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1、新能源行业专题研究：从正极产业趋势看新能车未来发展一、新能源车发展如火如荼，带动正极材料发展1.1 新能源车对碳中和有重要意义碳中和成为全球共识，并进入加速发展期。碳中和在 2019 年以来成为全球范围内的共识， 并进入加速发展期。中国成立了高规格的碳达峰、碳中和领导小组，正在构建 1+N 的政策 体系；欧盟承诺 2030 年底，温室气体排放量较 1990 年减少 55%，并发布了一揽子计划， 涉及能源、运输、制造、航空、航运、农业等众多产业，其中汽车行业 2035 年碳排放要降 低 100%，也就是实现零排放；美国宣布重返巴黎协定，并提出 2030 年零排放汽车占比将 达到 50%。目前全球
2、 GDP 中占比 75%的国家、碳排放中占比 65%的国家都宣布了碳中和目标。从能源 结构转型的角度看，全球主要经济体试图构建新能源经济链，发展供给侧的光伏、风电和 需求侧的新能源车、以及存储侧的储能具有重大意义。据国际可再生能源署预测，面向 1.5 度温控目标，未来三十年，全球在能源领域、交通领域的投资额，将从平均每年五六千亿 美元，提高到每年约两万亿美元。交通行业减排对于国内的 3060 政策有重大意义。在世界各国政府为实现净零排放制定目标的浪潮中，中国是重 要的组成部分，中国是世界上最大的能源消费者和碳排放国，其二氧化碳排放量占全球总 量的三分之一。2019 年，中国交通运输领域的二氧化
3、碳排放量占全国能源体系排放总量的 10%左右，其中道路交通在交通全行业碳排放中的占比约 80%，交通行业减排对国内的 3060 政策有重大意义。在 “电能统一”的共识下，各国从发、输、配、用、储等环节发力，以实现碳中和目标。 主要围绕两方面，一是在发电侧使用风电、光电等清洁电能，二是在用能侧实现电气化替 代，因此现阶段交通行业电动化成为节能减排的主要途径。 动力电池是新能源车产业核心环节，即将进入 Twh 时代。根据工信部统计数据，纯电动车 成本主要源自电池、电机与电控三电系统。下游新能源汽车需求带来动力电池的需求增加， 2021 年全球动力电池装机 296.8Gwh，同比增长 88.7%，2
4、014-2021 年 CAGR 达到 31.8%。 我们预计 2022-2026 年 CAGR 将达 30.1%，到 2025 年全球动力电池将进入 Twh 时代。1.2 产业链涨价引发对需求的担忧，正极环节是关键2020 年下半年以来新能源车需求快速爆发，产业链在供需错配下，涨价明显。2020 年 7 月至 2021 年年底，新能源车产业链原材料碳酸锂、硫酸钴、硫酸镍、硫酸锰的单吨价格分别 上涨 587.5%、123.0%、53.8%、78.6%。 电池环节涨价明显，正极环节影响最大。以 NCM622 电池为例，我们测算 2021 年 12 月价 格相比 2021 年 1 月增长 0.3 元
5、/wh，其中正极贡献 0.17 元/wh，占比 57%，电解液贡献 0.09 元/wh，占比 30%。考虑到六氟磷酸锂为代表的电解液产业链未来的供给释放充足，价格有 望逐步回归；但是碳酸锂为代表的正极产业链原材料价格仍有望维持在高位，正极依然是 对成本影响最大的环节。正极为代表的产业链价格高企引发对需求的担忧。在产业链价格的逐步走高下，电池企业 陆续传导价格，且车企也在 21 年底开始逐步涨价。在 21 年底和 22 年初的车企涨价之后， 2022 年 3 月以来再次出现密集的涨价潮，特斯拉连续 3 次上调部分国产 Model 3、Model Y 车型售价；小鹏汽车涨价幅度为 1.01-2 万
6、元不等；理想汽车将理想 ONE 的价格上调 1.18 万 元。此外，比亚迪、广汽埃安等车企也有不同程度的涨价。在新能源车终端价格的上涨下， 引发了市场对于需求增速的担忧，而其中的关键在于对正极产业链的判断。二、三元正极行业长坡厚雪，技术不断迭代升级2.1 需求高增，带动行业大扩张下游新能源汽车与电化学储能的蓬勃发展带动正极材料市场发展。在全球倡导碳中和的背 景下，1）2015-2021 年全球电动车销量由 54.3 万台增长至 675.0 万台，年复合增速达到 52.2%。2）可再生能源的发展助推全球储能发展，2015-2020 年全球电化学储能新增装机 规模由 0.38GW 增长至 4.73
