新能源锂电池系列报告之四：锂电正极高镍三元与磷酸铁锂两翼齐飞.pdf

敬请参阅末页重要声明及评级说明 证券研究报告 锂电正极高镍三元与磷酸铁锂两翼齐飞 -新能源锂电池系列报告之四 Table_IndRank 行业评级：增持 报告日期： 2021-01-18 Table_Chart 行业指数与沪深 300 走势比较 Table_Author 分析师：陈晓 执业证书号： S0010520050001 邮箱： 联系人 ：别依 田 执业证书号： S0010120080027 邮箱： 分析师：滕飞 执业证书号： S0010520080006 邮箱： Table_Report 相关报告 1.锂电池面向新能源车、储能、铅 酸替代的万亿空间 新能源锂电池 系列报告之一 总篇 2020-8-26 2.回暖趋势已现，磷酸铁锂春天到 新能源锂电池系列报告之二 磷 酸铁锂 2020-09-15 3. 从供需探讨磷酸铁锂变化发展 新能源锂电池系列报告之 三 磷酸 铁锂 2021-01-05 主要观点： Table_Summary 动力电池实现分级消费，高镍三元和铁锂将在未来占据主要份额 。 复盘正极材料的发展历程， 不同 应用领域的需求决定正极技术发展趋 势。磷酸铁锂凭借性价比和安全优势在储能和低续航乘用车中焕发活 力，高镍三元凭借高能量密度优势在高续航乘用车中扩大份额。我们 预计未来高镍三元和磷酸铁锂电池将改变目前中镍三元为主的局面， 预计到 2025 年高镍三元和磷酸铁锂电池合计占比将超过 80%。 三元高镍化大势所趋、应用提速，预计 2022 年产量翻倍 。 目前国内 三元正极 材料已经形成多种材料共存的局面，中镍市占率保 持平稳，高镍材料占比逐年增加。 2020 年国内 高镍 8 系和 NCA 产品 市场占比由 2019 年 12.7%上升到 23.1%。 国内 高镍 出货量较高的企 业主要为容百、巴莫、贝特瑞以及邦普。 目前在全球市场销量最高的 特斯拉采用的就是松下 NCA 和 LG 化学 NCM811 高镍电池，各大主 流电池厂都有各自高镍或无钴电池的开发计划。 我们预计高镍三元材 料产量 2022 年全球产量超过 60 万吨，实现翻倍增长。 磷酸铁锂行业洗牌接近尾声， 2021 年迎来需求增长大年 。 磷酸铁锂整体集中度呈提升趋势，行 业洗牌接近尾声，行业头部企业 趋于 稳定。 2021 年迎来磷酸铁锂需求增长大年，预计同比增长 80%， 以动力为代表的高端增量显著，需求结构优化。 行业供需达到 紧平衡， 头部优质产能 紧缺。 但考虑到液相法扩产周期接近一年，固相法相对 更短，预计产能紧张情况不会持续太久 ， 德方纳米仍将维持龙头地位 。 投资建议 建议关注高镍三元容百科技、当升科技；磷酸铁锂德方纳米、湘潭电 化（参股湖南裕能）、龙蟠科技（拟收购贝特瑞磷酸铁锂业务） 。 风险提示 新能源汽车发展不及预期 ； 行业竞争激烈，产品价格下降超出预期 。 建议关注 公司盈利 预测与评 级： Table_IndProfit 公 司 EPS（元） PE 评级 2020E 2021E 2022E 2020E 2021E 2022E 容百科技 0.44 0.94 1.33 120 56 39 当升科技 0.85 1.31 1.53 71 46 39 买入 德方纳米 0.26 2.06 3.42 523 66 40 买入 湘潭电化 0.14 0.21 0.30 47 32 22 龙蟠科技 0.59 0.85 1.19 54 38 27 资料来源： wind 一致预期 ， 华安证券研究所 *除当升科技、德方纳米外均来自于 Wind 一致预期 -26% 2% 29% 56% 84% 111% 1/20 4/20 7/20 10/20 电气设备 沪深 300 Table_IndNameRptType新能源与汽车 行业研究 /深度报告 Table_CompanyRptType 行业研究 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 2 / 31 证券研究报告 正文 目录 1 总论 . 5 2 正极材料对锂离子电池至关重要 . 9 2.1 正极材料在锂离子电池中差异化程度高，成本占比高 . 9 2.2 复盘 ：应用领域和相应需求决定正极技术发展趋势 . 12 2.3 展望：高镍三元的高能量密度路线和铁锂高性价比路线将共同发展 . 16 3 高镍三元应用逐步提速，未来需求有望放量 . 19 3.1 目前多种三元材料 共存，高镍占比逐步提升 . 19 3.2 三元高镍化大势所趋、应用提速，预计 2022 年产量翻倍 . 