鋰電池產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告-高鎳未來(lái)已來(lái)-龍頭涅盤(pán)見(jiàn)云開(kāi)

鋰電池產(chǎn)業(yè)研究高鎳未來(lái)已來(lái)，龍頭涅槃見(jiàn)云開(kāi)

一、2021年高鎳元年，2022年高鎳放量，高鎳未來(lái)已來(lái)1.1能量密度疊加成本優(yōu)勢(shì)，高鎳大勢(shì)所趨高能量密度與低成本為動(dòng)力電池兩大發(fā)展方向動(dòng)力電池需解決續(xù)航里程及平價(jià)（長(zhǎng)期存在降價(jià)壓力）痛點(diǎn)，高能量密度+低成本為長(zhǎng)期進(jìn)步方向：1）材料體系升級(jí)：材料體系升級(jí)更多是電化學(xué)體系的換代，比如高鎳正極、硅碳負(fù)極、鈉離子正極、富鋰錳基等方向，并需相關(guān)材料配套開(kāi)發(fā)。2）工藝改進(jìn)：工藝改進(jìn)屬于生產(chǎn)過(guò)程中物理屬性的變化，目前主要的方向包括電池形態(tài)的變化、CTP技術(shù)、刀片電芯、疊片技術(shù)等，可有效提高能量密度、降低成本。2020年10月發(fā)布《節(jié)能與新能源汽車(chē)技術(shù)路線圖2.0》，指引2025年商用性能量型電池能量密度>200WH/kg，成本低于0.45元/wh，2035年能量密度>250WH/kg，成本低于0.35元/wh，高端型25年比容量達(dá)到350WH/kg，動(dòng)力電池發(fā)展方向明確。高鎳解決電動(dòng)車(chē)痛點(diǎn)，為最成熟技術(shù)進(jìn)步方向之一高鎳為可識(shí)別路徑中最成熟、接受程度最高的技術(shù)進(jìn)步方向之一。高鎳三元為NCM材料體系內(nèi)的技術(shù)更迭，鎳元素有助于提高比容量和能量密度，鈷有助于提高電導(dǎo)率和倍率性能，高鎳低鈷化使得電池比容量提高，但安全性和倍率性能減弱。高鎳大勢(shì)所趨，未來(lái)已來(lái)：1）提升能量密度：鎳含量提高能夠有效提高能量密度，NCM811目前單體能量密度可以達(dá)到260wh/kg，成組可以達(dá)到180wh/kg，相較NCM523產(chǎn)品能量密度可以提升25%，后續(xù)進(jìn)一步優(yōu)化能量密度單體達(dá)到300wh/kg+，系統(tǒng)達(dá)到200wh/kg。2）降低成本：由于上游鈷資源相對(duì)匱乏且供給集中成本較高、價(jià)格波動(dòng)大，高鎳能夠減輕上游原材料限制，降低成本。3）技術(shù)成熟度高，已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，產(chǎn)業(yè)鏈配套完善，經(jīng)歷2年以上裝車(chē)驗(yàn)證，主流車(chē)企、電池廠均加大布局。1.2高鎳技術(shù)成熟，產(chǎn)業(yè)化布局加速高鎳大勢(shì)所趨，產(chǎn)業(yè)鏈加速布局進(jìn)一步驗(yàn)證車(chē)企端：高鎳裝機(jī)經(jīng)過(guò)兩年以上裝機(jī)驗(yàn)證，主流車(chē)企認(rèn)可高鎳電池技術(shù)路線。特斯拉是最早搭載高鎳電池的車(chē)企，松下NCA21700電池18年起鎳含量提升至80%+，現(xiàn)代KonaEVLG811版本18年發(fā)布，華晨寶馬X1PHEV寧德811版本19年上市；目前各大車(chē)企高鎳裝機(jī)已經(jīng)過(guò)2年以上驗(yàn)證，各大車(chē)企高鎳電池認(rèn)可度提升。