锂电池正极材料深度调研投资展望分析报告.docx
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锂电池正极材料深度调研投资展望分析报告
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2017年8月
正文目录
图表目录
一．正极材料：
锂电池的核“芯”
1.1正极材料为锂电池产业链的关键材料
锂离子电池产业链包括正极材料、负极材料、隔膜、电解质、电芯制造与电池封装5个环节，其中正极材料约占成本的30-40%，同时正极材料的性能是制约锂离子电池容量进一步提高的关键因素。
图表1：
锂离子电池结构
图表2：
电芯材料成本构成
正极材料相较于负极材料，容量较低。
目前，工业化正极材料的实际比容量在200mAhg-1左右，而负极材料的实际比容量在300mAhg-1以上。
由于电池的整体容量是由较小的正极材料的比容量决定，所以正极材料制约了锂离子电池容量的进一步提高，是关键性材料。
从原料到正极材料产品，一般会经过从矿石到前驱体，再到正极材料的工程。
如磷酸铁锂材料的前驱体为磷酸铁。
其中前驱体的性质很重要，因为前驱体的形貌、粒径、比表面积、振实密度等因素对于最终形成的正极材料的性质有很大影响。
图表3：
正极材料产业链（以含钴的材料为例）
1.2传统的电池材料正不断被替换
常见的正极材料有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料等。
（1）钴酸锂（LiCoO2）：
钴酸锂是首个被成功用作商业化的锂离子电池正极材料，为层状结构，其理论比容量为274mAhg-1。
但在实际的充放电过程中，为了保持结构的稳定性，只能发生部分的锂离子嵌脱，因此实际容量仅有130-140mAhg-1。
同时由于有钴资源相对贫乏、价格较高、对环境有毒性等缺点，再加上该材料的安全性能较差、容量相对较低，大大限制了其广泛的应用和长远的发展。
目前钴酸锂材料电池主要用于数码电池中。
（2）锰酸锂：
锰酸锂有尖晶石型和层状型，主要为尖晶石型锰酸锂。
相较于钴酸锂，具有资源丰富、价格便宜、对环境污染小且安全性能优良等特点。
尖晶石结构的LiMnO理论容量为148mAhg-1左右，实际应用中容量为90-120mAhg-1，正常工作电压在3-4V，但是在3V的充放电范围内，Li的嵌入和脱出反应可逆性差，+尖晶石的结构很难保持完整性，循环性较差，而且在高温循环中，由于锰在电解液中的溶解和Jahn-Teller效应也导致材料的容量衰减严重。
（3）磷酸铁锂：
LiFePO具有典型的橄榄石结构，理论比容量为170mAhg-1
4左右，实际应用中达到150mAhg-1。
磷酸铁锂制备原料丰富、价格相比其他材料来说比较低廉、对环境友好，加上较好的循环性能和高安全性使得其率先在电动汽车上得到了应用。
但是磷酸铁锂材料的导电性较差，振实密度较低，导致体积能量密度较低，限制了其进一步的应用。
（4）三元材料：
受到钴酸锂的金属元素掺杂改性的启发，多元金属复合氧化物——三元材料LiNi1-x-yCoxNyO2（N=Mn、Al）得到了快速发展。
三元材料结合了钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂（铝酸锂）的优点，形成了三元共溶体，可以充分发挥三个组元的作用。
其理论容量较高，具有较为均衡的性质，在动力型电池市场中占据了重要的地位。
图表4：
正极材料性能统计
目前，国内的钴酸锂技术较为完善，主要应用于消费类电池领域。
但是由于钴资源较为紧缺，且具有毒性，使得其正在被更高电压的钴酸锂、能量密度和成本更加均衡的三元材料等取代。
随着消费类电池的平稳增长和动力型电池的快速增长，正极材料的产量逐步扩大。
①产能方面：
2012-2016年，国内正极材料产量从4.4万吨增长到16.16万吨，年复合增长率高达38%。