22 4 磷酸铁锂行业洗牌后头部企业趋于稳定 . 26 4.1 固相法液相法各有优劣 . 26 4.2 2021 年供需紧平衡，看龙头 份额提升 . 27 风险提示： . 30 Table_CompanyRptType 行业研究 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 3 / 31 证券研究报告 图表目录 图表 1 我国三元出货量情况（万吨） . 5 图表 2 我国磷酸铁锂出货量情况（万吨） . 5 图表 3 磷酸铁锂与高镍三元在不同带电量下正极材料的体积重量和成本对比 . 5 图表 4 国内不同类型动力电池占比测算 . 6 图表 5 2016-2020 年国内不同型 号三元材料产量占比 . 6 图表 6 全球高镍三元正极材料产量测算 . 7 图表 7 磷酸铁锂需求测算表 . 8 图表 8 重点公司盈利预测及估值 . 8 图表 9 锂离子电池原理 . 9 图表 10 锂离子电池正极材料类型 . 10 图表 11 主流锂电正极材料性能对比 . 10 图表 12 三元材料性能对比 . 11 图表 13 三元电芯原材料占比拆分 . 11 图表 14 磷酸铁锂电芯原材料占比拆分 . 11 图表 15 我国正极材料出货量情况（万吨） . 12 图表 16 我国正极材料出 货量占比 . 12 图表 17 我国钴酸锂正极材料出货量情况（万吨） . 13 图表 18 我国锰酸锂正极材料出货量情况（万吨） . 13 图表 19 我国三元出 货量情况（万吨） . 13 图表 20 我国磷酸铁锂出货量情况（万吨） . 14 图表 21 我国动力电池装机情况（ GWH） . 15 图表 22 我国动力电池装 机占比 . 15 图表 23 2017-2021 年我国补贴政策对比 . 15 图表 24 高镍三元和磷酸铁锂电芯原材料成本极限测算 . 16 图表 25 磷酸铁锂与三元材料用量对比 . 16 图表 26 磷酸铁锂与三元电池能量密度对比 . 17 图表 27 磷酸铁锂与高镍三元在不同带电量下正极材料的体积重量和成本对比 . 18 图表 28：国内不同类型动力电池占比测算 . 18 图表 29：常规和高镍正极材料生产流程及区别 . 19 图表 30 主流三元正极材料的构成及特性、应用领域 . 20 图表 31 2019（内环）、 2020（外环）年国内三元材料型号占比 . 21 图表 32 2016-2020 年国内不同型号三元材料产量占比 . 21 图表 33 正极材料同行业可比公司经营情况比较 . 22 图表 34 2019 年国内高镍三元材料市场占比 . 23 图表 35：各大动力电池厂商高镍低钴电池研 发规划 . 24 图表 36：全球高镍三元正极材料产量测算 . 25 图表 37 固相法与液相法磷酸 铁锂性能对比 . 26 图表 38 高温固相法制备磷酸铁锂步骤 . 26 图表 39 液相法制备磷酸铁锂步骤 . 27 图表 40 磷酸铁锂集中度变化 . 28 图表 41 磷酸铁锂价格变化（万元 /吨） . 28 Table_CompanyRptType 行业研究 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 4 / 31 证券研究报告 图表 42 磷酸铁锂格局变化 . 28 图表 43 磷酸铁锂需求测算表 . 29 图表 44 磷酸铁锂材料产能统计 . 30 图表 45 2020 年底磷酸铁锂产能格局 . 30 Table_CompanyRptType 行业研究 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 5 / 31 证券研究报告 1 总论 正极材料是锂离子电池的关键材料，差异化程度高，成本占比高，对性能至关重 要。我们在本篇报告中通过对正极材料的对比分析以及历史复盘，着重探讨和展望 了未来锂离子电池尤其是动力电池中高镍三元和磷酸铁锂的发展趋势。 复盘正极材料的发展历程，应用领域和相应的需求决定了正极技术的发展趋势。 2014-2019 年间，我国正极材料出货量 年均增速 38%，主要增量由三元和磷酸铁锂 贡献。三元主要应用在动力电池领域， 2019 年轻型动力带动了非动力的增量增长。 磷酸铁锂初期以动力为主，但此前受到补贴制约动力发展几乎停滞，增量 主要由非 动力领域贡献。 