7、GW，年复合增速达到 65.7%。下游需求旺盛，三元正极企业积极部署扩产计划。根据 SMM 数据，截至 2021 年底国内三 元正极产能已达 76 万吨。国内厂商中容百科技扩产力度较大，2025 年前累计新增产能将 达 37 万吨，长远锂科、当升科技、杉杉股份、贝特瑞新增产能合计将达 24 万吨，2025 年 主要厂商三元正极产能将达 137 万吨。2.2 三元正极产业链普遍采用高温固相烧结工艺正极材料是锂离子电池的重要组成部分，其占锂离子电池总成本比例最高，性能直接影响 锂离子电池的能量密度、安全性、循环寿命等各项核心性能指标。目前主流正极材料主要 包括钴酸锂（LCO）、锰酸锂（LMO）、磷
8、酸铁锂（LFP）以及三元正极材料（NCM 及 NCA）。1）钴酸锂 LCO：电压平台高、压实密度高，在正极材料中具备最高的体积能量密度，因 此在电子设备等 3C 应用领域得到广泛的应用。 2）锰酸锂：具有价格低廉、 安全性好、原料锰资源丰富及无毒性等优点。 3）磷酸铁锂：具备良好的结构稳定性，同时由于铁元素储量丰富导致其价格低廉，因此主 要在新能源商用车、部分价格敏感的新能源乘用车及储能领域应用。 4）NCM：由于其具备较高的质量能量密度、较好的循环稳定性、较好的安全性能以及较 高的性价比，成为目前主流的动力电池正极材料之一。 5）NCA：和 NCM 较为接近，日韩企业应用较多。NCM 三元正
9、极材料产业链主要分为上游的三元前驱体、碳酸锂/氢氧化锂，中游三元正极材 料制造商、下游锂电池生产厂商以及应用层面的新能源汽车、3C 及小动力（电动工具、二轮 车等）、储能等领域。当前三元正极材料行业呈现规模化、材料体系技术迭代化、产业一体化、供应链全球化的特 点。1）规模化：产业链企业着眼于未来庞大的市场空间进行了大规模的扩张，同时有巴斯夫、 陶氏化学、湖北宜化等众多化工企业进入了行业，化工企业资金优势大，有望提供巨量的、 稳定的供给。2）材料体系技术迭代化：在材料体系迭代上，三元高镍化渗透率不断提升，扩 大其高能量密度的优势；在材料改性上，有掺杂、包覆、单晶化等化学改性，以及 4680 等物
10、 理改性。3）产业一体化：在 2021 年以来由于供需周期不匹配带动了产业链部分商品价格的 大幅上涨，正极产业链是涨价的重点环节。产业通过整合镍冶炼-前驱体-正极材料等环节来 降低成本。同时涉足磷酸铁锂材料生产，从技术路线的单压转变为双压，打造综合的锂电正 极材料供应平台。4）供应链全球化：三元正极企业向海外扩张其供应链，参与全球化竞争， 有望受益于欧美等海外市场的发展。三元正极材料制备技术普遍采用高温固相烧结法，但烧结次数、烧结温度选择、窑炉设 计、气氛控制等对最终产品性质有重要影响。尤其是高镍三元材料，其对工艺要求更高。 NCM811 和 NCA 等高镍三元正极材料的工艺流程对于窑炉设备、
11、匣钵、反应气氛等均有 特殊的要求，且往往涉及二次烧结甚至更多次数的烧结。1）比如业内的振华新材有采用 三次烧结，与二次烧结工艺相比，三次烧结工艺在三元前驱体选择的宽泛性、工艺兼容性 以及产品的晶体结构完整性等方面具有一定优势，并可以改善镍含量不断提升对高镍三元 正极材料结构稳定性、安全性和循环性能带来的负面影响。2）普通的三元材料一般只需 要碳酸锂原料，空气氛围烧结，无需去离子水洗涤等，而高镍三元需要氢氧化锂原料、氧 气氛围烧结，需要去离子水洗涤。2.3 三元正极材料技术不断迭代三元正极材料的技术升级总体主要是两大方向，1）能量密度的提升，根据 W=QU 公式， 演变为两大方向，一个是提升 Q
12、 的高镍方向以及未来其余的高能量的材料体系，另外一个是提升电压 U。2）稳定性、循环性、安全性等的提升，主要有掺杂、包覆、单晶等技术。2.3.1 单晶等改性技术可提升材料性能高镍三元材料往往存在阳离子混排现象、表面不稳定、不可逆相转变微裂纹等缺陷问题。 随着三元正极材料中镍元素含量的增长，越来越多小缺陷问题也随之显露，其中主要包括： 1）阳离子混排现象。Ni2+半径与 Li+十分接近，晶格中 Ni2+与 Li+容易互换位置，即发生 Li+/Ni2+混排，此时半径略大的 Li+进入 Ni2+位点将会增大过渡金属层间距，从而压缩 Li+ 层间距，降低 Li+扩散系数，使材料表现出较差的倍率性能；N
