资源描述
行业及产业 行业研究/行业深度 证券研究报告 有色金属 / 稀有金属 2017 年 12 月 18 日 新材料系列报告之四：三元正极材料高镍化大势所趋 看好 受益于新能源汽车需求拉动，锂、钴、硫酸镍龙头将充分受益 相关研究 证券分析师 徐若旭 A0230514070002 xurxswsresearch 研究支持 王宏为 A0230117080005 wanghwswsresearch 联系人 王宏为 (8621)23297818转 wanghwswsresearch 本期投资提示： 三元材料是正极材料未来 发展必然 方向，占比 将 迅速爬升。 GBII 数据显示， 2016 年全国正极材料产量 16.16 万吨，其中三元材料产量为 5.43 万吨，同比增长 48.8%；产值 79.8亿元，同比增长超过 60%， 在四种正极材料中其产值占比最高 。 2017 年 3 月发布的促进汽车动力电池产业发展行动方案提出到 2020 年动力电池的系统比能量要达到260Wh/Kg，较现有水平翻一倍； 2025 年动力电池单体比能量达 500Wh/Kg；现有体系中，三元电池的能量密度超过 200Wh/Kg，磷酸铁锂为 160Wh/Kg，而三元的成本、售价与磷酸铁锂基本相当。行业内普遍认为三元电池是实现 2020 年目标最可行的技术路线。 三元材料的高镍化是未来 新能源 电池发展的重要 方向 。 我国动力电池 最早生产 NCM111型号 ，随后开始大量生产 NCM523 型号 ， 目前很多电池企业开始发力 NCM622，未来则会变成 NCM811 和 NCA。这样的发展趋势是因为在 三元 材料中， Ni 和 Co 是主要的活性材料， Ni 占比的不断提升会提高 材料的比容量， 满足电池能量密度不断提高的要求。 三元高镍化将导致氢氧化锂逐渐替代碳酸锂。锂资源 供需平衡表： 2018 年 下半年之前 全球 锂资源 供需 紧平衡， 。 2017 年全球碳酸锂 供需情况仍然紧张 ，预计在 2018 年之后得到缓解。我们判断 2018 年 下半年之前 全球锂资源上游原材料价格即锂精矿、卤水价格将会维持强势，主要锂盐产品价格中枢仍将 稳中上行 。 虽然 2018 年下半年陆续有较大新增供应，但考虑到历史上 锂资源供给大多低于预期，同时需求可能存在超预期的非线性增长，2018 年下半年的锂资源价格不必过于悲观，仍待观察 2018 年供给与需求情况。 氢氧化锂供需平衡表： 未来供需角度略有过剩 ，基准价格仍取决于锂资源供需 。 钴价格判断 ： 未来钴价格 仍然 易涨难跌 。 目前 MB 高级钴均价 35.6 美元 /磅，对应国内含税价 61.1 万元 /吨，高于国内长江现货钴均价 52.75 万 /吨，国内长江现货钴历史最高价格88.5 万元 /吨。虽然供需角度看目前仍略有过剩， 但由于 下游需求 加速增长而供给增速相对有限 ，且钴是 小金属品种过剩量 较少， 导致市场资金提前囤货 使钴价格提前上涨，随着下游需求的不断提升，钴资源龙头的限量生产，以及国内外贸易商、 Co27 基金等囤货对钴价格上涨的推波助澜，未来钴价格甚至有望突破历史。中期嘉能可自身预计 2019 年扩产新增 3 万吨以上产量将对行业有所冲击，但具体投放节奏仍有赖于下游新能源汽车发展的节奏。 硫酸镍：预计硫酸镍供需将趋于平衡，价格将跟随镍价格逐渐上涨。 三元高镍化将大幅拉动硫酸镍需求， 综合考虑供给和需求 ，我们预计 2018 年硫酸镍供需将趋于平衡 ， 硫酸镍价格将更多取决于镍价格，我们判断镍价格由于供需好转及成本驱动未来 价格将逐渐上涨，进而带动硫酸镍价格上涨 。 主要受益公司： 锂资源龙头 赣锋锂业、天齐锂业、美国雅宝、 FMC 等，拥有锂资源的锂龙头将充分受益新能源行业大趋势。 高镍化降单位用钴仍不改钴需求加速趋势，龙头公司洛阳钼业、寒锐钴业、格林美 将充分受益。