图表 1 我国三元出货量情况（万吨） 图表 2 我国磷酸铁锂出货量情况（万吨） 资料来源： GGII，真锂研究，华安证券研究所测算 资料来源： GGII，真锂研究，华安证券研究所测算 新能源车在从政策驱动向市场化驱 动的转型中，我国动力电池装机量 稳步增长， 三元和铁锂占比也持续变化。 我们将动力电池的发展分为两个阶段 1） 2016-2019： 补贴向高能量密度倾斜，三元占比迅速提升 。 在此期间， 三元材料在高能量密度方 面显著占优，市占率从 2016 年 22.9%的提高到 2019 年的 61.5%。 2） 2020-至今： 能量密度指标冻结，补贴退坡，磷酸铁锂凭借性价比优势开始回暖。 同时随着磷酸 铁锂的发展和“刀片”“ CTP”等技术的出现，磷酸铁锂电池的能量密度已经有很大 的提升，成本上的优势开始凸显。 磷酸铁锂将凭借其性价比和安全优势在储能和低续航 乘用车中焕发活力，而高 镍三元将凭借其高能量密度 优势在高续航乘用车中扩大份额。在新能源车方面， 高 中低 端乘用车对于各项指标的敏感度不一，高镍三元和磷酸铁锂将实现分级消费。 高带电量情况下的成本降低效应会相对减弱。此外，里程焦虑是困扰新能源汽车发 展最主要的问题，使用高能量密度的高镍三元电池能够很好的解决这一问题。 图表 3 磷酸铁锂与高镍三元在不同带电量下正极材料的体积重量和成本对比 带电量（ kWh/辆） 50 60 70 80 体积（ L） 高镍三元 19.25 23.10 26.95 30.80 LFP 41.03 49.23 57.44 65.64 体积差距 21.78 26.13 30.49 34.84 重量（ kg） 高镍三元 75.08 90.09 105.11 120.12 LFP 154.00 184.80 215.60 246.40 重量差距 78.93 94.71 110.50 126.28 Table_CompanyRptType 行业研究 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 6 / 31 证券研究报告 成本（万 元） 高镍三元 0.73 0.88 1.02 1.17 LFP 0.05 0.06 0.07 0.08 成本差异 0.68 0.82 0.96 1.09 资料来源：华安证券研究所测算 我们预计未来高镍三元和磷酸铁锂电池将分别凭借性能和价格优势占据国内动 力电池市场的主要份额，改变目前中镍三元为主的局面，预计到 2025 年高镍三元 和磷酸铁锂电池合计占比将超过 80%。 图表 4： 国内不同类型动力电池占比测算 资料来源： GGII， 鑫椤资讯， 华安证券研究所 测算 在未来动力电池的发展进程中，在保 证安全性的基础上不断提升能量密度 是必 然的发展趋势， 三元高镍化就是其中最主要的技术路线 。 目前国内三元正极材料已 经形成多种材料共存的局面，中镍市占率保持平稳，高镍材料占比逐年增加。 图表 5 2016-2020 年国内 不同型号 三元材料 产量 占比 资料来源： 鑫椤资讯 ，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 7 / 31 证券研究报告 虽然中国占据着全球半数以上的三元材料产能，但在高镍市场方面国内三元材 料企业还有提升空间。国内真正能够实现高镍三元材料批量出货的企业并不多，出 货量较高的企业 主要为容百、巴莫、贝特瑞以及邦普 。 目前在全球市场销量最高的特斯拉采用的就是松下 NCA 和 LG 化学 NCM811 高镍 电池，大部分欧洲一线车企也更青睐 811 电池，各大主流电池厂都有各自高镍或无 钴电池的开发计划。 LG 化学、三星 SDI、 SKI 和松下等日韩电池巨头都在 加快高镍低 钴电池开发量产进程。 在新能源车的大趋势下，动力电池三元正极材料产量快速提 升，其中高镍三元材料 2022 年全球产量超过 60 万吨，实现翻倍增长。 图表 6：全球 高镍 三元正极材料 产 量 测算 2016 2017 2018 2019 2020E 2021E 2022E 国内：新能源汽车销量（万辆） 58.5 81.1 122.7 120.4 130 180 248 动力电池装机量（ GWh） 28.0 36.4 57.0 62.4 66.0 94.0 132.0 三元动力电池装机量（ GWh） 6.5 16.0 30.7 38.4 43.0 57.0 79.0 三元材料产量（万吨） 5.4 8.6 13.7 19.2 24.5 28.5 39.5 高镍产量占比（ %） 1% 1% 8% 12.7% 23.1% 35.5% 48.1% 高镍三元材料产量（万吨） 0.1 0.1 1.1 2.4 