13、i2+进入 Li+层后能够阻断 Li+的传输路径，减少参与充放电循环的 Li+的数量，导致材料比容量降低。随着 Ni 含量提 高，不稳定 Ni3+还原为 Ni2+的概率也随之提高，则发生阳离子混排的机率更大。2）表面 不稳定。高价镍离子具有强氧化性、碱性，容易使表面 Li+与环境中及电解液残余的 H2O， CO2 反应生成 LiOH，Li2CO3 等锂化物，降低材料表面稳定性。而副产物 Li2CO3 又易在 高压下进一步分解产生 CO2 气体，加剧电芯产气，引发安全问题。3）不可逆相转变微裂 纹。三元材料主要由 Ni2+/Ni3+和 Ni3+/Ni4+氧化还原电对提供容量，因此在充放电过程中，
14、 Ni 通常处于不稳定的高价态（Ni3+，Ni4+），容易通过失氧的方式向稳定的低价态转变， 这一相变引起的各向异性体积变化及深度脱锂时晶胞体积变化将导致正极材料的颗粒内部 产生微裂纹。同时微裂纹加速电解质渗透到颗粒内部，从而与沿微裂纹暴露的内部初级颗 粒上的不稳定 Ni4+反应并生成类似 NiO 的杂质层，同时也加速了 Ni，Co 和 Mn 元素的溶 解，导致活性物质损失。单晶的发展目前更成体系，我们主要介绍单晶技术情况。单晶正极材料循环性、稳定性更优。单晶和多晶是按照晶体结构进行的划分，单晶三元正 极材料一次粒径约几微米且呈现单分散状态，而与之对应的多晶三元正极材料则是若干直 径约几百纳米
15、的一次颗粒团聚而形成直径约十微米的二次颗粒。 以往的三元材料大多是细小晶粒团聚而成的颗粒，1）其二次球形结构容易使其“骨架”结 构牢固性差，在循环过程中，尤其是高电压充放电下，由于颗粒不断膨胀收缩，会导致材 料开裂、破碎。2）同时，由于晶体颗粒之间的连接较为脆弱，在极片冷压过程中，易导致 颗粒破碎，引起电池性能恶化。3）二次球颗粒容易导致气胀等问题。 单晶三元正极材料在压实和高温循环过程中，不易发生破碎，从而高温循环稳定性优于多 晶三元正极材料，即具有更好的结构稳定性和耐高温性能。国内单晶材料市占率超 4 成，市场集中度较高。国内外一直有对单晶三元材料的研究，但 国内进入大规模应用阶段，此前海
16、外日韩系电池厂的主流三元材料基本以多晶三元材料为 主。国内单晶材料原先是少量应用于消费市场，在宁德时代等电池龙头的带领下，逐步在 动力电池领域放量，目前比例维持在40-50%左右。1）从单晶的市场率上看，根据 GGII数 据，2019 年至 2021 年上半年，我国三元单晶前驱体出货量分别为 8.40 万吨、9.80 万吨和 13.10 万吨，占三元前驱体国内出货量比例分别为 44%、41%和 44%。2）从市场格局上 看，国内的贵州振华、长远锂科等企业行业领先。据鑫椤资讯，2021 年 1-11 月，国内单 晶三元材料产量 CR3 集中度接近 60%，CR5 集中度为 79.5%。3）从单晶
17、的应用范围看， 国内单晶三元材料占比最高的还是 5 系产品，6 系次之，具体型号多为 Ni55、NCM613、 Ni65 等偏组分三元材料居多。对于 8 系的产品，目前有长远锂科等少数公司等实现了量产。2.3.2 高电压逐步普及三元正极材料的高电压化是提升材料能量密度的途径之一，是行业研发的重点方向。常规 电压一般指 4.2V，高电压指能够在高于 4.3V 的充电电压下发挥出较好电化学性能的正极 材料。根据能量密度公式，能量=QU，提升电压 U 可以提升能量密度。比如 Ni5 系、Ni6 系 NCM 三元材料的充电电压从 4.2V 提升至 4.35V，其能量密度能提升约 15%，接近 NCM8
18、11 水平。产业链企业厦钨新能、容百科技等均布局了高电压三元材料技术。 消费电池中钴酸锂材料是较早应用高电压技术。钴酸锂是最早商业化应用的正极材料，业 内普遍采用掺杂、包覆等方式提升钴酸锂正极材料的耐高压特性，或者优化锂钴比和烧结 工艺，从而优化材料结构稳定性和包覆层。当前提高充电截止电压已成为提升钴酸锂能量 密度的主要手段。（报告来源：未来智库）2.3.3 高镍化进程有望加速正极高镍化具有重要的意义。钴的作用在于稳定材料层状结构，提升循环与倍率性能，价 格波动较大，锰具有良好的电化学惰性，起到降低材料成本、提高材料安全性和结构稳定 性的作用，镍是锂电材料重要活性物质，掺镍比例提高可提升正极材
