电气设备深度报告：高镍三元正当时，产业链具备高景气.pdf

请务必阅读正文之后的免责条款部分 守正 出奇 宁静 致远 Table_Title 工业 资本货物 高镍 三元 正当时 ， 产业 链 具备 高景气 Table_Summary 报告摘要 在政策引导、市场需求驱动、以及钴价高企下， 高镍 三元 正当时 。 2018 年新能源车国家补贴标准明确，搭载高能量密度电池车型将获得更高补贴。 从市场需求角度看，目前国内新能源乘用车各项指标还不足以完全替代燃油车，最重要的原因之一就在于电动车的续航里程还不足以满 足出行要求； 要提高电动车的续航里程 ，最佳方案是 提高搭载电池包的能量密度 。 在钴价格持续上涨并没有停歇的迹象下，三元电池目前面临材料价格上涨、终端售价下降的双重压力，高镍三元材料的应用将是一条有效的解决路径。 此前 高镍正极材料的制备以及材料本身缺陷制约大规模产业化，目前可通过表面包覆、 元素掺杂以及 添加剂优化电解液来解决其稳定性问题。 国内以宁波金和 、 当升科技为代表的正极厂商已率先实现 NCM 811 量产与销售，今年将是国内高镍三元发展元年。 高镍三元，顾名思义，就是将三元材料中的镍含量提高，同时降低钴含量 。 根据我们测算 ， 2018-2020 年国内动力领域对硫酸镍的需求将达到 6.43、 13.13、 29.94 万吨，同比增长达 60%、 104%、128%。 从全球需求看， 2018-2020 年对硫酸镍需求 的 复合增长率达到 50%。 而硫酸镍供给 目前 受 到 原料不足限制， 需求高景气下 我们判断硫酸镍将成为高镍化 趋势下的另一高景气环节 。 此外，当三元转为高镍材料后，锂源需要从碳酸锂切换为氢氧化锂。根据我们预测， 2018-2020 年 全球 电池领域对氢氧化锂的需求 的 复合增长率在 78%,需求具备高景气。 NCM811 盈利能力得到明显提升。 三元正极材料成本以原材料为主，占比超过 90%。根据我们测算，在原料成本全部外购并无库存的假设前提下，三元材料从 523 转为 811，毛利率可以从 18.5%提升到 28.4%，提高近 10 个百分点。如果企业布局了上游资源，那盈利能力将出现更大幅度提升。 投资建议 。 重点推荐 当升科技 （ 高镍三元 卡位布局优势 ）、 杉杉股份 （ 811 产能投放看好后续发展）、 格林美 （兼具资源、技术优势）、 天赐材料 （电解液龙头，布局上游硫酸镍）。 风险提示： 新能源车销量不及预期 ，高镍三元产业化 进程不及预期，宏观经济下行风险。 走势比较 Table_IndustryList 子行业评级 Table_ReportInfo 相关研究报告： 消费元年开启，趋势不可阻挡-2018/05/14 20180513 周报 -中游电池环节回暖 坚定看好下半年新能源车消费元年 -2018/05/13 阳光电源（ 300274）公司深度报告 光伏逆变器龙头地位稳固 电站系统与储能业务开疆辟土高增长 -2018/05/08 Table_Author 证券分析师：邵晶鑫 电话： 010-88695226 E-MAIL： shaojxtpyzq 执业资格证书编码： S1190518020001 联系人 ：陈亚琼 E-MAIL： chenyaqiongtpyzq (15%)(6%)3%12%20%29%17/5/1517/7/1517/9/1517/11/1518/1/1518/3/15电气设备 沪深 300 Table_Message 2018-05-14 行业深度报告 看好 /维持 电气设备 行业研究报告 太平洋证券股份有限公司证券研究报告 行业深度报告 P2 报告标题 请务必阅读正文之后的免责条款部分 守正 出奇 宁静 致远 目录 一、三元加速高镍化背后的驱动因素 . 4 （一）政策引导动力电池走向高能量密度 . 