三元短期地位不改锂电池将迎“高镍时代”【钜大锂电】

日前，某证券发布了《将迎全球放量，上游供需持续吃紧》的分析报告。在该报告中，该证券分析认为，三元短期地位不改，811技术全面普及仍需时日，未来或将成为动力电池的主流；2019年后，金属锂和钴将持续吃紧，由于原材料的价格上涨，倒逼锂电池将向811技术迈进。

三元短期地位不改，811技术全面普及仍需时日

常见锂离子电池正极材料及性能参数

三元材料目前是动力电池最优之选。自锂离子电池技术普及以来，学术界出现了各种各样的电池体系，但是从实际应用来看，目前负极材料多选择石墨，而正极材料主流为钴酸锂、磷酸铁锂、三元、锰酸锂等材料。动力电池要求材料具有较高的能量密度（对应高续航里程）和高安全性，而钴酸锂由于其本身热稳定性最差（安全性差），不适用于动力电池领域（但凭借高压实密度和能量密度目前是3C领域主流），而锰酸锂能量密度较低应用受限，磷酸铁锂作为较早研发的技术，优点是安全性极好、环保、循环寿命高，但缺点在于能量密度较低且已经接近达到天花板，而三元本身有着高能量密度上限的优势，未来随着技术继续进步，安全性问题逐步改善，在其他电池技术未实现重大突破之前，三元目前仍然是动力电池领域最优之选。

高镍三元短期普及仍有瓶颈，未来或成为动力电池主流。三元材料指是层状镍钴锰酸复合材料（锰也可替换为铝，松下NCA技术），三元材料经过Ni-Co-Mn的协同作用（Ni提升比容量，Co提升离子导电性和倍率性能，Mn稳定结构），结合了三种材料的优点：LiCoO2的良好循环性能，LiNiO2高比容量和LiMnO2的高安全性及低成本。

钴主要起到提升导电性和倍率性能的作用，并在高电压下提供部分容量，在三元材料体系中起到关键作用。按照镍钴锰的比例，三元可以分为111、523、622、811等，由于镍主要作用提升能量密度，故高镍三元材料（如622/811）的研发成为目前热点。分厂商来看，目前国内普遍在研发三元622和811技术，还未大规模量产，从国外来看，仅松下等几家技术最领先公司有高镍三元量产技术（松下NCA给特斯拉供货，NCA比例8:1.5:0.5）。从技术角度来看，随着三元中镍含量的提升，Ni+2/Li+1离子混排加剧，材料的结构稳定性降低，导致循环寿命和安全性大幅降低。

该证券总结了国内高镍三元难以短期大规模普及原因如下：

2016年中国动力电池出货量分电池比例

从技术角度：高镍三元随着镍比例提升，镍锂离子混排加剧，Ni+2混排在Li层，降低了放电比容量，阻碍了锂离子的扩散；同时由于镍在脱嵌锂过程中相变导致明显的体积变化，从而使材料结构稳定性变差，循环寿命下降；高镍正极表面更容易形成碳酸锂等杂质（镍含量超过60%后明显增多），从而与电解液发生副反应降低循环寿命，高温严重会导致胀气；随着镍增加，正极材料热稳定性降低，且放热增加，材料热稳定性变差；不同材料体系需要匹配不同电解液配方，而高镍三元由于表面杂质增多，其需要更为优化的电解液配方，而从国内技术来看电解液匹配问题也是一大难题。从应用角度：高镍三元材料由于其固有属性如结构不稳定，热稳定性和循环寿命都较差，从目前国内厂家研发进度来看，目前还没有完全解决高镍材料实际应用时的安全性问题；由于高镍三元材料在电池组装时不能接触空气，需要纯氧氛围，而由于国内电池企业都是从三元NCM111开始起步，NCM111组装并不需要纯氧氛围，所以国内电池厂几乎没有氧烧工艺，而为了量产NCM811就必须重新设计厂房和设备，而装备制造工艺的落后也是制约NCM811量产的一大难题。

