锂电池正极材料全景解析


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锂电材料处于整个锂电池产业链的上游,主要由正极材料、负极材料、隔膜和电解液四大材料组成。
正极材料是锂电池电化学性能的决定性因素,直接决定电池的能量密度及安全性,进而影响电池的综合性能。

该环节虽然产值较高,但在议价能力方面“两头受压”(上游资源与下游电池)。

由于正极材料在锂电池材料成本中所占的比例达30-40%,其成本也直接决定了电池整体成本的高低,因此正极材料在锂电池中具有举足轻重的作用,并直接引领了锂电池产业的发展。
从当前时点来看,各类正极材料的马太效应正在形成,产品开始分层,在主流产品线上已进入至数家头部大厂之间的动态博弈阶段。

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锂电池正极材料体系分类

锂电池按照正极材料体系来划分,主要分为钴酸锂(LCO)、锰酸锂(LMO)、磷酸铁锂(LFP)、三元材料(镍钴锰酸锂(NCM)和镍钴铝酸锂(NCA))等技术路线。
钴酸锂成本较高、寿命较短,主要应用于3C产品;锰酸锂能量密度较低、寿命较短但成本低,主要应用于专用车辆;磷酸铁锂寿命长、安全性好、成本低,主要应用于商用车;三元材料尤其是NCM能量密度高、循环性能好、寿命较长,主要应用于乘用车。
高镍是新的起点,大幅抬升三元材料的进入门槛,当前高镍材料正在进一步从8系向超高镍9系发展。
2020年1-11月我国正极材料出货量接近40万吨。在量的增长之外,出货量结构上也有显著变化,其中磷酸铁锂和三元的占比持续提升,贡献了主要的增量。
2020年1-11月中国NCM三元材料约21%产量出口海外,波兰与韩国是最主要出口流向;铁锂与锰酸锂产能基本全部汇聚在中国,海外产能占比仅约5%;钴酸锂产能中国约占全球70%,韩、日两国占比约为19%。

锂电正极材料竞争格局


中国是全球正极材料主要产能集中地,占比约60%。
国内正极材料环节的产能庞大,头部集中化趋势逐步显现。
其中钴酸锂的集中度最高,磷酸铁锂次之,三元材料则相对偏低,2020年三类正极材料的CR3份额分别为68%、50%、35%
据高工锂电数据统计显示,2020年第一季度实现供货的正极材料厂商17家,相比2019年减少了7家,表明行业洗牌已经开始,产能、技术、客户结构较差的小企业开始退出市场,集中度有望加速提升。
电池材料代表性企业主要有11家,其中正极材料主要有四家(当升科技、容百科技、杉杉股份、德方纳米)。
根据真锂研究数据显示,2019年行业排名前三的公司中,德方纳米正极材料出货均为磷酸铁锂,容百科技正极材料出货均为三元材料。
当前全球正极企业的产能布局已不再局限本国,而是全球化布局,其大多谋划长远,布局如高镍化、高电压、固态电池材料等技术方面。
国内正极材料客户结构进一步优化,当下聚焦海内外头部电池商:
图表来源:五矿证券


三元材料

三元材料的高能量密度优势使其在动力领域占据了重要地位,动力电池的发展也带动了三元材料的放量。
2020年1-11月三元总出货量为17.8万吨,同比微降0.7%,其他及海外用量为11.3万吨。
国内三元正极行业的参与者众多,由于三元等材料体系的产能投资所需资本开支高且技术迭代较快,常规三元正极制备工艺的壁垒较低,且后续衍生型号众多,导致技术路线分化,因此三元正极行业的集中度一直较低。
三元材料厂商竞争激烈,格局较为分散,头部大型厂商之间的份额差距较小,2020年行业CR5约为52%。从动态视角来看,行业集中度呈现上升趋势。
高工锂电数据显示,在2019年国内三元正极市场中,容百锂电、长远锂科、湖南杉杉、当升科技、厦门钨业、振华新材料、天津巴莫等企业占据主要地位。
数据来源:高工锂电,东方证券
2020年1-5月三元电池领域LG化学超比亚迪位列第二,市占率高达19.1%,三元电池市场格局由2019年宁德时代(50.5%)、比亚迪(19.7%)“双寡头”格局转变为你说的(45.1%)、LG化学(19.1%)、比亚迪(17.0%)“三寡头”格局。


