鉅大LARGE | 點擊量：706次 | 2019年09月20日
全球視野下鋰電池未來將迎來“高鎳時代”
日前，招商證券發布了《新能源汽車將迎全球放量，上游供需持續吃緊》的分析報告。在該報告中，招商證券分析認為，三元短期地位不改，811技術全面普及仍需時日，未來或將成為動力電池的主流；2019年后，金屬鋰和鈷將持續吃緊，由于原材料的價格上漲，倒逼將向811技術邁進。
三元短期地位不改，811技術全面普及仍需時日
常見正極材料及性能參數
三元材料目前是動力電池最優之選。自鋰離子電池技術普及以來，學術界出現了各種各樣的電池體系，但是從實際應用來看，目前負極材料多選擇石墨，而正極材料主流為鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、三元、錳酸鋰等材料。動力電池要求材料具有較高的能量密度（對應高續航里程）和高安全性，而鈷酸鋰由于其本身熱穩定性最差（安全性差），不適用于動力電池領域（但憑借高壓實密度和能量密度目前是3C領域主流），而錳酸鋰能量密度較低應用受限，磷酸鐵鋰作為較早研發的技術，優點是安全性極好、環保、循環壽命高，但缺點在于能量密度較低且已經接近達到天花板，而三元本身有著高能量密度上限的優勢，未來隨著技術繼續進步，安全性問題逐步改善，在其他電池技術未實現重大突破之前，三元目前仍然是動力電池領域最優之選。
高鎳三元短期普及仍有瓶頸，未來或成為動力電池主流。三元材料指是層狀鎳鈷錳酸復合材料（錳也可替換為鋁，松下NCA技術），三元材料經過Ni-Co-Mn的協同作用（Ni提升比容量，Co提升離子導電性和倍率性能，Mn穩定結構），結合了三種材料的優點：LiCoO2的良好循環性能，LiNiO2高比容量和LiMnO2的高安全性及低成本。
鈷主要起到提升導電性和倍率性能的作用，并在高電壓下提供部分容量，在三元材料體系中起到關鍵作用。按照鎳鈷錳的比例，三元可以分為111、523、622、811等，由于鎳主要作用提升能量密度，故高鎳三元材料（如622/811）的研發成為目前熱點。分廠商來看，目前國內普遍在研發三元622和811技術，還未大規模量產，從國外來看，僅松下等幾家技術最領先公司有高鎳三元量產技術（松下NCA給供貨，NCA比例8:1.5:0.5）。從技術角度來看，隨著三元中鎳含量的提升，Ni+2/Li+1離子混排加劇，材料的結構穩定性降低，導致循環壽命和安全性大幅降低。
招商證券總結了國內高鎳三元難以短期大規模普及原因如下：
2016年中國動力電池出貨量分電池比例
從技術角度：高鎳三元隨著鎳比例提升，鎳鋰離子混排加劇，Ni+2混排在Li層，降低了放電比容量，阻礙了鋰離子的擴散；同時由于鎳在脫嵌鋰過程中相變導致明顯的體積變化，從而使材料結構穩定性變差，循環壽命下降；高鎳正極表面更容易形成碳酸鋰等雜質（鎳含量超過60%后明顯增多），從而與電解液發生副反應降低循環壽命，高溫嚴重會導致脹氣；隨著鎳增加，正極材料熱穩定性降低，且放熱增加，材料熱穩定性變差；不同材料體系需要匹配不同電解液配方，而高鎳三元由于表面雜質增多，其需要更為優化的電解液配方，而從國內技術來看電解液匹配問題也是一大難題。從應用角度：高鎳三元材料由于其固有屬性如結構不穩定，熱穩定性和循環壽命都較差，從目前國內廠家研發進度來看，目前還沒有完全解決高鎳材料實際應用時的安全性問題；由于高鎳三元材料在電池組裝時不能接觸空氣，需要純氧氛圍，而由于國內電池企業都是從三元NCM111開始起步，NCM111組裝并不需要純氧氛圍，所以國內電池廠幾乎沒有氧燒工藝，而為了量產NCM811就必須重新設計廠房和設備，而裝備制造工藝的落后也是制約NCM811量產的一大難題。