5.7 10.1 19.0 海外：新能源汽车销量（万辆） 27.0 45.0 76.2 100.4 130 220 312 动力电池装机量（ GWh） 13.5 22.5 38.1 54.0 70 121 174 三元动力电池装机量（ GWh） 13.0 22.0 37.5 53.0 67 115 158 三元材料产量（万吨） 6.5 11.0 18.8 26.5 33.5 57.5 79 高镍产量占比（ %） 16% 18% 21% 23.0% 28.0% 36.0% 53.0% 高镍三元材料产量（万吨） 1.0 2.0 3.9 6.1 9.4 20.7 41.9 全球：三元材料产量（万吨） 11.9 19.6 32.4 45.7 58.0 86.0 118.5 高镍三元材料产量（万吨） 1.1 2.1 5.0 8.5 15.0 30.8 60.9 资料来源： 中汽协 ， GGII， CIAPS，华安证券研究所测算 磷酸铁锂 整体集中度整体呈提升趋势，仅 2020 年 CR3 受下游需求及头部企业 产能限制略有下滑 。 2019 年 CR3 为 54.1%， CR5 为 62.9%。 到 2020 年 1-11 月， CR3 下降至 52.6%。一方面是由于磷酸铁锂 2020 年的增量主要由非动力贡献，所 涉及的领域及下游客户较为分散，从而使得材料端格局也趋于分散；另外一方面是 由于头部企业产能受限，行业需求向好的环境下小厂产量得以增加。 行业洗牌接近 尾声，行业头部企业 趋于 稳定，德方纳米为行业龙头。 另外出货量较多的还 有 贝特 瑞、湖南裕能、 万润、比亚迪和国轩。 2021 年迎来磷酸铁锂需求增长大年，预计同比增长 80%，以动 力为代表 的高端 增量显著，需求结构优化。 我们预计 2020/2021/2022 年新能源车销量为 130/180/248 万辆，磷酸铁锂装机占比分别为 35%/40%/40%；海外新能 源车销量分别为 130/220/312 万辆， 2021/2022 年磷酸铁锂装机占比 5%/9%；对应的动力铁锂需求分别为 23/43/68GWh。预计 2020/2021/2022 年非动力需求分别为 29/50/83GWh，磷酸铁锂电 池总需求为 52/93/151GWh，对应的材料需求为 12/22/35万吨，同比增长 40%/79%/62%。 Table_CompanyRptType 行业研究 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 8 / 31 证券研究报告 图 表 7 磷酸铁锂需求测算表 2019 2020E 2021E 2022E 国内新能源车销量（万辆） 121 130 180 248 单车带电量（ kWh/辆） 50 51 52 53 动力电池装机（ GWh) 62 66 94 132 LFP 占比 34% 35% 40% 40% 国内 LFP 动力电池（ GWh） 21 23 37 53 海外新能源车销量（万辆） 100 130 220 312 单车带电量（ kWh/辆） 54 54 55 56 动力电池装机（ GWh) 54 70 121 174 LFP 占比 5% 9% 海外 LFP 动力电池（ GWh） 6 16 动力电池合计 (GWh） 21 23 43 68 基站（ GWh） 9 12 15 储能（ GWh） 11 17 27 轻型动力（两轮车等）（ GWh） 1 5 12 其他铅酸替代领域（ GWh） 7 13 23 电动船舶（ GWh） 1 2 6 非动力合计（ GWh） 16 29 50 83 磷酸铁锂装机量合计 37 52 93 151 yoy 40% 79% 62% LPF 单耗（万吨 /GWh） 0.234 0.234 0.234 0.234 LFP 需求（万吨） 9 12 22 35 资料来源：华安证券研究所测算 从产能规划上看， 2020 年底产能约 27.9 万吨，考虑到部分产能为新增产能需 要爬坡，且考虑库存因素实际需求或大于预计的 22 万吨，预计 2021 年紧平衡，头 部优质产能紧缺。但考虑到液相法扩产周期接近一年，固相法相对更短，预 计产能 紧张情况不会持续太久。德方纳米仍将维持龙头地位， 2020 年底和目前在建产能均 位于行业第一， 2021 年市占率有望回升至 29%以上；湖南裕能在获得宁德时代和 比亚迪增资后计划将产能扩充至 10 万吨以上，位于行业第二。 投资建议 建议关注高镍三元容百科技 、当升科技 ；磷酸铁锂德方纳米、湘潭电化（参股 湖南裕能）、龙蟠科技（拟收购贝特瑞磷酸铁锂业务）。 