对于锂电池全面替代铅酸电池之可能发生时间探讨.pdf

华泰期货研究院 基本金属部 师橙 银铅研究员 021-68758689 shichenghtfc 从业资格号： F3046665 徐闻宇 宏观贵金属研究员 021-68757985 xuwenyuhtfc 从业资格号： F0299877 投资咨询号： Z0011454 华泰期货 |专题 报告 2018-12-10 对于 锂 电池全面替代铅酸电池之可能发生时间 探讨 前言 : 随着目前全球范围内对于清洁环保能源的追求，在汽车领域中，纯电型以及混合动力型新能源汽车对于传统内燃机动力汽车的代替正在国家相关政策的鼓励甚至强制要求下逐渐地发生。 与此同时，对于诸如锂电池这类的新能源电池对于传统的铅酸蓄电池的冲击也势必进一步加大，而就未来锂电池是否有可能逐步甚至完全取代传统铅酸蓄电池的地位这一相对敏感问题，本文尝试从市场需求导向 预期 、锂资源储备及开采成本 预期 、 锂可再生性与再生成本预期、锂电池与铅酸电池自身性能比较以及未来相关金融衍生品的推出这 5 个角度进行研究，并提出可能性相对较大的预估。同时也对未来需要持续关注的问题点给予了建议。 华泰期货 |专题 报告 2018-12-10 2 / 14 锂电池 市场 发展现状概述 自 1991 年由日本索尼公司 向市场推广了全 球第一只商业化锂 离子电池 直至当下，锂电池的发展经历了 27 个年头，虽然这与传统的铅酸蓄电池相比，仍然是与十分年轻的品种（铅酸蓄电池发展历史已超过 100 年），但是锂电池自问世以来，无论是技术的进步还是市场规模的扩张速度均是传统的铅酸蓄电池所无法比拟的。 这一点无论是从锂电池市场规模还是从锂电池的实际产量而言，均可以得到验证，在过去的 8 年间，单单就中国市场而言，锂电池产业规模便从 2010 年时的不到 500 亿元，上涨至2017 年之时的接近 2,000 亿元，涨幅接近 400%，预计 2018 年中国锂电池市场规模将会超过 2,300 亿元。 而在锂电池的产量方面， 也无疑呈现出了相对较高的增幅，预计截至 2018 年，中国国内年产锂电池量相较于 2011 年水平相比将会呈现出约 213%的上涨，而同期全球锂电池产量上涨幅度约在 235%左右。可见目前国内锂电池产量增长节奏基本与全球范围内的节奏较为类似。 图 1： 中国锂电池市场规模 单位： 亿元 图 2： 中国及全球范围锂电池产量 单位：亿只、 GWH 数据 来源： 公开资料 华泰期货研究院 数据 来源： 中商产业研究院 华泰期货研究院 需要意识到的是， 随着锂电池市场规模的不断扩大，无论是在实际需求上或是在市场预期方面都无疑将会对于 传统的铅酸蓄电池行业形成或多或少的冲击，而针对这样的冲击究竟会有多大的影响这一问题，通过对于在各种公开场合下锂电池企业以及铅酸蓄电池企业代表的发言 的解读 ，以及对于的电池企业的走访，目前对于上述问题铅蓄电池企业及锂电池企业基本呈现出“王婆卖瓜，自卖自夸”的情形，即铅酸蓄电池企业认为锂电池技术尚不稳定，甚至存在一定安全隐患，并且近年来产能已经相对投入过剩，故而未来前景并不乐观，相比之下传统的铅蓄电池 性能相对稳定，并且 即便是像美国这样的国家，铅酸蓄电池050010001500200025002010 2012 2014 2016 2018E中国锂电池市场规模 040801201602011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018E中国锂电池产量（亿只） 世界锂电池产量（ GWH） 华泰期货 |专题 报告 2018-12-10 3 / 14 仍然占据着 70%以上的市场。但是站在锂电池企业的角度上而言，又认为铅酸蓄电池在生产过程中 的不环保，以及使用效能的低下使其面临终将会被淘汰的结局。 故此究竟事实情况将会如何演绎？ 由于在全球范围内对于清洁能源的追求必定会成为主力且不可逆的趋势，故此核心问题便是研究这样的替代大概率将会在何时发生，以及在此过程中可通过观察哪些迹象可以有助于做出更为准确的预判。 1.市场需求 导向 预期分析 对于任何商品而言，市场需求无疑都是决定其未来行业发展前景的最为重要的因素 。