三元锂电池将成为未来动力的方向

三元前驱体（NCM）是镍钴锰酸锂三元材料的主要组成部分，镍钴锰酸锂三元材料又是三元锂电池正极材料的主要组成部分。三元锂电池正极材料又是三元电池的核心，而三元锂电池构成的电池包或电池组最终是新能源汽车的动力来源。三元锂电池能量密度高，只要电池安全问题得到不断改善和解决，将成为未来动力的方向。此外，三元锂电池含镍的高低直接决定电池的带电容量，因此三元锂电池的高镍化发展是电池行业的大势所趋。

一、三元材料

1.3、锂电池产业链趋势——三元材料

锂电池是一种常用的二次电池，其工作原理是依靠锂离子（Li+）在正负极之间移动来实现充放电。区别于其他二次电池（如镍镉、镍氢、铅蓄电池），锂电池的优点非常明显，如工作电压高、能量密度大、循环寿命长且无重金属污染，因此被广泛应用于消费电子和新能源汽车领域。锂电池主要由正极、负极、隔膜、电解质和电池外壳几部分组成。

锂电池的正负极由不同的材料构成，涉及的产业链也不同。目前负极材料的比容量显著高于正极材料，常用的石墨负极材料的高品质产品的比容量可达365Ah/kg，已经趋近理论极限372Ah/kg。正极材料普遍比容量较低，约130-170Ah/kg。由于电池的整体容量是由较小的正极材料的比容量决定，因此正极材料是提高锂电池容量的关键所在。负极产业链主要涉及石墨材料和针状焦等材料，显然不是本文想要阐述的重点。

接下来我们仔细阐述下锂电池的正极产业链，正极材料是锂离子电池中最核心的部分，占锂离子电池生产成本的30%以上。正极材料对电池的储能密度、循环寿命、安全性等具有直接影响。常见的正极材料可以分为四种：钴酸锂（LCO）、锰酸锂（LMO）、磷酸铁锂（LFP）和三元材料（包括NCM和NCA）。从正极材料的产业链制备来看，这其中涉及到采矿至中间品，再由前驱体制备成产成品的过程。其中，前驱体的性质对于最后合成的正极材料产品至关重要，主要因为前驱体的形貌、颗粒、比表面积、振实密度等对成品的性质影响很大。

通过对比可以发现，不同正极材料在关键性能上各有优劣。钴酸锂材料的安全性能较差、容量相对较低，大大限制了其应用范围。锰酸锂材料在高温循环中锰离子溶解会导致材料的容量严重衰减。磷酸铁锂虽然价格低廉、循环性能好和安全性高使其率先应用于电动汽车中，但其导电性能差，振实密度低限制了电池能量密度。而三元材料（NCM和NCA）结合了钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂（铝酸锂）的优点，其理论容量和能量密度最优。这意味着三元电池比磷酸铁锂、锰酸锂电池的能量密度更高，续航里程更强。而且，随着技术的革新，三元材料为正极的电池已经逐步取代以磷酸铁锂材料为正极的电池，预计未来会成为动力电池主流趋势。

1.4、三元材料高镍化趋势

早期正极材料用的是钴酸锂（LiCoO2），随后发现镍酸锂（LiNiO2）在结构上与钴酸锂（LiCoO2）相似，但其在循环放电过程中结构稳定性差且电池容量衰减较快，因此并没有受到普及。随着材料研发技术进步，人们发现部分Ni离子可以被其他金属离子替代形成较好的稳定性，而且多元金属掺杂替代能够解决不可逆容量问题。由此，镍钴锰（NCM）和镍钴铝（NCA）应运而生。

三元材料全称多元金属复合氧化物（NCA、NCM），是指三种电极材料共融而成的复合电极材料，理论上兼具每种组分的性能优势，化学式可写成LiNixXyCo1-x-yO2的材料。当X为Mn和Al时，分别指的是NCM镍钴锰和NCA镍钴铝三元材料。事实上，NCA和NCM结构非常相似，均是由钴酸锂（LiCoO2）发展而来。