图表 8 重点公司盈利预测及估值 代码 名称 收盘价 (元 ) 总股本 （亿股） 市值 （亿元） EPS（元 ） PE（倍） 2019 2020E 2021E 2022E 2019 2020E 2021E 2022E 688005 容百科技 52.34 4.43 232.02 0.21 0.44 0.94 1.33 249 120 56 39 300073 当升科技 60.35 4.54 273.76 (0.48) 0.85 1.31 1.53 (126) 71 46 39 300769 德方纳米 135.89 0.90 121.79 2.56 0.26 2.06 3.42 53.08 523 66 40 002125 湘潭电化 6.74 6.29 42.43 0.12 0.14 0.21 0.30 56.17 47 32 22 603906 龙蟠科技 31.77 3.44 109.41 0.42 0.59 0.85 1.19 75.64 54 38 27 资料来源： 除 当升科技、 德方纳米外均来自于 Wind 一致预期，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 9 / 31 证券研究报告 2 正极材料对锂离子电池至关重要 2.1 正极材 料在锂 离子电池中差异化程度高 ，成本占比高 正极材料对于锂离子电池性能至关重要。 锂离子电池的本质是利用锂离子参与 的氧化还原反应实现电能和化学能的相互转换。在电池中，参与反应的活性材料为 正极、负极以及电解液或电解质。锂电的评价指标包括能量密度、循环寿命、倍率性 能、安全性能等。其中能量密度取决于正负极的相对电压和克容量，对于特定的材 料体系，理论电压和理论容量都是一定的。正极材料的种类和性能直接关系 到 锂离 子电池的电压和能量密度、循环寿命和倍率性能等。 图表 9 锂离子电池 原理 资料来源：锂电网，华安证券研究所 正极材料差异化程度高， 种类多， 目前以三元、磷酸铁锂、钴酸锂为主，往后 发展或有镍酸锂、锰酸锂、磷酸锰铁锂等。 锂离子电池正极材料可以根据结构的不 同分为三类，以磷酸铁锂为代表的聚阴离子型材料，以钴酸锂和三元为代表的的层 状结构材料，以及以锰酸锂为代表的尖晶石结构材料。往后看，在性价比方面磷酸 铁锂可通过掺锰制备磷酸锰铁锂来提高电压平台进而提高能量密度，而在高能量密 度方面，除了三元 高镍化 外，镍锰酸锂、富锂锰基正极等高压材料也极具发展前景。 Table_CompanyRptType 行业研究 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 10 / 31 证券研究报 告 图表 10 锂离子电池正极材料类型 结构图 典型化学式 特点 目前代表材料及未来发展方向 聚阴离子型 材料 LiMPO4 （ M=Fe， Mn， Ni， V， Co 等） 热稳定性高，安全性好； 一维通道，导电率较差； 理论比容量 170mAh/g，电 压根据过渡金属 M 的不同 有差异 代表材料磷酸铁锂 （ LiFePO4）， 可通过掺 Mn 等提高电压从而提高能量密度 层状结构材 料 LiMO2 （ M=Co， Ni， Mn 等） 理论容量高，约在 270mAh/g，富锂可达 300mAh/g 以上 根据 M 的不同性质差异 大，还可进一步分为一元 和多元层状材料 代表材料钴酸锂（ LiCoO2）、 三元（ NCM、 NCA）， 可开发基于镍酸锂（ LiNiO2） 的正极材料（掺 Mn 等） 富锂锰基正极材料 尖晶石结构 材料 LiM2O4 （ M=Mn， Ni 等） 理论容量约 148mAh/g，但 电压平台高，功率密度高 结构稳定性和循环稳定性 较差 代表材料 锰酸锂（ LMO， LiMn2O4），另有 镍锰酸锂 （ LiNi0.5Mn1.5O4，或其他比 例），尚未规模化应用，需解 决高电压下界面副反应以及衰 减等问题 资料来源： CNKI， 华安证 券研究 所 不同正极材料特性不同 ，三元在高能量密度方面占优，磷酸铁锂在性价比和安 全方面占优。 目前常见的正极材料主要有钴酸锂（ LCO）、 锰酸锂（ LMO）、 磷酸铁 锂（ LFP）和三元（ NCM）。钴酸锂是最先商业化的正极材料，电压高、振实密度高、 结构稳定、安全性好，但成本高且克容量低。 锰酸锂 优点在于成本低、电压高，但循 环性能较差且克容量较低。 三元材料根据镍钴锰的含量不同，容量和成本有所差异， 整体能量密度高于磷酸铁锂和钴酸锂。