4 （二）市场需求驱动电动车型高续航 . 4 （三）补贴下降面临钴价上 涨，三元高镍化正当时 . 5 二、高镍化应用条件是否成熟？ . 7 （一）高镍正极材料的制备以及材料本身缺陷制约大规模产业化 . 7 （二）解决方案：掺杂、包覆 . 10 （三）国内已实现 811 材料量产销售 . 10 三、高镍化对产业链有哪些影响？ . 11 （一）高镍三元产业链梳理 . 11 （二）降钴增镍，未来三年硫酸镍需求的年复合增长率达 50% . 11 （三）从碳酸锂切换到氢氧化锂，需求具备高景气 . 14 （四） NCM 811 盈利能力得到明显提升 . 14 四、投资建议 . 18 （一）当升科技： 811 已开始供货 . 18 （二）杉杉股份： 811 产能投放，看好后续发展 . 18 （三）格林美：硫酸镍 &高镍前驱体 . 19 （四）天赐材料：硫酸镍 . 19 五、风险提示 . 19 （一）新能源车销量不及预期 . 19 （二）高镍三元产业化进程不及 预期 . 19 行业深度报告 P3 报告标题 请务必阅读正文之后的免责条款部分 守正 出奇 宁静 致远 图表目录 图表 1： 2018 年新能源乘用车补贴政策 . 4 图表 2： 2018 新上市车型一览 . 5 图表 3：特斯拉 MODEL 汽车系列性能 . 5 图表 4： 2017 年动力电池装机情况 . 6 图表 5：钴 MB 报价走势（美元 /磅） . 6 图表 6： NCM 523/622 价格走势（万元 /吨） . 7 图表 7：动力锂电池组价格（元 /WH） . 7 图表 8：三元材料克容量（ MAH/G） . 7 图表 9：不同三元材料的镍、钴质量分数 . 7 图表 10：三元正极材料制备流程 . 8 图表 11：高镍三元材料结构图 . 9 图表 12：高镍正极材料容量衰减示意图 . 10 图表 13：国内高镍三元进展 . 11 图表 14：三元正极材料产业链 . 11 图表 15：不同三元材料对硫酸镍需求 . 12 图表 16：国内动力领域对硫酸镍需求预测 . 12 图表 17：全球硫酸镍需求预测（吨） . 13 图表 18：全球主要国家镍中间产品产量（镍金属量） 单位：千吨 . 13 图表 19：电池环节氢氧化锂需求预测（吨） . 14 图表 20：杉杉能源三元材料营业成本构成 . 14 图表 21：当升科技正极材料营业成本构成 . 15 图表 22： 1GWH 电池所需三元正极材料 . 15 图表 23：单吨正极材料原材料成 本（万元） . 16 图表 24：高镍三元固定资产折旧费用测算（以当升科技为例） . 17 图表 25：当升燕郊年产 1800 吨锂电正极材料扩建工程（ 523） . 17 图表 26：三元材料盈利能力测算 . 18 行业深度报告 P4 报告标题 请务必阅读正文之后的免责条款部分 守正 出奇 宁静 致远 一、 三元加速高镍化背后的驱动因素 （ 一 ） 政策引导 动力电池 走向 高能量密度 从 2017年开始，新能源车 国家 补贴政策以“提 高门槛、扶优扶强 ” 为 准则，对于乘用车重在引导提高电池包能量密度。 2018年 新能源乘用车补贴政策对高能量密度的引导性更为明确，能量密度高于 160 Wh/kg的车型可直接拿 1.2倍补贴，而在105-120Wh/kg的车型 只能拿 0.6倍补贴，差距非常明显。 在此驱动下，提高电池包能量密度已成为当前 产业技术升级的方向之一 。 图表 1： 2018年新能源乘用车补贴政策 续驶里程 R (工况法、公里） 补贴金额 (万元 /辆） 电池包能量密 度（ Wh/kg) 中央财政补贴 调整系数 百公里电耗优于 现行政策比例 中央财政补贴 调整系数 150 R 200 1.5 105-120 0.6 0-5% 0.5 200 R25% 1.1 300 R160 1.2 400 R 5 插混 R 50 2.2 资料来源： 工信部 ，太平洋研究院整理 （二 ） 市场需求 驱动电动车型高续航 从市场需求角度看，目前国内新能源乘用车各项指标还不足以完全替代燃油车 ，最重要的 原因之一 就在于电动车的续航里程还不足以满足出行要求 。