硫酸镍受益标的 格林美 。 风险提示 ： 新能源补贴退坡导致新能源汽车销量增速大幅下降 ，锂、钴、硫酸镍 供给超预期上涨 。 请务必仔细阅读正文 之后的各项信息披露与声明 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第 2 页 共 49 页 简单金融 成就梦想 1.锂电正极材料发展概况 . 6 1.1 钴酸锂 . 6 1.2 锰酸锂 . 7 1.3 磷酸铁锂 . 7 1.4 三元材料 . 7 2.三元材料：高镍化大势所趋 . 8 3.三元高镍化趋势下的锂、钴、镍 . 12 3.1 锂：高镍化趋势下氢氧化锂将逐渐替代碳酸锂 . 12 3.2 钴：高镍化不改钴需求快速增长趋势 . 22 3.3 硫酸镍：未来供需趋于稳定 . 32 4 新型锂电体系：突破现有比能量极限 . 39 5 上市公司 . 40 5.1 赣锋锂业 . 40 5.2 天齐锂业 . 42 5.3 美国雅宝 . 43 5.4 FMC . 43 5.5 中矿资源 . 44 5.6 洛阳钼业 . 45 5.7 寒锐钴业 . 46 5.8 格林美 . 46 目录 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第 3 页 共 49 页 简单金融 成就梦想 图表目录 图 1： 2016 年中国正极材料产能结构 . 8 图 2： 2017 年中国正极材料产能结构 . 8 图 3： 2013-2020 年中国三元材料销量分析及预测 . 9 图 4： 2013-2020 年中国三元材料市场产值分析及预测 . 9 图 5： 2016 年中国三元材料分型号产品 . 11 图 6： 2016 年中国企业对高镍 NCA/NCM811 布局 . 11 图 7：锂产业链上下游概况 . 12 图 8：钴产业链 . 22 图 9： 2016 年全球钴下游需求分布 . 23 图 10： 2016 年中国钴下游需求分布 . 23 图 11： 2011-2016 年铜价持续低迷 . 23 图 12： 2011 年以来镍价持续低迷 . 23 图 13： 2015 年全钴资源储量分布 . 24 图 14： 2015 年全球钴产量分布 . 24 图 15： 2016 年全球高温合金下游需求分布 . 29 图 16： 2016 年中国高温合金下游需求分布 . 29 图 17： 2016 年全球硬质合金下游需求分布 . 30 图 18： 2016 年中国硬质合金下游需求分布 . 30 图 19：长江现货钴价格（元 /吨） . 31 图 20： 2016 年硫酸镍包括电镀级和电池级两类 . 32 图 21：氢氧化镍为原料生产硫酸镍流程 . 33 图 22：硫化镍生产硫 酸镍流程 . 33 图 23：镍价格处于历史底部区域 . 37 图 24：伦敦镍库存历史高位 . 38 图 25：国内港口镍矿库存持续 下降（万吨） . 38 图 26：全球各地电解镍现金成本测算 . 38 图 27：锂空气电池 . 40 图 28：赣锋锂业近五年营业收入、净利润 . 41 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第 4 页 共 49 页 简单金融 成就梦想 图 29：赣锋锂业近五年净利率、毛利率 . 41 图 30：天齐锂业近五年营业收入、净利润 . 42 图 31：天齐锂业近五年净利率、毛利率 . 42 图 32：中矿资源近五年营业收入、净利润 . 44 图 33：中矿资源 近五年净利率、毛利率 . 44 图 34：洛阳钼业近五年营业收入、净利润 . 45 图 35：洛阳钼业近五年净利率、毛利率 . 45 图 36：格林美近五年营业收入、净利润 . 47 图 37：格林美近五年净利率、毛利率 . 