磷酸铁锂产业研究报告:动力储能双驱动,磷酸铁锂量价齐升

磷酸铁锂产业研究报告:动力储能双驱动,磷酸铁锂量价齐升
2021年09月17日 10:51 未来智库官网

(报告出品方/作者:万联证券,江维)

1 磷酸铁锂:价格低廉供应稳定的正极材料

1.1 正极材料概况

锂电池主要由正极材料、负极材料、电池隔膜、电解质以及电池壳体等几个部分组成。 根据材料体系,主流的锂电池正极材料可分为钴酸锂(LCO)、锰酸锂(LMO)、三元材 料(NCM)和磷酸铁锂(LFP)。按照正极材料的结构分类,磷酸铁锂属于聚阴离子型 材料,而三元和钴酸锂属于层状结构材料。

正极材料是直接决定电池的能量密度和安全性等性能的重要材料,影响锂电池的综 合性能,不同正极材料种类的不同也带来了性能情况的不同。

磷酸锂铁(分子式LiFePO4,LithiumIronPhosphate,又称磷酸铁锂、锂铁磷,简称 LFP),是一种锂离子电池的正极材料。它不含钴等贵重元素,原料价格低且磷、锂、 铁存在于地球的资源含量丰富。相比于其他正极材料,磷酸铁锂具有原料广泛,供应稳定,成本低廉等优势。而且,其工作电压适中(3.2V)、电容量大(170mAh/g)、高 放电功率、可快速充电且循环寿命长,在高温与高热环境下的稳定性高。

1.2 磷酸铁锂应用场景广阔,特性优势明显

在动力电池、储能等多种应用场景下,磷酸铁锂电池都具有显著的优势。从应用端来 看,储能和新能源汽车对电池的性能要求有很大不同。动力电池在安全的基础上要求 体积更小,能量密度更高,功率特性更好;储能用电池要求成本更低,寿命更长,更 安全。

储能:从电池类型上来讲,磷酸铁锂电池技术成熟并在安全性、使用寿命、成本 等多方面具有突出优势,逐渐成为储能及小动力电池企业的优先选择。根据高工 锂电预测,2020-2025年小动力、消费规模增长2倍,储能规模增长4倍,对应2025 年国内销量分别为35/180GWh,全球销量分别为60/416GWh,磷酸铁锂在储能、消费、小动力方面的渗透率进一步提升将进一步带动上游需求。

动力电池:随着技术改进以及能量密度的提升,相对具有更高安全性以及更长循 环寿命的磷酸铁锂电池装车需求强势增长,带动磷酸铁锂价格上扬。2021年1-7月,磷酸铁锂电池和三元电池装车 量分别为28.0GWh和35.6GWh,分别同比增长了333.0%和124.3%。其中磷酸铁锂电池前七月累计装车量已超过2020年全年水平,且7月单月装车量超越了三元锂电 池,为5798.6MWh,同比增长235.5%;三元锂电池7月装车量为5454.7MWh,同比增 长67.5%。根据高工锂电数据披露,从车型销量占比来看,以低成本优势的A00级 车型和高端的B级C级车型持续提升,呈现明显的市场差异化,表明电动汽车的产 品性能已经得到大幅提升,电动化市场渗透提速。高端与性价比齐放,市场差异 化加强。对价格敏感A00级和A0级车未来将以装载磷酸铁锂电池为主,而高端车 型则是以高镍电池为主,杠铃型的销售结构有望带动磷酸铁锂需求增长。

1.2.1动力电池

从供应的稳定性上,磷酸铁锂材料极为丰富,拥有三元不具备的天然优势。三元材料 由三种镍盐,钴盐,锰盐或者是镍盐,钴盐和铝盐进行加工一定比例组合而成的镍钴锰三元正极材料或者是镍钴铝三元正极材料中的一种,这种比例在目前比较常见的 有3:3:3;有5:2:3还有6:2:2还有一种就是8:1:1。三元材料对钴和镍的需求是限制三 元材料的重要原因。首先,在中国稀有金属中,钴和镍都很少,需要大量的进口以满 足生产需求。这对中国而言,将从石油的“卡脖子”转成钴、镍的“卡脖子”。此外, 由于三元材料对钴和镍的大规模应用,三元材料的价格受到钴和镍价格波动的影响 较大,给车企的生产销售和盈利问题造成较大的不确定性。

从能量密度上看,磷酸铁锂也在逐渐弥补短板。中国科学院院士欧阳明高表示,通过 补锂、掺硅以及使用固液混合电解质等一系列改进,目前磷酸铁锂电池能量密度可以 突破200Wh/Kg,电池单体到系统的体积成组效率从40%增加到60%。国轩高科于今年年 初发布的磷酸铁锂电池能量密度高达210Wh/kg,单体能量密度已经达到三元NCM5系水 平。