磷酸铁锂 成本低 ，循环性能好，安全性好 ，但 电压平台较低，压实密度较低，从而导致整体的能量密度较 低 。 目前动力领域以三 元和铁锂为主，消费领域钴酸锂较多。 图表 11 主流 锂电正极材料 性能 对比 钴酸锂 锰 酸锂 磷酸铁锂 镍钴锰酸锂 化学式 LiCoO2 LiMn2O2 LiFePO4 LiNi1-x-yCoxMnyO2 结构 层状 尖晶石 橄榄石状 层状 安全性 一般 一般 好 一般 成本 高 低 低 较高 比容量（ mAh/g） 140-155 100-130 140-155 155-190 压实密度 (g/cm3) 3.6-4.2 2.9-3.2 2.1-2.5 3.7-3.9 电压 (V) 3.6 3.7 3.2 3.6 循环寿命 一般 较差 好 较好 资料来源：华安证券研究所整理 Table_CompanyRptType 行业研究 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 11 / 31 证券研究报 告 三元材料中，镍含量越高、钴含量越低，克容量越高，初始原材料成本越低。 三元材料根据其中镍钴锰三种元素的占比不同可以分为 111、 523、 622 和 811，此 外还有镍钴铝三元 NCA（常见配比为 8:1.5:0.5） 。镍含量越高，材料的克容量越高， 对应的电池模组能量密度也越高，但相应的工艺难度也越大，安全性挑战也越高。 从成本角度看，三元材料中原材料成本占比接近 90%，在 原材料中钴价格波动大， 成本占比高。 NCM811 相比于 NCM523 钴含量由 12.2%降至 6.1%，每 kWh 的需求 量由 212g 下降到 91g，材料上的成本优势 显著。随着高镍三元技术持续精进，规模 扩大，其成本优势和能量密度优势将愈发突出。 图表 12 三元材料性能对比 NCM111 NCM523 NCM622 NCM811 克容量（ mAh/g） 145-155 160-165 165-170 180-190 电池模组能量密度（ Wh/kg) 150 165 180 200 每 kWh 用量（ kg） 1.85 1.74 1.68 1.5 Co 含量 20.4% 12.2% 12.2% 6.1% 每 kWh 的 Co 需求量（ g） 377 212 205 91 资料来源：华安证券研究所整理 测算 正极材料在锂离子电池中成本占比高，其选择对于锂离子电池总成本影响大。 无论是性价比较高的磷酸铁锂电池还是高能量密度的三元电池，正极的成本占比都 是四大材料中最高的。在磷酸铁锂电芯中，正极成本占比约 29%；而在三元电芯中， 正极成本占比约 55%。正极材料的选择对于锂离子电池的总成本影响巨大。 图表 13 三元电芯原材料占比拆分 图表 14 磷酸铁锂电芯原材料占比拆分 资料来源：华安证券研究所测算 资料来源：华安证券研究所测算 Table_CompanyRptType 行业研究 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 12 / 31 证券研究报 告 2.2 复盘： 应用领域和相应需求决定正极技术发展趋势 2014-2019 年正极材料出货量年均增速 38%， 三元和磷酸铁锂贡献主要增量。 从 2014 年的 8.1 万吨到 2019 年的 40.4 万吨，五年间增长了四倍，年均增速 38%， 2020 年 1-11 月我国正极材料出货量接近 40 万吨 。在 量的增长之外，出货量结构上 也有显著变化，其中磷酸铁锂和三元的占比持续提升 ，贡献了主要的增量。 复盘整 个正极材料的变化发现，不同材料特性对应了不同的应用领域，而应用领域发展的 差异决定了材料的占比变化。 图表 15 我国正极材料出货量情况（万吨） 图表 16 我国正极材料出货量占比 资料来源： GGII，真锂研究，华安证券研究所 资料来源： GGII，真锂研究，华安证券研究所 钴酸锂： 主要用于消费电子领域，和消费电子 行业景气度相关度高。 2014 年钴 酸锂出货量 3.24 万吨， 2019 年为 6.62 万吨，基本五年实现了翻倍，增速较缓慢； 2020 年 1-11 月为 6.26 万吨，同比下降 2.7%。 锰酸锂：用于轻型动力等领域 ，增速逐步下降 ， 2019 年受益于两轮车 。 锰酸锂 由于成本低，在轻型动力 等 领域先行替代铅酸电池，在 2019 年增速尤为明显。 2014 年锰酸锂出货量为 1.35 万吨， 2019 年为 5.73 万吨，年均增速 33.5%但逐年下降； 2020 年 1-11 月为 6.08 万吨，同比增长 16.1%。 