2016，磷酸铁锂产量5.7万吨，同比增长75%；三元材料产量5.43万吨，同比增长49%；钴酸锂产量3.49万吨，同比增长9.4%。
②产值方面：
2011-2016年，正极材料产值从57亿元增长到208亿元，年复合增长率高达24.08%。
2016年增长超过54%。
其中，国内三元材料、磷酸铁锂、锰酸锂等正极材料市场规模同比增速超过70%。
三元材料市场规模接近80亿元，磷酸铁锂与锰酸锂产值分别突破50和7亿元。
③产量方面：
2013-2015年，钴酸锂从3.8万吨增长到4.2万吨，NCM从2.3万吨到3.65万吨，锰酸锂从1万吨增长到1.7万吨，磷酸铁锂从0.5万吨增长到3.24万吨。
总体来看，磷酸铁锂和三元NCM在急速增加，钴酸锂和锰酸锂在平稳增加。
图表5：
中国正极材料细分产品产量（2013-2015，万吨）
图表6：
中国正极材料产量（2012-2016，万吨）
图表7：
中国正极材料产量结构（2016，万吨）
1.3上游涨价带动正极材料价格上涨
受到上游原料的涨价影响，正极材料价格普遍上涨。
2017年初至今，金属钴和碳酸锂价格上涨明显，截止2017年6月27日，电池级碳酸锂价格为15万元/吨，从年初至今上涨11%；截止2017年7月3日，电解钴（≥99.98%）中间价41.1万元/吨，从年初至今价格上涨62%。
作为下游的正极材料的重要原料，金属钴和碳酸锂等的价格上涨带动了正极材料价格的上涨。
截止2017年6月，钴酸锂价格为38万元/吨，比2016年初上涨107%；磷酸铁锂价格为9.5万元/吨，比2016年初下跌2%；三元NCM523价格为18.5万元/吨，比2016年初上涨24%。
其中磷酸铁锂价格变动不大，主要是由于磷酸铁锂材料没有用到价格上涨剧烈的原料钴，价格相对平稳。
2016年以来由于碳酸锂价格处于高价，全年均价高达13.5万元/吨，同时2016年镍、钴金属价格持续上涨，直接带动正极材料价格上涨。
未来随着新能源汽车的补贴逐步退坡，乘用车厂家降价压力较大，势必部分压力转嫁到上游的动力电池和材料厂商。
因此未来几年，正极材料厂商也面临降成本、提高材料利用率等压力。
图表8：
磷酸铁锂价格变动趋势图（元/吨）
图表9：
钴酸锂价格变动趋势图（元/吨）
图表10：
部分正极材料价格涨跌表（万元/吨）
1.4动力电池材料成为热点
对于正极材料的制备，一般从前驱体开始制备生成产品。
常见的，磷酸铁锂的前驱体是磷酸铁，NCM/NCA的前驱体是没有配锂源进行烧结的前驱体，钴酸锂的前驱体是四氧化三钴。
前驱体的性质对于最后合成的正极材料产品至关重要。
图表11：
三元NCM523价格变动趋势图（元/吨）
图表12：
常见正极材料合成示意图
磷酸铁锂材料目前占比偏大。
根据GGII的数据，2016年动力锂电正极材料产量中磷酸铁锂的产量（含企业自产）为5.7万吨，同比增长75%。
三元材料产量5.43万吨，同比增长49%，磷酸铁锂材料占比相对较高。
磷酸铁锂的合成一般经过以下步骤：
锂源和铁源经过喷雾干燥后形成磷酸铁锂前驱体，再和碳源烧结形成最终的磷酸铁锂正极材料。
图表13：
磷酸铁锂合成路线图
图表14：
三元材料合成路线图
目前，三元正极材料市场以NCM523为主，预计未来高镍三元材料的比重会增加。
NCM材料一般包括NCM111、NCM424、NCM442、NCM523、NCM622、NCM811等。
其中NCM111、NCM523、NCM622和NCM811较为常见，目前国内三元材料以NCM523为主，2016年其在三元材料分型号产量中占比为76%，NCM111和NCM622占比分别为13%和10%。
未来随着对动力电池能量密度的高要求和续航里程的延长，高镍的NCM622、NCM811以及NCA占比会持续增加。
图表15：
三元材料分型号产量占比（2016）
图表16：
常见的三元正极材料性能表
国内正极材料企业产能相对集中，行业集中度较高。
目前国内的正极材料市场规模为16.16万吨/年，产值208亿元。