電池廠端：頭部廠商技術(shù)逐漸成熟，獲得大量定點(diǎn)，我們預(yù)計(jì)22年大規(guī)模上量。日本主要采用NCA路線，國(guó)內(nèi)高鎳主要發(fā)展NCM811，韓國(guó)高鎳發(fā)展兼顧NCA和NCM811。當(dāng)前國(guó)內(nèi)寧德時(shí)代、比亞迪、蜂巢等高鎳電池陸續(xù)量產(chǎn)，海外LG化學(xué)、松下、三星SDI和SKI等企業(yè)也均有裝機(jī)車(chē)型落地。正極端：高鎳正極產(chǎn)業(yè)鏈布局跟進(jìn)，擴(kuò)產(chǎn)激進(jìn)，遠(yuǎn)期規(guī)劃龐大。以容百為代表的高鎳正極廠商擴(kuò)產(chǎn)激進(jìn)，此外巴莫、貝特瑞等廠商均加大高鎳正極產(chǎn)能布局，下游電池廠指引超預(yù)期，遠(yuǎn)期規(guī)劃龐大。歐洲車(chē)企：高鎳路線激進(jìn)，新車(chē)型均有搭載大眾：MEB平臺(tái)堅(jiān)定高鎳路線，未來(lái)向固態(tài)電池發(fā)展。大眾電池日表示入門(mén)車(chē)型預(yù)計(jì)使用LFP，起量車(chē)型使用高錳電池，高能量車(chē)型使用高鎳/固態(tài)，此前電池業(yè)務(wù)板塊的負(fù)責(zé)人表示將在2021年使用8系高鎳。目前MEB平臺(tái)車(chē)型均搭載高鎳電池，ID.3搭載LG7系軟包，國(guó)產(chǎn)ID.4搭載寧德NCM811，我們預(yù)計(jì)海外LG、SK也逐步切換。寶馬：最早使用寧德8系，全系使用高鎳電池。寶馬X1PHEV里程升級(jí)版19年首次搭載寧德811電池，此后新發(fā)布車(chē)型iX3、iX、i4均選擇搭載NCM811電池。奔馳：上海車(chē)展中，EQS純電轎車(chē)、EQB純電SUV與EQA純電SUV三款純電新車(chē)全部采用高鎳三元電池。國(guó)內(nèi)車(chē)企：造車(chē)新勢(shì)力激進(jìn)，自主車(chē)企導(dǎo)入較慢造車(chē)新勢(shì)力激進(jìn)，高鎳引領(lǐng)市場(chǎng)。蔚來(lái)2019年交付的ES6起就搭載寧德時(shí)代811電池，此外在2020年年底NIODAY上表示將推出超高鎳正極下的固態(tài)電池，能量密度達(dá)到360WH/kg，此外，小鵬、零跑、哪吒等造車(chē)新勢(shì)力純電車(chē)型均搭載811電池。自主車(chē)企導(dǎo)入速度較慢。比亞迪偏好鐵鋰路線，鐵鋰占比不斷提升；廣汽Aion系列僅有AionV采取811方案，北汽極狐打造高端品牌，搭載北電愛(ài)思特NCM811電池，吉利極氪001等自主車(chē)企偏好鎳55電池，高鎳速度導(dǎo)入較慢。電池廠：技術(shù)趨于成熟，2021年起大規(guī)模量產(chǎn)寧德、松下高鎳推進(jìn)領(lǐng)先，我們預(yù)計(jì)主流電池廠2022年大規(guī)模上量。海外高鎳正極起步較早，日本最為領(lǐng)先主要采用NCA路線，國(guó)內(nèi)高鎳主要發(fā)展NCM811，韓國(guó)高鎳發(fā)展兼顧NCA和NCM811。當(dāng)前國(guó)內(nèi)主要電池廠商寧德時(shí)代、國(guó)軒高科、比亞迪等高鎳電池陸續(xù)量產(chǎn)，海外LG化學(xué)2018年實(shí)現(xiàn)NCM811和NCA電池小批量生產(chǎn)，松下、三星SDI和SKI等企業(yè)也均推進(jìn)高鎳電池布局。