Table_CompanyRptType 行业研究 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 13 / 31 证券研究报 告 图表 17 我国钴酸锂正极材料出货量情况（万吨） 图表 18 我国锰酸锂正极材料出货量情况（万吨） 资料来源： GGII，真锂研究，华安证券研究所 资料来源： GGII，真锂研究，华安证券研究所 三元： 主要应用在动力电池领域， 2019 年轻型动力带动其他增量。 三元材料的 高能量密度优势使其在动力领域占据了重要地位，动力电池的发展也带动了三元材 料的放量。此外，在以两轮车为代表的轻型动力领域，三元材料也有所应用。 2016 年三元材料出货量为 5.5 万 吨 ，预计其中仅约 1.3 万吨用于国内动力，其余 4.2 万吨 用于海外动力及其他应用领域； 2019 年出货量为 19.2 万吨，预计其中 7.7 万吨用 于国内动力，其他及海外用量为 11.6 万吨；三年整体复合增速为 52%。 2020 年 1- 11 月三元总出货量为 17.8 万吨，同比微降 0.7%，其中预计国内动力用量为 6.6 万 吨，其他及海外用量为 11.3 万 吨。 图表 19 我国三元出货量情况（万吨） 资料来源： GGII，真锂研究，华安证券研究所测算 Table_CompanyRptType 行业研究 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 14 / 31 证券研究报 告 磷酸铁锂： 初期以动力为主， 此前 非 动 力领域 贡献主要增量 。 磷酸铁锂主要以 国内动力领域为主，但过去受补贴标准制约发展几乎停滞；但随着磷酸铁锂性价比 优势突出，在储能等非动力领域的应用快速发展，尤其在 2019 年开始爆发。 2016 年磷酸铁锂出货量为 5.6 万吨，预计其中动力用量为 4.8 万吨，非动力用量为 0.8 万 吨； 2019 年磷酸铁锂出货量为 8.8 万吨，预计其中动力用量为 4.7 万吨，非动力用 量为 4.1 万吨；三年整体复合增速 16%，非动力增速 73%。 2020 年 1-11 月磷酸铁 锂出货量为 9.8 万吨，同比增长 32.7%；预计其中动力用量为 4.1 万吨，非动力用 量 为 5.7 万吨。 图表 20 我国磷酸铁锂出货量情况（万吨） 资料来源： GGII，真锂研究 ，华安证券研究所 测算 新能源车 在从政策驱动向市场化驱动的转型中，我国动力电池装机量稳步增长， 三元和铁锂占比 也持续变化 。 2016 年我国动力电池装机 28.2GWh，其中磷酸铁锂 装机量 20.3GWh，三元装机量 6.5GWh； 2019 年我国动力电池装机量为 62.4GWh， 其中磷酸铁锂装机量 20.0GWh，三元装机量 38.4GWh；三年间，增量主要由三元 提供，三元的占比稳步提升，但 2020 年 1-11 月磷酸铁锂装机占比有所回升。我们 将动力电池的发展分为两个阶段： 2016-2019： 补贴向高能量密度倾斜 ，三元占比迅速提升 。 2016 年 12 月，四 部委调整新能源车补贴，首次将电池系统能量密度纳入考核标准，更高能量密度能 够获得更高的补贴系数； 到 2018 年，不同能量密度的补贴系数放大，政策进一步向 高能量密度和高补贴系数倾斜。三元材料在高能量密度方面显著占优，成本上的劣 势通过更高额的补贴可以补足，整体发展迅猛，市占率从 2016 年 22.9%的提高到 2019 年的 61.5%。 2020-至今：能量密度指标冻结，补贴退坡 ，磷酸铁锂凭借性价比优势开始回暖。 2020 年和 2021 年的能量密度指标冻结，同时随着磷酸铁锂的发展和“刀片”“ CTP” 等技术的出现，磷酸铁锂电池的能量密度已经有很大的提升，补贴上和三元的差异 显著缩小，成本上的优势开始显现。 补贴退坡，三元和铁锂逐步回归市场化发展。 我 们此前在系列报告二回暖趋势已现，磷酸铁锂春天到中详细测算了三元和铁锂 版本车型的成本和补贴差异，由三元换成铁锂版本电池成本下降 0.69-1.35 万元，相 当于下降 13-27%，考虑 2020 年的 补贴差异后成本下降 0.46-0.56 万元，相当于下降 9- 11%。 