三元锂电池行业专题研究：三元材料资源化的分化与机遇

三元锂电池行业专题研究：三元材料资源化的分化与机遇一、高镍+单晶引领三元技术变革新阶段（一）技术趋势：高镍+单晶引领新阶段动力电池能量密度提高的趋势，在三元材料端逐渐催生出高镍+单晶两种技术体系。2018年起高镍三元材料出货量占比明显提升。据GGII，2018-2021年国内高镍

（NCM811+NCA）出货量占比三元正极材料总出货量从8%升至38%，高镍化趋势强势推进。全球动力电池企业竞逐高镍路线。全球动力电池企业均着力研发高镍低钴以及无钴电池，逐步提高电池能量密度，其中中国电池企业对以8系为代表的高镍路线探索获得了较快的进展。而2019年以来，电池安全性、成本控制等需求的强化也催生出新材料体系的诞生，其中韩系企业如SK创新对6系和8系材料混用以获得安全与性能的平衡，LG化学2020年应用NCM712体系，并与通用联合探索NCMA电池，国内蜂巢能源推出无钴电池和NCMA电池，极大丰富了电池材料体系。高镍相对传统中镍三元材料的材料成本优势明显。我们对低中高镍三元材料产品NCM523、NCM622、NCM811进行三大核心原材料和锂盐的成本拆分，由于钴含量明显降低，高镍三元材料NCM811系列单吨原材料成本33.46万元，比低中镍NCM523、NCM622成本低13.85%、5.38%，高镍系列产品成本优势得以凸显。高镍三元电池加快乘用车车型应用。国际市场上特斯拉、宝马率先开始应用高镍三元电池，包括大众、现代、日产、通用等主机厂也陆续宣布将导入高镍电池体系。近年来随着技术逐渐成熟，自2019年广汽AionS开始，高镍三元电池逐渐受到国内主流车企的认可，后续蔚来、小鹏等新势力及目前吉利、广汽、北汽、江淮、上汽等自主品牌车企的数十款车型均应用了高镍电池，2022年小大众ID系列、小鹏P5、蔚来ET7等热门车型有望持续拉动高镍三元电池在乘用车上装机份额。高镍三元格局集中，龙头领先优势明显。相比三元材料竞争格局，高镍材料由于壁垒相对更高，据鑫椤锂电，2020年CR2达到81%，龙头容百科技、天津巴莫领先优势突出。2021年随着贝特瑞、振华新材等高镍材料出货提升，龙头份额部分压缩，但国内高镍三元市场整体更为集中。单晶三元材料渗透率逐步攀升，2021Q4达到45%。复盘单晶三元材料的发展历程，自2017年下半年宁德时代等头部电池企业开始使用单晶材料，单晶材料首次迎来大规模放量，市占率于2018Q4达到42.3%的阶段高点。而后多晶高镍三元材料兴起，2019年下半年新能源补贴退坡后动力市场整体需求增速大幅下滑，单晶三元材料市占率出现明显回落。随着2020年上半年新能源汽车自燃事件的频繁出现，安全性表现更好的单晶体系再度被市场关注，以极氪001、蔚来

100kWh电池包、广汽埃安切换高压中镍电池为代表和推动，高电压单晶材料渗透率呈现出回升态势。高压中镍电池性能比肩8系。中镍高电压5系电池在能量密度、循环性能、高低温性能方面已经可以比肩，例如极氪001搭载的宁德时代高电压5系电池，电芯能量密度达到250Wh/kg；中创新航于2021年推出的D221高能量密度高安全590模组，其系统能量密度达到230Wh/kg以上，足以媲美高镍8系，是行业内首款量产的高电压590模组；而瑞浦能源的高电压4.35V电池采用Ni55+石墨体系，其电芯能量密度已经高达245Wh/kg。单晶三元集中度较高，振华新材市占领先。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，行业集中度较高。根据鑫椤锂电统计，2021年1-11月国内单晶三元材料CR3为60%，CR5高达80%。