國(guó)內(nèi)電池廠中寧德引領(lǐng)高鎳市場(chǎng)，推廣激進(jìn)，高鎳占比持續(xù)提升。2019-2020年國(guó)內(nèi)主要電池廠商寧德時(shí)代、比亞迪、孚能、億緯等高鎳電池陸續(xù)量產(chǎn)，寧德時(shí)代處于引領(lǐng)地位，深度綁定合資車(chē)企、造車(chē)新勢(shì)力，裝機(jī)電量市占率超50%，同時(shí)LG通過(guò)配套特斯拉三元版本進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)格局呈現(xiàn)雙寡頭格局，同時(shí)2021年孚能、億緯、蜂巢等電池廠開(kāi)始明顯起量，高鎳占比顯著提升。根據(jù)車(chē)企裝機(jī)電量倒推，2021年1-5月高鎳裝機(jī)占三元裝機(jī)比例從20年的25%提升至27%，其中5月達(dá)到32%，提升趨勢(shì)明顯。正極：高鎳產(chǎn)能加速落地，遠(yuǎn)期規(guī)劃龐大國(guó)內(nèi)：容百引領(lǐng)行業(yè)，其他玩家加碼擴(kuò)建高鎳產(chǎn)能。2020年年底僅容百、巴莫具備萬(wàn)噸級(jí)以上的高鎳正極生產(chǎn)能力，此后容百引領(lǐng)行業(yè)擴(kuò)產(chǎn)，2021年年底產(chǎn)能由2020年底4萬(wàn)噸擴(kuò)至12萬(wàn)噸+，巴莫、貝特瑞等跟隨。海外：配套電池廠商加速高鎳化，與國(guó)內(nèi)前驅(qū)體廠商鎖定大規(guī)模高鎳長(zhǎng)單。Posco化學(xué)現(xiàn)有產(chǎn)能4萬(wàn)噸，未來(lái)計(jì)劃擴(kuò)張至9萬(wàn)噸，與LG化學(xué)簽署2020-2022年12.5萬(wàn)噸高鎳正極材料供貨合同，與通用汽車(chē)和LG化學(xué)成立的電池合資公司UltiumCellsLLC簽署了正極材料供貨協(xié)議，未來(lái)計(jì)劃生產(chǎn)高鎳四元電池；ECOPROBM是全球核心的高鎳正極材料生產(chǎn)商，核心客戶(hù)包括三星SDI、村田和SKI等，與SK、三星簽訂高鎳正極采購(gòu)意向，并鎖定格林美17.6萬(wàn)噸高鎳前驅(qū)體。二、高鎳化趨勢(shì)對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈的影響2.1電池：高鎳技術(shù)難度高，頭部廠商領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)擴(kuò)大格局：寧德時(shí)代領(lǐng)先，全球雙寡頭格局形成國(guó)內(nèi)：綁定合資+新勢(shì)力廠商，寧德時(shí)代占據(jù)領(lǐng)先地位。2021年1-6月寧德時(shí)代裝機(jī)電量25.76gwh，相比2020年同比上升197%，份額占49%，寧德時(shí)代為國(guó)內(nèi)龍頭。全球：裝機(jī)量頭部集中度高，寧德時(shí)代市占率提升至31.5%。21年1-5月全球裝機(jī)86.7gwh，寧德時(shí)代27.3gwh，占比31.5%，位居第一；LG19.1gwh，占比22.1%，全球雙寡頭格局形成。壁壘：高鎳電池技術(shù)難度高，面臨諸多挑戰(zhàn)高鎳電池面臨熱穩(wěn)定性差、安全性能差、循環(huán)壽命差等挑戰(zhàn)。