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锂电池正极大趋势:三元材料配比改变中

投资项目平台 2022-04-20 14:27
锂电池正极大趋势:三元材料配比改变中



随着新能源汽车市场的快速发展,动力电池正极材料也在发生变化。
锂离子电池由正极、负极、隔膜和电解液组成。其中正极材料是电池电化学性能的决定性因素,同时在整个电池材料成本中占比较高。目前,根据电池正极材料的不同,锂电池可分为三元电池、磷酸铁锂电池等。
振华新材(688707.SH)是一家三元电池正极材料生产企业。4月13日,其董事会秘书办人士告诉记者,三元电池正极的原材料主要包括钴、锂、镍等。由于钴的成本较高,未来三元材料的变动趋势主要是降低钴含量。另外,为了提高电池能量密度,增加镍含量也是趋势之一。
根据振华新材4月8日公布的年报,该公司2021年度实现营业收入55.15亿元,同比增长432.07%;归属于母公司所有者的净利润4.13亿元,实现扭亏为盈。
振华新材在年报中表示,2021年新能源汽车产销量大幅增长,带动动力电池产业快速发展,下游客户对正极材料需求旺盛,公司正极材料销量及收入实现同比大幅增长,其中高镍三元材料因匹配下游客户需求,销量及收入占比大幅上升。
根据高工锂电(GGII)的数据,2021年中国动力电池出货量220GWh,相对2020年增长175%。据鑫椤资讯的统计数据,2021年国内三元材料总产量为39.81万吨,同比增长89.5%;全球范围内三元材料总产量为72.97万吨,同比增长79.3%。
德方纳米(300769.SZ)是一家生产磷酸铁锂正极材料的厂商。4月13日,其董事会秘书办人士向记者表示,磷酸铁锂电池和三元电池的应用场景并不一样,主要应用在对能量密度要求不高的储能、商用车等领域,这几年市场的增长速度非常高。
德方纳米在年报中介绍,动力电池装机量中,占比较高的正极材料主要是磷酸铁锂、三元材料等。在储能锂离子电池装机量中,磷酸铁锂电池凭借较低的生产成本、出色的循环性能、较高的安全性占据主流。德方纳米2021实现营业收入48.42亿元,同比增长413.93%;实现归属于上市公司股东的净利润8.01亿元,同比扭亏为盈。
相比三元材料,磷酸铁锂正极材料的增长速度更快。据高工锂电(GGII)数据统计,2021年中国磷酸铁锂正极材料出货量47万吨,同比增长277%。
三元正极:低钴、高镍、大单晶化
上述振华新材人士向记者介绍,三元正极材料下游主要是消费电子和动力电池。截止2021年底,该公司电池正极材料每年产能总共有5万吨,2022年的产能取决于在建项目的的推进情况。三元电池的原材料主要包括钴、锂、镍等。因为钴的成本比较高,而且比较稀缺,所以未来的趋势是降低钴的量。
振华新材在年报中介绍,该公司的核心产品是新能源汽车领域用的正极材料,涵盖包括中镍、中高镍及高镍在内的多种型号一次颗粒大单晶镍钴锰酸锂三元正极材料(NCM)。在消费电子用的正极材料方面,主要包括高电压钴酸锂、复合三元正极材料以及一次颗粒大单晶三元正极材料。根据鑫椤资讯的数据,2021年振华新材三元材料出货量在国内市场份额占比为8%,国内市场占有率排名第五,在全球三元材料市场份额占比为5%。
在NCM三元材料中,钴的作用在于稳定三元材料的层状结构,且可以提高材料的循环和倍率性能,但钴金属属于稀缺金属。振华新材表示,NCM厂商均希望在保持或提升材料性能的基础上,降低钴的元素用量,达到提高性价比的目的。因此,去钴化是NCM行业的发展趋势
除了锂和钴之外,目前三元电池正极的另一个重要原材料是镍。振华新材介绍,在NCM三元材料中,镍的作用在于提高增加材料的体积能量密度。但是,随着镍含量的提高,也会导致锂镍混排,从而造成锂的析出,对电池的循环稳定性和安全性能造成影响。
振华新材进一步介绍,在高端新能源汽车市场潜力逐步释放带来对动力电池能量密度提升需求的背景下,更高的续航里程、更长的使用寿命,成为高端新能源汽车持续的追求目标,这为高镍三元正极材料提供了一定的市场空间。但同时也对高镍三元正极材料的结构稳定性、安全性和循环性能提出了更高的要求。相较于常规三元材料,生产高镍三元正极材料的技术壁垒更高,对于生产环境的湿度控制、设备的耐腐蚀和自动化水平等提出了更苛刻的要求。