根据中国电池网和赛迪顾问的评选，2016年正极材料前十大企业产能占比接近27%。
图表17：
主要的正极材料厂商（2016）
图表18：
主部分正极材料上市公司业绩（2016）
二．下游市场需求旺盛，以动力型电池增长为主
新能源行业快速发展，前景良好。
随着人类社会的快速发展和工业化进程的不断加速，人们对能源的需求不断增长。
煤、石油和天然气等传统化石燃料日渐枯竭，能源危机问题日趋严峻；同时随着全球人口的膨胀，环境污染的持续加剧，迫使人们寻找一种可再生的绿色能源。
常见的新能源有太阳能、风能、水能、潮汐能地热能等，这些新能源行业得到了快速发展。
图表19：
全球锂电市场规模（2011-2015，亿元）
图表20：
中国锂电池产量和增速（2012-2016，Gwh）
新能源行业发展带动锂离子电池需求增加。
由于太阳能、风能、水能等新能源作用不连续，为了能够有效地利用这部分绿色能源，需要有与之配套的能量储存装置——二次电池。
与传统的铅蓄电池、锌汞电池、镍氢电池等相比，锂离子电池由于本身的电压高、比能量大、循环寿命长、无记忆效应、环境污染小等优点而备受产业界青睐，在数码类中小功率电池领域得到了广泛的应用。
同时，近年来世界各国正竞相大力发展纯电动、混合动力等新能源汽车，带动了锂离子电池的需求的增加。
据统计，2015年，全球锂离子电池总体产量达到100.75GWh，同比增长39.45%，2011-2015年，全球锂电池市场规模从840亿元增长到1755亿元，年复合增长率高达20.2%。
预计到2018年，全球锂离子电池电芯产值将突破2500亿元。
2012-2016年，国内锂离子电池产量从17.2Gwh增加到62.34Gwh，平均复合增长率为38%；产值从374亿增加到1032亿元，平均复合增长率为29%。
图表21：
中国锂电池产值和增速（2012-2016）
图表22：
中国锂电池用途分类（2012-2015）
2.13C市场增速放缓，需求平稳
3C领域曾经是锂离子电池主要的下游消费端，但是增速开始放缓。
“3C产品”
指的是计算机（Computer）、通信（Communication）和消费类电子产品（Consumer
Electronics）的合称。
在2013年新能源汽车领域爆发式增长以前，3C市场的发展带动着上游锂电材料，尤其是钴酸锂材料的需求的增长。
传统的智能手机、笔记本电脑、平板电脑等3C市场相对饱和。
以全球智能手机市场为例，全球智能手机出货量从2011年的7.4亿部增长到2016年的13.9亿部，增速从57%下跌到6.8%。
但是智能手机相对于功能手机，更换频率更快，可以保证一定的出货量，同时智能手机具有大屏幕化、长续航的发展趋势，预计未来对锂电池的需求还将保持一定的增速。
笔记本电脑市场自2011年起出货量逐年下降，2016下降4.8%，主要是由于笔记本电脑使用周期长，出现负增长。
2016年全球平板电脑出货量同比下跌11.5%，为1.834亿部，创下六年来最大跌幅。
新兴的无人机、智能穿戴等行业对锂离子电池行业的带动作用明显。
国内无人机市场规模产值从2014年15亿元爆发式增长到2016年的39.5亿元，平均复合增长率55%左右，预计到2018年市场产值将达到110亿元。
同样的，国内智能穿戴设备市场规模从2014年的13亿元增长到2016年的180亿元，平均复合增长率270%，预计2018年产值将达到420亿元，市场前景广阔。
综合来看，未来3C领域对锂离子电池需求将保持一个稳定的低增速，而无人机和智能穿戴设备领域对锂离子电池的应用将会急剧增加，在一定程度上拉动正极材料需求的平稳增加。
图表23：
全球手机出货量（2011-2016，千部）
图表24：
中国无人机市场规模产值（亿元）
图表25：
中国智能穿戴市场规模（亿元）
2.2动力型电池增长明显，需求旺盛
2012年以来，随着新能源汽车领域的爆发，带动了动力电池需求的爆炸式增长。
