动力电池正极技术材料分析新能源与碳中

摘要

动力电池上游原材料大涨带动下游整车厂商上调售价

正极材料是动力电池技术进步的决定性因素

当前主流动力电池技术为三元电池和磷酸铁锂电池，其主要原材料钴、镍、锂严重依赖进口

上游原材料大幅上涨，碳酸锂价格同比上涨幅度10倍，短期来看，新能源上游原材料大宗商品的上涨空间有限。

下游车企涨价潮

自年1月份新能源电动车集体涨价潮以来，3月份特斯拉、比亚迪、小鹏、理想等车企又纷纷开启新一轮涨价潮。

多家涨价的新能源车企在调价通知中表示，调价主要受上游原材料价格持续大幅上涨影响。自年下半年以来，宁德时代动力电池涨价两次，两次调价已让成本累计上涨2万元，而目前比较主流的60KWh动力电池成本已经上涨了3~4万元。

通过分析发现，宣布涨价的车型售价普遍为25万以下价格的新能源车，相对于高定价高利润的汽车产品而言，低定价低利润的汽车对于成本变化的敏感度更强。同时采用不同技术路线电池的新能源车，对于动力电池成本变化反应也不同，蔚来汽车主销的75KWh电池使用的是三元锂与磷酸铁锂电芯的混合，其中磷酸铁锂电芯占大头。和三元锂电池相比，磷酸铁锂电池原材料不涉及钴、镍等正极材料，受原材料涨价影响相对较小，特斯拉的多次调价中，采用磷酸铁锂电池的车型价格涨幅也相对较少。

新能源车上下游强强联合稳定供货源

为保障原材料供应链稳定，以实现集团电池成本降低30%-50%的长期目标，3月21日，大众汽车集团（中国）宣布，与浙江华友钴业和青山控股签订两份战略合作谅解备忘录，拟在印尼和广西各成立一家合资公司，覆盖电池正极材料供应链上下游；

华友钴业的公告显示，此次三方合作将围绕动力电池正极材料产业链上下游展开，拟共同布局印尼镍钴资源开发，以及镍钴硫酸盐精炼、前驱体加工和正极材料生产等动力电池正极材料一体化业务。

预计在满产后，合资公司的原材料总产能可以满足GWh电池所需的镍、钴原材料供应。如果按单车70Kwh的电池容量计算，GWh的电池可以为约万辆电动车供能。

正极材料是动力电池技术进步的决定性因素

从成本角度，新能源汽车制造成本中动力电池占比最大，约为40-50%，其次为驱动系统（15-20%）、车身底座（16-18%）、配件（13-15%）和其他零部件（7%）。

作为新能源电动车成本占比最大的动力电池，其成本结构中：正极材料（40%）隔膜材料（20%）负极材料（15%）包装材（15%）电解液（10%）。

隔膜的主要功能是隔离正、负极并阻止电子穿过，同时允许锂离子通过；电解液则负责传导锂离子；负极则是影响电池快充的性能、循环寿命，而正极材料性能很大程度决定了电池的能量密度，也是系统成本下降的重要发力点，磷酸铁锂电池、三元电池、钴酸锂电池，都是以正极材料命名的。

图表1新能源汽车制造成本构成

数据来源：前瞻产业研究院，海银研究院

图表2锂电池制造成本构成

数据来源：前瞻产业研究院，海银研究院

图表3动力电池主要结构

数据来源：中债资信，海银研究院（点击图片查看大图）

产业链条方面：电池企业最上游资源为有色金属等大宗商品，价格受行业供需及资金面影响较大，因此中游电池和正负极材料企业要承担较大的价格波动。

图表4动力电池原材料链条一览

数据来源：中债资信，海银研究院（点击图片查看大图）

动力电池技术路线分析

4.1动力电池主要性能指标

动力电池的核心技术指标包括能量、能量密度、充放电倍率、循环寿命、安全性、一致性、可靠性等多项指标。

在整车重量给定，正常工况行驶状态下，主要由电池的能量决定新能源汽车的续航里程。电池能量（Wh）=能量密度（Wh/L）X电池体积（L）或者比能量（Wh/kg）X电池质量（Kg）。由于新能源汽车生产商在某特定车型中要严格控制电池在车身里的空间，因此在动力电池体积一定的前提下，能量密度越高的电芯，电池的能量越大，续航里程也越长。国家在开始将动力电池能量密度指标纳入补贴考核范围，以此推动新能源汽车行业及电池行业技术发展。

