2018年新能源汽車產(chǎn)量激增，硫酸鎳產(chǎn)量增加明顯，2018年1-5月新能源汽車產(chǎn)銷同比增長(zhǎng)率都超過(guò)100%，在新能源汽車補(bǔ)貼新政過(guò)渡期內(nèi)表現(xiàn)依舊偏強(qiáng)。而作為電池的重要原材料的產(chǎn)量情況也增長(zhǎng)明顯，同比增加了超過(guò)41%，整體行業(yè)欣欣向榮。

2018新能源汽車補(bǔ)貼政策總的來(lái)說(shuō)，本次新能源汽車國(guó)家補(bǔ)貼政策是針對(duì)過(guò)去一年市場(chǎng)發(fā)生的變化作出的一系列相應(yīng)調(diào)控。在今年的補(bǔ)貼新標(biāo)準(zhǔn)引入了電池系統(tǒng)能量密度調(diào)整系數(shù)和車輛能耗調(diào)整系數(shù)，這些新加入的技術(shù)要求會(huì)推動(dòng)廠商研發(fā)更高能量密度的電池、更高效的電控、更輕量化的車身。相應(yīng)的，預(yù)計(jì)今年的鋰電池正極材料中三元材料的使用增長(zhǎng)率會(huì)得到進(jìn)一步提升，高鎳三元材料企業(yè)的產(chǎn)能逐步建設(shè)完成，后續(xù)對(duì)鎳需求也會(huì)進(jìn)一步增加！

電動(dòng)汽車高鎳三元時(shí)代的到來(lái)已毋庸置疑，但你真的了解高鎳三元嗎？這次，SMM小編就帶大家來(lái)一探究竟！

何為三元正極材料？

三元材料是以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)鎳鈷錳的比例進(jìn)行配比。與磷酸鐵鋰和錳酸鋰相比較，三元材料能量密度明顯提升。當(dāng)前，經(jīng)過(guò)改進(jìn)的磷酸鐵鋰能量密度可以達(dá)到160Wh/kg；錳酸鋰能量密度在150Wh/kg左右；鎳鈷錳三元材料NCM中，隨著鎳含量的增加，能量密度也大幅增加，當(dāng)前國(guó)內(nèi)主流NCM還是NCM523/622體系，正在快速向NCM811體系切換，能量密度可以達(dá)到210Wh/kg；鎳鈷鋁三元材料NCA的能量密度在220-280Wh/kg，松下供給特斯拉的NCA能量密度能達(dá)到300Wh/kg，是國(guó)內(nèi)企業(yè)追趕的目標(biāo)。

三元前驅(qū)體的制備技術(shù)

硫酸鈷

電子級(jí)硫酸鈷的制備可通過(guò)除雜、還原、萃取、分離和結(jié)晶等工序制備。此外，常用的硫酸鈷制備方法還包括高溫合成法等。

硫酸鎳

鎳金屬的來(lái)源包括紅土鎳礦和硫化鎳礦，可通過(guò)濕法、火法、電解沉積法和電解精煉法得到硫酸鎳等鎳鹽。

硫酸錳

國(guó)內(nèi)硫酸錳的生產(chǎn)工藝主要包括高溫焙燒法、酸浸法和兩礦加濕法。高溫焙燒法主要針對(duì)于低品位的軟錳礦適合；酸浸法過(guò)程簡(jiǎn)單，但生產(chǎn)成本高，容易對(duì)設(shè)備造成腐蝕；兩礦加濕法工序相對(duì)簡(jiǎn)便，一定程度上降低了成本，是一種值得推廣的新工藝；此外，還有二氧化硫法、硫酸亞鐵法等也在使用。

三元電池的劃分

按照鎳鈷錳的比例,三元可以分為111、523、622、811等。NCM811電池則指三元鋰電池中正極材料的鎳鈷錳比例為8:1:1,也就是我們常說(shuō)的高鎳電池。

高鎳電池為何脫穎而出？

鎳主要的作用是提升能量密度,高鎳意味著更高的能量密度以及更低的鈷含量,高鎳811電池的主要優(yōu)勢(shì)為增加續(xù)航又能大幅度降低成本,因而高鎳811的研發(fā)成為目前熱點(diǎn)。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)普遍使用的三元鋰電池型號(hào)為523(鎳鈷錳比例為5:2:3),其能量密度可以達(dá)到160-200Wh/kg,少數(shù)企業(yè)可以生產(chǎn)NCM622型號(hào)電池,可達(dá)到230Wh/kg,而NCM811則可以達(dá)到280Wh/kg。