19、料能量密度。高镍化 是指提升三元材料中镍的含量，从而提升能量密度，并通过降钴降低原材料成本。高镍三元材料市场集中度较好，21 年 1-10 月 CR5 为 83.5%。根据鑫椤咨讯，2021 年国 内批量化生产高镍三元材料的企业数目有所增多，全年产量超过 1000 吨的企业达到了 10 家以上，其中容百科技、天津巴莫、贝特瑞等在产能规模、客户结构方面领先优势明显。 从市场集中度看，CR5 集中度为 84%，行业格局优于三元正极材料， 2018 年-2021 年三 元正极材料市场集中度较低，主要有高镍技术门槛较高的影响。高镍三元有望继续加速。高镍具备能量密度高的显著优势，未来高镍三元应用是否会加
20、速， 我们认为需要从高镍三元当前的应用痛点找寻答案，主要有：1）高镍化技术上，前几年产 业企业技术储备相对较少，且材料的安全性和热稳定性不好解决。从固有属性上看，随着 镍的含量提升，体系的热稳定性变差。且高镍的热稳定性问题是一个系统问题，往往需要 正极厂商和电池企业协同攻克。2）高镍三元电池电池的物理结构改性尚未大规模普及；3） 不同市场地区对技术路线的选择。一、高镍技术应用逐步普及。1）一个是高镍技术在上市公司中的储备和应用问题，高镍 三元目前在动力电池龙头企业中已相对普遍，容百科技、长远锂科、当升科技等均已形成 万吨级出货，具备大规模应用的技术条件，宁德时代、LG 化学、SKI 均已实现
21、811 电池批 量交付，三星 SDI 开始规划生产镍含量为 88%的动力电池。2）无热扩散技术在 2020 年以来逐步突破。高镍电池热稳定性比中低镍差，根据国家的政 策，2020 年 5 月 12 日，工信部组织制定，国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员 会批准发布 GB 18384-2020电动汽车安全要求、GB 38032-2020电动客车安全要求 和 GB 38031-2020电动汽车用动力蓄电池安全要求三项强制性国家标准，于 2021 年 1 月1日起开始实施。其中要求电池单体发生热失控后，电池系统在5分钟内不起火不爆炸， 为乘员预留安全逃生时间。在高镍材料的热扩散上，以宁德时代为
22、代表的企业率先突破， 2020 年 9 月，其率先在 811 产品上实现了无热扩散，宁德时代首席科学家吴凯预计 1000km 更高比能的无热扩散技术也将会在 2023 年实现量产。欣旺达、广汽、长城等其余 企业也陆续在 2021 年发布无热扩散技术，未来均有望满足国家要求的 5 分钟不起火的要 求，促进高镍的渗透率提升。二、高镍三元正极相比中低镍的或有原材料成本优势，整体盈利性占优。当前产业链原材 料涨价明显，随着三元材料逐步高镍化，高价位的钴用量逐步减少，低价位的镍用量逐步 提升，高镍三元物料成本相比中低镍三元几无差距，在镍价格较低时或成本更低，这意味 着对于同样质量的材料，高镍三元的主要物
23、料成本并不贵。以 2021H1 为例，2021 上半年 在硫酸镍持续上涨情况下，三元 811 原材料成本仍低于 622 正极材料，和 523 相差无几。 高镍价回归正常水平后，高镍正极的原材料优势将进一步凸显。在原材料成本相差不大的情况下，高镍三元正极价格较高，吨盈利水平较高。以长远锂科、 容百科技等企业为参照，我们测算 2020 年高镍正极材料（以 8 系为代表）比中低镍正极 （以 5 系为代表）单吨毛利高约 1.5 万元/吨。三、大圆柱等电池结构的发展有望带动高镍三元发展。电池物理层面的封装也可以带来成 本的降低、效率的提升。首先应用的是磷酸铁锂材料，典型代表是比亚迪在 20 年首次将刀
24、片电池技术应用在“汉 EV”车型，其电池系统零部件数量减少 40%，体积利用率提升 50%，成本下降 30%。刀片电池第一代产品能量密度可达到 140Wh/kg，体积能量密度达 到 230Wh/L，比亚迪深圳开发中心副总监鲁志佩预计 2025 年可以实现能量密度大于 180Wh/kg，体积能量密度达到 300Wh/L。磷酸铁锂通过结构创新提升了能量密度，侵占 了中低镍三元市场份额。三元电池同样有结构创新来提升能量密度，从而和磷酸铁锂材料 拉开差距，较为典型的是 4680 大圆柱电池，首次在 2020 年 9 月份特斯拉电池日提及，可 以续航提升 16%，能量是此前的 6 倍。大圆柱电池可以较好
25、匹配高镍三元。圆柱是锂离子电池最开始的封装形式，具有成熟度和 自动化程度高的特点，同时圆柱电池因为受力更加均匀分散，入壳比能达到 98%以上，比 方形电池等的大。对于高镍三元电池，其有热稳定性弱、易产气等劣势，大圆柱电池受力 均匀、自动化程度高等特点可以有效缓解高镍三元的劣势。随着 4680大圆柱电池的逐步应 用，有望提升三元电池的能量密度，从而在该指标上和铁电池拉开差距。 2022 年是国内外企业大圆柱电池产业元年。国内外电池企业加速大圆柱电池的产业化，比 如亿纬锂能推出的 4680 电池具备两大优势：1）经济性：主要是在制造工序上精减了 30% 以上，生产效率提升 40 倍以上。2）安全性
