鋰電池產業(yè)研究報告-高鎳未來已來-龍頭涅盤見云開

鋰電池產業(yè)研究高鎳未來已來，龍頭涅槃見云開

一、2021年高鎳元年，2022年高鎳放量，高鎳未來已來1.1能量密度疊加成本優(yōu)勢，高鎳大勢所趨高能量密度與低成本為動力電池兩大發(fā)展方向動力電池需解決續(xù)航里程及平價（長期存在降價壓力）痛點，高能量密度+低成本為長期進步方向：1）材料體系升級：材料體系升級更多是電化學體系的換代，比如高鎳正極、硅碳負極、鈉離子正極、富鋰錳基等方向，并需相關材料配套開發(fā)。2）工藝改進：工藝改進屬于生產過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、刀片電芯、疊片技術等，可有效提高能量密度、降低成本。2020年10月發(fā)布《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖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年比容量達到350WH/kg，動力電池發(fā)展方向明確。高鎳解決電動車痛點，為最成熟技術進步方向之一高鎳為可識別路徑中最成熟、接受程度最高的技術進步方向之一。高鎳三元為NCM材料體系內的技術更迭，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。高鎳大勢所趨，未來已來：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到260wh/kg，成組可以達到180wh/kg，相較NCM523產品能量密度可以提升25%，后續(xù)進一步優(yōu)化能量密度單體達到300wh/kg+，系統(tǒng)達到200wh/kg。2）降低成本：由于上游鈷資源相對匱乏且供給集中成本較高、價格波動大，高鎳能夠減輕上游原材料限制，降低成本。3）技術成熟度高，已實現(xiàn)產業(yè)化應用，產業(yè)鏈配套完善，經歷2年以上裝車驗證，主流車企、電池廠均加大布局。1.2高鎳技術成熟，產業(yè)化布局加速高鎳大勢所趨，產業(yè)鏈加速布局進一步驗證車企端：高鎳裝機經過兩年以上裝機驗證，主流車企認可高鎳電池技術路線。特斯拉是最早搭載高鎳電池的車企，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；目前各大車企高鎳裝機已經過2年以上驗證，各大車企高鎳電池認可度提升。電池廠端：頭部廠商技術逐漸成熟，獲得大量定點，我們預計22年大規(guī)模上量。日本主要采用NCA路線，國內高鎳主要發(fā)展NCM811，韓國高鎳發(fā)展兼顧NCA和NCM811。當前國內寧德時代、比亞迪、蜂巢等高鎳電池陸續(xù)量產，海外LG化學、松下、三星SDI和SKI等企業(yè)也均有裝機車型落地。正極端：高鎳正極產業(yè)鏈布局跟進，擴產激進，遠期規(guī)劃龐大。以容百為代表的高鎳正極廠商擴產激進，此外巴莫、貝特瑞等廠商均加大高鎳正極產能布局，下游電池廠指引超預期，遠期規(guī)劃龐大。歐洲車企：高鎳路線激進，新車型均有搭載大眾：MEB平臺堅定高鎳路線，未來向固態(tài)電池發(fā)展。大眾電池日表示入門車型預計使用LFP，起量車型使用高錳電池，高能量車型使用高鎳/固態(tài)，此前電池業(yè)務板塊的負責人表示將在2021年使用8系高鎳。目前MEB平臺車型均搭載高鎳電池，ID.3搭載LG7系軟包，國產ID.4搭載寧德NCM811，我們預計海外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里程升級版19年首次搭載寧德811電池，此后新發(fā)布車型iX3、iX、i4均選擇搭載NCM811電池。奔馳：上海車展中，EQS純電轎車、EQB純電SUV與EQA純電SUV三款純電新車全部采用高鎳三元電池。國內車企：造車新勢力激進，自主車企導入較慢造車新勢力激進，高鎳引領市場。蔚來2019年交付的ES6起就搭載寧德時代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，能量密度達到360WH/kg，此外，小鵬、零跑、哪吒等造車新勢力純電車型均搭載811電池。自主車企導入速度較慢。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，搭載北電愛思特NCM811電池，吉利極氪001等自主車企偏好鎳55電池，高鎳速度導入較慢。電池廠：技術趨于成熟，2021年起大規(guī)模量產寧德、松下高鎳推進領先，我們預計主流電池廠2022年大規(guī)模上量。