动力电池近年来得益于新能源汽车产业的蓬勃发展,呈现快速发展趋势,三元前驱体(简单理解为正极材料除去锂的部分)是锂电正极材料的关键环节,身处三元锂电产业链,三元前驱体是如何生存的?未来是否有更好的出路?磷酸铁锂和三元锂究竟谁更胜一筹?
对此,万创投行对三元前驱体赛道做出简要分析,希望这篇内容能对大家有所帮助。
新能源汽车作为国家战略性新兴产业,中央及地方政府陆续出台了各种扶持政策。去年国家发展改革委发布《“十四五”扩大内需战略实施方案》,提出大力推广新能源汽车等措施。在“双碳”目标的影响下,我国新能源汽车一直在全球市场表现遥遥领先。中汽协公布数据显示,2022年前11个月,新能源汽车产销分别完成625.3万辆和606.7万辆,同比均增长1倍,市场占有率达到25%。产销两旺带来的就是行业超高景气。
(相关资料图)
作为新能源汽车产业链的压舱石,动力电池近年来得益于新能源汽车产业的蓬勃发展,呈现快速发展趋势,而正极材料作为动力电池四大材料中最重要的一环,出货量也获得了大幅增长。
为什么说正极材料是锂电池最重要的组成部分?我们拆分锂电池结构来看,锂电池主要由正极、负极、电解液和隔膜等四大主材组成。其中正极是动力电池中价值量最大的材料,占比45%-60%。
在国内新能源汽车补贴逐步退坡的背景下,降低成本成为行业的头等大事。正极材料的成本最高占到动力电池成本的60%,而动力电池的成本又占到整车成本的30%—40%,于是正极材料成为了车企和电池企业做梦都想节省的材料,也是新能源汽车系统成本下降最重要的发力点。
动力电池两条主流技术路线:磷酸铁与三元
按照正极材料种类进行划分,目前锂电池包括钴酸锂电池、三元电池、磷酸铁锂电池等。磷酸铁锂和镍钴锰酸锂(属于三元锂)为目前两种最主流的新能源车用锂电池。
磷酸铁锂电池
磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池,它具有安全性高、循环寿命长、倍率放电、耐高温等优点。
三元锂电池
三元锂电池是指采用镍钴锰三种过渡金属氧化物为正极材料的锂二次电池。它充分综合了钴酸锂良好的循环性能、镍酸锂的高比容量和锰酸锂的高安全性及低成本等特点。
2022年国内动力电池装车总量达到294.6GWh,其中三元电池累计装车量110.4GWh,占总装车量37.5%,是目前被广泛研究和应用的一种锂离子可充电电池。因其低温放电性能好、有更高的能量密度和更高的充电效率等优势, 三元锂电池更适合家用电动汽车, 根据含镍量不同,三元电池又可分为低镍、中镍、高镍等类型。
考虑到市场对于新能源汽车的续航要求,再加上生产成本,随着技术的不断突破,高镍无钴或许是未来三元电池的发展趋势。
根据观研报告网发布的《中国三元正极材料前驱体行业发展趋势调研与未来前景预测报告(2022-2029年)》显示,前驱体为三元正极最核心组分,与三元正极材料的市场情况紧密相关。近年来随着动力电池的出货量不断提升,三元正极材料前驱体市场规模也不断增长。
目前我国三元前驱体主要有两种:
①NCM三元正极材料前驱体
NCM三元前驱体又称为镍钴锰酸锂三元前驱体,是三元前驱体材料的一种,化学式为NixCoyMnz(OH)2,x+y+z=1,是目前国内应用最为广泛的三元前驱体材料。根据型号不同,NCM三元前驱体分为NCM3系、5系、6系、7系、8系,区别在于镍钴锰三种元素的摩尔比。
②NCA三元正极材料前驱体
NCA三元前驱体又称为镍钴铝酸锂三元前驱体,是三元前驱体材料的一种,化学式为NixCoyAlz(OH)2,x+y+z=1,镍、钴、铝三种元素中镍摩尔含量在80%以上。具有更高的能量密度、成本更低,主要用于高镍三元正极材料的制备。
三元正极材料未来发展趋势
高镍化
近年来,新能源汽车轻量化、智能化的发展对动力电池各方面性能提出了更高的要求,提高镍含量已经成为三元动力电池主要技术路线之一,高镍化有助于提高三元动力电池的能量密度和续航里程;同时高镍三元正极材料所使用钴金属有所减少,有利于进一步实现成本下降。
单晶化
正极材料可以分为多晶和单晶。一般多晶材料是以微米级别的团聚体形式存在。团聚体内部存在大量晶界。在电池充放电过程中,由于各向异性的晶格变化,多晶材料容易出现晶界开裂,导致二次颗粒发生破碎,从而导致副反应快速增加,阻抗上升,性能快速下降等。较于多晶型三元正极材料,单晶型三元正极材料相内部没有晶界,可有效地减少颗粒破碎等问题,此外单晶三元正极材料还具备机械强度高,高压实密度下不容易破碎,一次颗粒大,减少副反应的发生等优势。