47 表 1：锂电各种正极材料性能对比 . 6 表 2： NCM 系不同类型材料性能对比 . 10 表 3：目前新能源汽车 三元材料开发及量产情况 . 11 表 4：全球锂资源碳酸锂当量供给（吨） . 13 表 5：全球碳酸锂当量需求（吨） . 14 表 6：全球新能源汽车销量（万辆） . 15 表 7：各型号新能源汽车电池容量（ kwh/辆） . 16 表 8：各型号 电池占比 . 16 表 9：全球新能源电池容量（ Gwh） . 17 表 10：全球新能源汽车能量密度（ wh/kg） . 17 表 11：全球新能源汽车碳酸锂消耗（吨） . 17 表 12：全球 3C 电池碳酸锂消耗一览 . 18 表 13：锂盐工业需求稳定（吨） . 19 表 14：全球锂盐碳酸锂当量供需平衡表（吨） . 19 表 15：全球氢氧化锂供给（吨） . 20 表 16：全球各种正极材料出货量 (万吨） . 21 表 17： NCM 各型号正极材料出货量（万吨） . 21 表 18：全球氢氧化锂需求（万吨） . 21 表 19：全球氢氧化锂供需平衡表（吨） . 22 表 20：全球未来几年 新增钴矿供给（吨） . 24 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第 5 页 共 49 页 简单金融 成就梦想 表 21：钴回收量统计（吨） . 25 表 22：全球钴总供给（单位：吨） . 26 表 23：全球 3C 电池碳酸锂消耗一览 . 27 表 24：全球各种正极 材料出货量 (万吨） . 28 表 25：各型号正极材料钴含量 . 29 表 26：各型号电池用钴量（万吨） . 29 表 27：全球钴需求量（万吨） . 30 表 28：钴供需平衡表（万吨） . 31 表 29：正极材料含镍比例 . 34 表 30：动力电池硫酸镍需求量（万吨） . 35 表 31：硫酸镍供给（吨） . 35 表 32：全球硫酸镍供需平衡表（吨） . 36 表 33：全球镍供需（ 万吨） . 37 表 34：硫酸镍整车角度成本占比不高 . 39 表 35：赣锋锂业各产品产能及产量情况（吨） . 41 表 36：天齐锂业年产能 . 42 表 37：天齐锂业 2015-2016 年产销量情况 . 42 表 38：洛阳钼业 2016 年产量情况 . 45 表 39： 2015-2016 年公司主要产品产量 . 46 表 40：格林美主要产品产能 . 47 表 41：格林美 2015-2016 主要产品产量 . 47 表 42：公司估值 . 48 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第 6 页 共 49 页 简单金融 成就梦想 1.锂电正极材料发展概况 锂电池主要由正极材料、负极材料、隔膜和电解液等构成，正极材料在锂电池的总成本中占据 40%以上的比例，并且正极材料的性能直接影响了锂电池的各项性能指标，所以正极材料是锂电池产业链的关键核心材料。锂电池用正极材料主要为含锂化合物（如钴酸锂、锰酸锂）、多元金属复合化合物和磷酸铁锂等。目前，已经市场化的锂电池正极材料包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料 NCA、 NCM 等产品。 