26、：电芯层面的高效泄压结构设计保证零热蔓延， 刚性结构设计保证无膨胀，在系统层面也有双腔设计、主动疏散的气道等。四、欧美市场倾向于高镍三元，有望从结构上带动其发展。从车企和电池企业的选择上看， 国外电池厂商三星、LGC、松下等较多采用三元高镍电池。据不完全统计，当中 43 款中高端新 能源车型已经搭载或者设计搭载高镍电池。同时外资品牌车企对高镍电池的接受度高，未 来随着欧洲新能源车市场继续增长以及美国新能源车市场的爆发，高镍三元材料的需求有 望增长。2.3.4 新型正极材料体系三元材料体系不断升级锂电池正极材料经历了消费和动力电池时代的变迁。1）从 1990年代开始，经历了 LiCoO 为代表的
27、消费电池时代，彼时是松下的 18650电池时代；2）2010-2015年：新能源车市场兴起，三元正极作为新兴技术路线，发展与推广尚不成熟，磷酸铁锂正极技术已十分完善 并成为主流选择。3）2016-2020 年，三元正极技术日益成熟，且与磷酸铁锂正极相比，具 备更高能量密度。与此同时，新能源汽车补贴政策以续航里程为标准，补贴金额与续航里 程密切挂钩，进一步推动三元正极材料市场占有率的快速提升。截至 2019-2020 年，三元 正极材料占比均已超过 60%。4）2020Q3 开始，随着新能源汽车补贴政策逐步退坡以及磷 酸铁锂电池能量密度的持续提高（如刀片电池、CTP 技术的应用等），以及热门车型
28、助推 下，磷酸铁锂电池装机量持续回升，根据中国汽车动力电池产业创新联盟统计，2022 年 1- 3 月，三元正极与磷酸铁锂正极材料的装机市占率分别达到 58%、42%。三元正极材料体系仍有较大的进步空间。电池行业本质是技术驱动的行业，技术是最大的 机遇，也同时是最大的风险。从企业的长期发展角度，未来正极材料的发展是我们关注的 焦点。除了当前的三元和磷酸铁锂材正极材料体系，还有富锂锰基、钠离子、固态电池等 体系，钠离子电池正极材料产业化刚起步，富锂锰基产业化仍需时日，固态电池时代仍需 三元材料，三元正极材料体系仍有较大的进步空间。钠离子电池正极材料产业化刚起步钠离子电池具有和锂离子电池相似的电化
29、学特征，对其的研究起源于 20 世纪 80 年代，近 年来才逐步有一定的工业化。其安全性较高，循环寿命、自放电率与锂离子相差不大，适 用于对成本敏感、对能量密度要求不高的储能场景。富锂锰基产业化仍需时日富锂锰基 xLi2MnO3（1-x）LiMO2 可以看作是 Li2MnO3 和 LiMO2（M 代表过渡金属）的 连续固溶体形成的，因其能量密度高、成本低和环境友好等特点，成为未来可能的一种正 极材料发展方向。其比容量高达 300mAh/g，远高于当前商业化应用磷酸铁锂和三元材料 等正极材料放电比容量，是动力锂电池能量密度突破 400Wh/kg 的技术关键。固态电池时代仍需三元材料固态电池具有热
30、稳定性高、能量密度高的优点，但是有成本较高、界面阻力等问题尚待解 决。得益于其采用固态电解质，固态电解质可以抑制锂枝晶、不易燃烧、不易爆破、无电 解液走漏、不会在高温下发生副反应等，具备热稳定性高的优点。能量密度高主要是由于 全固态电解质后，电池可以不必使用嵌锂的石墨负极，而是直接使用金属锂来做负极，可 以减轻负极材料的用量，使得整个电池的能量密度有明显提高。固态电池能量密度可达 300-400Wh/kg。在产业化阻碍上，固态电解质与电极材料之间的界面是固-固状态，因此 电极与电解质之间的有效接触较弱，离子在固体物质中传输动力学低。完全的固态电池产业化仍需时间。2022 年 3 月，中国电动汽
31、车百人会论坛上，中国电动汽 车百人会副理事长、中国科学院院士欧阳明高表示，我国动力电池产业化的目标为，到 2025 年，液态体系电池单体能量密度将达到 350Wh/kg；2030 年，液态电池向固态电池过 渡的固液混合体系电池单体能量密度为 400Wh/kg；2035 年，准/全固态体系电池单体能量 密度将达 500Wh/kg，2030 年应该是转向全固态电池发展的一个关键节点。目前更多的是混合固液态电池。2022 年 3 月的电动汽车百人会论坛上，卫蓝新能源首席科 学家、创始人李泓透露，卫蓝新能源正与蔚来汽车展开合作，计划基于 ET7 车型，推出单 次充电续航 1000 公里的混合固液电池。