2025年滲透率15%-25%
鋰供給曲線：通過前期統計，2016年全球用于動力電池的碳酸鋰為4.26萬噸，折合鋰當量為0.40萬噸，而未來五年內預計新增碳酸鋰產量為5萬噸/年，折合鋰當量0.38萬噸，我們做極端假設認為未來鋰供給增量全部應用在動力電池領域（其他應用領域增量為0），最后得到鋰供給曲線。
鈷供給曲線：通過前期統計，2016年全球精煉鈷產量10.17萬噸，而應用在動力電池領域的鈷約為6000噸，而考慮到鈷作為伴生礦的現有情況，在現有條件下，每年新增鈷產量極限約為1萬噸，同樣做極端假設認為未來鈷供給增量全部應用在動力電池領域，假設鈷產量每年新增0.8萬噸和2019年開始每年新增1萬噸兩種情況，即為鈷供給1和鈷供給2兩條供給曲線。
不同組分三元材料比容量、熱穩定性和容量保持率的關系
彈性需求曲線：彈性需求曲線統計了世界10大汽車廠商在2025年新能源汽車占當時乘用車總銷量比例的15-25%，分別取值15%、17%、19%、21%、23%、25%作為彈性值（作為比較還取了增速0彈性15%極端情況，即以2016年各個廠商總銷量作為2025銷量），從而測算出2025年各個廠商新能源汽車銷量（2025總銷量根據各廠商實際增速情況估計），然后根據各個廠商實際銷量情況估算出2016-2025新能源汽車銷量增速，得到每一年的銷量預計，最后以2016年各個廠商生產EV、PHEV的比例和單車電池量（沒有的取平均值）為標準，并且假定2025年EV占比達到80%，從而推算出從2017-2025年在不同彈性條件下總電池需求量，進而根據1kWh電池對應鋰、鈷的含量測算對應鋰、鈷的需求。
電池假設全為三元622或811：考慮到國際廠商乘用車大多走三元路線，未來進一步提升電池能量密度，未來存在從三元622到811技術路徑的轉移，所以對總需求假設了全部為三元622和三元811兩個極端，即以10大廠商2017-2025電池總需求量乘單位電池對應的鋰、鈷的含量得到2017-2025年不同彈性下對鋰和鈷的需求曲線。
鈷和鋰供給未來將有較大缺口
鋰資源將在2019-2021年間供不應求根據前面的假設，隨著世界十大汽車廠商新能源汽車在2019年開始加速增長，對鋰資源的需求也成爆發式增長，而對應15%、25%需求彈性，鋰供給在2019、2021年即開始供不應求，而考慮到上游資源的滯后性（從鋰資源開采新能源汽車制造需要一段時間），供不應求的時間或會提前。同時該需求僅為世界10大傳統汽車廠商新能源汽車對原材料的需求，并未考慮、比亞迪等企業，故鋰資源會在2019年以前開始短缺。
鈷資源供給不足倒逼三元向811路徑發展從鈷的彈性供給曲線可以明顯看出，三元622路徑跟三元811路徑鈷的供需情況完全相反，假設需求全為三元622時，鈷在2019-2021年區間內即會出現供不應求的狀態，而如果需求全為三元811時，鈷供給可以滿足需求。通過測算，對鈷供給1情況，當三元811:622達到8:2的比例時，鈷能夠達到供給平衡。
十大集團2017-2025年總電池需求量測算（GWh）
招商證券認為，由于鈷本身供給彈性小，而如果主流廠商選擇三元622路線，則將在2019-2021年面臨鈷供給嚴重不足的情況，因此鈷的供給情況會倒逼新能源車企未來向三元811路徑發展。
通過鈷、鋰彈性供需平衡表分析，僅以世界10大傳統汽車廠商新能源汽車對原材料的需求（不含特斯拉、比亞迪等企業），2019-2021年將會供給緊缺，雖然目前國內存在上游鈷、鋰資源過剩的說法，但隨著世界十大傳統車企新能源汽車的逐步上量，鈷、鋰等資源未來仍有較大缺口。