根据GGII的数据，2012-2016年，我国动力电池出货量从0.66Gwh增长到30.8Gwh，平均复合增长率达到261%。
动力电池行业的爆发式增长直接拉动了相应的磷酸铁锂和三元正极材料的出货量。
根据GGII预计，全国动力电池2017-2020年需求为42.8、55.4、73.5和99.6Gwh，按照1Gwh对应大约0.2万吨正极材料的关系测算，动力型锂电池正极材料2017-2020年的需求分别为8.56万吨、11.8万吨、14.7万吨和19.92万吨。
图表26：
全国动力电池用正极材料需求（2017-2020，万吨）
三元材料是未来的趋势。
三元材料具有容量高，成本较低，均衡性较好的优点，在动力电池领域具有重要应用。
根据GGII统计，2016年国内三元材料市场规模达79.8亿元，同比增长68%，预计2018年产值将达到218亿元。
2016年国内三元材料市场销量达到54300吨，同比增长49%，预计2018年达到116600吨。
图表27：
全国动力电池出货量（2012-2016，Gwh）
图表28：
各类型动力电池出货量占比（2016）
图表29：
全国三元材料销量和预测（2012-2018，吨）
图表30：
全国三元材料市场产值预测（2014-2018，亿元）
2.3储能领域的应用逐渐增长
储能技术主要分为物理储能（如抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能等）、电化学储能（如铅酸电池、氧化还原液流电池、钠硫电池、锂离子电池）和电磁储能（如超导电磁储能、超级电容器储能等）三大类。
储能作为能源互联网的重要支撑，可以起到削峰填谷作用，已被我国纳入能源技术革命创新行动计划之一。
与其它几种方式相比，电化学储能具有使用方便、环境污染少，不受地域限制，在能量转换上不受卡诺循环限制、转化效率高、比能量和比功率高等优点。
随着相应储能政策的推出，我国电化学储能发展迅速。
我国相关的储能政策有《能源发展战略行动计划（2014-2020）年》、《能源技术革命创新行动计划
（2016-2030）》、《电力发展“十三五”规划（2016-2020）》、《可再生能源发展“十三五”规划》和《关于促进储能技术与产业发展的指导意见（征求意见稿）》等，其中明确提出要探索储能应用的盈利模式，调动各方面的投资积极性，促进储能产业健康发展。
根据高工锂电数据，2016年中国储能锂电池市场规模为51.5亿元。
据CNESA预测，到2020年中国储能市场规模将达到66.8GW，其中抽水蓄能的规模为35GW，包含锂离子电池储在内的其他储能技术的市场规模将超过31GW，预计总产值在1000亿元以上。
我国锂离子电池储能占据电化学储能的重要地位。
中国储能市场的累计装机量（2000-2015年）为21.9GW，其中抽水蓄能为21.8GW。
2015年，国内电化学储能项目累计装机规模105.5MW，以锂离子电池、铅蓄电池、液流电池为主，其中锂离子电池储能装机规模占据电化学储能市场的一半以上。
随着锂电池储能成本的进一步下降，其作为储能系统的高能量密度，环境友好，可快速充放电等优点逐渐凸显。
我国目前的化学储能以锂离子电池为主，装机规模占据电化学储能市场的一半以上，2010-2015年，中国电化学储能市场的增速明显高于全球市场，年复合增长率为110%，是全球平均增长率的6倍。
据GGII预测，到2018年，我国储能市场锂离子电池的需求量将达到8.21Gwh。
目前国内的厂商在积极布局电化学储能项目。
据电池中国网统计，仅2017年第一季度布局电化学储能的企业就有国轩高科、沃特玛、亿纬锂能、比亚迪、南都电源、猛狮科技等。
图表31：
全球电化学储能项目累计装机规模（MW）
图表32：
中国电化学储能项目累计装机规模（MW）
图表33：
电化学储能技术的综合比较
三．扩张时代，高镍三元为王
3.1高能量密度三元材料需求增大
受到新能源汽车行业的带动作用和相关政策的驱动，高能量密度的三元材料需求增大。