表 1： 锂电各种正极材料性能对比 钴酸锂（ LCO） 锰酸锂（ LMO） 磷酸铁锂（ LFP） 三元材料 镍钴铝酸锂（ NCA） 镍钴锰酸锂（ NCM） 结构类型 层状 尖晶石状 橄榄石状 层状 层状 电压平台（ V） 3.7 3.8 3.2 3.6 3.7 比容量（ mAh/g） 150 120 150 170 160 振实密度（ g/cm3） 2.8-3.0 2.2-2.4 1.0-1.4 2.0-2.4 2.0-2.3 循环寿命（次） 500-1,000 500-1,000 <2,000 1,500-2,000 1,500-2,000 安全性 较差 好 较好 较好 较好 成本 高 低 低 较低 较低 优点 充放电稳定 锰资源丰富 高安全性 高能量密度 电化学性能稳定 生产工艺简单 成本较低 环保长寿 低温性能好 循环性能较好 安全性能好 高温性能好 较高能量密度 缺点 金属钴价格昂贵 能量密度低 低温性能差 金属钴价格昂贵 金属钴价格昂贵 资料来源： 中国产业信息网 、 申万宏源研究 1.1 钴酸锂 钴酸锂正极材料作为第一代商品化的锂电池正极材料，具有 优越的 电化学 性能 和加工性能，以及良好的循环性能，比容量相对较高，在需要小型充电电池的领域中具有重要应用。钴酸锂自从锂电池商业化以来，一直作为正极材料的主流被应用，其主要技术发展发生在 2000 年前后的高密度化合成工艺。通过提高烧结温度和增加烧结次数，合成出十几微米以上的单晶一次晶粒，将钴酸锂电极的压实密度提高到 4.0g/m3 以上。 但钴酸锂材料成本高（ Co 元素 价格昂贵 ）、 循环 寿命 低 、安全性能差等缺陷使其必然被性能更好的正极材料所取代。目前中国的钴酸锂主要是中粒径为 10-12 微米的产品，各锂电正极材料企业也陆续推出中粒径在 15-18 微米的产品，预计未来钴酸锂正极材料会朝高压实和高安全性的方向发展。 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第 7 页 共 49 页 简单金融 成就梦想 1.2 锰酸锂 锰酸锂正极材料是除钴酸锂之外研究最早的锂电池正极材料，集中研发是在 20 世纪90 年代日本索尼公司推出商品化的锂离子电池之后。通过多年的研究，锰酸锂材料的性能得到了较大的改善。相比钴酸锂，锰酸锂具有资源丰富、成本低、无污染、安全性能好、倍率性能好等优点，是更理想的锂电池正极材料；但其较低的比容量，较差的循环性能，特别是高温循环性能使得其应用受到了较大的限制。 90 年代中后期，众多学者发现采用元素掺杂可有效地改善锰酸锂的高 温循环性能，尤其铝（ Al）的掺杂对锰酸锂高温电化学性能的改善最为有效，由此也推动了锰酸锂产业化的进程。目前已有少量企业可以制备出可供锂离子动力电池使用的具有良好高温循环与储存性能的掺杂型锰酸锂材料，并应用到动力型锂电池上。 1.3 磷酸铁锂 磷酸铁锂在 20 世纪 90 年代，由于被认为是电子绝缘体以及脱嵌锂过程中的两相反应导致锂离子扩散速度等原因而没有受到重视，但从 21 世纪初，部分学者利用碳包覆技术改善了它的电化学性能后，该材料成为锂离子电池正极材料研发的热点和重点。 最近几年国内大量选择磷酸铁锂作为锂离子动力电池 的正极材料，其低廉的价格，较高的安全性能，较好的结构稳定性，优越的循环性能使其具有广阔的应用前景，也因此受到军事、汽车、电池等相关领域的重视。 磷酸铁锂电池没有过热或爆炸等安全性顾虑，电池的循环寿命约为普通锂电池的 4 到 5倍，同时具有高于普通锂电池 8 到 10 倍的放电功率（可瞬间产生大电流）。它的出现是锂电池正极材料的一项重大突破，随着动力电池的发展，国内厂家倾向于采用磷酸铁锂材料。但磷酸铁锂材料也存在一些难以解决的问题，比如：振实密度低，电导率低，低温放电性能差，倍率放电差等问题需要继续研究和改进。近年来世界范 围内的大量研究已经取得较大的发展，特别是该材料的电导率研究取得了较大的进步。 1.4 三元材料 受锰酸锂等单质材料掺杂技术的启发，多元金属复合氧化物（即三元材料 NCA、 NCM）的研发、应用及生产推广开始很快兴起。三元正极材料是近几年发展迅猛的新型锂电正极材料，尤其是含有镍钴锰三种元素的新型过渡金属嵌锂氧化物复合材科。由于钴金属的稀缺昂贵以及锰酸锂比容量低等缺陷，三元正极材料逐渐成为主流。 