海外高鎳正極起步較早，日本最為領先主要采用NCA路線，國內高鎳主要發(fā)展NCM811，韓國高鎳發(fā)展兼顧NCA和NCM811。當前國內主要電池廠商寧德時代、國軒高科、比亞迪等高鎳電池陸續(xù)量產，海外LG化學2018年實現(xiàn)NCM811和NCA電池小批量生產，松下、三星SDI和SKI等企業(yè)也均推進高鎳電池布局。國內電池廠中寧德引領高鎳市場，推廣激進，高鎳占比持續(xù)提升。2019-2020年國內主要電池廠商寧德時代、比亞迪、孚能、億緯等高鎳電池陸續(xù)量產，寧德時代處于引領地位，深度綁定合資車企、造車新勢力，裝機電量市占率超50%，同時LG通過配套特斯拉三元版本進入國內市場，國內格局呈現(xiàn)雙寡頭格局，同時2021年孚能、億緯、蜂巢等電池廠開始明顯起量，高鎳占比顯著提升。根據(jù)車企裝機電量倒推，2021年1-5月高鎳裝機占三元裝機比例從20年的25%提升至27%，其中5月達到32%，提升趨勢明顯。正極：高鎳產能加速落地，遠期規(guī)劃龐大國內：容百引領行業(yè)，其他玩家加碼擴建高鎳產能。2020年年底僅容百、巴莫具備萬噸級以上的高鎳正極生產能力，此后容百引領行業(yè)擴產，2021年年底產能由2020年底4萬噸擴至12萬噸+，巴莫、貝特瑞等跟隨。海外：配套電池廠商加速高鎳化，與國內前驅體廠商鎖定大規(guī)模高鎳長單。Posco化學現(xiàn)有產能4萬噸，未來計劃擴張至9萬噸，與LG化學簽署2020-2022年12.5萬噸高鎳正極材料供貨合同，與通用汽車和LG化學成立的電池合資公司UltiumCellsLLC簽署了正極材料供貨協(xié)議，未來計劃生產高鎳四元電池；ECOPROBM是全球核心的高鎳正極材料生產商，核心客戶包括三星SDI、村田和SKI等，與SK、三星簽訂高鎳正極采購意向，并鎖定格林美17.6萬噸高鎳前驅體。二、高鎳化趨勢對產業(yè)鏈的影響2.1電池：高鎳技術難度高，頭部廠商領先優(yōu)勢擴大格局：寧德時代領先，全球雙寡頭格局形成國內：綁定合資+新勢力廠商，寧德時代占據(jù)領先地位。2021年1-6月寧德時代裝機電量25.76gwh，相比2020年同比上升197%，份額占49%，寧德時代為國內龍頭。全球：裝機量頭部集中度高，寧德時代市占率提升至31.5%。21年1-5月全球裝機86.7gwh，寧德時代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，加工難度高；2）材料表層大量強氧化性Ni4+離子會和電解液發(fā)生反應，降低電池的熱穩(wěn)定性；3）充放電過程材料體積變化大，造成晶粒在循環(huán)過程中開裂；4）Li層中的Ni2+在充電時會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，帶來循環(huán)容量的衰減。寧德時代堅定高鎳化路線，技術迭代優(yōu)勢持續(xù)擴大動力電池在現(xiàn)有電化學體系內平穩(wěn)發(fā)展，龍頭長期積累的優(yōu)勢可保持。電化學產業(yè)嚴格意義上屬于配方試錯中平緩發(fā)展的行業(yè)，需要底層的長期試錯積累。因此過去30年鋰電池的基礎體系基本保持，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業(yè)需求的“電池配方”，帶來電池行業(yè)的平緩前進。我們判斷未來8-10年目前的電化學體系預計不會發(fā)生顛覆性改變，目前電池企業(yè)技術布局仍存在延續(xù)性。寧德的技術迭代是引領行業(yè)，技術迭代優(yōu)勢持續(xù)擴大，二線廠更多的可能性在于跟隨突破。電化學研發(fā)是長期積累的結果，屬于經驗科學，具有先發(fā)優(yōu)勢，寧德時代的專利全面涵蓋上游材料和設備端，專利布局廣度和深度都是同行無法比擬的。二線廠也能做好定向技術開發(fā)，但是對現(xiàn)有成熟技術的學習與定向開發(fā)效率更高。寧德堅定高鎳化路線，且推出安全性解決方案，龍頭優(yōu)勢長期保持。除LG-特斯拉外，寧德時代為國內目前唯一實現(xiàn)高鎳電池大批量裝車的電池企業(yè)，20年廣汽起火事件后，寧德時代明確表示“絕對不會否定和放棄811電池路線，而且高鎳三元電池發(fā)展遠未觸及技術天花板”。國內電池企業(yè)已相繼提出NCM811安全問題方案，寧德時代NCM811電池從電芯環(huán)節(jié)通過機械設計和化學設計來應對安全和熱失控問題，模組環(huán)節(jié)采用多個溫度傳感器實時監(jiān)測，電池包環(huán)節(jié)運用業(yè)界首創(chuàng)阻燃技術解決NCM811帶來的安全問題。