三元材料专题报告：从工艺、成本及供需角度看三元材料高镍化趋势_52页_3mb

新材料行业专题报告总结：三元材料高镍化趋势分析

核心内容概述

本报告围绕三元正极材料的高镍化趋势展开，从政策导向、市场需求、成本结构、技术难点以及行业供需等角度进行了深入分析。报告指出，三元材料已成为新能源汽车动力电池的首选，其高镍化趋势长期不变，且在2020年面临总体供需紧张的情况。

主要观点

1. 三元材料在新能源汽车中的应用优势明显

• 三元材料在能量密度、比功率、循环寿命等方面表现优异，是当前新能源汽车动力电池的首选。
• 政策导向持续推动新能源汽车向高能量密度发展，高镍材料（如NCM811、NCA）成为未来发展方向。
• 2019年1月，纯电动乘用车三元电池装机占比达到95%以上，显示出其在市场中的主导地位。

2. 高镍化趋势的驱动因素

• 政策因素：新能源汽车补贴门槛持续提高，且对高能量密度电池的补贴政策有所调整，鼓励高镍材料的应用。
• 市场需求：消费者对新能源汽车续驶里程的关注推动了高能量密度电池的发展，高镍材料有助于提升能量密度，缓解“里程焦虑”。
• 技术发展：高镍材料在能量密度方面具有显著优势，是提升电池性能的关键。

3. 高镍材料的成本特性

• 高镍材料的单位电量制造成本低于普通三元材料，但其kwh使用成本仍偏高，主要由于技术溢价。
• 原材料价格对高镍材料的影响相对较小，尤其在钴价波动时，NCM811的kwh成本对钴价的敏感度低于NCM523。
• 若正极材料厂商自制前驱体，可提高毛利率约6个百分点。

4. 高镍材料的结构与性能影响

• 高镍材料（如NCM811）的高镍含量虽然提升能量密度，但也带来以下问题：
  • 循环性能下降：镍含量升高导致阳离子混排增加，影响材料稳定性。
  • 热稳定性降低：Ni^4+具有强还原性，易引发材料分解。
  • 残碱量增加：高镍材料在空气中易生成LiOH和Li₂CO₃，增加对电解液的腐蚀。
  • 电解液要求更高：高镍材料需要更稳定、更耐腐蚀的电解液体系以保障电池性能。

5. 高镍材料的制备工艺

• 高镍材料的制备工艺更复杂，对设备要求更高，主要采用化学共沉淀法制备前驱体，再通过高温固相法合成正极材料。
• 锂化混合是关键步骤，需严格控制锂与金属的配比，确保均匀混合。
• 高速混料机被推荐为最优混料设备，因其混合效率高、能耗低、操作简便。
• 匣钵选择对煅烧效果有重要影响，推荐使用大缺口匣钵以提升耐腐蚀性和热稳定性。
• 窑炉煅烧是决定材料性能的关键工艺，需精准控制温度、时间、气氛等参数，其中辊道窑因其广泛使用成为主流。

关键信息总结

1. 成本结构

• 正极材料占锂电池成本的30%~40%，为成本占比最大的部分。
• 高镍材料的单位电量成本低于普通三元材料，但kwh成本仍偏高。
• 使用自制前驱体可显著提升毛利率。

2. 原材料价格影响

• 钴源价格变动对NCM523成本影响较大，而对NCM811影响较小。
• 当七水合硫酸钴价格高于11.15万元/吨时，NCM523的吨成本将高于NCM811。
• 降低用电价格有助于正极材料降本增效。

3. 供需预测

• 2018年国内三元材料总产能为33.67万吨，高镍材料产能超过5万吨。
• 高镍材料的扩产主要集中在NCM811和NCA。
• 2019及2020年高镍材料的装机需求分别为2.90吨和6.13吨，占比逐年上升。
• 2020年高镍材料总体处于供需紧张状态，短期可能更关注NCM622。

重点关注公司

• 当升科技（300073.SZ）：背靠科研院所，高镍技术领先，2013-2018年营业收入和净利润稳步增长。
• 容百科技（A19004.SH）：高镍前驱体及正极材料领域的黑马，拟登陆科创板，2016-2018年营收和净利润增长显著，产能利用率高。