镍钴锰三元材料综合了钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂三类材料的优点，形成了LiCoO2/LiNiO2/LiMnO2 三相的共熔体系，且 其综合性能优于任一的单组合化合物，存在明显的三元协同效应。三元材料具有比容量高、成本低、对环境友好、热稳定性高和安全性好等优势，具有广阔的市场前景，在动力锂电池领域占有重要的市场份额。 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第 8 页 共 49 页 简单金融 成就梦想 近两年来，三元材料成为国内锂电池正极材料的研究重点，并随着生产技术工艺的进步，开始大量推向市场，在动力型锂电池市场占据了重要的位置，也在消费型锂电池市场开始慢慢取代钴酸锂。今后三元材料的发展将在制备方法的创新、形态控制、表面修饰以及提高阵实密度等方面深入。 2.三元材料： 高镍化大势所趋 三元材料应运而生。 作为早期研究的一种正极材料，镍酸锂（ LiNiO2）在结构上与钴酸锂（ LiCoO2）相似，且资源更为丰富，但是由于纯 LiNiO2 在循环充放电过程中结构稳定性差，电池的容量衰减很快，因此一直未被市场化。随着材料研发技术的进步，尤其是金属复合氧化物研发技术的进步，人们发现通过掺杂一部分其他金属离子替代部分 Ni 离子可以较好的稳定 LiNiO2 二维层状结构；进一步发现通过多元金属掺杂替代能够解决不可逆容量问题。镍钴锰（ NCM）和镍钴铝（ NCA）三元材料便由此产生。 根据定义，所谓三元材料是指由三种化学成分（元素），组 分（单质及化合物）或部分（零件）组成的材料整体，一般均指化学组成为 LiNixXyCo1-x-yO2 的材料。当 X 为 Mn时，指的是 NCM 镍钴锰三元材料；当 X 为 Al 时，指的是 NCA 镍钴铝三元材料。其实从材料的微观结构来看， NCA 和 NCM 非常相似，均是由钴酸锂发展而来 Ni 和 Co 是主要的电活性原子， Al 或 Mn 只起到稳定材料结构的作用。因此无论是 NCM 还是 NCA，未来谁是关键需要看产业化应用后谁的 Ni 含量更高。 受新能源汽车市场快速发展的影响，三元材料发展迅猛。 三元正极材料是近几年新发展起来的具有高能量密度的新型正 极材料，三元电池相较于磷酸铁锂，锰酸锂等电池的优势在于能量密度更高，续航里程更大。 2017 年，以三元材料为正极的动力电池已经大范围取代了过去以磷酸铁锂材料为正极的动力电池，市场预计三元材料在未来的一段时期内会成为动力电池的主流材料，并在消费型小型锂电中逐步替代钴酸锂。 图 1： 2016 年中国 正极 材料产能结构 图 2： 2017 年中国 正极 材料产能结构 资料来源： 能源网、申万宏源研究 资料来源： 能源网、申万宏源研究 三元材料是正极材料未来方向，占比迅速爬升。 GBII 数据显示， 2016 年全国正极材料产量 16.16 万吨，其中三元材料产量为 5.43 万吨，同比增长 48.8%；产值 79.8 亿元，三元材料 , 32%磷酸铁锂 , 62%其他 , 6%三元材料 , 41%磷酸铁锂 , 54%其他 , 5% 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第 9 页 共 49 页 简单金融 成就梦想 同比增长超过 60%，在四种正极材料中其产值占比最高； 2017 年 Q1 产量 1.47 万吨，同比增长 68%。预计 2017 年三元锂材料销量将达 7.61 万吨，同比增加 40%，到 2020 年三元锂销量将达到 21.8 万吨，约为 2017 年销量的 3 倍。 2017 年 3 月发布的促进汽车动力电池产业发展行动方案提出到 2020 年动力电池的系统比能
展开阅读全文