2017年1月14日，工信部牵头编制了《汽车产业中长期发展规划》，明确了到2020年我国新能源汽车年产量将达到200万辆，以及到2025年我国新能源汽车销量占总销量的比例达到20%以上的发展目标。
根据国家发布的《节能与新能源汽车技术路线图》，到2020年，新能源汽车年产销达到200万辆，动力电池单体比能量达到300瓦时/公斤以上，力争实现350瓦时/公斤，系统比能量力争达到260瓦时/公斤、成本降至1元/瓦时以下。
到2025年，新能源汽车占汽车产销20%以上，动力电池系统比能量达到350瓦时/公斤。
目前的磷酸铁锂材料受到理论比容量的限制达不到2020年的要求，三元的
NCM111和NCM523等材料也很难达到2020年单体电池300wh/kg的目标。
目前的主流的NCM523可以达到160-200wh/kg，而NCM622和NCM811分别可以达到230wh/kg和280wh/kg。
所以未来需要大力发展高镍的NCM622、NCM811和NCA材料。
同时，对于三元材料，振实密度在2-2.5g/cm，而磷酸铁锂材料振实密度在31-1.4g/cm，所以三元材料拥有更高的体积能量密度，这对于电池的小型化有重要作3用。
对于三元电池的型号，高镍材料主要指三元材料中的镍含量提高。
因为在三元NCM和NCA中，Ni主要是提供容量作用，含量越高，电池的能量密度越大；而Co贡献一部分容量的同时可以稳定结构；Mn/Al主要用来稳定结构，三者协同作用，共同发挥出三元材料高能量密度、较低成本等优点。
图表34：
国家电池技术发展规划
三元NCA材料，国外起步较早，国内的起步较晚。
根据GGII的统计，截止2016年末，国内从事NCA生产的企业数量超过了15家，大多数处于建设发展初期，少量企业处于小批量生产送样检测的阶段，与日韩存在明显的差距。
目前特斯拉电动汽车采用的为日本松下的NCA电池，带动了全球的NCA生产的热潮。
国内NCA生产量为几百吨左右，根据GGII预计，到2018年国内NCA材料需求将突破千吨。
图表35：
国内企业对于NCM811/NCA布局图（2016）
图表36：
部分国内厂商的高镍三元材料的投产计划
国内的正极材料企业正在积极布局高镍三元材料，未来高镍三元材料比重会逐步提升。
目前国内布局高镍三元材料的企业有当升科技、杉杉能源、天津巴莫、国轩高科、格林美等。
根据高工锂电的调研，高镍三元材料的占比持续上升，2016年国内高镍的NCM622、NCM811和NCA在三元材料总产量的占比已经超过5%，预计2017年将达到10%。
未来高能量密度的NCM622与NCM811和NCA占比将逐步提升。
特别的，截止2016年末，国内从事NCM811/NCA企业相对较少，大多数处于生产线建设阶段和小批量生产阶段。
其中处于研发阶段的占据大多数，为55%；处于产线建设阶段的有25%；处于小批量生产阶段的有20%。
高镍三元材料技术难度较大，需要企业科研的不断投入。
由于NCM和NCA结合了LiCoO2、LiNiO2以及LiMnO2/LiAlO2的优点，通过三者之间的协同作用，
表现出高能量密度、良好循环性和较好的成本优势的特点。
随着镍含量的提高，整体能量密度得到提高，但是由于钴、锰/铝等含量降低，导致稳定性下降。
同时高镍的三元材料制备工艺、设备以及生产环境等方面的要求都远远高于普通三元材料，特别是其前驱体在存储使用过程中容易吸潮成果冻状，不易调浆和极片涂布，并且高镍的三元材料对窑炉设备的要求很高，很难调控。
图表37：
中国NCA材料企业的进展（2016）
图表38：
部分企业NCA产能规划
3.2产能扩大加剧行业洗牌
动力电池相关的磷酸铁锂和三元材料企业，纷纷推出了扩产计划，加剧了行业洗牌。
工信部在2016年推出《汽车动力电池行业规范条件》（征求意见稿），对于下游的动力电池企业提出了年产8GWh的基本要求，相对于原先的要求提高了40倍，这项政策将会极大地促进产业的集中。