2.2三元正極：行業(yè)格局優(yōu)化，龍頭擴產激進+一體化布局強化優(yōu)勢格局：三元競爭激烈，市占率較為分散受歷史因素影響，三元競爭格局較為分散：2019年行業(yè)前三（容百、長遠鋰科、振華）產量市占率均在12%左右，尚未出現(xiàn)明顯領先的龍頭。主要原因有：1）朝陽行業(yè)，2016年爆發(fā)，尚未經歷洗牌；2）產品分層，中低端產品壁壘不高，競爭者眾多。2020年起三元競爭格局優(yōu)化，龍頭公司市占率提升：產量口徑測算下，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流程：正極制備一般采用高溫固相法，NCM均采用燒結爐電加熱燒結工藝核心生產技術。將前驅體與氫氧化鋰/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，高鎳技術領先型正極企業(yè)有望通過提升高鎳正極制造合格率增厚利潤）。高鎳正極為提高結構穩(wěn)定性與熱穩(wěn)定性，對配方、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，因此正極需參雜鋁鎂等金屬來提高材料穩(wěn)定性，同時包覆陶瓷氧化鋁提高充電電壓、防止熱失控。行業(yè)趨勢：下游需求爆發(fā)，龍頭擴產激進搶占份額下游需求超預期，龍頭加大高鎳產能擴產力度，市場格局有望再集中。2021年終端需求爆發(fā)，根據(jù)裝機量測算，我們預計2020年全球高鎳正極需求11萬噸，2021年20萬噸，同比大增83%，2022年需求預計達32萬噸，進一步增長62%，高鎳化加速滲透。高鎳龍頭公司擴產激進，以大規(guī)模出貨能力搶占市場份額，容百20年年底產能達4萬噸，2021年有望達12萬噸以上，2022年達25萬噸+，占行業(yè)內新增產能的50%以上，巴莫2021年年底有望新增5萬噸產能，龍頭廠商加速擴建，競爭力凸顯。2.3三元前驅體：技術壁壘增厚，龍頭布局鎳資源增強成本優(yōu)勢格局：集中度加強，龍一地位逐漸確立2020年國內三元前驅體出貨量為29.5萬噸，前五大企業(yè)出貨量情況分別為中偉科技（6.1萬噸，占比21%）、湖南邦普（4.5萬噸，占比15%）、格林美（4.1萬噸，占比14%）、華友鈷業(yè)（3.4萬噸，占比12%）、優(yōu)美科（3.0萬噸，10%），前五合計占比72%，較2019年提升5pct。2021H1出貨量為28.8萬噸，同比+239%，中偉股份市占率提升明顯，龍一地位確立（6.8萬噸，占比24%，較20年進一步提升）、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：三元前驅體為前置工序，決定正極品質三元前驅體對正極材料的電化學性能起決定性作用。前驅體為正極加工的前置生產工序，前驅體品質直接決定了最后燒結產物的理化指標。通過氫氧化物共沉淀法得到的三元前驅體經過混鋰、煅燒等工序得到三元正極材料，該過程對前驅體結構影響較小，所以三元正極材料對前驅體的性能特征保持較好，即三元前驅體的性能也會直接決定得到的正極材料的性能。2.4高鎳電池對碳納米管導電劑需求增加鋰電高能量密度驅動，CNT導電劑蓄勢待發(fā)碳納米管是一種新型石墨材料，性能優(yōu)異，多領域應用潛力大。CNT有優(yōu)異的電學、力學、化學性能，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電性、導熱性等物理性質。作為新型材料可應用領域廣泛：1）鋰電池領域：新型導電劑，能提高電池能量密度和壽命。極片制作時通常會加入一定量的導電劑提升鋰電池中電子在電極中的傳輸速率，進而提升鋰電池的能量密度、倍率性能和改善循環(huán)壽命。2）導電塑料領域：提升導電塑料的導電性和結構強度。導電劑是鋰電池的關鍵輔材，與正負極材料混合用于生產電極極片。供應鏈中制備工藝：1）將PVDF溶于NMP溶劑后，按照配比加入CNTs納米導電漿、導電炭黑，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，按配比加入導電炭黑和負極石墨，攪拌均勻后再加入SBR乳液混合，制成負極漿料；3）正負極漿料經涂布、輥壓、分切后形成所需極片。目前CNT僅在正極上有大規(guī)模應用，在硅碳負極上也開始逐步使用。格局：國內行業(yè)集中度高，尾部逐漸出清碳納米管導電劑行業(yè)集中度提升，尾部產能出清趨勢明顯。一方面，下游應用對產品指標要求較高，另一方面，下游鋰電池企業(yè)對供應商有著嚴格的高差程序，全面評估其產品質量、穩(wěn)定性、一致性以及持續(xù)供貨能力，驗證周期較長，以上兩點構成了行業(yè)具有較