动力电池的一致性是另一个重要指标，单只电池的性能指标包含能量、电阻、开路电压等。动力电池系统中串并联的单体电芯个数很多，如果众多单体电池的内阻等方面不能保持高度一致性，在相同电流流过时，内阻大的电芯就会发热，进而发生爆炸等安全事故。另一方面，由于电池系统的能量和寿命存在短板效应（由系统中能量最小、寿命最短的电池决定）。因此，对于动力电池生产企业来说，不仅要在实验室生产出高能量密度的电池，还需要保证生产电池的一致性较强，才能满足车企对电池的要求。保持电池的一致性需要有较为先进的电池生产设备、严格的流程管控以及相关配套技术。

同时，追求动力电池的各种性能指标的目标往往存在矛盾，比如电池能量密度往往降低电池一致性，提高快速充电性能往往降低电池寿命，提高功率往往牺牲电池能量密度。

图表5动力电池主要性能指标

数据来源：中债资信，海银研究院（点击图片查看大图）

4.2锂电池技术分类

锂电池按照正极材料不同，可以分为钴酸锂电池、三元电池（包括镍钴锰酸锂NCM或镍钴铝酸锂NCA）、锰酸锂电池、磷酸铁锂电池。其中三元电池NCM又可以按照三种金属配比不同分为NCM、NCM、NCM、NCM等。

图表6各类型锂电池性能对比与应用

数据来源：中债资信，海银研究院（点击图片查看大图）

目前市面上动力电池以采用三元电池和磷酸铁锂电池为主，三元电池续航能力高于磷酸铁锂电池，但磷酸铁锂电池在安全及稳定性能上略胜一筹，通过技术的不断创新，磷酸铁锂电池得以突破其能量密度限制，市场装机量涨幅明显；但由于磷酸铁锂电池低温运行效率低，三元电池目前仍是装机市场大头。

三元电池可以看做是钴酸锂、锰酸锂和镍酸锂电池的混合升级版，中和了三种电池在能量密度和安全性、循环性方面的优缺点，成为动力电池领域主流技术路线之一。根据正极材料中镍钴锰三种金属比例，三元电池可以细分为NCM、NCM、NCM、NCM等。例如NCM即为三元电池中镍、锰、钴的比例为5:3:2。一般来说，三元电池中，镍的含量越高，电池能量密度越高，但安全性越差。

凭借长续航的性能优势，高端电动车品牌更倾向于采用三元电池，并逐步向高镍化方向演进。

与中国市场磷酸铁锂、中镍三元为主不同，海外市场电动汽车动力电池主要聚集在中镍（镍6系）、高镍方向。一直以来，海外电动车搭载高镍电池比例提升和高镍电池车型销量增长，是拉动国内三元正极材料出货量大幅增长的主要因素。

年中国新能源汽车销售量约.9万辆，同比增长%，动力电池装机量约.98GWh,同比增长%，其中磷酸铁锂动力电池装机量为65.37GWh,同比增长%，增速高于三元动力电池87%。

4.3动力电池的包装形态

动力电池按照形态和包装方法分为圆柱电池、方型电池和软包电池。圆柱电池和方形电池属于硬包，外壳主要为钢壳或铝壳（价格低廉）。软包电池外壳主要为铝塑膜（价格昂贵）

图表7动力电池包装形态

数据来源：公开资料，海银研究院（点击图片查看大图）

动力电池上游原材料

以涉及原材料更为复杂的三元电池原材料进行分析：其上游原材料主要涉及钴、镍、锰和锂等金属化工原料，向上可延伸至相应金属矿物原料。原材料成本是三元材料的主要生产成本，占总成本比例的80%以上，设备折旧产生的制造费用占生产总成本的10~20%；

上游原材料可分为金属盐和三元前驱体两类：

三元材料的金属盐原材料包括硫酸钴、硫酸镍、硫酸锰、氢氧化锂和碳酸锂等，属于大宗商品，广泛应用于农业饲料、钢铁、化工、医药、电子、半导体等多个国民经济支柱行业。金属盐由金属矿石冶炼而成，因此矿石价格对金属盐价格影响显著。三元前驱体通常指的是镍钴锰氢氧化物，三元正极材料由三元前驱体加上碳酸锂通过一定的化学工艺烧结而成，其品质对于动力电池的能量密度等指标有着至关重要的决定性作用，而影响前驱体性能的关键是镍钴锰的比例。前驱体中镍钴锰元素比例按照镍元素含量从低到高可以分为NCM、NCM、NCM、NCM、NCM等。NCM前驱体比容量较高、而高镍三元材料（镍的摩尔分数在6以上），如NCM，由于其具有理论高能量密度，从而成为现阶段三元材料的开发重点，另外，高容量富锰材料（也称为富锂锰基固溶体）、高压尖晶石材料（高电压）也是下一代正极材料的开发重点。