Table_CompanyRptType 行业研究 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 15 / 31 证券研究报 告 图表 21 我国动力电池装机情况（ GWh） 图表 22 我国动力电池装机占比 资料来源： GGII，动力电池联盟，华安证券研究所 资料来源： GGII，动力电池联盟，华安证券研究所 图表 23 2017-2021 年我国补贴政策 对比 区间 2017 年 2018 年 2019 年 2020 年 2021 年（非公共领域） 纯电动乘用车 续航里 程数 R（ km） 与对应补贴金额（万元 / 辆） 100 R 150 2 0 0 0 0 150 R 200 3.6 1.5 0 0 0 200 R 250 3.6 2.4 0 0 0 250 R300 4.4 3.4 1.8 0 0 300 R400 4.4 4.5 1.8 1.62 1.3 R 400 4.4 5 2.5 2.25 1.8 PHEV 乘用车 续航里程数 R（ km） 与对应补贴金额（万元 / 辆） R 50 2.4 2.2 1 0.85 0.68 纯电动乘用车 能量密度 W(Wh/kg) 与对应补贴系数 W90 0 0 0 0 0 90 W105 1 0 0 0 0 105 W120 1 0.6 0 0 0 120 W125 1.1 1 0 0 0 125 W140 1.1 1 0.8 0.8 0.8 140 W160 1.1 1.1 0.9 0.9 0.9 W 160 1.1 1.2 1 1 1 资料来源： 工信部， 华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 16 / 31 证券研究报 告 2.3 展望：高镍三元的高能量密度路线和铁锂高性价比路线 将 共同发展 在电芯层面， 磷酸铁锂成本低廉的优势 显 著，并 将持续存在。 在锂电系列报告 二回暖趋势已现，磷酸铁锂春天到中我们详细测算了磷酸铁锂从正极到电芯再 到 PACK 层面的成本优势。 和三元相比，磷酸铁锂在正极层面可以降本约 2/3；在 考虑无钴且三元价格下降至 10 万 /吨的极限测算下，磷酸铁锂的使用成本仍然显著 优于三元，在正极和电芯层面有 50%和 20%以上的降本优势，并且由于不含钴镍等 贵重金属，磷酸铁锂价格波动远小于三元，利于成本管控。 图表 24 高镍三元和磷酸铁锂电芯原材料成本极限测算 高镍三元 磷酸铁锂 正 极 能量密度（ mAh/g) 190 150 理论耗量 (g/Wh) 1.46 2.05 价格 (万元 /吨） 10 3.2 使用成本（元 /Wh） 0.146 0.066 负极 能量密度（ mAh/g) 305 305 理论耗量 (g/Wh) 0.911 1.009 价格 (万元 /吨） 3 3 使用成本（元 /Wh） 0.027 0.030 电解液 用量（ g/Wh) 0.83 0.90 价格 (万元 /吨） 3.7 3 使用成本（元 /Wh） 0.031 0.027 隔膜 用 量（平 /Wh) 0.015 0.015 价格 (元 /平） 1.6 1.6 使用成本（元 /Wh） 0.024 0.024 集流体（元 /Wh） 0.050 0.055 其他材料（元 /Wh） 0.040 0.045 总材料成本（元 /Wh） 0.318 0.247 资料来源：鑫椤数据，华安证券研究所测算 从材料层面看，无论是按体积还是按重量， 高镍三元高能量密度的优势 均 十分 显著 。 磷酸铁锂材料的克容量已经接近极限，并且由于磷酸铁锂材料自身的电导率 较差，需做成纳米材料并且进行碳包覆，也限制 了其压实密度的提升。而 三元材料 更高的克容量和电压平台对应了更低的正极材料单位用量 ，加上三元材料的压实密 度更高，也对应了更小的体积。在三元材料中，高镍三元由于更高的能量密度，优势 更加明显。 图表 25 磷酸铁锂与三元材料用量对比 克容量（ mAh/g) 对应用量（ kg/kWh) 压实密度（ g/cm3） 对应体积（ L/kWh） NCM523 160 1.74 3.9 0.45 NCM622 165 1.68 3.9 0.43 NCM811 185 1.50 3.9 0.39 LFP 150 2.05 2.5 0.82 资料来源：华安证券研究所测算 Table_CompanyRptType 行业研究 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 17 / 31 证券研究报 告 电池层面， 高镍 三元高能量密度的优势 也 十分显著，长期也将领先于磷酸铁锂。 从电芯层面看，三元由于其更高能量密度，对于电解液、隔膜、负极等其他材料的用 量也会稍有减少，能量密度优势将会放大。从电池包以