《汽車產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》中明確規(guī)劃,到2020年,動(dòng)力電池單體能量密度達(dá)到300Wh/kg以上,力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)350Wh/kg。到2025年,動(dòng)力電池系統(tǒng)能量密度達(dá)到350Wh/kg。

以現(xiàn)有的技術(shù)條件,磷酸鐵鋰和NCM622以下的正極材料是很難達(dá)到高能量密度的要求。如果要達(dá)到300Wh/kg以上的能量密度,縱觀當(dāng)下,NCM811三元電池成為必然選擇,這也是我國(guó)政府和行業(yè)鼓勵(lì)的方向。

除了政策推動(dòng)高鎳811電池的發(fā)展,鈷成本的上漲也使得企業(yè)通過(guò)“降鈷增鎳”來(lái)緩解成本壓力。原材料鈷的持續(xù)吃緊,加上2017年以來(lái)其價(jià)格不斷上漲,讓電池生產(chǎn)商壓力山大。高鎳811正極材料里面鈷的比例較其他三元材料的鈷比例低,受到鈷價(jià)上漲的影響較小,價(jià)格也比鈷酸鋰價(jià)格低很多。各電池制造商開(kāi)始將選材重心從鈷轉(zhuǎn)換到價(jià)格較為便宜、性能更為穩(wěn)定的鎳金屬。

高鎳電池制備挑戰(zhàn)？

新一代鋰離子電極材料中研究較多的主要是高鎳氧化物(放電比容量200-220Wh/kg)和富鋰氧化物(放電比容量250-300Wh/kg)，主要特點(diǎn)是比容量和能量密度較高，高鎳系正極材料Li(NixM1-x)O2(x≥0.6)原材料成本較低、容量高，受到越來(lái)越多關(guān)注。

高鎳材料最大的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和高溫性能較差，其表面顆粒極易發(fā)生如下現(xiàn)象：層狀結(jié)構(gòu)-尖晶石結(jié)構(gòu)-非活性巖石的相變過(guò)程，引起容量、循環(huán)性能衰減。為了解決這一問(wèn)題，可通過(guò)離子摻雜和表面包覆的方法抑制材料性能衰減。摻雜主要是使摻雜離子進(jìn)入晶格結(jié)構(gòu)中，取代原材料中的部分離子，減少Li+/Ni2+的混排，穩(wěn)固原材料結(jié)構(gòu)，提高循環(huán)過(guò)程中材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，改善材料的循環(huán)性。

選擇合適的包覆材料使表面涂層能提高材料的離子遷移率或電子導(dǎo)電率，抑制相變，增加材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，減少活性物質(zhì)中過(guò)渡金屬的溶解，還可除去HF，有利于電極表面形成固體電解質(zhì)界面膜(SEI)，減少電極電阻和循環(huán)過(guò)程中副反應(yīng)發(fā)生及熱生成，從而顯著改善材料的循環(huán)壽命、倍率性能、可逆容量和首次庫(kù)侖效率。電動(dòng)汽車行業(yè)的發(fā)展促進(jìn)了動(dòng)力鋰電池的研究，越來(lái)越多的科研工作者逐漸認(rèn)識(shí)到NCA正極材料的衰減限制了動(dòng)力鋰離子電池的應(yīng)用，已在材料改性延緩電化學(xué)活性衰減方面做了大量工作。

采用溶劑析出結(jié)晶法將FeF3包覆在NCA表面，F(xiàn)eF3包覆的NCA比未包覆的NCA具有更高的容量，0.2C倍率下未包覆NCA的初始放電比容量是，50次循環(huán)后容量保持率為95.3%,FeF3包覆后NCA的放電比容量為194.2mAh/g,經(jīng)50次循環(huán)后容量保持率為98.4%。

高鎳三元發(fā)展瓶頸

高鎳三元難度高，企業(yè)可能面臨分化

高鎳技術(shù)難度大，產(chǎn)業(yè)化需要重點(diǎn)關(guān)注殘堿量、燒結(jié)溫度、濕度、電解液配套等核心關(guān)鍵指標(biāo)。高鎳正極材料的容量主要由Ni2+/Ni4+氧化還原對(duì)貢獻(xiàn)，因此高鎳材料的容量整體隨著鎳含量的提高而增加，但同時(shí)高鎳材料也面臨諸多難點(diǎn)和問(wèn)題，如循環(huán)性能和安全性能變差，殘堿含量增加以及需要配套的電解液等，其主要的問(wèn)題如下：