风险提示

• 宏观经济增长不及预期；
• 新能源汽车相关政策推进不及预期；
• 原材料价格大幅波动；
• 新能源汽车销量不及预期；
• 技术替代风险。

图表目录（摘要）

• 图1：新能源汽车成本结构
• 图2：锂电池成本结构
• 图3：锂电池原材料成本结构
• 图4：锂电池工作原理图
• 图5：2014-2019年新能源汽车补贴下滑幅度
• 图6：纯电动乘用车补贴额度变化
• 图7：纯电动非快充客车单车补贴上限变化
• 图8：2017-2019年目录车型平均能量密度
• 图9：传统能源及新能源车续驶里程对比
• 图10：五种常用动力电池正极材料性能对比
• 图11：2018年动力电池装机量及三元装机占比
• 图12：2018年纯电动乘用车三元装机占比
• 图13：三元材料晶体结构示意图
• 图14：不同比例NCM的I₀₀₃/I₁₀₄比值
• 图15：不同比例NCM表面残碱含量
• 图16：三元材料成本制备流程图
• 图17：三元材料成本制备工艺图
• 图18：锂辉石制备碳酸锂流程图
• 图19：卤水制备碳酸锂流程图
• 图20：锂辉石制备单水氢氧化锂流程图
• 图21：锂化混合工艺图
• 图22：斜式混料机系统设置布置图
• 图23：高速混合机结构图
• 图24：匣钵自动装卸料系统布局图
• 图25：平底带缺口匣钵
• 图26：平口不带脚匣钵
• 图27：三元材料匣钵需满足的条件
• 图28：几种常见三元材料煅烧温度趋势
• 图29：电热辊道窑炉
• 图30：三元材料粉碎工艺流程图
• 图31：管道除铁器外形图
• 图32：电磁型磁选器外形图
• 图33：超声波振动筛
• 图34：不同组分前驱体的适宜氨水浓度和反应PH
• 图35：普通及高镍三元材料总成本构成
• 图36：普通及高镍三元材料总成本占比
• 图37：普通及高镍三元材料制造费用构成
• 图38：普通及高镍三元材料制造费用占比
• 图39：七水合钴酸锂价格变化对两种正极材料的吨成本影响
• 图40：七水合钴酸锂价格变化对两种正极材料的KWH成本影响
• 图41：2015-2018年国内三元正极材料产量
• 图42：当升科技营业收入变化
• 图43：当升科技归母净利润变化
• 图44：容百科技股权结构图
• 图45：容百科技营业收入变化
• 图46：容百科技归母净利润变化
• 图47：容百科技产能及其利用率
• 图48：容百科技产品销售价格变动
• 图49：当升科技规划总产能及投产情况

表格目录（摘要）

• 表1：锂离子电池正极材料应满足的条件
• 表2：新能源汽车补贴政策技术要求发展历程
• 表3：传统能源及新能源轿车续驶里程对比
• 表4：传统能源及新能源SUV续驶里程对比
• 表5：常用正负极活性物质及其比容量统计
• 表6：部分三元材料制备方法对比
• 表7：三元材料成品制备过程控制
• 表8：两种锂源在三元材料制备中的成本对比
• 表9：三元材料混料设备对比
• 表10：高速混料机和球磨混料机参数对比
• 表11：球磨机和高速混料机混合后材料不同取样点锂化值对比
• 表12：针对不同烧结成分使用匣钵的外观及性能差别
• 表13：三元材料用双列辊道窑和双列推板窑对比
• 表14：三元材料常用粉碎设备对比表
• 表15：三元材料常用粉碎设备对比表
• 表16：三元材料制程过程中金属杂质来源
• 表17：普通三元材料和高镍三元材料制程中主要差异
• 表18：NCM523前驱体及正极材料生产过程中理论及实际投料量
• 表19：NCM523前驱体及正极材料成本分拆
• 表20：使用外购前驱体及自制前驱体的毛利率对比
• 表21：NCM811前驱体及正极材料生产过程中理论及实际投料量
• 表22：NCM811前驱体及正极材料成本分拆
• 表23：使用外购前驱体及自制前驱体的毛利率对比
• 表24：普通及高镍三元材料单位成本对比
• 表25：钴源、锂源价格变化对NCM523的吨成本影响
• 表26：钴源、锂源价格变化对NCM523的KWH成本影响
• 表27：钴源、锂源价格变化对NCM811的吨成本影响
• 表28：钴源、锂源价格变化对NCM811的KWH成本影响
• 表29：国内主要三元材料生产厂商产能统计
• 表30：国内高镍三元材料需求量预测（2018-2020年）
• 表31：2017年-2018年8月国内新能源汽车起火事故盘点
• 表32：当升科技规划总产能及投产情况

结论

三元材料的高镍化趋势是新能源汽车行业发展的必然方向，其在提升能量密度、满足政策要求、改善续驶里程方面具有显著优势。尽管高镍材料在成本和安全性方面存在挑战，但随着技术进步和工艺优化，其长期发展趋势不变。报告建议投资者关注当升科技和容百科技，因其在高镍材料领域具备技术优势和市场潜力。