32、这款混合固液电池预计在 22 年底或 23 年上半年开 始量产，电池包容量达到 150 kWh，能量密度为 360 Wh/kg。在正极材料体系上，容百科 技、当升科技、赣峰锂业等涉及较多，固态时代的正极材料体系仍是三元高镍。三、三元正极材料行业进入一体化时代3.1 全球材料巨头成长之路的启发万华化学是领先的化工新材料企业，以异氰酸酯（MDI）业务起家，为解决原材料短缺问 题，转而向上游聚醚、环氧丙烷发展，随着 MDI 市场逐渐饱和，公司开始向上游原料苯胺 与下游精细化学品扩张，同时横向延伸 TDI与聚醚等业务，现已成长为市值 2500 亿的化工 巨头企业。优美科以采矿与金属冶炼业务起家，后逐步
33、将业务重心放在清洁技术上，并切 入电池、催化剂、汽车等下游领域，并打通金属回收渠道，目前已成长为全球领先的材料 科技与回收集团。 通过上述发展之路可发现，全球材料巨头通过横向和纵向一体化，不断扩张业务范围，实 现利润最大化的同时开拓新的增长点。借古鉴今，正极材料的一体化发展具有历史必然性。锂电池四大主材盈利性，隔膜负极材料电解液正极材料。我们以容百科技、璞泰来、 星源材质、天赐材料为代表，2017-2021 年毛利率平均为 14.4%、32.7%、41.8%、30.2%， 净利率平均为 5.0%、17.3%、20.1%、13.7%。四大主材中，正极材料盈利性最低，成本差 异较小，终端价格主要受
34、上游原材料影响。正极材料产业链盈利性：上游资源下游正极材料中游前驱体。三元前驱体与三元正极材 料行业处于正极产业链的中下游环节，采用成本加成的盈利模式，原材料成本占总成本的 90%以上。从 2018-2021H1 毛利率、净利率情况看，这两个环节基本可以完成原材料成本 的顺利传导，但盈利性仍低于上游资源环节。一体化可以帮助正极材料企业提升盈利深度， 是做大做强的方式。他山之石可攻玉：前驱体向产业链上游延伸，盈利性有所提升。前驱体企业中华友钴业、 格林美具备原材料自供能力，两者单吨售价与中伟股份相近，但单吨毛利平均分别比中伟 股份高 0.5、0.7 万元（采用 2017-2021H1 吨毛利均值
35、计算），中伟股份单吨毛利平均为 1.05 万元/吨，向上游拓展是前驱体企业提升盈利能力的重要方式。前驱体-正极材料一体化有助于提升正极企业盈利深度、发挥产业协同优势。自供前驱体一 方面可节省成本，另一方面前驱体对正极材料性有关键作用，自供前驱体能充分发挥产业 链上下游协同效用，提高生产与研发效率。 出于对原材料价格稳定性的考虑，我们选取 2020H1 数据作参考，2020H1 自供 523、622、 811 系列正极材料分别较外购节省 0.5、0.3、1.5 万元/吨。3.2 纵向一体化增厚利润深度3.2.1 前驱体对于正极材料性能至关重要三元前驱体直接决定三元正极材料的核心理化性能。三元前驱
36、体是通过湿法过程制备的， 三元材料是通过火法烧结制备的，三元前驱体很大程度上决定三元正极材料的核心理化性 能。1）前驱体粒径大小、粒径分布直接决定三元正极的粒径大小、粒径分布；2）三元前 驱体比表面积和形貌直接决定三元正极的比表面积和形貌；3）三元前驱体元素配比直接决 定三元正极元素配比等。而三元正极材料的粒径、形貌、元素配比、杂质含量等理化性能 都将影响锂电池能量密度、倍率性能、循环寿命等核心电化学性能。此外，新型正极材料 如梯度、核壳结构三元正极的应用推广，也取决于相应前驱体的研发突破。前驱体非标属性强，大多采用共沉淀法制备三元前驱体是镍钴锰（铝）三元复合氢氧化物，化学式为 NixCoyM
37、n(1-x-y)(OH)2 、 NixCoyAl(1-x-y)(OH)3-x-y，按照镍、钴、锰（铝）的构成比例不同，主要可以细分为 NCM811 前驱体、NCM622 前驱体、NCM523 前驱体以及 NCA 前驱体等。三元前驱体作为正极材 料的原料，很大程度上决定着三元材料的性能。前驱体的制备技术主要有溶胶凝胶法、喷 雾热解法、共沉淀法、水热法、高温固相法等。前驱体性能工艺参数的控制非标属性强，存在大量的 KNOW-HOW。共沉淀法以硫酸镍、 硫酸钴、硫酸锰、氢氧化钠为原料，氨水作为络合剂。共沉淀法生产过程中氨水浓度、pH、 离子浓度、温度、反应时间、搅拌速度、反应釜结构等均对产品成分、形