高鎳混排導(dǎo)致化學(xué)計(jì)量比材料合成困難

三元材料中的Ni2+容易與Li+產(chǎn)生混排效應(yīng)，高鎳材料中鎳含量越高，則Ni2+含量也越高進(jìn)而導(dǎo)致混排越嚴(yán)重，形成非計(jì)量比材料，同時(shí)影響材料的循環(huán)和倍率性能。

高鎳導(dǎo)致正極材料表面殘堿量呈倍數(shù)級(jí)增長(zhǎng)

鎳含量越高三元材料越容易與空氣中CO2、H2O反應(yīng)，在材料表面形成LiOH和Li2CO3，前者易與六氟磷酸鋰反應(yīng)生成HF，后者在高溫儲(chǔ)存時(shí)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重氣脹，鎳含量越高殘堿呈放大倍數(shù)增加，因此從NCM523轉(zhuǎn)向622、811對(duì)殘堿的控制難度與從NCM333轉(zhuǎn)向523相比不可同日而語(yǔ)。

鎳含量越高材料熱穩(wěn)定性和安全性變差

在商業(yè)化電解液中LiCoO2、LiNiO2和LiMn2O4三種材料充電至4.2V時(shí)熱分解溫度依次是LiMn2O4＞LiCoO2＞LiNiO2，放熱量依次是LiMn2O4＜LiCoO2＜LiNiO2，因此隨著鎳含量增加，熱分解溫度降低，放熱量增加，材料的熱穩(wěn)定性變差。此外，高鎳材料中Ni4+含量更多且不穩(wěn)定，其受熱易分解并析出氧氣，當(dāng)熱量和CO2、O2在密閉電池內(nèi)部聚集到一定程度時(shí)，電池容易發(fā)生爆炸。

需要更理想的電解液進(jìn)行匹配

高鎳三元吸水性強(qiáng)、穩(wěn)定性低，在高溫條件下鎳元素會(huì)加速電解液分解，使電解液氧化、產(chǎn)氣并溶出錳、鈷等過(guò)渡金屬離子，并破壞負(fù)極上的SEI膜；（2）正極材料表面的殘堿LiOH、Li2CO3在高溫條件下易與電解液反應(yīng)，在HF的腐蝕下造成Co、Ni離子的溶解，降低材料的存儲(chǔ)和循環(huán)壽命。因此，在高鎳趨勢(shì)下必須要尋找與之匹配的電解液。

對(duì)燒結(jié)溫度、濕度、金屬異物等提出了更高的要求

其中燒結(jié)溫度是最重要的工藝參數(shù)，可以影響材料的大部分性能，高鎳三元對(duì)窯爐溫度的穩(wěn)定性和精度要求尤其甚高，溫控系統(tǒng)對(duì)材料的燒結(jié)也至關(guān)重要。而金屬異物過(guò)高會(huì)導(dǎo)致電池自放電率變大，影響電池安全性能，高鎳三元對(duì)除鐵設(shè)備也提出了更高的要求。

高鎳三元的未來(lái)發(fā)趨勢(shì)

高鎳三元增長(zhǎng)進(jìn)入快車道2020年市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到210億元

判斷高鎳三元材料在未來(lái)兩三年有望進(jìn)入快速增長(zhǎng)階段，主要基于兩大趨勢(shì)：第一、全球來(lái)看（包括中國(guó)）三元材料對(duì)磷酸鐵鋰及其他正極材料的替代還在不斷進(jìn)行，2016年全球三元材料銷量占比為46%，2017年超過(guò)半壁江山進(jìn)一步提升至53%，由于海外基本擯棄磷酸鐵鋰路線，中國(guó)除了大巴外三元趨勢(shì)也較為明顯，因此未來(lái)三元材料市場(chǎng)比重還有望進(jìn)一步提高；第二，從中國(guó)來(lái)看，由于補(bǔ)貼退坡、技術(shù)不斷突破以及海外企業(yè)留下窗口期，國(guó)內(nèi)高鎳三元有望不斷加速，2016年NCM622在三元材料中占比僅為5%，而到2018年一季度，NCM622占比提升至14%，NCM811/NCA也基本實(shí)現(xiàn)從零到有突破，占比提升至8%，其中NCM811產(chǎn)量大幅激增，結(jié)合下游電芯企業(yè)布局，我們判斷未來(lái)這種趨勢(shì)將進(jìn)一步加強(qiáng)，這也將支持高鎳三元進(jìn)入快車道。