上诉振华新材人士告诉记者,虽然目前镍的价格在不断上涨,不过电池材料的定价采取成本加成,随着原材料的价格一起上涨。因此,目前很多厂商都在尝试增加三元电池中镍的含量。
三元材料按照镍元素占比分类,可分为中镍、中高镍、高镍和超高镍产品。根据高工锂电(GGII)的数据,2021年国内三元材料出货43.3万吨,其中高镍三元材料出货17万吨,同比增长181%。
另外,从技术方面看,三元正极材料主要分为一次颗粒大单晶技术体系和二次颗粒团聚体技术体系。这是两种不同的合成三元材料的方式,常规的二次颗粒团聚体三元正极材料由许多小单晶一次颗粒构成。振华新材在年报中表示,采用大单晶技术生产的产品可有效解决二次颗粒团聚体技术生产容易导致二次球开裂、破碎引发的电池电化学环境剧烈变化、循环寿命缩短、性能恶化等问题,在产品高温循环稳定性、结构稳定性、安全性能等方面具有一定优势。目前单晶三元材料市场占比率整体呈上升态势,2021 年前三季度占比约为 40%。
磷酸铁锂正极:正在赶超三元电池
上诉德方纳米人士告诉记者,磷酸铁锂电池和三元电池的应用场景不一样,这几年市场的增长速度非常高。三元主要应用在相对高端的乘用车上,磷酸铁锂主要应用在储能、商用车以及对里程要求不高的乘用车上。截止今年一季度,该公司产能有15.5万吨每年,随着今年新增产能的释放,预计截止今年底,规划产能将达到33.5万吨每年。
根据中国汽车动力电池产业创新联盟的数据统计,国内磷酸铁锂电池在动力电池装机量中占比由2020年的38%提升至2021年的52%,磷酸铁锂电池装机量已超过三元电池。
德方纳米在年报中介绍,公司当前的主要产品为纳米磷酸铁锂等磷酸盐系正极材料,其上游主要为锂矿等原材料,下游用作制备锂离子电池,可最终应用于新能源汽车、储能、消费电子等领域。目前,新能源汽车及储能是公司产品的主要下游终端应用领域。
比如,从储能技术类别来看,电池是效率最高的储能方式。锂离子电池具有低污染、高能量密度、长循环寿命、高倍率等优良性能。随着其成本的逐步下降,锂离子电池的经济性开始凸显。新增电池储能越来越多采用锂离子电池,并逐步替代存量铅酸蓄电池。
德方纳米进一步介绍,在储能锂离子电池中,相比于三元材料电池,磷酸铁锂电池优势更为明显,是储能电池的主流方向。其主要原因是,储能电池应用领域更注重经济性,对电池成本、循环寿命、安全性、全生命周期成本等较为关注。磷酸铁锂电池凭借低生产成本、高安全性和长循环寿命等优势,占据电化学储能市场的主导地位。
德方纳米人士也告诉记者,磷酸铁锂电池原材料主要是锂,不包括钴和镍,因此其成本更低,安全性也更高。
德方纳米在年报中表示,基于磷酸铁锂材料与三元材料各自的特点,在新能源汽车领域里,磷酸铁锂材料主要应用于客车、专用车等新能源商用车领域,尤其在新能源客车领域占据绝对主导的地位;三元材料能量密度相对较高,主要应用于新能源乘用车。
在能量密度方面,磷酸铁锂电池也在提升中。德方纳米表示,随着行业技术的进步,CTP高集成动力电池、刀片电池、JTM电池等锂离子动力电池制造技术的突破,以及新型磷酸盐系正极材料的技术创新,磷酸铁锂电池系统的能量密度显著提升,与三元电池的差异日益缩小。(CTP:是指电芯直接集成为电池包,从而省去了中间模组环节;JTM:是指直接把电池卷芯放在模组里面的技术,具有成本低、制造过程简单等特点。)
德方纳米亦表示:“随着补贴政策的退坡和新能源汽车市场降本增效进程的推进,在全面市场化时代,下游客户更注重成本和性价比。同时,随着行业技术的进步,锂离子动力电池制造技术不断取得突破,正极材料体系的技术创新持续推进,磷酸铁锂电池系统的能量密度显著提升,助推磷酸铁锂电池在新能源乘用车市场渗透率的逐步提升,市场空间的迅速拓宽。”
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