振华新材凭借其研发的中高镍低钴一次颗粒大单晶材料合成技术、高镍一次颗粒大单晶材料合成技术等多项核心技术，以26%的市场份额位居榜首。（二）历史复盘：政策与技术驱动几经浮沉2016年开始补贴政策倾向更高能量密度动力电池、长续航车型，带来三元材料扩张机遇。三元材料迎合新能源乘用车对续航里程以及能量密度的高要求，2016年以来正极材料厂商先后转向三元路线，长远锂科在大客户宁德时代扶持下迅速成长为全国三元材料龙头企业，容百科技通过领先的高镍及前驱体技术迅速跻身国内销量第一。2018年开始三元材料分化加剧。容百科技持续受益高镍趋势，巩固行业龙头地位，当升科技快速优化客户结构，成为比亚迪、孚能科技等优质动力类客户供应商，国内三元材料市占率10%以上的第一梯队企业初步形成为容百锂电、当升科技、长远锂科。2020年以后行业格局仍然分散，头部企业份额稳健提升。2021年国内三元材料CR5占比57%，较2020年上浮约10pct，但整体格局仍较分散，尚未形成绝对优势龙头企业。2020年起在补贴退坡+钴镍持续涨价+磷酸铁锂电池技术革新的综合影响下，三元材料发展趋缓，2022年高镍产业化再提速。在新能源政策补贴退坡、原材料钴镍价格大幅上涨、磷酸铁锂电池技术革新的综合影响背景下，2020年以来磷酸铁锂电池装机量份额强势上涨，2021年12月磷酸铁锂、三元电池装机量市占率分别为57.41%、42.18%，分别较年初+19.84pct、-20.16pct。2022年随着低成本镍冶炼项目陆续投产，高镍三元材料成本下探后有望二次加速产业化应用。（三）市场空间：高镍三元材料未来四年复合增速有望达到42%三元材料稳健扩产，龙头海外多地布局。容百科技2021年产能约12.7万吨，同比增长约160.8%，扩产势头迅猛，产能稳居行业第一，在遵义、仙桃基地分别有10万吨产能待投放，同时积极布局海外产能，其全资子公司JS株式会社在韩国国内负责年产7万吨高镍正极的项目。当升科技除在常州、燕郊等基地之外，2021年11月公告拟在芬兰设立合资公司以及建设首期年产10万吨高镍动力锂电正极材料生产基地，放大海外本土化供应优势。补贴规模放开上限，各车级迎来需求共振打开销量。2021年12月31日财政部发布《2022年新能源汽车推广补贴方案》，其中规定私人纯电动车单车补贴0.91（400km以下）、1.26万元（400km以上），插混车型单车补贴0.48万元，对比2021年方案，分别退坡0.39、0.54、0.2万元，退坡幅度30%；公共领域乘用车纯电补贴1.3（400km以下）、1.8万元（400km以上），插混补贴0.72万元，相比2021年方案分别退坡0.32、0.45、0.18万元，补贴退坡20%。整体来看，2022年政策整体保持技术指标体系稳定，坚持平缓补贴退坡力度，有利于符合市场化需求的创新技术应用。同时，2020年4月《关于调整完善新能源汽车补贴政策的通知》中提出原则上每年新能源汽车补贴上限200万辆，本次补贴政策明确2022年12月31日后上牌的车辆不再给予补贴，且补贴规模从原来预期的200万台上限放开，将增加全年补贴总额。新能源汽车消费已完成从政策驱动转向市场驱动。随着2季度A级车销量爆发，叠加A00/B级车产能释放，4季度C级车销量突破，我们预计国内新能源汽车全年销量有望突破600万辆。二、解析格局突围之路：成本曲线+材料体系正极材料作为锂电池成本中占比最大（40%-60%不等）的主材，相比于磷酸铁锂材料，三元材料在动力电池产业链逐渐壮大的过程中形成了企业众多、格局分散的现状。我们将探究行业材料格局形成的原因，以锚定破局的关键因素。