1）表面殘堿含量高，易和正極漿料PVDF、電解液反應(yīng)，加工難度高；2）材料表層大量強(qiáng)氧化性Ni4+離子會(huì)和電解液發(fā)生反應(yīng)，降低電池的熱穩(wěn)定性；3）充放電過(guò)程材料體積變化大，造成晶粒在循環(huán)過(guò)程中開(kāi)裂；4）Li層中的Ni2+在充電時(shí)會(huì)被氧化成離子半徑小的Ni3+或Ni4+，造成部分位置層間距變小，使得Li+的離子嵌入困難，帶來(lái)循環(huán)容量的衰減。寧德時(shí)代堅(jiān)定高鎳化路線，技術(shù)迭代優(yōu)勢(shì)持續(xù)擴(kuò)大動(dòng)力電池在現(xiàn)有電化學(xué)體系內(nèi)平穩(wěn)發(fā)展，龍頭長(zhǎng)期積累的優(yōu)勢(shì)可保持。電化學(xué)產(chǎn)業(yè)嚴(yán)格意義上屬于配方試錯(cuò)中平緩發(fā)展的行業(yè)，需要底層的長(zhǎng)期試錯(cuò)積累。因此過(guò)去30年鋰電池的基礎(chǔ)體系基本保持，正極從鈷酸鋰到磷酸鐵鋰，再到三元材料，搭配其他電池材料得到更符合產(chǎn)業(yè)需求的“電池配方”，帶來(lái)電池行業(yè)的平緩前進(jìn)。我們判斷未來(lái)8-10年目前的電化學(xué)體系預(yù)計(jì)不會(huì)發(fā)生顛覆性改變，目前電池企業(yè)技術(shù)布局仍存在延續(xù)性。寧德的技術(shù)迭代是引領(lǐng)行業(yè)，技術(shù)迭代優(yōu)勢(shì)持續(xù)擴(kuò)大，二線廠更多的可能性在于跟隨突破。電化學(xué)研發(fā)是長(zhǎng)期積累的結(jié)果，屬于經(jīng)驗(yàn)科學(xué)，具有先發(fā)優(yōu)勢(shì)，寧德時(shí)代的專(zhuān)利全面涵蓋上游材料和設(shè)備端，專(zhuān)利布局廣度和深度都是同行無(wú)法比擬的。二線廠也能做好定向技術(shù)開(kāi)發(fā)，但是對(duì)現(xiàn)有成熟技術(shù)的學(xué)習(xí)與定向開(kāi)發(fā)效率更高。寧德堅(jiān)定高鎳化路線，且推出安全性解決方案，龍頭優(yōu)勢(shì)長(zhǎng)期保持。除LG-特斯拉外，寧德時(shí)代為國(guó)內(nèi)目前唯一實(shí)現(xiàn)高鎳電池大批量裝車(chē)的電池企業(yè)，20年廣汽起火事件后，寧德時(shí)代明確表示“絕對(duì)不會(huì)否定和放棄811電池路線，而且高鎳三元電池發(fā)展遠(yuǎn)未觸及技術(shù)天花板”。國(guó)內(nèi)電池企業(yè)已相繼提出NCM811安全問(wèn)題方案，寧德時(shí)代NCM811電池從電芯環(huán)節(jié)通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)和化學(xué)設(shè)計(jì)來(lái)應(yīng)對(duì)安全和熱失控問(wèn)題，模組環(huán)節(jié)采用多個(gè)溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，電池包環(huán)節(jié)運(yùn)用業(yè)界首創(chuàng)阻燃技術(shù)解決NCM811帶來(lái)的安全問(wèn)題。