2025年渗透率15%-25%

锂供给曲线：通过前期统计，2016年全球用于动力电池的碳酸锂为4.26万吨，折合锂当量为0.40万吨，而未来五年内预计新增碳酸锂产量为5万吨/年，折合锂当量0.38万吨，我们做极端假设认为未来锂供给增量全部应用在动力电池领域（其他应用领域增量为0），最后得到锂供给曲线。

钴供给曲线：通过前期统计，2016年全球精炼钴产量10.17万吨，而应用在动力电池领域的钴约为6000吨，而考虑到钴作为伴生矿的现有情况，在现有条件下，每年新增钴产量极限约为1万吨，同样做极端假设认为未来钴供给增量全部应用在动力电池领域，假设钴产量每年新增0.8万吨和2019年开始每年新增1万吨两种情况，即为钴供给1和钴供给2两条供给曲线。

不同组分三元材料比容量、热稳定性和容量保持率的关系

弹性需求曲线：弹性需求曲线统计了世界10大汽车厂商在2025年占当时乘用车总销量比例的15-25%，分别取值15%、17%、19%、21%、23%、25%作为弹性值（作为比较还取了增速0弹性15%极端情况，即以2016年各个厂商总销量作为2025销量），从而测算出2025年各个厂商新能源汽车销量（2025总销量根据各厂商实际增速情况估计），然后根据各个厂商实际销量情况估算出2016-2025新能源汽车销量增速，得到每一年的销量预计，最后以2016年各个厂商生产EV、PHEV的比例和单车电池量（没有的取平均值）为标准，并且假定2025年EV占比达到80%，从而推算出从2017-2025年在不同弹性条件下总电池需求量，进而根据1kWh电池对应锂、钴的含量测算对应锂、钴的需求。

电池假设全为三元622或811：考虑到国际厂商乘用车大多走三元路线，未来进一步提升电池能量密度，未来存在从三元622到811技术路径的转移，所以对总需求假设了全部为三元622和三元811两个极端，即以10大厂商2017-2025电池总需求量乘单位电池对应的锂、钴的含量得到2017-2025年不同弹性下对锂和钴的需求曲线。

钴和锂供给未来将有较大缺口

锂资源将在2019-2021年间供不应求根据前面的假设，随着世界十大汽车厂商新能源汽车在2019年开始加速增长，对锂资源的需求也成爆发式增长，而对应15%、25%需求弹性，锂供给在2019、2021年即开始供不应求，而考虑到上游资源的滞后性（从锂资源开采新能源需要一段时间），供不应求的时间或会提前。同时该需求仅为世界10大传统汽车厂商新能源汽车对原材料的需求，并未考虑特斯拉、比亚迪等企业，故锂资源会在2019年以前开始短缺。

钴资源供给不足倒逼三元向811路径发展从钴的弹性供给曲线可以明显看出，三元622路径跟三元811路径钴的供需情况完全相反，假设需求全为三元622时，钴在2019-2021年区间内即会出现供不应求的状态，而如果需求全为三元811时，钴供给可以满足需求。通过测算，对钴供给1情况，当三元811:622达到8:2的比例时，钴能够达到供给平衡。

十大集团2017-2025年总电池需求量测算（GWh）

该证券认为，由于钴本身供给弹性小，而如果主流厂商选择三元622路线，则将在2019-2021年面临钴供给严重不足的情况，因此钴的供给情况会倒逼企未来向三元811路径发展。

通过钴、锂弹性供需平衡表分析，仅以世界10大传统汽车厂商新能源汽车对原材料的需求（不含特斯拉、比亚迪等企业），2019-2021年将会供给紧缺，虽然目前国内存在上游钴、锂资源过剩的说法，但随着世界十大传统车企新能源汽车的逐步上量，钴、锂等资源未来仍有较大缺口。