从成本上看,随着国家补贴政策的滑坡,磷酸铁锂的成本优势愈发显著。正极材料在 锂电池的成本中占比高达30-40%,因此降低正极材料成本是降低电池成本的关键。磷 酸铁锂原材料主要为碳酸锂和正磷酸铁,并以碳酸锂为主;其中正磷酸铁价格相对稳 定,碳酸锂价格有一定波动。尽管由于今年磷酸铁锂的火热局面,导致原料价格有所 上升,预计从长远来看,在具有充足产能且供需平衡的条件下,磷酸铁锂仍具有较强 的成本优势。

1.2.2储能应用

储能电池对成本,安全性和使用寿命均提出了较高要求。而磷酸铁锂的特性恰好满足 储能的各方面需求,相比其他正极材料具有显著的优势。

三元电池的安全问题一直是被公认的缺点,而磷酸铁锂电池最大的优点就是高安全 性。随着国家对PACK能量密度的追求逐渐减弱,发生的电池事故使电池的安全性问题 愈发被重视。国家发改委、国家能源局发布《关于加快推动新型储能发展的指导意见 (征求意见稿)》,首次明确储能产业发展目标,到2025年,实现新型储能装机规模达 到3000万千瓦(30GW)以上,为储能行业从商业化初期向规模化发展定下基调,也对 安全性提出了更高的要求。

在电池寿命和安全问题上,独特的橄榄石结构使磷酸铁锂具有优异的循环性能和安 全性。由于磷酸根中P-O化学键结合能力强,因此在锂离子嵌入-脱出时,磷酸铁锂的 空间骨架结构不易发生形变,使得磷酸铁锂具有良好的循环稳定性。根据中国电池网 的数据,一般而言,储能领域应用的锂电池,要求循环次数大于3500次,即使用寿命 需大于10年。磷酸铁锂电池的循环次数远高于铅酸蓄电池和三元电池,可达7000次以 上;即使在高温或过充条件下,磷酸铁锂仍能够保持结构骨架稳定,因此磷酸铁锂电 池具有较好的安全性。

而三元锂镍钴锰氧材料中,镍、钴、锰金属原子与氧结合成层状结构,锂则分布于层 间。显然这种层状结构的稳定性弱于具有稳定空间骨架的磷酸铁锂,这也导致三元材 料的循环稳定性弱于磷酸铁锂。

2 多重因素驱动行业增长,回收问题仍待解决

2.1 动力储能双驱动,磷酸铁锂迎来黄金时代

2.1.1补贴政策退坡 20%,中国电动车市场化转型加速

2020年12月31日,财政部、工信部等四部门联合发布《关于进一步完善新能源汽车推 广应用财政补贴政策的通知》(以下简称“《通知》”)。《通知》明确,2021年新能源汽 车补贴标准在2020年基础上退坡20%,而动力电池能量密度技术要求较2020年保持不 变,能耗标准也保持不变。

相较于欧洲现行激进的新能源补贴政策,国内新能源补贴政策快速向市场化转型道 路。根据高工锂电数据,以德国为例,纯电动车价格低于4万欧元(约合人民币31.7万元)补贴6千欧元(约合人民币4.8万元),并计划持续至2025年。而国内纯电动车 补贴在1.3万-1.8万之间。面临不断下降的补贴政策力度和国家对新能源汽车市场化 的推进,电池企业降本压力增大,磷酸铁锂材料具有更低的成本,性价比优势明显, 促使对价格敏感的A0及A00级车型加快从三元转铁锂路线。根据高工锂电数据,目前 三元电池依然在动力市场上占主流,尤其是在中高端车型领域,但是磷酸铁锂电池呈 现快速增长趋势,市场占比持续提升。三元动力、磷酸铁锂21年H1装机量占比分别为 62%/38%未来磷酸铁锂占比将会上升,长期看维持在1:1。截止今年年底,磷酸铁锂电 池在动力市场的占比将超过40%,2021年出货量同比增长有望超200%。到2022年,磷 酸铁锂电池的专利会更开放,从而给磷酸铁锂电池提供更多的发展机会。

2.1.2三元储能事故频发,引发业界担忧

近年来国内外储能系统事故频发。仅2021年4月,便先有韩国LG化学光伏储能系统起 火,后有北京国轩福威斯光储充技术有限公司储能电站发生爆炸。据世纪新能源网 《国内外储能电站火灾或爆炸事故统计与分析》的不完全统计,近10年间,全球共发 生32起储能电站起火爆炸事故。其中,日本1起、美国2起、比利时1起、中国3起、韩 国24起。这32起储能电站起火爆炸事故共有以下几个特征:一是25起事故采用三元锂 离子电池;二是韩国储能电站起火爆炸事故占24起,这与韩国各大电池企业以三元锂 电池为主流产品有关;三是2017年以后的储能项目占30起;四是储能电站起火爆炸大 多发生在充电中或充电后休止中,占21起。