例如 2017年的畅销车型北汽 EC180的 NEDC工况续航里程为 156公里 ，仅能满足市内出行。而燃油车一般加满油可以跑 500公里以上，差距较为明显。 要提高电动车的续航里程 ， 可以通过增加 电池数量 或者 提高电池能量密度来解决 。增加电池数量会导致整车重量增加 ， 而且也将影响整车的设计结构 ， 并不是最佳解决方案 。 提高电池能量密度 则 可以在不改变电池数量的情况下提高电池包的带电量 ， 进而提高车辆的续航里程 。 这方面最具代表的就是特斯拉，通过采用高镍三元电池，其车型的续航里程都在 350以上，最大的已达到 579公里。 在真实需求以及 2018国家补贴标准推动下， 2018年新上市的纯电动车型的续航里程大部分都在 300km以上，相比去年提升非常明显。 行业深度报告 P5 报告标题 请务必阅读正文之后的免责条款部分 守正 出奇 宁静 致远 图表 2： 2018新上市车型一览 车企 车型 续航里程 级别 电池容量 参考价 北汽新能源 ET400 400 紧凑型 SUV EU450 400 紧凑型 EX360 318 小型 SUV 9.6 万起 比亚迪 e5 450 400 紧凑型 60 12.99 万起 秦 EV450 400 紧凑型 60.48 14.99 万起 宋 EV400 350 紧凑型 SUV 61.9 18.99 万起 吉利 帝豪 EV450 400 紧凑型 52 13.58 万起 帝豪 EV350 300 紧凑型 12.58 万起 奇瑞 瑞虎 3xe 400 351 小型 SUV 49 9.58 万起 瑞虎 3xe 480 430 小型 SUV 9.98 万起 荣威 Ei5 301 紧凑型 35 13.38 万起 知豆 D3 圣豆士版 310 微型车 33 10.98 万起 长安 EV300 2018 款 300 紧凑型 45 10.99 万起 CS15EV 300 小型 SUV 42.92 11.90 万起 江淮 iEV6E 运动版 310 微型车 6.95 万起 iEV A50 330 紧凑型 12.95 万起 资料来源：汽车之家、太平洋汽车网、 OFweek新能源汽车网 ，太平洋研究院整理 图表 3：特斯拉 Model 汽车系列性能 性能指标 Medel S Medel X Model 3 75D 100D P100D 75D 100D P100D 标准版 长续航版 车身（ mm） 4970*1964*1445 5037*2070*1684 4694*1849*1443 电机个数 2 2 2 2 2 2 1 1 最大功率（ kw） (后 +前 ) 193+ 193 193+ 193 375+ 193 193+ 193 193+ 193 375+ 193 300 300 电池容量（ kwh） 75 100 100 75 100 100 60 85 续航里程（ km） 469 579 570 406 552 507 354 499 0-100km/h 加速时间（ S） 5.4 4.4 2.7 6.3 5 3.1 5.6 5.1 最高车速 （ km/h） 225 250 250 210 250 250 209 225 资料来源：汽车之家 ， Tesla 官网， 太平洋研究院整理 （ 三 ） 补贴下降面临 钴价上涨 ，三元高镍化 正当时 目前动力用 锂 电池主要为三元和磷酸铁锂电池。三元电池的理论能量密度大于磷酸铁锂，而且随着三元电池镍含量的提升， 能量密度也会得到提高。 