对于锂电池而言， 其主要的用途主要集中在动力 、 储能以及 3C（电脑 Computer、通讯Communication、消费性电子 Consumer electronic） 领域 ，而其中可能对于传统铅酸蓄电池冲击较大的板块则是集中在动力、以及储能板块。 根据 中国电动汽车资源网 预计，至 2025 年中国国内锂电池市场规模料将比当下继续上涨约200%，相应的锂电池出货量也将会大幅上涨 200%左右。故而发展前景照目前看仍算较为乐观。 而从具体细分项上来看， 针对上述 3 大锂电池运营主要板块而言，其中动力类锂电池的增长预期将无疑是最为可期的，预计截至 2025年动力类锂电池的需求将会较当下增长 438%，当然从增幅比例上而言，储能类的增幅比例将会是 3 者中最大的（超过 20 倍的增长）。不过由于其绝对量相对较小，故而不能将之视为最大的潜力增长点。而就 3C 消费量电池的需求而言，增幅则会相对有限，仅为 28%。 图 3： 锂电池市场规模预期 单位： 左：亿元 右： GWh 图 4： 各类锂电池需求预测 单位： GWh 数据 来源： 中国 电动汽车资源网 华泰期货研究院 数据 来源： 中国 电动汽车资源网 华泰期货研究院 正如上文所提及，锂电池的普及真正有可能对传统铅酸蓄电池形 成较大冲击的，也恰恰正是锂电池需求预期增长最为大幅的两个板块，即 动力锂电池及储能锂电池 。 0150300450600020004000600080002018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025左轴：锂电池市场规模（亿元） 右轴：出货量（ GWh） 01002003004005002018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025储能类 动力类 3C消费类 华泰期货 |专题 报告 2018-12-10 4 / 14 对于锂动力 电池而言，其应用主要集中于 各种类型的 电动车，如电动客车（ EV）、电动乘用车、插电式混合动力（ PHEV）客车、插电式混合动力乘用车、电动专用车。 而对于传统铅酸动力，实则其主要的领域 至少在国内而言，就 是用于 二轮的电动车，大致比例超过 80%，而其余则还有部分用于电动道路车、牵引车等。 在传统汽车领域所使用的铅酸蓄电池，皆为启动电池，而并非是提供行驶动力的动力电池。 故此看来，当下对于动力锂电池以及动力铅酸蓄电池而言， 就国内情况来看， 似乎 暂时 并无明显的交集存在，不过根据国际铅联盟（ ILA）发表的预测中可以发现，锂电池或将在未来的 5 至 6 年终大幅侵占当下属于铅酸蓄电池主宰的电动自行车板块。 虽然就当下国内的 情况来看，二轮电动车所使用的主要动力电池仍然为铅酸蓄电池，不过通过观察 国内近期所颁布的政策可以 发现，其中大多数都是对与二轮的电动车进行了更为严格的限制，并且各地政府在对于禁止二轮电动车上路这一问题是也逐渐正在采取越来越严格的措施，因此就国内情况而言 未来二轮电动车本身的发展便有可能会受到诸多的限制。 另一方面，从国际范围内在二轮电动车的动力电池领域上来看，基本也同样是在实现锂电池逐步代替铅酸电池的情况。 而与国内情况不同的是，在世界范围内， 对于低速交通工具锂电池的普及似乎更为迅速，这或许是由于对于国外而言，由于汽车购置的相对便宜以及二手车市场的发达，故而多数发达国家人们选择诸如摩托车等低速交通工具更多的是为了其休闲与娱乐的目的，而并非如国内这样将其作为主要的交通工具。正因为这样的消费习惯，使得国外的低速交通工具可以朝着相对高端的定位发展，从而也为锂电池的普及提供了相对较为有利的条件。 图 5： 锂动力电池用途 比例 单位： % 图 6： 动力铅酸蓄电池用提比例 单位： % 数据 来源： 公开信息 华泰期货研究院 数据 来源： 公开信息 华泰期货研究院 59.1 1.8 2.7 11 25.4 使用占比（ %） 客车（ EV） 客车（ PHEV） 乘用车（ PHEV） 专用车（ EV） 乘用车（ EV） 83.7 10.2 4.1 2 动力型铅酸蓄电池用途比例 电动自行车 电动道路车 牵引用 其他 华泰期货 |专题 报告 2018-12-10 5 / 14 图 7： 国内动力电池市场规模预计 单位： 亿 元 人民币 图 8： 国外电动车锂电池份额预期 单位： 百万美元 数据 来源： 国际铅联盟 安泰科 华泰期货研究院 数据 来源： 国际铅联盟 安泰科 华泰期货研究院 而对于 动力锂电池自身的需求而言，更大的一块潜力增长点无疑是在 新能源汽车 的动力电池领域 ，而这块领域实则本身就是铅酸蓄电池无法涉足的领域。