保守估計(jì)下到2020年國(guó)內(nèi)NCM622及NCM811出貨量合計(jì)將達(dá)10.9萬(wàn)噸，市場(chǎng)規(guī)模有望接近210億元。

受全球新能源車快速發(fā)展影響，根據(jù)當(dāng)升科技可研報(bào)告，預(yù)計(jì)到2022年全球正極材料出貨量將突破60萬(wàn)噸，到2025年將接近100萬(wàn)噸，其中三元材料仍將是大頭，高鎳三元也將迎來(lái)水漲船高的機(jī)遇。從國(guó)內(nèi)來(lái)看，未來(lái)三年三元材料出貨量復(fù)合增速有望維持在30%以上，而到2020年出貨量將突破20萬(wàn)噸大關(guān)。我們保守假設(shè)從2018年到2020年NCM622在三元材料中市占率分別為14%、20%、30%，NCM811在三元材料中的份額分別為10%、15%、20%進(jìn)行測(cè)算，則18至20年高鎳三元（NCM622和NCM811）的合計(jì)出貨量有望達(dá)到2.8萬(wàn)噸、5.4萬(wàn)噸和10.9萬(wàn)噸，如果2020年NCM622按含稅價(jià)格18.96萬(wàn)元/噸、NCM811按含稅價(jià)格20.54萬(wàn)元/噸測(cè)算，則兩者合計(jì)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到210億元左右。

高鎳三元企業(yè)發(fā)展情況

補(bǔ)貼退坡、海外競(jìng)爭(zhēng)下國(guó)內(nèi)電芯企業(yè)有望率先使用高鎳三元

2018年2月13日，財(cái)政部、工信部等四部門聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于調(diào)整完善新能源汽車推廣應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)貼政策的通知》，對(duì)我國(guó)新能源汽車財(cái)政補(bǔ)貼作出調(diào)整，其中續(xù)航里程在300公里以下的乘用車補(bǔ)貼出現(xiàn)明顯下滑，最高降幅達(dá)2.1萬(wàn)元，而續(xù)航在300公里以上的乘用車補(bǔ)貼不降反增，這也將促使更多車企使用高能量密度如NCM622、811電池材料。而展望未來(lái)，一方面補(bǔ)貼進(jìn)一步退坡不可避免，國(guó)內(nèi)主機(jī)廠和電芯廠都將加速進(jìn)行產(chǎn)品的換代升級(jí)，為將來(lái)補(bǔ)貼完全退出之后與燃油車展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)提前準(zhǔn)備；另一方面在缺乏補(bǔ)貼政策保護(hù)下國(guó)內(nèi)新能源車產(chǎn)業(yè)鏈勢(shì)必將受到國(guó)外電芯企業(yè)沖擊，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)包括成本、價(jià)格、質(zhì)量、性能、體系的競(jìng)爭(zhēng)也將不斷加劇，這也將倒逼國(guó)內(nèi)電芯、材料企業(yè)先行先試、突破創(chuàng)新，而我們認(rèn)為高鎳三元即將成為重點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)領(lǐng)域。

海外電芯企業(yè)811進(jìn)度推遲預(yù)留窗口期，國(guó)內(nèi)電芯企業(yè)有望先行先試

從海外來(lái)看，韓國(guó)SKI在2017年9月宣布將于2018年三季度將第一代NCM811用于新能源車；而韓國(guó)LGChem也宣稱按計(jì)劃將于2018年二季度開(kāi)始為電動(dòng)汽車提供NCM811電池，然而在今年兩家公司又不約而同宣布推遲NCM811進(jìn)程，其中LG證實(shí)今年將只生產(chǎn)用于電動(dòng)公交車的圓柱形NCM811電池。我們認(rèn)為從歷史來(lái)看，國(guó)內(nèi)由于動(dòng)力電池技術(shù)源于磷酸鐵鋰（主要以比亞迪為主），其次才導(dǎo)入三元電池并開(kāi)始以之為主流，而海外尤其是日韓電芯企業(yè)最初就選擇跳過(guò)磷酸鐵鋰而直接切入三元電池，不同的技術(shù)路徑選擇導(dǎo)致國(guó)內(nèi)電芯企業(yè)在高能量密度領(lǐng)域與日韓企業(yè)相比始終落后一節(jié)，且需要依靠國(guó)家補(bǔ)貼。而在財(cái)政補(bǔ)貼不斷下滑甚至取消的趨勢(shì)下，如果中國(guó)與日韓企業(yè)維持這種代差，則日韓電芯企業(yè)的進(jìn)入最終將對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)形成極大的沖擊力，也將使得前期的財(cái)政補(bǔ)貼缺乏戰(zhàn)略意義。