（一）原因一：重材料成本+加成模式，成本差距较小正极材料采用原材料加成定价模式。根据当升科技2017年非公开发行股票申请文件反馈意见以及华友钴业2019年发行股份购买资产预案问询函回复文件披露，正极材料定价与钴价挂钩，原材料涨价直接传导，三元材料定价公式即“金属钴报价*三元材料中钴金属含量+加工费”，三元材料NCM111/523/622/811中钴含量分别为21.3%、12.2%、12%、6%。由于定价模式透明，库存受益推动盈利改善，低价库存贡献盈利提升，而钴价大幅下跌之后，在加工费模式下三元材料依然保持稳健的单吨盈利水平，毛利率维持坚挺甚至略有上升。原材料成本占比超90%，远超磷酸铁锂。以NCM523材料为例，其成本拆分中原材料占比91%，其中三元前驱体占比60%，锂盐占比31%；再细拆其三元前驱体成本，其中硫酸镍、硫酸钴和硫酸锰共占比91.5%，合计三大核心原材料占比三元正极材料总成本超80%。相比之下，磷酸铁锂原材料成本占比较低，以德方纳米招股说明书中披露数据计算，主要原材料（锂源+磷源+铁源）成本占比约69%。三元材料动力、制造费用等成本比例较低。我们选取2021年高镍三元材料市场前三上市企业进行成本拆分，在当前镍钴锂价高企背景下，NCM8和6系材料制造费用、动力成本、职工薪酬占成本比例约4-5%。三元材料单吨设备投资通常为2-3万元，若以十年为计则单吨设备折旧成本约0.2-0.3万元，构成制造费用最核心环节。根据容百科技、当升科技、长远锂科等上市公司披露的投资细节，三元材料设备投资成本通常为2-3万元/吨，假设折旧年限10年，则单吨设备折旧成本为0.2-0.3万元/吨，占制造费用比例超50%。烧结设备是三元材料制备差异化所在，回转窑升级方向有望带动成本下降。烧结工艺的技术核心在于烧结时炉内温度的控制，需要保持1200℃以上超高温。现三元材料主流烧结设备为辊道窑，新型烧结设备回转窑拥有单线产能高可降低能耗、受热更均匀提高产品质量、废物无害等优点。NCM622烧结费用（主要是电费）占2%制造成本，由于高镍三元材料在工艺流程上对窑炉和反应气氛有特殊和更高的要求，烧结费用提升到3%制造成本。高镍趋势下，窑炉生产线自动化、升级回转窑有望带动成本下降增厚利润。容百科技收购凤谷节能70%股权，在回转窑设备方面拥有较完整的产品布局。（二）原因二：材料体系与工艺趋同，差异化难以体现三元材料的主要生产工艺是共沉淀法，核心环节为烧结。三元正极材料制备大多先采用共沉淀法，直接共沉淀法将原料混合溶解后，采取合适的沉淀剂，从溶液中把需要的物质沉淀下来，用去离子水过滤、洗涤和干燥后，就得到了固体物质的方法。间接沉淀法是先得到镍钴锰三元前驱体，再经过和锂盐混合煅烧得到三元材料。使用共沉淀法得到的材料颗粒较小，粒度分布均匀，纯度高，容易实现掺杂改性，容易控制化学组成的形貌和粒度，反应时间较短，得到的产物一般都具有良好的电化学性能。三元材料的原材料体系较为单一，高镍三元产品探索多元组合。相比于磷酸铁锂更为多元化的原材料体系，普通三元材料锂源一般使用碳酸锂，而高镍三元材料锂源使用氢氧化锂。除此之外，主要原材料体系如硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰较为统一，根据含镍量不同配比有所变化。日韩企业在高镍领域探索NCA、蜂巢能源探索NCMA等体现了高镍材料领域的多元化潜力，但基础材料体系仍建立在NCM之上。三、全球电池格局重塑，产业链协作带来新机（一）中间品冶炼创新，成本分化加剧由于硫酸镍占前驱体成本较高（以5系为例，2020年成本占比达到52%），冶炼端降本对于三元材料降本至关重要。