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        沈陽蓄電池研究所主辦

        業務范圍:科研成果轉讓、技術難題的攻關、現場指導、新工藝的采用和推廣,蓄電池產品生產許可證企業生產條件審查的咨詢等。

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        能量密度指引量化,磷酸鐵鋰“逆襲”三元鋰的趨勢還能繼續嗎?

        作者: 曲奇 來源:鈦媒體APP

        文丨公司研究室,作者丨曲奇

        關于新能源車動力電池,市場上一直有三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池技術路線的爭論,前者成本高但續航時間長,后者續航略差但成本低且安全性高。

        過去由于新能源政策補貼,2017年到2019年,能量密度高的三元鋰電池成為市場主導。但2019年補貼逐步退坡后,磷酸鐵鋰電池憑借成本優勢和技術突破,又贏得了市場青睞,磷酸鐵鋰2021年裝機量有望反超三元鋰。

        11月18日,工信部的意見稿再次提高對鋰電池能量密度的要求。市場預期,成本優勢會讓磷酸鐵鋰正極材料在中低端的份額擴大,中高端乘用車以三元正極材料為主,且三元正極會朝著高鎳化的趨勢發展。容百科技、長遠鋰科等三元材料廠商中,誰能在高鎳化的趨勢下脫穎而出?

        01、政策傾斜三元鋰材料主導市場

        新能源汽車的快速發展及普及,離不開動力電池性能的突破、成本的下降。作為新能源汽車的“心臟”,動力電池的成本在整車中占比約40%,其性能更是直接決定了整車的安全性和續航里程。

        新能源汽車動力電池的發展存在鋰離子電池、燃料電池、鈉離子電池等技術路線,目前應用最為廣泛的是鋰離子電池。鋰離子電池主要由正極材料、負極材料、隔膜、電解質和電池外殼等材料組成,其中正極材料主要決定了電池的能量密度及安全性,進而影響電池的綜合性能。此外,正極材料在鋰離子電池成本中占比約為40%,其成本也影響了電池整體成本的高低,進而影響了整車成本。

        按正極材料的不同,鋰離子電池又可分為錳酸鋰電池、鈷酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池等類型。其中,三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池是絕對主力。中國汽車動力電池產業創新聯盟數據顯示,2021年前10個月,我國動力電池累計裝車量107.5GWh,其中三元電池和磷酸鐵鋰電池的裝車量占總裝車量比例為99.8%。

        三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池各有優點,三元鋰電池由不同比例的鎳、鈷、錳(鋁)元素組成,具備耐低溫、能量密度高等特性,但成本高、易燃易爆炸;磷酸鐵鋰電池的優點在于成本低、循環壽命高、熱穩定性好、安全性能高等優點,但不足之處在于不耐低溫、能量密度低、續航差。

        過去幾年,由于政策補貼、成本等因素,三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池的市場份額此消彼長。新能源汽車發展初期,考慮到排放以及燃油經濟性,政策向商用車傾斜,磷酸鐵鋰的安全性、循環壽命等優勢讓其迅速成為正極的首選,市占率遙遙領先。2016年,磷酸鐵鋰電池在國內動力電池市場的占有率高達69%。

        然而,2017年隨著國家調整新能源汽車補貼政策,首次將電池能量密度納入補貼參考指標后,磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池的市場地位發生了改變。

        當時,磷酸鐵鋰電池能量密度主要集中在70—80Wh/Kg,無法滿足“純電動乘用車動力電池系統的質量能量密度不低于90Wh/kg,對高于120Wh/kg的按1.1倍給予補貼”這一標準,這導致市場逐步向能量密度更高的三元鋰電池偏移。2018年,磷酸鐵鋰電池的市占率首次被三元鋰電池超越。根據動力電池聯盟數據顯示,2018年,國內動力電池累計產量達70.6GWh,其中三元電池占比55.5%,磷酸鐵鋰電池占比下降至39.7%。

        2020年一季度,三元鋰電池的市占率提升到76%,有一家獨大的趨勢,就連部分券商也認為三元材料將主導正極市場。然而,誰也沒料到鋰電池競爭格局又出現了逆轉。


        02、補貼退坡后磷酸鐵鋰電池卷土重來

        常見的三元正極材料由鎳鈷錳組成,化學式為LiNixCoyMn1-x-yO2,型號有NCM333、NCM523、NCM622、NCM811。其中,333和811等數字指的是NCM材料中Ni/Co/Mn的摩爾系數比。以NCM333和NCM811做對比,NCM811就是一種高鎳低鈷的三元正極材料。

        由于鈷是一種資源相對匱乏的金屬,且鈷的市場價格較高,鈷含量越高動力電池的成本也會增加。通過提高價格較低的鎳金屬含量,減少價格較高的鈷金屬含量,不僅能提高能量密度,還能降低三元正極材料成本,于是三元正極材料逐漸向高鎳化甚至是無鈷化發展,NCM622、NCM811和NCA(鎳鈷鋁)等高鎳材料成為主流。

        三元正極材料在2017年后的快速發展,少不了補貼的助力,而2019年以來,隨著新能源車補貼的逐步退坡,成本成為各家整車廠商不得不考慮的事情。隨著寧德時代CTP技術以及比亞迪刀片電池技術的相繼推出,成本較低、性能提升的磷酸鐵鋰電池又獲得了整車廠的青睞。