单晶三元材料由于技术壁垒较高,目前国内能够规模化生产的企业较少,振华新材、长远锂科、南通瑞翔、厦门新能四家占据大部分市场份额,随着国内对于动力电池安全性能关注度的不断提高,单晶三元材料整体性能逐渐被企业进一步认可,渗透率有望进一步提升。
三元前驱体格局集中
2015年以前国内三元前驱体企业数量在20家以下,主要由金属冶炼企业向下游延伸;随着新能源汽车市场迅速增长,国内三元前驱体企业不断增加,新进入者主要来自产业链上下游企业。
目前,国内主要三元前驱体主流企业主要有:格林美、中伟股份、广东邦普、华友钴业、科隆新能等。
其中科隆新能是头部三元前驱体企业中唯一专注小颗粒前驱体的企业,凭借小颗粒优势科隆新能快速切入特斯拉供应链,已成为特斯拉model某车型万吨级供应商。
小颗粒前驱体助推高镍及中镍产品提升快充能力
以特斯拉为代表的海外新能源车厂,通过引入小颗粒三元前驱体提升充电速度和使用寿命,实现更优异的产品性能,以8系三元前驱体为例,可实现多方面优势:
①高倍率:小颗粒前驱体生产的正极材料能够实现更高倍率,满足新能源汽车的快充需求;
②低温性能好:小颗粒前驱体生产的正极材料低温性能更为优异,覆盖更多新能源汽车使用场景;
③使用寿命长:小颗粒前驱体有助于提高锂电池使用寿命和循环寿命;
④防止大颗粒破碎:小颗粒前驱体能有效防止粒径大易破碎或出现裂纹的问题,改善材料循环及胀气性能;
⑤提高压实密度:小颗粒前驱体有助于提升压实密度,进而有效地提高体积能量密度和重量能量密度。
目前,大小颗粒混掺已成为海外车企主流技术路线。未来,为进一步提升电池倍率,实现超级快充,粒径更小的超细颗粒将发挥不可替代的作用。
在三元正极的成本中,原材料成本对三元材料价格影响显著,其占比超过80%,尤其是钴的价格,一直居高不下,而且钴材料对外依存度高达90%。事实上,三元电池虽然现阶段成本高于磷酸铁锂,但凭借材料体系的创新,其成本仍有较大的下降空间。目前业内一致的方案就是采取高镍低钴甚至无钴方案。
并且由于三元锂电池和磷酸铁锂电池的各自优势与各自独特的应用领域,预计较长时间内三元电池仍将与磷酸铁锂电池保持共存,受技术迭代及原材料价格影响,市场份额或存在阶段性的波动,但不存在大范围相互替代。随着高镍、超高镍以及无钴三元电池的技术突破以及在高端新能源汽车市场的竞争优势,高镍三元电池在800公里以上续航里程优势明显,若三元电池性价比进一步提升,有望争夺到更多的中等新能源车份额。
花团锦簇下的荆棘
虽然三元电池在高镍技术迭代下能量密度优势不断增强,叠加原材料价格趋稳,三元电池性价比稳步回升,但其与锂电上、下游行业的差距依然是无法逾越的鸿沟。尤其是由于优质矿山的稀缺性与原材料的必要性,处在更加上游位置的能源金属企业,与正极材料行业相比,有着更强的议价能力,分走的红利也更多。我们从过去一年中我国锂矿及相关产品价格均出现大幅上涨导致锂矿相关企业毛利率走高这一现象就能窥见一二。
如果说,锂电上游靠的是优质的资源禀赋,下游靠的是抱紧整车厂的大腿,那中游的玩家们,盈利只能靠赚取一定的加工费,利润空间十分有限,与上下游相比,处境略显尴尬。 三元正极材料相关企业在整个行业内的话语权都不算太强,如果将来新能源汽车行业出现波动,受影响最大的,很有可能是他们,或者其他类似的中间环节参与者。
面对来自产业链的压力,最直接的方法便是打通、维护乃至直接打造一条畅通的产业链渠道。
一体化成为行业必然趋势
前驱体行业定价主要以“材料成本+加工费”模式收取,随着高镍、单晶化等前驱体技术的逐步成熟,未来行业技术迭代将逐步放缓,产品标准化后,企业在技术上的竞争优势减弱,下游可能对产品加工费进行挤压。前驱体企业不得不向资源端寻求新的利润空间,一体化布局成为必然选项。
由于三元正极材料占电池价值量的比重大,为保障资源稳定性以及增厚利润,前驱体企业开启向上游镍冶炼环节的布局,如华友钴业涉及上游钴镍锂矿产、金属盐和前驱体,正在向三元正极布局,三元正极企业容百科技、长远锂科正往前驱体布局。
头部企业的一体化整合也将带动行业成本的下行。未来前驱体企业的核心竞争力将从技术迭代能力转为资源一体化所带来的成本优势。一体化的高门槛及高盈利性将铸造前驱体环节更高的壁垒,市场集中度也将继续快速提升。
延伸一:锂电正极材料产业链梳理
延伸二:锂电正极材料相关企业汇总
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