 FeSO4 溶液和 H3PO4： 溶液 混合， 然后将LiOH 溶液加入混合物中， 在120 摄氏度条件下进行水热反应5h。 此种方法在制备过程中， 由于锂/铁的原子排布混乱， 会使大概 7%的铁原子占 据锂的位置，使得制备出的产品中磷酸铁锂容量不够高。 行业头部企业德方纳米 开拓了不同于市场上通用的技术路线， 采用 “自热蒸发 液相合 成纳 米磷 酸铁 锂 技术” 。该 技术 综合 了 自热蒸 发液 相合 成法 、 非连续石 壘烯包覆等技术， 在常 温常压下， 通过将原料 锂源、 铁源、 磷源和辅 料混合后 即可自发反应， 反应放热后快速蒸发水分而自动停止反应， 得到纳米磷酸铁锂 的前驱体， 而后在烧结过程中加入碳源， 进行两次的高温分解， 得到非连续的 石墨烯包覆磷酸铁锂颗粒。 图 5 ： 前驱体磷酸铁制备工艺 资料来源 ： 公司 公告 ， 川财证 券研 究所 川 财证 券 研究 报告 本报告 由川 财证 券有 限责 任 公司 编制 谨请 参阅 尾页 的 重要 声明 10/34 二、 历 经 磨 砺 ， 行 业触 底 向 好 2.1 市占率下滑 ，行业经 历低谷 能 量密 度逊色 三元， 磷酸 铁锂 占有率 受到 挤压 。 新能源汽车发展之初 ， 由于考 虑到排放以及燃油经济性， 政策向商用车倾斜， 而磷酸铁锂的安全性、 循环寿 命等优势让其迅速成为锂电池正极的最佳选择， 市占率遥遥领先同类的锰酸锂 和钛酸锂； 随着 2017 年 政策将能量密度纳入考核要求并与补贴系数直接挂钩， 同时三元材料获得了长足进步， 市场份额开始逐步向三元转移； 另外， 随着商 用车的普及率提升， 后续需求已