在提高能量密度 行业深度报告 P6 报告标题 请务必阅读正文之后的免责条款部分 守正 出奇 宁静 致远 的趋势下， 2017年 三元电池 装机占比已接近 40%，增速明显 。 图表 4： 2017年动力电池装机情况 资料来源： 真 锂研究 ，太平洋研究院整理 钴为三元材料的重要原材料， 2017年 钴价快速上涨 ， MB钴价格从年初的 14.5美元 /磅上涨到年底的 35.5美元 /磅，涨幅达 145%。 进入 2018年钴价上涨并没有停息，截止到3月底又上涨到 43美元 /磅。 图表 5： 钴 MB报价走势（美元 /磅） 资料来源： Wind，太平洋研究院整理 钴价上涨的同时，新能源车 产业链面临的却是 国家补贴标准 的下降 ， 全产业开始大范围降成本 ， 电池 作为整车成本的主要部分 自然 首当其冲 。电池 成本 中 以原料成本为主 ， 四大材料中 正极材料占主要部分 。 但 对于三元电池来说， 在原料钴价格持续上涨下，三元正极材料价格 不降反升 ，这给电池厂带来更大的降本压力 ,、 NCM 523622材料分别从 2017年初的 15.5、 17.5万元 /吨，上涨到近期的 23、 24万元 /吨，涨幅分别 行业深度报告 P7 报告标题 请务必阅读正文之后的免责条款部分 守正 出奇 宁静 致远 达 48%、 37%。 电池只能通过向其他材料压价来传导降价压力， 2017年 三元电池组的价格仅从 Q1的 1.6元 /Wh下降到 Q4的 1.5元 /Wh，降幅仅为 6%。 对于整 车厂来说，在现有技术体系下，只有采用三元电池配套乘用车才能满足越来越高的能量密度要求，也才能高效地 提高车辆续航里程 来 满足消费者真实需求。 图表 6： NCM 523/622价格走势（万元 /吨） 图表 7： 动力锂电池组价格（元 /Wh） 资料来源： 中华 商务网 ，太平洋研究院整理 资料来源： GBII，太平洋研究院整理 在钴价格持续上涨 并没有停歇的迹象下， 三元电池目前面临材料价格上涨、终 端售价下降的双重压力，而高镍三元材料的应用将是一条有效的解决路径 。 三元材料高镍化后，钴含量 会 逐步 降低 ， 同时电池包能量密度也将得到提升。 例如， NCM 111的克容量仅为 150-160 mAh/g， 而随着镍含量的提升， NCM 811的克容量可达到 190 mAh/g，NCA为 200 mAh/g左右， 提升非常明显。 图表 8： 三元材料克容量（ mAh/g） 图表 9： 不同三元材料的镍、钴质量分数 资料来源： 太平洋研究院整理 资料来源： 太平洋研究院整理 二 、 高镍化应用条件是否成熟？ （一） 高镍正极材料的制备以及材料本身缺陷制约大规模产业化 行业深度报告 P8 报告标题 请务必阅读正文之后的免责条款部分 守正 出奇 宁静 致远 随着三元材料中镍的含量不断提升，相应的钴和锰的含量 会降低 。 不用元素 含量的差异会对高镍三元材料的制备产生较大影响， 增大材料的 制备难度。当前正极材料的合成方法主要是利用高温固相法将三元前驱体与碳酸锂或氢氧化锂在窑炉中一定的温度、时间和气氛进行高温烧结。 图表 10：三元正极材料制备流程 资料来源： 太平洋研究院整理 高镍材料制备难点 前驱体环节： 前驱体的形貌和颗粒均匀程度对正极材料的性能具有重要影响，其生产工艺主要是通过金属的硫酸盐与 NaOH、氨水等共沉淀， 三种元素 对共沉淀的 PH、温度等 条件要求不同，镍含量增加会 显著提升技术要求与难度。 以 NCA前驱体为例， 镍、钴、 铝元素在沉淀 的 PH上的差异较大，且 Al3+ 与氨水较难进行络合反应 ， 在 不同 PH条件下，沉淀物中三种元素的比例会产生明显差异 ； 此外 Al(OH)3属于两性氢氧化物，当 PH值较高时，会分解为 AlO2-1，使镍钴铝沉淀产物在元素分布上出现不均匀情况， 影响 最终产品 性能 。 