責編·作者:沈照明
三元前驅體和正極材料
三元前驅體是鎳鈷錳三元復合氫氧化物,化學式NixCoyMn(1-x-y)(OH)2或NixCoyAl(1-x-y)(OH)(3-X-Y),主要通過硫酸鎳、硫酸鈷、硫酸錳等原料生產,由于鐵元素雜質對電池穩(wěn)定性影響較大,所以三元前驅體生產過程中需要進行除鐵。
三元正極材料為鎳鈷錳(鋁)酸鋰復合材料,化學式一般為LiNixCoyMn(1-x-y)O2或LiNixCoyAl(1-x-y)O2,主要通過鋰鹽與前驅體生產,NCM811和NCA等高鎳系主要通過氫氧化鋰與前驅體生產,NCM111、NCM523等低鎳系主要通過碳酸鋰和前驅體生產。正極材料與石墨負極、隔膜以及電解液經過組裝、加工生產三元電池,三元電池下游主要包括新能源汽車、電子設備以及電動類工具等。
不同類型的三元前驅體和正極材料鎳含量不同。三元前驅體中,最低的NCM111正極材料鎳含量21.1%,最高的NCM811正極材料鎳含量50.8%,鎳含量差距較大。三元正極材料隨著鎳含量的提升,能量密度增加。從鎳含量來看,高鎳材料是低鎳的兩倍有余,三元材料的高鎳化趨勢對鎳需求的拉動作用明顯。
三元材料市場快速發(fā)展
中國產能占比高
全球三元前驅體產能90%在中國,分布比較集中。中國三元前驅體產量從2016年的7.5萬噸增加到2020年的33.4萬噸,年化增速45%,主要因為新能源汽車市場的快速發(fā)展以及三元電池應用領域的擴大。印尼政府比較重視電池產業(yè)鏈的布局,又擁有豐富的鎳礦資源,隨著紅土鎳礦濕法項目在印尼逐步投產,未來印尼三元前驅體產能可能會有大的提升。
三元正極材料產能分布相對分散,我國三元前驅體部分內銷,部分出口海外。隨著海外三元正極材料產能增長,我國三元前驅體出口高速增長,從2017年的2.9萬噸增長至2020年的11.2萬噸,年化增長57%,占國內產量的比例從2017年的21.7%,增長至2020年的33.5%,提升幅度明顯,這意味著海外三元正極材料產能擴張較快,全球三元材料的集中度在下降。
受益于電池產能的擴張,我國三元材料出貨量高速增長,從2016年的5.4萬噸增長至2020年的23.6萬噸,年化增速44%。我國三元材料產能在全球占比低于三元前驅體,2019年占比56%,較2016年下降4個百分點,有逐年下降的趨勢。
高鎳化趨勢繼續(xù)
鎳需求進一步提升
由于鈷價遠遠高于鎳價,目前是鎳價的近三倍,且來源地比較單一,供應風險高,價格波動大,對企業(yè)生產不利,企業(yè)采用高鎳型材料,減少鈷用量,可以降低原材料成本。從三元前驅體價格來看,NCM111高于NCM622高于NCM523,基本跟原料價格高低相匹配(電解鈷>電解鎳>電解錳)。NCM811正極材料因為技術不成熟,產能規(guī)模受限,導致制造費用高,產品也更貴些。
此外,高鎳化可以提升三元材料能量密度,增加電池帶電量,提高新能源車的行駛里程。雖然高鎳化容易造成電池不穩(wěn)定,降低安全性,但是隨著三元電池熱控系統(tǒng)逐步成熟,電池的安全性能逐漸提高,電池控制系統(tǒng)較好的廠商,電池安全基本可以得到保障。
全球前驅體90%產能在中國,所以三元前驅體各類型比例基本和全球相同,我國NCM811和NCA前驅體占比從2018年的17%,增長至2020年的26%,NCM811和NCA三元材料也從2018年的約8%,提升至2020年的25%。從三元材料不同類型分布來看,三元材料高鎳化趨勢明顯,說明大部分車企還是選擇高鎳化的發(fā)展方向。隨著技術進步以及產能的擴張,高鎳三元材料成本將逐步下降,成本劣勢將弱化,而電池的安全性將逐步提升,預計高鎳材料占比將繼續(xù)提升。
受益于能源車市場的快速發(fā)展,三元材料產量保持高速增長,市場規(guī)模的擴大以及高鎳化的發(fā)展方向,均帶動鎳需求快速增加,國內三元前驅體對鎳需求量從2018年的7.9萬金屬噸,增長至2020年的12.9萬金屬噸,增長28%(弱于新能源車市場的增速,主要因為三元電池其他下游增速較慢)。
據筆者測算,三元前驅體鎳需求量28%的增速,三元前驅體市場規(guī)模擴大貢獻約23%,三元材料的高鎳化貢獻約5%,高鎳化對鎳需求的帶動比較明顯。根據國內前驅體產量在全球的比例,估算2020年全球前驅體對鎳的需求約14萬金屬噸,同比增長約10%,預計2021年需求量約19萬金屬噸。