而此次海外電芯企業(yè)推遲NCM811進(jìn)程，一方面可以看出811作為接近三元天花板的高性能材料，海外企業(yè)在這方面的研發(fā)積累、產(chǎn)業(yè)化也缺乏較大領(lǐng)先性，國(guó)內(nèi)頭部企業(yè)具備趕超的希望；另一方面海外進(jìn)度的推遲也給了國(guó)內(nèi)企業(yè)一定的窗口期，在通往更高性能材料道路上的這種代差劣勢(shì)將逐步得到修正與彌補(bǔ)。

國(guó)內(nèi)電芯兩強(qiáng)寧德時(shí)代和比亞迪均計(jì)劃于明年推出電動(dòng)車用NCM811電池

目前寧德時(shí)代用于電動(dòng)汽車的電池主要是NCM523，但寧德時(shí)代在高能量密度電池技術(shù)和工藝上有豐富的技術(shù)儲(chǔ)備，目前已經(jīng)開(kāi)始批量生產(chǎn)NCM622動(dòng)力電池，同時(shí)也在積極推進(jìn)NCM811、鋰金屬電池、硅炭負(fù)極等技術(shù)以期在未來(lái)獲得足夠的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。根據(jù)其電池技術(shù)路線圖，寧德時(shí)代在2019年電池能量密度要達(dá)到250-280Wh/kg，主要依靠鎳80系列，而到2020年電池能量密度要達(dá)到300-350Wh/kg，將同時(shí)采用更高鎳技術(shù)和硅炭復(fù)合技術(shù)。此外比亞迪也表示目前三元高鎳811電池研發(fā)進(jìn)展順利，預(yù)計(jì)將于2019年下半年開(kāi)始應(yīng)用。

國(guó)內(nèi)電芯企業(yè)高鎳811發(fā)展情況

小結(jié)

高鎳動(dòng)力電池已經(jīng)得到了國(guó)際市場(chǎng)認(rèn)可，隨著我國(guó)新能源汽車補(bǔ)貼的退坡到退出，新能源汽車市場(chǎng)化將正式來(lái)臨，國(guó)內(nèi)高鎳動(dòng)力電池必將迎來(lái)爆發(fā)。正極材料做為電池最核心的材料，未來(lái)將持續(xù)受益，并且正極材料的技術(shù)仍處于不斷演變階段，具有巨大挖掘潛力。正極材料企業(yè)既要有技術(shù)開(kāi)發(fā)、產(chǎn)品更新能力，又要有產(chǎn)能保駕護(hù)航；既要有穩(wěn)定的上游資源供給，又要得到下游客戶的認(rèn)可。

而對(duì)于高鎳三元企業(yè)來(lái)說(shuō)，未來(lái)正是重塑正極材料散而亂格局的時(shí)候，龍頭企業(yè)有望勝出。

一方面由于技術(shù)難度高（NCM811遠(yuǎn)高于NCM333、NCM523）、產(chǎn)品附加值高、高鎳三元產(chǎn)品生命周期相比低鎳三元也將更為長(zhǎng)久，屬于中周期產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)，對(duì)正極材料企業(yè)而言有著更高的價(jià)值意義，符合正極材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。

另一方面要解決高鎳三元發(fā)展的難題必須通過(guò)摻雜、包覆等手段對(duì)高鎳材料進(jìn)行改性加工，同時(shí)燒結(jié)的設(shè)備精度及工藝要求也將大幅提升，整體加工難度顯著增加，因此高鎳正極的技術(shù)門檻也將大幅提高進(jìn)而重塑產(chǎn)業(yè)格局，正極材料企業(yè)有可能出現(xiàn)分化，市場(chǎng)集中度有望進(jìn)一步提升，這其中具備高鎳技術(shù)優(yōu)勢(shì)、率先突破高鎳三元產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)有望主導(dǎo)行業(yè)格局，從而獲得可持續(xù)的長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展。

Resources

一、高鎳趨勢(shì)明確，研發(fā)優(yōu)勢(shì)領(lǐng)先，未來(lái)充分享受技術(shù)溢價(jià)——鋰電高鎳系列報(bào)告（一），當(dāng)升科技

二、高鎳電池或成未來(lái)主流，電動(dòng)汽車資源網(wǎng)

三、中信期貨-有色金屬專題報(bào)告（鎳，不銹鋼）：新能源補(bǔ)貼新政平穩(wěn)過(guò)度，高鎳為未來(lái)發(fā)展方向