镍冶炼当前主要有以下几种技术路线：①硫化镍矿-高冰镍（火法）-硫酸镍：通过火法冶炼得到低镍硫，而后将低镍硫转炉吹练成高镍锍，最后经过精炼生产得到高冰镍。②红土镍矿-镍铁/NPI（火法）-高冰镍（硫化）-硫酸镍：火法冶炼路径，以青山、盛屯和华友为代表。采用高品位红土镍矿进行干燥，再将干矿放入预还原回转窑进行还原焙烧得到熔融高镍铁，进一步硫化后得到高冰镍，最后经过氧浸、精炼后得到硫酸镍。③红土镍矿-硫化镍钴（MSP）/氢氧化镍钴（MHP）-硫酸镍：湿法高压酸浸路径，以瑞木、华友钴业和力勤为代表。采用低品位红土镍矿进行破碎洗矿，再将矿桨经过高压酸浸，得到MHP（氢氧化镍钴）等湿法冶炼中间品，最后精炼后即可得到硫酸镍。总现金成本相对较低，生产过程相对安全，原料供应相对稳定，但能耗较高，是目前国内制备硫酸镍主要采用的工艺。④镍豆/镍粉-硫酸镍：采用镍豆、镍粉等直接氧化酸浸，经过精细过滤后得到硫酸镍。这种方式投资少，周期短，工艺流程相对简单。但成本高，需要等待市场行情。只有当总费用与硫酸镍价格倒挂时，前驱体厂商才会将镍豆/镍粉溶解生成液体硫酸镍后，直接进入三元前驱体产线，节约结晶成本。⑤红土镍矿-低冰镍-高冰镍-硫酸镍：火法冶炼路径，以淡水河谷和中伟股份为代表。采用高品位红土镍矿进行干燥，再将干矿经过熔融、碳硫化、还原焙烧、煅烧等程序后得到低镍硫，硫化提纯后得到高冰镍，最后经过氧浸、精炼后得到硫酸镍。镍中间体冶炼主要分为火法和湿法两种路径。湿法HPAL（高压酸浸）技术主要用来处理品位较低的揭铁矿型红土镍矿，其产品为镍钴中间品（MHP/MSP），之后再进一步冶炼得到硫酸镍，相比火法而言由于无需高温反应，因此能耗较低。火法目前常见的有RKEF和富氧侧吹两种工艺，其中RKEF法（回转窑-电炉）主要用于处理镍品位相对较高的腐殖土型红土镍矿；富氧侧吹技术可以处理镍品味相对较低的镍矿，整体工艺逻辑与RKEF差别不大，期间省略了焙烧-预还原环节，设备上也由电炉转变为侧吹炉，工艺流程缩短的同时也降低了电耗和成本。整体来看，火法具备工艺简单、建设时间短且技术较为成熟的优势，尤其富氧侧吹工艺建设周期仅1-2年，将大为提升产能投放进度，但1500度的高温反应导致能耗较高。湿法工序多，建设周期长，前期投资高，但对原料要求低，生产成本较低。火法RKEF工艺的镍回收率约90%，而湿法工艺可高达95%。以当前2.18万美元/吨的镍现货价为背景，我们测算正极企业镍冶炼一体化可带来最多5.27万元/吨降本空间。若以NCM811材料为例梳理一体化产业链成本构成，则单吨正极材料所需火法RKEF工艺镍中间品成本约4.54万元（13.6%），硫酸镍成本约6.04万元（17.5%），前驱体成本9.66万元（27.9%）。根据我们测算，以当前2.18万美元/吨的镍现货价为背景，若正极材料企业打通镍链条（除矿产端），则相比外购，单吨正极材料的前驱体环节可节省4.79（火法RKEF）、5.27（湿法）万元的成本，其中硫酸镍环节可节省2.07（火法RKEF）、2.53（湿法）万元生产成本，镍中间品冶炼环节节省2.23（火法RKEF）、1.68（湿法）万元的生产成本，镍冶炼一体化降本空间约13.5%（湿法）、12.3%（火法RKEF）。若假设后续镍现货价跌至1.5万美元/吨，假设其他材料价格不变，则我们测算正极企业一体化后在前驱体环节可节省3.17万元/吨。（二）新一体化提高效率，产业链协作突破格局全球镍资源集中，印尼为最大红土镍主产国。根据USGS，2020年全球镍资源储量排名前三的国家分别是印尼（23.6%）、澳大利亚（22.5%）和巴西（12.4%）。