38、貌、粒度及分布、 振实密度等性能产生影响，因此在实际生产中，工艺过程的把控需要扎实的理论基础和丰 富的经验积累。氨水作为反应过程的络合剂，作用为络合金属离子。氨水浓度越高，络合金属能力越强， 金属离子释放越缓慢，倾向于在已有一次晶粒上生长，导致一次晶粒不断增厚增大，且前 驱体堆积更致密。当氨浓度较低时，颗粒形貌疏松多孔，致密性差，一次粒子为薄片状； 氨浓度升高后，颗粒形貌致密，一次粒子为细板块状。而络合剂过高时，溶液中被络合的 镍钴例子过多，会造成反应不完全，使前驱体镍、钴、锰三元素的比例偏离设计值。PH 值主要影响共沉淀反应的成核和晶体生长速度，进而影响材料的微观形貌和振实密度 以及最终产品
39、的电化学性能。PH 较低时，平衡向络合方向移动，晶粒的生长速度远大于 成核速度，因此结晶粗大，反映在粒径上就是样品的粒径大，且由于晶体生长过快，材料 形貌难于控制。随着 PH 的增大，平衡向沉淀方向移动，有利于晶粒的成核，晶粒的成核 速度远大于生长速度，因此晶粒难以长大，形成较多的小颗粒，导致前驱体的球形度较差， 使粒径分布范围变宽。只有 PH 适中时，晶粒的生长速度和成核速度处于较优状态，使晶 粒有序生长，结晶致密，材料粒径适中，粒度分布窄。搅拌速率影响沉淀产物的振实密度等。强烈搅拌能使加入反应器中的镍、钴、锰离子与氢 氧根离子迅速散开，避免加料过程中体系局部过饱和度过大而引起大量成核;搅拌
40、速率的提 高还可加快反应离子在体系内的传质，单位时间内有更多的反应物达到晶体的表面结晶， 有利于晶体生长；另外还可以加速小颗粒的溶解然后在大颗粒表面重新结晶析出，使得沉 淀产物粒径分布窄，形貌单一，振实密度随之增大。但当搅拌强度到达一定极值后，二次 颗粒的球形结构会发生破坏，导致颗粒尺寸减少。现阶段前驱体产品需要根据客户产品的参数指标进行研发与生产，正极材料镍钴锰的不同 配比及性能指标需求都需要在实际的生产过程中严格控制环境和工艺。非标属性强的生产 过程存在大量的 know-how，因此三元前驱体的生产对企业的技术能力、研发实力和实际 生产经验都提出了较高的要求，公司的研发实力和技术水平仍是前
41、驱体行业的重要壁垒。 在设备这块，反应釜是主要的湿法接近过程的设备，往往通过对反应釜的结构改进提升反 应效率、降低成本。3.2.2 前驱体行业上游资源依赖重，向上游镍矿延伸成为趋势硫酸镍是生产电池的重要原料。硫酸镍可通过湿法中间品 MSP/MHP、镍豆、废料四种原 料加工而成。其中废料的供应较为分散，供应量不稳定，生产路线主要为三种，使用镍豆/ 粉等精炼镍、高冰镍或者通过湿法中间品 MHP/MSP 冶炼硫酸镍，冶炼方法主要分为湿法 与火法冶炼两种路线。1）湿法冶炼：湿法冶炼是将红土镍矿转化为镍中间品，进而冶炼硫酸镍的工艺。湿法工艺 主要分为氨浸工艺（RRAL）与加压硫酸浸出工艺（HPAL），H
42、PAL 工艺金属回收率较高， 全球在产红土镍矿主要是用 HPAL 工艺。湿法冶炼原材料供应相对稳定，但具备投资高、 投产慢、污染大等缺陷。湿法冶炼优势在于镍、钴回收率较高，主要缺点其一在于，固废 与污染气体排放较大。红土镍矿含有较高的 Fe 与少量 Cr，且湿法冶炼采用液态酸、氨浸 出剂，生产过程中还会会产生大量二氧化碳气体排放。其二在于，由于基础设施与技术开 发成本较高，湿法冶炼投资较高，且达产时间较长。2）火法冶炼：火法冶炼来源包括红土镍矿与硫化镍矿，其中硫化镍矿冶炼硫酸镍的火法冶 炼方式是将硫化镍矿冶炼成低镍锍，再将低镍锍用转炉吹炼成高镍锍，进而冶炼为硫酸镍。 硫化镍矿储量较小，且面临资
43、源品位降低、生产成本提高等问题。根据 Mysteel 数据，全 球仅 36%的镍矿以硫化矿的形式存在。2000-2020 年，新建硫化镍项目中，高品位镍矿减 少了 44%。矿石回收率下降了 15%，开采复杂度日益提升，同时由于品位降低与复杂性提 高，新建硫化镍项目投资成本也有所提升，成本竞争力下降。青山打通红土镍矿-镍铁-高冰镍供应链，将有助于缓解硫酸镍原料紧张局面。1）镍铁是含 镍量为 20%-60%的镍铁合金，是冶炼不锈钢的重要原料，根据 Mysteel 数据，全球 51%的 镍矿用于供应镍铁，镍铁-高冰镍-硫酸镍工艺路径打通，将使得较快增长的硫酸镍需求与 储量较大的红土镍矿的供应实现匹配