目前公开的储能电站事故造成人员伤亡的主要有两起:一起是美国亚利桑那州的公 共服务公用事业公司(APS)发生大规模电池储能项目(三元锂电池)爆炸;另外一 起就是4月16日北京国轩福威斯光储充技术有限公司储能电站(磷酸铁锂电池)发生 事故。从电池类型来看,三元锂电池事故最多,磷酸铁锂目前已知主要就两起。其中 一起是江苏的电网侧项目,具体原因并未披露;另外一起就是4月16日北京国轩福威 斯光储充技术有限公司储能电站(磷酸铁锂电池)发生事故,目前具体原因都仍在调 查中。

此外,当前储能市场中存在“动代储”问题,即用动力电池代替储能电池。就目前的 标准而言,“动储”难分,短时间内客户也无法辨别,而事实上储能电池要求更高, 具有较高的安全隐患。磷酸铁锂电池具有相比三元电池更高的安全性,随着安全性问题越来越重视及强调,磷酸铁锂安全优势重新被体现。

2.2 回收成本高是磷酸铁锂电池目前仍待解决的问题

4月7日,工信部发布《工业和信息化部2021年规章制定工作计划》,将加快审查或者 起草《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理办法》、工业资源综合利用管理办法、电 子认证服务管理办法(修订)等8个项目。动力电池回收利用作为政策热点及关注焦 点被提出,突显了新能源汽车产业链末端处理的重要性。

磷酸铁锂电池方面,回收后两大利用途径:梯次利用与拆解回收。这两个途径并不是 排斥关系,而是互补关系。先梯次利用后拆解回收,将最大化磷酸铁锂电池的退役后 价值。

梯次利用方面存在着较大的安全隐患。目前很多投运的(梯次利用)项目是不计成本 的示范性项目,把电池拆开再成组利用,成本很高。性能指标不一样,一致性又得不 到保障,有一定安全隐患。

拆解回收方面,磷酸铁锂存在回收成本比较高,经济性比较低的问题。三元电池中的 镍、钴、锰等元素含量均较高,当退役电池进入回收处理环节,可以提取其中的镍、 钴、锰等金属材料用于加工制作电池的正极材料,实现资源的有效循环利用。据博萃 循环CEO林晓披露,目前镍、钴、锰的回收率可达99%以上。然而,目前专门从事磷酸 铁锂退役电池回收的企业并不多,还未成气候。但从应用端来看,磷酸铁锂电池在电 动汽车领域的应用正呈快速壮大趋势,因此亟需加强磷酸铁锂电池在回收利用的末 端产业布局。

3 量价齐升,行业空间广阔

3.1 磷酸铁锂产量首超三元电池,渗透率有望进一步提升

近三年来,磷酸铁锂电池从产量上首次超越三元电池。行业数据显示,今年5月我国 磷酸铁锂电池单月产量同比大增317.3%,达8.8GWh,占动力电池总产量的比例达到 63.6%,远超三元电池的5.0GWh;而且1-5月我国磷酸铁锂的积累产量29.9GWh,也已经超过了三元。

在我国新能源车推广目录中,磷酸铁锂车型的乘用车占比虽然波动较大,但整体大约 稳定于25%左右,具有不可忽视的地位。在2020年全年合计也达到163项,自2021年1 月截至2021年第4批新能源车推广目录,整体也达到43项。可见尽管三元电池在新能 源汽车领域仍然占据重要地位,但是磷酸铁锂的应用仍然不可忽视;磷酸铁锂在新能 源推广目录中的占比整体也显示出上升的趋势。磷酸铁锂在2020年的累积装机量也 达到了20.6%,实现了大幅增长;其装机量的占比也从2020年初的20%-30%上升至2020 年末的40%以上。

3.2 磷酸铁锂材料处于价格上行区间

根据中国能源网数据,今年3月,国内锂电池原材料价格走势已经开始出现分化,用 于三元电池材料的钴、镍等金属价格纷纷冲高回落,进而带动下游三元前驱体和三元 正极材料价格下滑;而碳酸锂、电解液等材料由于供应紧张,3月份以来维持上涨势 头,磷酸铁锂材料价格继续向上,并且会持续一段时间。市场数据显示,截至4月26 日,动力型磷酸铁锂材料主流报价在4.80-5.2万元/吨,相比1月初价格上涨了30%左 右,而相比2020年11月份的3.6万元/吨低点,价格涨幅已达44%。目前推升磷酸铁锂 材料价格上涨的直接原因是电池级碳酸锂价格的暴涨。碳酸锂是锂电池正极材料和 电解液不可或缺的原材料,碳酸锂价格从去年开启“飙涨”模式,直接大幅提升了电 池正极材料和电解液的成本。