从钴、镍、锂、锰金属矿石原料储量角度而言，由于资源匮乏、开采难度大等原因，中国镍、钴、锂矿资源高度依赖进口，其中钴资源最为匮乏，进口依赖度大90%，镍和锂资源进口依赖度分别为80%和70%。根据美国地质勘探局数据，年全球钴储量约万吨，中国储量约为8万吨，占全球总储量比重的1.2%；年全球镍储量为万吨，中国镍储量约万吨，占全球总储量的比重仅3.2%；中国锂资源相对丰富，然而受到开采条件、环境保护等因素限制，中国对进口锂矿的依赖度较大。中国锰储量丰富，但是中国锰矿需求量大，导致锰矿进口量大。

钴、镍、锂、锰金属矿石原料的应用领域不同，导致影响其价格变动的主要因素不尽相同：

1）钴：钴资源下游应用集中在3C数码锂电池领域，钴资源在3C数码锂电池领域的应用比例超过50%。全球钴供给集中度较高，供应量由嘉能可集团和欧亚资源集团等少数企业控制。由于钴需求在锂电池中占比高，应用单一，以及钴供应被寡头垄断，钴资源的价格高昂，且受下游需求变化而波动的现象明显。

年全球探明的钴矿资源储量为.5万吨，钴矿产量为13.57万吨。其中刚果是全球钴矿资源储量最多的国家，也是钴产量最高的国家，也是钴产量最高的国家，年刚果的钴矿储量占到全球储量的49.45%，产量占到全球钴矿产量的66.32%，集中度非常高。储量排名第二和第三的国家分别为澳大利亚和古巴，占到全球储量的17.45%和7.27%，其他国家的储量都小于5%。

图表8全球钴矿资源分布

数据来源：公开资料，海银研究院（点击图片查看大图）

全球主要的钴矿公司有嘉能可公司、洛钼集团、chemaf公司、金川集团和谢里特公司等。嘉能可公司掌握全球钴矿探明储量的25%，每年的钴矿产量占到全球产量的30%左右，对全球钴矿的供应有决定性的影响力。全球前十大钴矿公司年的钴矿产量占全球钴矿产量的75.45%，生产集中度比较高，中国有四家公司进入钴矿产量前十的行列。

2）镍资源广泛应用于钢铁、机械、建筑和化工领域，其中不锈钢对镍资源的消费量占镍资源总消费量的比例约为85%，锂电池镍消费量占目前较低，但随之新能源电动车的带动下高镍电池的应用与推广，锂电池中镍消费占比将显著提高。

与新能源汽车动力电池相关的镍产品主要是硫酸镍，硫酸镍有五水、六水和七水硫酸镍，其中工业使用大多数为六水硫酸镍，电池级硫酸镍（Ni质量分数≥22%，Co质量分数0.4%）是生产三元前驱体的主要原材料之一。

在国外，硫酸镍主要以电解镍为原材料；而在中国硫酸镍原材料来源较为多样化，包括高冰镍、镍中间品、电解镍和镍回收料等，其中镍中间品占比最高，为56%，金属镍约为16%，其他来自镍回收料。

图表9硫酸镍工艺图

数据来源：平安证券，海银研究院（点击图片查看大图）

全球镍资源分布：根据矿石成分，镍矿可分为硫化镍矿和红土镍矿，与红土镍矿相比，硫化镍矿的镍含量较高，组成成分简单，分离难度小，主要分布在加拿大、俄罗斯、澳大利亚、中国、南非等国家；红土镍矿主要分布在环太平洋的热带区域、亚热带区域以及赤道线南北30°内的热带国家。目前红土镍矿为镍资源的主体，约占全球陆地镍资源的60%，在全球镍矿（镍金属计）产量占比约70%。

根据USGS，年全球镍矿的产量达到万吨金属镍。全球镍矿产生产集中度较高，其中印度尼西亚、菲律宾、俄罗斯三个国家约占全球镍矿产量的56%，中国镍矿产量仅约占全球的4%。从企业主体来看，全球镍矿企业市占率较低，仅俄罗斯镍业和淡水河谷的份额超过5%。

图表10全球镍矿产量的区域构成

数据来源：平安证券，海银研究院

图表11全球主要镍企市占率较低（年）

数据来源：平安证券，海银研究院

中国镍资源较为匮乏，主要以硫化镍矿为主（约占全国镍资源的90%）年的储量和资源量分别为万吨（约占全球的3%）和万吨（约占全球的9%），中国的镍资源主要集中在甘肃省，约占全国镍资源的62%，新疆和云南位居第二和第三，分别约占全国镍资源的12%和9%。年中国进口镍矿砂以及精矿的数量高达万吨，并且大部分来自菲律宾和印度尼西亚，其中前者约占中国镍原料进口的53%，后者约占中国镍原料进口的43%。