        根據華安證券2021年初的研報,磷酸鐵鋰的使用成本約為0.08元/Wh,相比三元正極材料可以節省0.15—0.21元/Wh,對應降低成本65%至72%。在現行補貼政策下,例如帶電量55kWh、續航405公里的三元電池替換為磷酸鐵鋰電池,成本可下降0.46萬元至0.56萬元。

        于是,成本端的優勢讓磷酸鐵鋰材料增速再次遠高于三元材料。公開數據顯示,2020年國內動力電池產量達83.4GWh,同比下降2.3%。但磷酸鐵鋰電池產量同比增長24.7%達到34.6GWh,三元電池產量同比下降12%為48.5GWh。

        2020年下半年以來,上游大宗商品價格暴漲,整車廠成本端的壓力在2021年顯得更為突出,多家整車廠商紛紛加速由三元電池轉向磷酸鐵鋰電池。

        2021年4月,比亞迪宣布全系純電乘用車型將搭載磷酸鐵鋰刀片電池。7月,馬斯克表示,未來特斯拉將使用2/3的磷酸鐵鋰電池和1/3的三元電池。10月,特斯拉宣布,全球范圍內的標準續航版Model 3和Model Y,將全部改用磷酸鐵鋰電池。此外,大眾、福特、奔馳都已明確會在入門級車型上使用磷酸鐵鋰電池。

        2021年前10個月,磷酸鐵鋰裝車量增速316.4%,三元材料裝車量增速為100.1%。盡管前10個月,三元鋰裝車量為54.1GWh,較磷酸貼鋰電池裝車量53.2WH略高一些,但2021年7月以來,磷酸鐵鋰裝車量連續3個月超過三元鋰,按照這一趨勢,2021年磷酸鐵鋰材料的市場份額有望反超三元材料。

        短短4、5年間,動力電池正極材料市場競爭格局就發生了兩次反轉。11月18日,工信部電子信息司發布《鋰離子電池行業規范條件(2021年本)》(征求意見稿),進一步提高對鋰電池能量密度要求,三元鋰與磷酸鐵鋰的競爭還將繼續下去。

        03、高鎳化趨勢下三元材料廠商誰占有先機?

        在工信部征求意見稿公布后,中信證券的研報認為,“在汽車電動化和智能化的背景下,動力電池對高能量密度的電池材料的追求不會止步。三元材料在能量密度等方面的優勢將使其繼續作為乘用車動力電池正極材料的主要選擇?!?/p>

        不過,中信證券在研報中也表示,預計未來文件的出臺不會對磷酸鐵鋰行業發展造成實際性壓制,磷酸鐵鋰仍將受益于新能源汽車和儲能行業的快速發展。

        11月19日,比亞迪董事長兼總裁王傳福表示,電池的投入問題在于技術路線,三元還是磷酸鐵、圓柱還是方形,走錯方向可能導致100億元打水漂,還會浪費三年時間。不僅電池廠商要面對路線選擇的挑戰和壓力,上游的正極材料廠商同樣要面對選擇三元鋰還是磷酸鐵鋰的難題。

        從鋰電池正極材料種類看,三元材料的占比從2016年的33.8%上升至2018年的47.1%,自 2019年開始占比逐年下降,從2019年的45.9%下降至2021上半年的39.2%。而磷酸鐵鋰的占比從2016年的35.8%下降至2018年的21.9%,自2019年開始占比逐年上升,從2019年的22.6%上升至2021上半年的35.6%。

        與負極、電解液、隔膜等行業相比,正極行業的市場格局較為分散,CR5的市場份額從2019 年的38%小幅下降至2020年的37%。

        目前,生產三元材料的主要公司包括容百科技、當升科技、長遠鋰科、振華新材、廈門鎢業等。其中,當升科技和長遠鋰科以常規三元材料NCM523、NCM622為主,高鎳三元材料占比相對較低。2021年前3季度,當升科技收入51.71億,同比增長155%;長遠鋰科收入45.36億,同比增長322.95%。

        從市占率來看,三元材料仍然以NCM523為主。2020年,NCM523在三元材料中市占率為53%,NCM811占比22%。但從電動車降低成本和提高續航能力的角度考慮,動力電池三元正極材料向高鎳化發展是大勢。2020年,常規三元NCM523占比同比下降9個百分點,高鎳三元NCM811占比同比提升9個百分點。不過,高鎳三元材料仍然要攻克成本較高和安全性較差的瓶頸。

        目前,國內高鎳三元材料龍頭是容百科技,其NCM811正極出貨量在國內市場占比超一半。2021年上半年,容百科技收入62.51億,同比增長166.50%。

        不過,選擇三元鋰還是磷酸鐵鋰,最終還是要看終端市場的需求。新能源補貼退坡后,部分汽車消費者對購車成本的敏感性,轉向售價較低的磷酸鐵鋰電池配套車型,這無疑會影響整車廠商的選擇,進而影響到電池生產商及正極材料生產商。

        在工信部進一步提高鋰電池能量密度要求后,三元材料生產商中,率先攻克高鎳材料成本和安全性問題的公司,或許會在未來的競爭中占據優勢。


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