目前世界主要经济体均已经制定了相对较为详尽的新能源汽车发展计划， 预计至 2020 年 ，世界范围内新能源汽车产销量以及保有量至少将会呈现出翻倍的增长，不过暂时以纯电动车与混合动力车并行发展的情况居多 ， 而 此前 在 CRU 的报告中便已经提及，早在 2017，中国大陆便有提议，或许在未来将会逐渐禁止生产传统的内燃机汽车，而这一议题在当下仍在讨论过程中。而铅酸蓄电池在纯电动车中并无“用武之地” ， 这 显然 是 对于 传统 铅酸蓄电池 而言 一个 极为 重大 的威胁 ， 但是 对于 推进 锂电池 对于 铅酸 蓄电池的 全面 替代 则会 有着 较为 积极 的 推动作用 。 表格 1： 主要国家新能源汽车发展规划 国家 规划期 新能源汽车规划目标 新能源汽车类型 美国 2015 年 100 万保有量 插电混合 纯电动 日本 2020 年 200 万辆 电动车 80 万辆 混动 120 万辆 日本 2030 年 汽车年销量的 70% 电动车、混合动力汽车 德国 2020 年 100 万保有量 电动车 德国 2030 年 500 万保有量 电动车 01002003002016 2017 2018 2019 2020国内动力电池设备市场规模预期：亿元 020004000600080002018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025铅酸电池 :百万美元 锂电池：百万美元 华泰期货 |专题 报告 2018-12-10 6 / 14 法国 2020 年 200 万累计产量 电动车 韩国 2015 年 120 万产量 电动车 韩国 2020 年 小型电动车普及率 10% 电动车 中国 2015 年 50 万辆累计产量 纯电动、插电混合 中国 2020 年 年产能力 200 万，累计产销 500 万辆 纯电动、插电混合 资料来源： 公开资料 华泰期货研究院 2.锂品种资源储量 及开采成本 分析 倘若对于某一品种的需求在未来将会呈现出巨大并且可能是最为核心且难以替代的 地位，那么对于该品种的储备量 以及开采成本 也需要引起足够的关注，尤其像对于锂这样的相对稀有的金属而言，则更值得深入探究。 由于上文主要是 针对汽车用锂电池的需求预期做了阐述，但其实锂电池也被广泛应运与 3C消费，此外锂金属也被用于润滑剂行业、磁性材料行业以及玻璃陶瓷行业。并且 ，单单就中国而言 在 上述各领域都将会在未来有着 较大 的增长。 而由于当下对于清洁能源的追求将会成为全球共同追求的目标，故此未来对于锂的整体消费量将会呈现出巨大的暴增，根据中国新能源网预计，在仅 仅 只是 考虑电动汽车 发展的情况下 ， 预计 从 2015 年到 2050 年，全球将消耗约 511 万吨锂，这几乎是陆地上锂 探明储量 的三分之一。故此不用一个世纪的时间，地球陆地上的锂资源便会消耗殆尽。 这或许是对于锂电池在像中国这样消费量庞大的经济体中全面推广普及之前所要面临的首个较为严峻的问题。 图 9： 锂 总体需求增长预计 单位： LCE 万吨 图 10： 全球锂供应量 单位： LCE 万吨 数据 来源： 中国商产业研究所 华泰期货研究院 数据 来源： 美国地质调查局 华泰期货研究院 02468101214162017 2018 2019 2020玻璃陶瓷行业 磁性材料行业 润滑剂行业 锂离子电池行业 01020302017 2018 2019 2020全球锂供应（ LCE） 华泰期货 |专题 报告 2018-12-10 7 / 14 上文已经有所提及，全球陆地范围内的锂储 探明 量相对较为有限， 而就总体资源量方面，在全球范围内截止 2017年美国地质调查局公布的最新数据显示，全球锂资源量大致在 4,700万吨左右，并且大多集中于美洲、 亚洲 以及澳大利亚 ，而针对金属锂的提取 成本而言， 在世界范围内，根据主要锂矿公司的数据中显示，大致成本在 3,000 美元至 6,000 美元 /吨的水平，对于国内锂矿而言，开采成本并不占有任何 优势，主要由于 中国的锂资源以盐湖卤水锂资源为主，约占全国总储量的 78%，主要分布在青海、西藏。 