烧结环节： 高镍三元正极材料的烧结存在 3个核心问题，即： 1） 高温合成条件下 ,锂盐容易挥发而导致锂缺陷产生，而温度过低，锂盐又难以热分解， 这也是在 NCM811和 NCA生产过程中采用热分解温度更低的氢氧化锂的原因 ; 2） 由于 Ni2+与 Li+混排影响，高镍正极材料需要尽量控制镍以 +3形式存在，但前驱体中镍为 +2价， 而从 Ni2+氧化到 Ni3+存在较大的势垒 , Ni2+ 氧化过程中很难转化为 Ni3+，其完全转化则 要求在纯氧条件下 ; 3） 高温下 ,容易发生相变和分解反应 , 会产生无化学活性的立方岩盐相。 因 行业深度报告 P9 报告标题 请务必阅读正文之后的免责条款部分 守正 出奇 宁静 致远 此 烧结过程中温度过低， Ni2+较难氧化为 Ni3+，锂盐分解不完全，温度过高材料容易发生分解，产生缺陷 。 图表 11：高镍三元材料结构图 资料来源： LiNiCoAlO 高镍三元正极材料的制备及改性研究 ，太平洋研究院整理 高镍材料本身在充放电过程中产生容量衰减 相变反应引起电池容量衰减 ： 1） 由于合成产物不可能完全符合化学计量比 , 部分 Ni占据锂层 , 在充电过程中 Ni2+氧化成为 Ni3+或 Ni4+,会造成间晶层空间的局部塌陷 , 增加 Li+嵌入的阻力 , 造成阻抗增大 , 循环性能恶化 ;2） 随着锂离子的嵌入脱出 , 高镍系层状氧化物正极材料会发生一系列相变 ,由层状结构转变为尖晶石结构，最后转变为岩石盐结构。 材料表面与空气和电解液容易发生副反应， 如在表面生成一层类 NiO 相，使得 Li+传导性能变差。 导电物质的重新分布 ，这一现象造成材料颗粒表面或者不同颗粒间呈现不均匀化，使部分区域处于过充或过放状态 , 导致一系列不利反应的发生 , 诸如电解液的分解等。 行业深度报告 P10 报告标题 请务必阅读正文之后的免责条款部分 守正 出奇 宁静 致远 图表 12：高镍正极材料容量衰减示意图 资料来源：高镍系三元层状氧化物正极材料容量衰减机理的研究进展 ，太平洋研究院整理 （ 二 ） 解决方案 ：掺杂、包覆 目前改善高镍材料稳定性方法主要有三种 : 1） 元素掺杂。 一般是掺入与材料中离子半径比较接近的离子，如 Mg、 Ti、 F 等 ,目的是通过提高材料的晶格能的方式来稳定材料的晶体结构，从而使得材料的循环性能和热稳定性得到改善。 2） 表面包覆 。通过在材料颗粒的表面物理或化学粘附上一层更为稳定的材料，以抑制表面的副反应从而保护活性物质，一方面包覆的厚度需要足够大且均匀 , 以抑制表面的副反应从而保护活性物质 , 另一方面表面包覆层又需要尽可能的薄 , 以保证Li+的传导不受阻碍。这就要求包覆的材料具有比较稳定的化学结构以及比较合适的电子、离子电导性。 3） 添加剂优化电解液。 采取添加剂优化电解液，可以有效地促进电极材料表面上形成高质量的表面膜 ，同时抑制电解液的氧化分解。 （三） 国内已实现 811 材料量产销售 国内以 宁波金和 、 当升科技为代表的正极厂商已率先实现 NCM 811量产。 其中当升科技在 提升 811的安全性 上主要从两个方面 入手：一是在正极材料端进行掺杂、包覆；二是电池端改进设计和制备工艺。 目前当升的 NCM811产品对 国内外的重点客户均已进行送样测试认证，部分已通过认证，开始批量供货。 行业深度报告 P11 报告标题 请务必阅读正文之后的免责条款部分 守正 出奇 宁静 致远 图表 13： 国内高镍三元进展 公司 产线 产能（吨 类型 投产时间 上市公司 当升科技 海门二期 4000 NCM622、 811 2017 海门三期 18000 NCM811、 NCA 2019 杉杉股份 宁夏二期 5000 吨前驱体 NCM811 2018 5000 吨三元 格林美 6 万吨三元前驱 体 50000 吨 NCM & 10000 吨 NCA NCA 2020 非上市公司 宁波金和 1200 NCM811、 NCA 已投产 贝特瑞 3000 NCA 已投产 15000 NCM811、 NCA 2018 天津巴莫 5000 NCM811、 NCA 已投产 资料来源： 公司 公告 ，太平洋研究院整理 三 、 高镍化对产业链有哪些 影响 ？ （一） 高镍 三元产业链梳理 三元正极材料 产业链主要分为上游原材料（钴、镍、锰）、金属盐（硫酸钴、硫酸镍、硫酸锰）、三元前驱体、三元正极材料，锂源为碳酸锂或氢氧化锂。 图表 14： 三元 正极材料产业链 资料来源： 太平洋研究院整理 （二 ） 降钴增镍，未来三年硫酸镍 需求的 年复合增长率达 50% 高镍三元，顾名思义，就是将三元材料中的镍含量提高，同时降低钴含量。镍含量提高的同时，必将需要更多的硫酸镍作为原材料。 根据 测算，理论上单吨 NCM 333、523、 622、 811以及 NCA对硫酸镍的需求在 0.9、 1.36、 1.63、 2.16以及 2.22吨，高镍三元对硫酸镍的需求是低镍三元的两倍左右。 行业深度报告 P12 报告标题 请务必阅读正文之后的免责条款部分 守正 出奇 宁静 致远 图表 15： 不同三元材料对硫酸镍需求 镍含量 NCM333 NCM523 NCM622 NCM811 NCA 分子式 Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2 Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O2 Li(Ni0.6Co0.2Mn0.2)O2 Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2 LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 分子量 96.46 96.55 96.93 97.28 94.73 Ni 原子数 0.33 0.5 0.6 0.8 0.8 吨所需硫酸镍 （吨） 0.9 1.36 1.63 2.16 2.22 资料来源： 太平洋研究院整理 根据我们测算 ， 随着高镍三元电池渗透率的逐步提升， 2018-2020年国内动力领域对硫酸镍的需求将达到 6.43、 13.13、 29.94万吨，同比增长达 60%、 104%、 128%。 从全球需求看，我们预计 2018-2020年对硫酸镍需求在 31、 48、 78万吨，同比增长 37%、 54%、61%，年复合增长率达到 50%。 图表 16：国内动力领域对硫酸镍需求预测 国内动力 2017 2018E 2019E 2020E 新能源车销量（辆） 778,039 1,001,000 1,397,000 1,982,000 电池需求（ GWh） 33 48 73 113 三元电池需求（ GWh） 16 23 44 93 523 电池渗透率 80% 50% 30% 10% 622 电池渗透率 20% 45% 35% 30% 811 电池渗透率 - 5% 35% 60% NCM523 电池需求（ GWh） 13 12 13 9 NCM523 材料需求（吨） 22,827 21,094 24,051 16,916 NCM622 电池需求（ GWh） 3 10 15 28 NCM622 材料需求（吨） 5,543 18,441 27,256 49,295 NCM811 电池需求（ GWh） - 1 15 56 NCM811 材料需求（吨） - 1,886 25,093 90,765 硫酸镍需求（吨） 40,080 62,820 131,337 299,410 Yoy 57% 109% 128% 资料来源： 太平洋研究院整理 行业深度报告 P13 报告标题 请务必阅读正文之后的免责条款部分