近年来随着火法RKEF和湿法HPAL技术的发展应用，以印尼、菲律宾和新喀里多尼亚为代表国的红土镍矿产量大幅增加，全球主要镍资源地域新建矿山多为红土型镍矿，USGS数据显示2020年红土镍矿占储量比例达到60%，其中印尼（18.7%）、澳大利亚（17.7%）、菲律宾（10.1%）。就镍产量来看，根据Miningintelligence数据，全球前十大镍企大约贡献33%的产量，格局相对分散。青山控股领衔中资企业开发印尼镍冶炼项目，两大园区奠定地位。印尼当前主要有OBI岛工业园区、Morowali工业园区（IMIP）和WedaBay工业园区（IWIP）这三大镍冶炼产业园区，后两者均为青山工业园，三大园区高度集中于苏拉维西岛和马鲁古群岛附近。青山控股是最早在印尼布局红土镍矿冶炼资源的国内企业，2009年即与SMI合作提前布局印尼镍矿及冶炼产业，2013年起正式布局。青山集团之后，力勤矿业、华友钴业、中伟股份、盛屯矿业、洛阳钼业等一众中资企业陆续在印尼布局镍产业链，形成明显的产业集群。前驱体行业逐渐形成以中伟股份、格林美、华友钴业、湖南邦普为代表的第一梯队，集中度稳中有升。根据鑫椤资讯数据，2021年全球三元前驱体行业CR3达到52%，自2018年以来稳中有升，中伟股份领先优势扩大。行业高速增长期，以产业链协作为代表的新一体化布局更为高效。2022年三元前驱体与正极材料龙头深化战略合作加快提升市场地位，相比传统的垂直一体化模式因其长周期、重资产重资金等约束体现更加高效的成长路径。当升科技-中伟股份：2021年11月30日中伟股份公告与当升科技签署《战略合作框架协议》，首期拟合作建设年产6万金吨镍产品产线，同时在磷酸铁锂产业链（正极、前驱体、磷化工等）以及前躯体等产品供应方面展开深度合作。容百科技-华友钴业：2021年6月11日华友钴业公告拟以巴莫科技为主体建设5万吨高镍三元材料+10万吨三元前驱体一体化项目以及5万吨前驱体项目，11月19日公告与容百科技在上游镍钴金属开发、前驱体技术、产品供销领域长期战略合作。贝特瑞-贤丰控股：2021年11月26日贤丰控股公告拟以自有资金与贝特瑞、丰盈智投按6:2:2出资比共同投资设立贤丰新材料，布局5万吨高镍三元前驱体生产线。伟明环保-盛屯矿业-青山控股：2022年4月22日，伟明环保公告将拟与盛屯矿业、青山控股合作，在温州龙湾共同规划投资开发建设高冰镍精炼、高镍三元前驱体生产、高镍正极材料生产及相关配套项目，同时与当地政府签署框架协议，合资（伟明环保持股51%，盛屯矿业持股30%，青山控股持股19%）分期建设年产20万吨高镍三元正极材料。（三）全球三元电池格局重塑，催化供应链机会从全球电池市场来看，本土企业背靠庞大中国内需市场已崭露头角。根据SNEResearch披露，伴随国内新能源汽车行业的快速发展，2017年宁德时代超越日本松下成为全球第一大动力电池生产企业，销量达到11.85GWh，随着公司不断拓展新能源车企，配套车型从商用车向乘用车转变，2018、2019、2020年及2021年连续五年销量蝉联全球冠军，市占率分别达21.9%、27.9%、25.9%、32.6%。2021年公司动力电池全球装机量96.7GWh，同比增长167.13%，增幅远高于海外巨头LG新能源和松下，市占率创历史新高。全球三元电池高度集中，宁德时代赶超松下、紧追LG新能源。根据高工锂电和起点锂电数据，2021年1-10月宁德时代全球三元电池装机量达到44.5GWh，市占率25.9%，相比2020年14.2%的份额大幅提升，超越松下成为全球第二大三元电池生产企业，仅次LG新能源的29.4%。随着全球主流车企供应链全覆盖，宁德时代市场份额有望进一步