图表12中国镍资源分布

数据来源：平安证券，海银研究院

图表13中国镍矿砂及精矿进口来源

数据来源：平安证券，海银研究院

3）锂资源广泛应用于锂电池、玻璃和陶瓷等领域，其中锂电池对锂资源的需求占比近50%。新能源纯电动行业的快速发展是驱动锂资源需求上涨的主要因素。

锂元素在自然界中的丰度较高，但具备经济开采价值的资源有限，主要分为盐湖锂、矿石锂以及黏土锂，分别占58%、26%和7%。根据USGS，南美锂三角（玻利维亚、智利和阿根廷）、西澳的探明锂储量较大。

图表14全球探明锂储量的构成

图表15锂资源可分为盐湖锂、矿石锂、黏土

数据来源：USGS、五矿证券，海银研究院

图表16全球锂资源开发现状与展望

数据来源：五矿证券，海银研究院（点击图片查看大图）

4）锰资源广泛应用于钢铁、化工、农业饲料和电池领域，其中钢铁行业对锰资源的需求最大，锂电池三元材料的原材料高纯度硫酸锰对锰矿的需求占比较低。90%以上的锰应用于冶金工业中，是钢材中除铁以外用量最大的元素，有“无锰不成钢”之称。锰最重要的非冶金用途是以二氧化锰的形式充当干电池中的去极化剂，未来随着新能源市场的快速增长，对锰矿资源，尤其是电池级富锰矿（生产锰酸锂的原材料）的需求将不断增长。

近年来，全球锰金属的年总产量基本保持在0~万吨之间，其中南非、澳大利亚和加蓬是全球最主要的锰矿资源生产及出口国，三者合计产量占全球60%以上，中国、巴西、加纳以及印度等也是目前全球主要的锰矿资源生产国，但随着中国国内采矿成本提高及环保要求严格，年以来中国锰矿产量不断下滑，在全球所占份额也持续下降。

图表17全球探明锰储量的构成

数据来源：《全球锰资源现状及对我国可持续发展建议》，海银研究院（点击图片查看大图）

受成矿条件所限，国内富锰矿紧缺的现状短期内难以改变，充分利用海外富锰矿资源将有助于实现我国资源互补。非洲和大洋洲是目前我国海外主要的锰资源来源地，也是全球主要的富锰矿集中地，尤其是非洲，成矿地址条件优越，已连续多年成为我国第一大进口锰来源地。南非、加纳和加蓬锰矿规模大且品质高，易于实现工业开采，且这些国家矿业投资占比高，适合国家级锰企进驻。刚果、赞比亚和纳米比亚锰矿规模小，但矿点多且品质高，投资小且见效快，利于中小型民企介入。而澳大利亚和巴西，由于其锰资源被国际矿业巨头牢牢把持，大型国企进入难度很大，中小型企业则受困于环保、人力成本等因素难以盈利，不利于我国掌握其锰资源。因此，非洲将是我国海外锰资源最重要的潜力区。

行情展望

从去年以来锂、钴、镍等动力电池原材料价格大幅度上涨。以电池级碳酸锂为例，目前每吨报价已突破50万元，同比增长了近10倍。如果以一款电池容量70千瓦时的纯电动车推算，仅电池原材料成本就上涨了万元左右。

图表18价格:碳酸锂99.5%电:国产

数据来源：Wind，海银研究院（点击图片查看大图）

上游原材料的大幅上涨除了供需关系以外，也与全球通胀有莫大关联，作为大宗之王的原油从最低价不到30美元/桶一路上涨突破美元/桶，而作为热门赛道的动力电池原材料也随全球新能源政策推动下电动车销量受到市场强烈追捧。

相比于钴、镍、锰而言，锂的涨幅更胜一筹，主要原因在于从当前技术发展趋势来看，无论是磷酸铁锂还是三元电池都对锂的需求是稳定的。

但需要提醒投资者注意的是，原材料短期上涨过高过快，会逐渐通过产业链传导至下游消费者，年是国内新能源电动车补贴的最后一年，取消补贴后，消费者将面临更高的购车压力，车企希望通过涨价抵消掉的成本压力，但消费者未必会为车企和上游材料商买单，最终通过市场调节平衡原材料将回归合理价值区间。

此外，车联会已多次发声将针对动力电池原材料上涨过快提出解决方案，因此短期来看，新能源上游原材料大宗商品的上涨空间有限，但从全球化新能源电动车赛道确定性的政策发展方向，长期来看仍有阶段性投资机会。

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来源：海银研究院韩炯炯

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