同样推高磷酸铁锂电池成本的还有电解液价格的飙升。电解液价格的飙升则有多个方面的因素:一是电解液上游材料碳酸锂价格的上涨,推动六氟磷酸锂价格“显著上 涨”;二是由于磷酸铁锂电池市场回暖,带动电解液及上游六氟磷酸锂需求大增,六 氟磷酸锂产能受限,出现供应缺口,价格暴涨;三是磷酸铁锂所需的电解液中VC(添 加剂碳酸亚乙烯酯),因产能不足,价格也出现飙涨。碳酸锂、电解液供需格局短期 难以逆转,预计价格仍将延续强势,磷酸铁锂价格则跟随碳酸锂继续走强。

4 行业短期内有望保持供不应求的状态

4.1 磷酸铁锂或将迎来需求井喷

受到国家政策和市场化形势的综合影响,我们预计2021年将迎来磷酸铁锂需求的大 幅增长。根据高工锂电数据,新能源汽车的销量方面,2020-2025年汽车规模增长4倍, 对应动力锂电池出货量增长5倍,小动力、储能增长分别为2/4倍。我们预计21-25年 对应新能源汽车总产量317.6/439.9/611.5/842.5/1162.9万辆,对应动力电池总产量 195.1/318.1/509.6/842.5/1349.0GWh, 对应动 力 磷 酸 铁 锂 电 池 产 量 97.6/159.0/254.8/421.3/674.5GWh, 小 动 力 、费 磷 酸 铁 锂 电 池 产 量 12.5/18.9/28.9/40.6/56.9GWh, 储 能 通 讯 磷 酸 铁 锂 电 池 产 量 3.0/5.5/10.1/18.6/34.2GWh, 合 计 对2021-2025 年 磷 酸 铁 锂需求量 分 别 为 28.3/45.9/73.4/120.1/191.4万吨。

4.2 龙头标的积极布局扩张产能,锂盐磷化工或成为限制性因素

据中国电池工业协会大数据中心统计,2020年中国锂电磷酸铁锂材料产量约14.3万吨,同比增长60.7%。其中,排名前十企业的产量合计占2020年中国磷酸铁锂材料产 量的99%。

具体来看,磷酸铁锂材料产量主要被德方纳米、湖南裕能、国轩高科、贝特瑞、湖北 万润5家企业垄断,这5家企业产量合计占2020年中国磷酸铁锂材料产量的76%,较2019 年前五企业的产量合计占比提升13个百分点,磷酸铁锂材料企业产量集中度进一步 提升。

产能方面,截至2020年年底,中国磷酸铁锂材料生产企业拥有的产能合计超25万吨。 跟据百川盈孚数据显示,目前国内合计产能为54.1万吨,排名第一的德方纳米产能仅 为12万吨,占有率为24%。另外,从磷酸铁锂材料生产企业扩产计划来看,在未来2- 3年内中国磷酸铁锂材料将新增产能达到34.7-35.7万吨。

磷酸铁锂材料供需不平衡的深层原因是电动汽车、轻型车、储能、通信基站等市场需 求出现“井喷”,而材料产能出现较大缺口。根据高工锂电数据显示,2020年我国磷 酸铁锂材料产量约为12.4万吨,而同期三元材料为21万吨。三元材料生产厂家较多, 且优质产能也比较充足。反观磷酸铁锂产能,总体产能相对较少,且主要聚集在头部 几家企业手中。

面对快速崛起的市场,磷酸铁锂材料和电解液企业也在积极布局扩张产能。这种材料 紧缺的局面有望在接下来几年内逐步得到缓解。中国能源网数据显示,2021年一季度 我国磷酸铁锂材料产量达到6.7万吨,已接近去年全年产量的一半,增速迅猛。其中, 德方纳米、湖南裕能等头部企业一季度产量均超过1万吨。在目前量价齐升的大环境 下,2022年磷酸铁锂有望回归充裕,但锂盐因锂矿、磷化工供应不足,成为正极材料 产能释放限制因素。

5 风险提示

政策落地不及预期;

磷酸铁锂渗透率提升不及预期;

新能源汽车销量不及预期;

产能 扩张不及预期。

(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

精选报告来源:【未来智库官网】。

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