而这类锂矿 ，提锂成本高。盐水卤水组成复杂，含有大量 Na、 K、 B、 Mg、 Ca、 Li 等离子的氯化物、硫酸盐、碳酸盐和硼酸盐，其中 Li 的当量一般为 0.06%-0.15%。中国青海的盐湖大多是高 Mg/Li 比的盐湖， Mg/Li 比超过 10，其中察尔汗盐湖高达 1800，中国西藏的扎布耶是 Mg/Li 比极低的碳酸型盐湖。 而 对于 国内 锂矿以及锂提炼未来的成本 变化 预期而言 ， 目前在全球范围内已经有接近 70%的碳酸锂原料来自于 盐湖锂，仅仅只有 30%来自矿山。但是在中国的情况却恰恰相反，矿山中的提锂比例占到了 总产量的 近 70%。 主要原因是由于我国 的 盐湖锂资源主要 集中 于青藏高原地区，故 虽然盐湖卤水提炼锂 技术已经较为成熟并且产业化，但由于青藏高原的特殊地理 环境 ，以及企业生产管理上的缺陷 包括供电条件的恶劣 ， 因此 还是在实际操作上有着诸多困难。并且在青海柴达木盆地虽然还有较为丰富的盐湖锂 资源，但是其中镁含量相对较高，而对于镁锂分离的问题则是一个尚待解决的技术难点，故此以上诸多限制都阻碍了我国盐湖锂企业的发展以及扩张， 而未来倘若无法解决上述问题，则 预计 中国国内锂生产成本仍将位于世界范围内的较高水平，而中国在新能源汽车市场的发展潜力却又同样居于世界前列， 且需求量以及需求增长潜力均较为巨大，故此按照当下国内的开采水平以及成本而言，要想满足国内如此庞大的需求量，或许仍然会存在一定困难，而 这 对于下游新能源汽车行业的发展产生限制。 图 11： 全球锂矿资源分布 单位： 吨 图 12： 主要公司及矿区提锂成本 单位： 美元 /吨 数据 来源： 美国地质考察局 华泰期货研究院 数据 来源： 公开信息整理 华泰期货研究院 02004006008001000储量 资源量 02,0004,0006,0008,000主要公司及矿区提锂成本 华泰期货 |专题 报告 2018-12-10 8 / 14 3.锂的 可再生 与 再生成本 分析 可再生性对于特定的 金属原料 而言，也是决定其是否可以成为一种长期可被人们使用并利用的资源的另一个相对重要的指标。 众 所周知，对于铅品种而言，由于铅酸蓄电池的发展本身便已经经历了超过百年的历史，而对于废旧铅酸蓄电池中废铅的提炼技术也已历经数代更新，目前在诸如美国之类的科技大国，其国内基本已经不再开采新的原生铅矿， 95%以上的 铅均来自再生铅。 对于锂金属而言， 由于未来 2-3 年间将会遇到大批的锂电池集中报废的时间点，故此对于锂金属的回升技术的推进也将会有着相对积极的作用 。 首先就再生成本而言，最大的占比无疑来自于对于废旧锂电池的回收成本，以及其他的一些材料成本，如液氮。依据目前成本测算，每吨再生锂的成本大致在 26,500 元 ，（按 2018年均价） 。 表格 2： 锂再生成本 分解 成本项目 具体内容 成本（元 /吨） 在总成本中占比（ %） 材料成本 废旧电池、液氮、水、酸碱试剂、萃取剂等 20,000 75.00% 燃料及动力成本 电能、天然气、汽油消耗等 650 2.45% 环境治理成本 废气、废水、废渣净化、灰烬处理 550 2.08% 设备成本 设备维护费、设备折旧费 600 2.26% 人工成本 操作人员、技术人员、管理人员、运输人员工资等 500 1.89% 税费成本 增值税、所得税及其他费用 4,200 15.80% 合计 26,500 资料来源： 中国知网 华泰期货研究院 华泰期货 |专题 报告 2018-12-10 9 / 14 对于这样的回收成本，实则比起再生铅的回收成本与产成品 售价 的比例而言，有着相对较大的优势，故此这会在未 来较大程度上激发有技术能力的企业更多地投入到对于废旧锂电池的回收 以及锂的再生行业中来。 