44、；2）2021 年青山控股镍当量产量达到 60 万吨， 2022年达到85万吨，2023年将跃升至110万吨，公司启用镍铁-高冰镍-硫酸镍生产流程， 将进一步推动解决镍资源结构性短缺的问题。2022 年 1-4 月硫酸镍呈明显溢价，为镍铁转产提供窗口期。当硫酸镍-镍铁价差大于 1.7 万 元/镍金属吨左右，企业具备镍生铁转产高冰镍的动力。2022 年 1-4 月，电池级硫酸镍的均 价为 4.30 万元/吨，折算成镍金属量为 19.52 万元/镍金属吨；镍铁的均价为 1482.1 元/吨， 折算成镍金属量为 14.82 万元/镍金属吨，硫酸镍和镍铁之间的价差约为 4.70 万元/吨。前驱体行业成
45、本依赖于原材料，盈利处于产业链的末端。三元前驱体和四氧化三钴的主要 原材料包括硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰（硫酸铝）、氯化钴等，原材料占比达 90%以上，且 对上游资源议价能力较弱，致使行业内公司毛利率普遍不高，通常采用原材料成本加价模 式，企业仅通过加工费谋取利润。从产业链各个环节的盈利性上看，前驱体企业的毛利率 和净利率处于较低水平，实质上是处于产业曲线的下端。纵向发展上游是前驱体企业扩展 盈利的重要方式。实现镍产业链一体化可提高公司盈利深度。硫酸镍价格 2021 年年初为 3.2 万元/吨，截至 2022 年 4 月 22 日已上涨至 5.1 万元/吨，涨幅达到 59%，一体化对盈利能力的影响
46、持续加 强。参考 2018-2020 年镍价相对平稳时期的价格，我们测算，高冰镍前端（红土矿-高冰镍） 一体化，可贡献 2.28 万元/镍金属吨毛利，后端（高冰镍-硫酸镍）一体化，可贡献 3.40 万 元/镍金属吨毛利，以三元 622 正极材料为例，完全一体化下吨毛利水平提升约 1.48 万元/ 吨。3.2.3 三元正极企业积极上游布局，摆脱单纯加工行业的属性三元材料企业均积极布局上游，摆脱纯加工行业的属性。中长期视角来看，容百科技、当 升科技选择合作、参股等形式推进一体化布局，长远锂科背靠集团上游资源优势，华友钴 业收购巴莫科技后一体化进度进一步加快。资源端，正极企业主要通过参股、战略合作、
47、 集团公司支持保障原材料供应，其中容百、当升通过参股可获得镍资源保障，长远锂科集 团公司中国五矿可为公司提供锂、镍等资源，厦钨新能引入盛屯矿业、天齐锂业作为股东， 可提供钴、锂等资源；前驱体端，正极企业前驱体自供比率有待提升，长远锂科前驱体产 能达 3 万吨/年，目前位于行业领先水平；回收端，正极企业通过参股、自建产线实现废旧 电池的回收利用，目前长远锂科建有 5000 吨处理能力的回收产线，容百科技、厦钨新能也 在陆续部署回收基地。3.3 横向一体化打造锂电正极综合平台3.3.1 磷酸铁锂和三元路线有望齐头并进磷酸铁锂材料起源于 20 世纪 90 年代。在此之后，如火如荼的相 关研究席卷全球
48、。2001 年，photech 公司首先实现了磷酸铁锂材料的批量生产；Velence 公司发现了碳包覆和碳热还原技术，使磷酸铁锂材料的性能进一步提高；美国的 A123SYSTEMS 公司技术团队发现了离子掺杂和纳米化技术可以大幅提高磷酸铁锂的导电性。 至此，磷酸铁锂材料进了大规模工业化应用阶段。在新能源汽车市场发展早期，磷酸铁锂 伴随着客车的发展出现爆发式增长，在 18 年之后新能源车市场补贴逐步退坡，且三元材料 在乘用车市场的发展下大幅增长。2020 年下半年开始，磷酸铁锂电池占有率持续回升，2022Q1 已达到 58.2%。2020Q3 磷 酸铁锂装机比例为 33.6%，2022Q1 这一
49、比例已达到 58.2%。从新能源汽车推广应用推荐 车型目录来看，2022 年发布的第 1 批车型目录共有 22 款乘用车入选，其中搭载磷酸铁锂 的车型有 12 款，占比达到 55%。此番铁锂回潮的主要原因是，原材料价格快速上涨、补 贴退坡的影响下，电池材料成本优势的重要性凸显。供需错配下，我们预计上游原材料年 内仍将处于供需紧平衡状态，2022 年磷酸铁锂将延续高速增长态势。下游需求高景气，磷酸铁锂迎来高速扩张。在下游需求带动下，磷酸铁锂产线平均开工率 由 2020Q3 的 52%上升至 2021Q4 的 93%，供给端短缺叠加原材料价格上涨，2020Q3 至 今动力型与储能型磷酸铁锂价格分别上涨 183.4%与 153.1%。由于新建产能释放有一定滞 后期，2021Q3开始新增磷酸铁锂产能集中释放，截至2021年末磷酸铁锂产能达48万吨， 同比