2.2三元正極：行業(yè)格局優(yōu)化，龍頭擴(kuò)產(chǎn)激進(jìn)+一體化布局強(qiáng)化優(yōu)勢(shì)格局：三元競(jìng)爭(zhēng)激烈，市占率較為分散受歷史因素影響，三元競(jìng)爭(zhēng)格局較為分散：2019年行業(yè)前三（容百、長(zhǎng)遠(yuǎn)鋰科、振華）產(chǎn)量市占率均在12%左右，尚未出現(xiàn)明顯領(lǐng)先的龍頭。主要原因有：1）朝陽(yáng)行業(yè)，2016年爆發(fā)，尚未經(jīng)歷洗牌；2）產(chǎn)品分層，中低端產(chǎn)品壁壘不高，競(jìng)爭(zhēng)者眾多。2020年起三元競(jìng)爭(zhēng)格局優(yōu)化，龍頭公司市占率提升：產(chǎn)量口徑測(cè)算下，2020年三元正極CR5為51.5%，CR3為34.4%，2021年H1CR5為56%，CR3為36%，行業(yè)格局較此前明顯優(yōu)化；其中容百科技、天津巴莫受益于高鎳化發(fā)展，分別綁定寧德時(shí)代及LG，市占率提升明顯，龍頭逐漸崛起。壁壘：核心在配方和工藝控制，高鎳要求更高正極生產(chǎn)流程：正極制備一般采用高溫固相法，NCM均采用燒結(jié)爐電加熱燒結(jié)工藝核心生產(chǎn)技術(shù)。將前驅(qū)體與氫氧化鋰/碳酸鋰配比，煅燒，粉碎，包覆，二次煅燒，篩分，除磁，包裝等。核心：配方（前驅(qū)體+碳酸鋰/氫氧化鋰配比），濕度（不同材料煅燒溫度不同），溫度（高鎳要絕對(duì)干燥，濕度2%以下），一次合格率（加工成本重要決定因素；8系為85-87%低于5/6系的95%左右，高鎳技術(shù)領(lǐng)先型正極企業(yè)有望通過(guò)提升高鎳正極制造合格率增厚利潤(rùn)）。高鎳正極為提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與熱穩(wěn)定性，對(duì)配方、制作工藝要求較高。811材料中鎳易還原放氧并與電解液反應(yīng)，因此正極需參雜鋁鎂等金屬來(lái)提高材料穩(wěn)定性，同時(shí)包覆陶瓷氧化鋁提高充電電壓、防止熱失控。行業(yè)趨勢(shì)：下游需求爆發(fā)，龍頭擴(kuò)產(chǎn)激進(jìn)搶占份額下游需求超預(yù)期，龍頭加大高鎳產(chǎn)能擴(kuò)產(chǎn)力度，市場(chǎng)格局有望再集中。2021年終端需求爆發(fā)，根據(jù)裝機(jī)量測(cè)算，我們預(yù)計(jì)2020年全球高鎳正極需求11萬(wàn)噸，2021年20萬(wàn)噸，同比大增83%，2022年需求預(yù)計(jì)達(dá)32萬(wàn)噸，進(jìn)一步增長(zhǎng)62%，高鎳化加速滲透。高鎳龍頭公司擴(kuò)產(chǎn)激進(jìn)，以大規(guī)模出貨能力搶占市場(chǎng)份額，容百20年年底產(chǎn)能達(dá)4萬(wàn)噸，2021年有望達(dá)12萬(wàn)噸以上，2022年達(dá)25萬(wàn)噸+，占行業(yè)內(nèi)新增產(chǎn)能的50%以上，巴莫2021年年底有望新增5萬(wàn)噸產(chǎn)能，龍頭廠商加速擴(kuò)建，競(jìng)爭(zhēng)力凸顯。2.3三元前驅(qū)體：技術(shù)壁壘增厚，龍頭布局鎳資源增強(qiáng)成本優(yōu)勢(shì)格局：集中度加強(qiáng)，龍一地位逐漸確立2020年國(guó)內(nèi)三元前驅(qū)體出貨量為29.5萬(wàn)噸，前五大企業(yè)出貨量情況分別為中偉科技（6.1萬(wàn)噸，占比21%）、湖南邦普（4.5萬(wàn)噸，占比15%）、格林美（4.1萬(wàn)噸，占比14%）、華友鈷業(yè)（3.4萬(wàn)噸，占比12%）、優(yōu)美科（3.0萬(wàn)噸，10%），前五合計(jì)占比72%，較2019年提升5pct。