同时伴随着规模化效应，动力电池企业的电池成本下降，必将对上游的正极材料企业成本造成冲击，要求正极材料企业能够满足动力电池企业对更高性能材料的要求。
预计未来可能有价格战，中低端正极材料产能过剩，技术水平较高的龙头公司能满足动力电池企业对更高性能材料的需求，市场集中度进一步提升，表现出强者恒强。
未来中国低端正极材料市场产能将过剩，市场集中度将进一步提升。
据GGII不完全统计，自2017年以来，包括厦门钨业、当升科技、科恒股份、湘潭电化、优美科、安达科技、裕能新能源、三秋新能源、国光电器、浩普瑞、格林美、天赐材料等12家都在国内投扩建正极材料，涉及投资金额超70亿元，产能规划近40万吨。
企业大跃进式布局的背后可能带来市场过剩，根据GGII的预测，到2018年国内磷酸铁锂正极材料有效产能将达30万吨/年，产能将出现明显过剩，磷酸铁锂材料行业竞争更加激烈。
大企业和大客户深度绑定，协同发展。
对于大型动力电池企业，希望上游的材料企业供货稳定，同时对于新能源汽车的审报目录，会标注动力电池供货商和相应的正负极材料供应商。
每款车型的相应的正、负级材料供应商相对稳定，大的电池企业和正负级材料企业通过深度绑定，实现协同发展。
图表39：
2017年以来部分正极材料厂商扩产情况
3.3正极材料中日韩三分天下
在全球锂离子电池正极材料市场，中日韩三国占据统治地位，总共市场份额90%以上。
截止2014年，中国正极材料占据全球市场的份额43.77%，位居第一，相比2013年有所下降；韩国企业占有率迅速上升到30.56%；同时日本在积极布局动力电池市场，增长明显。
中国主要在磷酸铁锂电池领域技术较强，在三元领域相对于日韩有一定的差距，目前国内的三元材料厂家开始发力，稳步追赶日韩巨头。
对于正极材料的生产结构，我国以磷酸铁锂、三元、钴酸锂材料为主，日韩以三元材料为主。
三元材料专利掌握在日韩手中。
根据中国产业信息网的信息，三元NCM的基础专利由美国3M公司持有，3M公司并不涉及三元材料的生产，而是通过转让授权专利的方式来获取利润，其中LG、SK、优美科都曾向3M购买三元材料专利授权。
NCA的主要专利掌握在日本松下和住友手中，专利限制在全球有效。
目前三元材料的相关专利主要集中在日韩手中，排名前三的分别是丰田、索尼和东芝，而这些专利技术壁垒阻碍了我国三元材料的厂商很难进入国际大厂，通过改性添加以及改良生产工艺等手段已经成为我国正极材料企业避免专利诉讼的常用手段。
而近年来国内企业和高校也开始布局三元专利，发展势头良好。
四．主要公司分析
4.1杉杉股份——行业龙头，布局完善
公司是全球最大的锂电池原材料综合供应商，公司未来将专注于新能源业务，
包含锂离子电池材料，新能源汽车业务，拟将服装、融资租赁等非新能源业务拆分并在港交所上市。
公司的锂电材料业务处于行业龙头地位。
2016年公司锂离子电池材料业务营收40.96亿元，占比超过74%，净利润2.81亿元，占比超过85%。
公司正极材料产销量全球第一；负极的人造石墨产销量全国第一、世界第二；电解液产销量全国前五。
公司成立较早，具备行业先发优势，行业信誉良好。
与多家大的电池电芯制造商如ATL、BYD、LG、力神等建立了长期稳定的合作关系，并成功进入了奔驰、宝马、苹果、三星等品牌的上游供应链名单，客户的成长也带动了公司的成长。
由于行业内的厂商常常对于供应链采取战略采购与协同采购的策略，一般情况下不会轻易更换供应商，这使得公司的客户优势变得更加明显。
公司正极材料占据锂电材料营业收入的61%，归母净利润的62%，是公司业绩增长的重要来源。
公司正极材料的由旗下的杉杉能源（835930）生产销售。
杉杉能源具有行业领先的4.5V高电压钴酸锂技术，广泛的应用于3C数码电池中；同时积极布局三元材料，预计2017年三元出货量占据50%以上。
杉杉能源现有正极材料产能3.3万吨，其中6万吨为三元NCM111/53
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