高镍三元

由三元材料产品同质化程度较高的常规型产品竞争日趋激烈,倒逼企业加快高镍化单晶化等新系列产品开发,同时加大对头部电池企业的拓展。
虽然中国占据着全球半数以上的三元材料产能,但在高镍市场方面国内三元材料企业还有提升空间。
国内真正能够实现高镍三元材料批量出货的企业并不多,出货量较高的企业主要为容百、巴莫、贝特瑞以及邦普。
据华安证券报告数据显示,容百高镍产量占比70%左右,处于高镍三元行业龙头地位,巴莫、贝特瑞与邦普则处于行业第二梯队,当升科技、长远锂科、杉杉股份、振华新材等企业距离TOP4都有一定的差距,处于行业第三梯队。
就当前国内高镍三元材料的供货格局来看,2020年国内第一、二梯队的高镍三元材料有望继续扩大其出货规模,从而跻身全球一流高镍三元材料生产商地位,而对于第三梯队的企业而言,如何正确的把握客户需求,生产出差异化的产品,将成为未来公司发展的重要目标。
受疫情影响,欧美多家车厂选择关停工厂,松下、LG、三星等企业也相继关停了其位于欧美地区的电池厂。丰田、松下等企业也开始考虑或者关停日本本土的工厂,在一定程度上抑制海外市场对于日韩企业高镍三元材料的需求。
正极材料同行业可比公司经营情况比较:
资料来源:中国化学与物理电源行业协会,华安证券研究所


磷酸铁锂

虽然在与磷酸铁锂电池的竞争中,三元锂电池在安全性和稳定性上略逊一筹,但确具有其他电池无法比拟的电池能量密度、材料成本、续航里程的优势。
磷酸铁锂主要以国内动力领域为主,但过去受补贴标准制约发展几乎停滞;但随着磷酸铁锂性价比优势突出,在储能等非动力领域的应用快速发展,尤其在2019年开始爆发。
在电芯层面,磷酸铁锂成本低廉的优势显著,使用成本仍然显著优于三元,在正极和电芯层面有50%和20%以上的降本优势,并且由于不含钴镍等贵重金属,磷酸铁锂价格波动远小于三元,利于成本管控。
磷酸铁锂电池龙头企业通过差异化创新加大技术领先优势。从产能规划格局上看,磷酸铁锂行业集中度将显著提升,已进入领军厂商之间的拼杀阶段,2020年行业CR5约75%(CR3为50%),相比之下在2017年度这一数字仅为37%。
在主流企业中,比亚迪、国轩以自用为主,德方纳米、贝特瑞、湖南裕能、湖北万润则外售。
其中德方纳米仍维持龙头地位,市占率接近30%。2020年底和目前在建产能均位于行业第一,2021年市占率有望回升至29%以上。
湖南裕能在获得宁德时代和比亚迪增资后计划将产能扩充至10万吨以上,位于行业第二。

从电池包以及结构层面看,磷酸铁锂由于其成熟稳定性,在“刀片”“CTP”等结构创新和成组效率上占据优势,但是随着三元尤其是高镍三元的技术发展成熟稳定,也有提升空间,差距会缩小。

宁德时代的“CTP”技术可以将磷酸铁锂电池能量密度提升至160Wh/kg以上,用在三元上则可以提升至200Wh/kg。
除宁德时代、比亚迪2家供应商在三元电池和磷酸铁锂路线均有较高的市场份额之外,其他竞争对手大多专注于一种技术路线,比如专注三元的力神、中航锂电、孚能科技,专注磷酸铁锂电池的国轩、亿纬锂能等。之前的动力电池供应商沃特玛、比克电池等份额逐渐缩小,产能出清。
磷酸铁锂格局变化(2017-2020):
图表来源:高工锂电,华安证券
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