2021H1出貨量為28.8萬(wàn)噸，同比+239%，中偉股份市占率提升明顯，龍一地位確立（6.8萬(wàn)噸，占比24%，較20年進(jìn)一步提升）、格林美（占比15%）、邦普（占比10%）、華友鈷業(yè)（占比10%）位列2-4位。壁壘：三元前驅(qū)體為前置工序，決定正極品質(zhì)三元前驅(qū)體對(duì)正極材料的電化學(xué)性能起決定性作用。前驅(qū)體為正極加工的前置生產(chǎn)工序，前驅(qū)體品質(zhì)直接決定了最后燒結(jié)產(chǎn)物的理化指標(biāo)。通過(guò)氫氧化物共沉淀法得到的三元前驅(qū)體經(jīng)過(guò)混鋰、煅燒等工序得到三元正極材料，該過(guò)程對(duì)前驅(qū)體結(jié)構(gòu)影響較小，所以三元正極材料對(duì)前驅(qū)體的性能特征保持較好，即三元前驅(qū)體的性能也會(huì)直接決定得到的正極材料的性能。2.4高鎳電池對(duì)碳納米管導(dǎo)電劑需求增加鋰電高能量密度驅(qū)動(dòng)，CNT導(dǎo)電劑蓄勢(shì)待發(fā)碳納米管是一種新型石墨材料，性能優(yōu)異，多領(lǐng)域應(yīng)用潛力大。CNT有優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)、化學(xué)性能，將CNT加入到聚合物、陶瓷或金屬基體中可以顯著提高主體材料的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性等物理性質(zhì)。作為新型材料可應(yīng)用領(lǐng)域廣泛：1）鋰電池領(lǐng)域：新型導(dǎo)電劑，能提高電池能量密度和壽命。極片制作時(shí)通常會(huì)加入一定量的導(dǎo)電劑提升鋰電池中電子在電極中的傳輸速率，進(jìn)而提升鋰電池的能量密度、倍率性能和改善循環(huán)壽命。2）導(dǎo)電塑料領(lǐng)域：提升導(dǎo)電塑料的導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。導(dǎo)電劑是鋰電池的關(guān)鍵輔材，與正負(fù)極材料混合用于生產(chǎn)電極極片。供應(yīng)鏈中制備工藝：1）將PVDF溶于NMP溶劑后，按照配比加入CNTs納米導(dǎo)電漿、導(dǎo)電炭黑，攪拌均勻后再加入鎳鈷酸鋰，制成正極漿料；2）CMC溶于水形成膠液，按配比加入導(dǎo)電炭黑和負(fù)極石墨，攪拌均勻后再加入SBR乳液混合，制成負(fù)極漿料；3）正負(fù)極漿料經(jīng)涂布、輥壓、分切后形成所需極片。目前CNT僅在正極上有大規(guī)模應(yīng)用，在硅碳負(fù)極上也開(kāi)始逐步使用。格局：國(guó)內(nèi)行業(yè)集中度高，尾部逐漸出清碳納米管導(dǎo)電劑行業(yè)集中度提升，尾部產(chǎn)能出清趨勢(shì)明顯。一方面，下游應(yīng)用對(duì)產(chǎn)品指標(biāo)要求較高，另一方面，下游鋰電池企業(yè)對(duì)供應(yīng)商有著嚴(yán)格的高差程序，全面評(píng)估其產(chǎn)品質(zhì)量、穩(wěn)定性、一致性以及持續(xù)供貨能力，驗(yàn)證周期較長(zhǎng)，以上兩點(diǎn)構(gòu)成了行業(yè)具有較