由于锂电池中主要可供回收的部分为其中的正极材料 ，其中包括 LFP（磷酸铁锂） 、 LMO（锰酸锂）、 NCA（镍钴铝）、 NCM111（镍钴锰三元材料按 1:1:1 的比例）、 NCM532（镍钴锰三元材料按 5:3:2 的比例）、 NCM622（镍钴锰三元材料按 6:2:2 的比例）、 NCM811（镍钴锰三元材料按 8:1:1 的比例） 从不同材料的经济价值来看，其中 LFP 与 LMO 材料没有回收价值，而其余材料的回收价值则相对较大， 预计在未来的两 年， 倘若废旧锂电池能够进入 正规 的回收渠道，则回收利用率将会在 2020 年达到 98%左右 ，并且对于规模型再生锂企业而言回收以及再生产 后 的 毛利润水平将会达到 50%至 60%的水平，整体市场规模或将超过 120 亿元，而这无疑是对于废旧锂电池的技术的进一步发展以及回收规模的增加有着非常积极的作用。 图 13： 锂电池回收利润分析 单位：万元 % 图 14： 锂电池回收比例以及规模预期 单位： 百万 % 数据 来源： 高工锂电 华泰期货研究院 数据 来源： Wind 高工锂电 华泰期货研究院 其次是锂电池的回收渠道问题， 目前国内对于废旧锂电池的回收模式主要有以电池（材料）生产商为主题的利用电动汽车生产商的销售服务而构建的相对零散的回收模式、以行业联盟形式 建立的影响规模相对较大的回收没收、以及委托第三方进行回收的模式。 不过与铅酸蓄电池的情况类似的是，虽然国家相关政策会不断 鞭策 再生材料企业朝着更为环保以及合法的方向发展，而近年来环保压力的常态化也逐渐在再生铅企业中被适应以及接受，并且诸多业内的龙头企业也纷纷加入到 再生铅产业园的投建之中， 不过即便如此，对于废旧铅酸蓄电池的回收体系则依旧存在较大缺陷，据悉目前市场上仍有接近 6 成的铅酸蓄电池并未进入到正规的回收渠道。 -120-80-40040800150003000045000LFP LMO NCM111 NCM532 NCM622 NCM811 NCA单位 GWH回收价值合计：万元（左） 单位 GWH回收成本合计：万元（左） 毛利率： %（右） 808590951000600012000180002016 2017 2018 2019E 2020E锂回收规模：吨（左） 国内锂回收价值：百万 (左） 全球锂回收价值：百万（左） 回收利用率： % （右） 华泰期货 |专题 报告 2018-12-10 10 / 14 而锂电池作为近年来技术发展突飞猛进的品种，其回收渠道也同样存在着诸多问题，不过由于目前已经有了铅酸蓄电池的一些经验可供借鉴，故而预计对于锂电池回收体系的正规化的建设 ，或许并不需要再像铅蓄电池那样经历太长且较为混乱的摸索期。 表格 3：锂 电池主要回收模式探讨 回收主体 回收模式 模式特点 电池（材料）生产商 动力电池生产商利用电动汽车生产商的销售服务构建，下游客户配合 回收技术难度小、成本低、实力有限 行业联盟 行业内的动力电池生产商、电动汽车生产商或租赁公司组成 影响力强、覆盖范围广、对协同合作要求高 第三方回收 部分电池生产商把回收业务 承包给第三方或部分小作坊 独立构建回收网络但回收技术性差再生品质量低 资料来源： 公开信息 华泰期货研究院 4.锂电池与铅酸蓄电池本身性能对比 分析 在比较锂电池以及铅酸电池本身特性之时可以发现，锂电池在使用寿命、能量转化效率、轻便 性 、等方面相较于铅酸蓄电池而言都有着十分明显的优势， 但是另一方面，锂电池在价格优势以及后续的充电及维护上的成本相比于铅酸蓄电池而言， 有着较大差距。 此外就电池本身稳定性 而言也有着一定隐患， 主要集中反映在电池的耐高温性以及在事故中是否会有可能发生电池爆炸的危险。 在上文中所记录的与某车企技术工作人员的对话中实则已经提及了 关于目前对于使得锂电池发挥去最大 理论寿命还有一定困难，而这其中目前看来最为重大的困难便是在于材料的耐热性方面，例如 磷酸铁锂电热峰值可达 350 500而锰酸锂和钴酸锂只在 200左右。工作温度范围宽广（ -20C- 75C），有耐高温特性磷酸铁锂电热峰值可达 350 500而锰酸锂和钴酸锂只在 200左右，但若在长时间的高温环境下要仍能保持电能的输送则仍需进一步的研发以及技术改进。 不过就过往数年的发展经验来看，在当下企业自身动力以及政府政策的压力之下，关于锂电池技术方面的研发投入进去均处于相对较为大力的推进之下，虽说当下有部分政府补助撤出，但是对于清洁环保能源的追求这样大趋势仍然无法逆转，故此 汽车企业的研发投入仍然相对较大，虽然之前有相关报道揭露车企利用政府对于新能源汽车的优惠政策而骗取补助的事宜，但就在去年（ 2017 年），工信部部长 苗圩 曾表示：“ 新能源汽车的整车、动力