由于新能源汽车的政策驱动，市场对高能量密度的三元正极材料的需求增大。三元材料中Ni和Co是主要的电活性原子，Ni提供容量作用，Ni含量越高，电池的能量密度越大。Co贡献一部分容量的同时可以稳定结构，提高材料的电子导电性和改善循环性能。而Mn和Al只起到稳定结构的作用，同时降低材料成本。因此，为了不断提升材料的比容量，就需要朝着高镍化、高电压的方向发展。三元材料的高镍化是指含镍量的提高，具体包括NCM622、NCM811体系与NCA体系。NCA材料镍含量高，能量密度类似NCM811，压实密度接近NCM523。目前Tesla电池中的正极材料NCA的Ni含量已经达到了80%，日本住友最新实验甚至已超85%，而NCM中能与NCA相提并论的NCM811却远没有实现量产。由于NCA技术多被日韩企业垄断，我国技术和供应链的落后也决定了高镍化电池只能重点开发NCM。因此我国三元材料的发展路径是从NCM111到NCM523的量产，接着攻克NCM622，然后朝着NCM811发展。目前，我国NCM622的技术难关已得到解决，如当升科技、杉杉等正极材料企业都形成了规模化供应能力；国轩、CATL等电芯企业也已经实现NCM622电池的产业化应用，未来NCM811的发展指日可待。

2016年10月发布的《节能与新能源汽车技术路线图》计划2020年的纯电动乘用车动力电池的能量密度目标为300Wh/kg，2025年目标为400Wh/kg，2030年目标为500Wh/kg。2017年3月发布的《促进汽车动力电池产业发展行动方案》提出，到2020年动力电池的系统比能量要达到260Wh/Kg，较现有水平翻一倍；2025年动力电池单体比能量达500Wh/Kg。2017年4月三部委发布《汽车产业中长期发展规划》，秉承《节能与新能源汽车产业发展规划》的精神，提出到2020年动力电池的单体比能量要达到300Wh/kg，力争实现350Wh/kg，系统比能量达到300Wh/kg。目前，主流的NCM523可以达到160-200wh/kg，距离目标300Wh/kg还有较大差距。而NCM622和NCM811分别可以达到230wh/kg和280wh/kg，所以未来三元材料高镍化势在必行。

二、硫酸镍需求分析：新能源用镍需求前景乐观

2.1、三元电池应用于新能源汽车的车型各异

新能源汽车不同车型采用的电池不一样，除了特斯拉采用NCA镍钴铝酸锂电池外，国内外新能源汽车较多采用NCM电池。其中，国内新能源客车主要采用磷酸铁锂电池和锰酸锂电池，国内插电混乘用车、纯电动乘用车和专用车主要采用磷酸铁锂电池和NCM镍钴锰酸锂电池。简而言之，三元电池多应用于乘用车和专用车，客车用量几乎为零。这是因为三元材料的比容量更高，即单位体积电量更高、质量更轻，可有效提升新能源汽车续航里程，因此广泛应用于乘用车和专用车等续航要求较高的车型。而它的热稳定性相对较差，在200℃温度下易分解释放出氧气导致电池高温助燃，而磷酸铁锂在700℃高温下性能保持稳定，基于安全性和行驶里程较为固定的考虑，磷酸铁锂更适用于新能源客车领域。

2.2、国内新能源汽车补贴加速三元电池镍消耗

近年来，我国出台了对新能源汽车的各项补贴政策，对新能源汽车行业发展起到了至关重要的作用。2016年底，四部委发布《关于调整新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》将国家补贴与能量密度挂钩，加速了三元电池占比的提升。补贴对于电池能量密度的具体要求为：纯电动乘用车动力电池系统的质量能量密度不低于90Wh/kg，对高于120Wh/kg的按1.1倍给予补贴。非快充类纯电动客车电池系统能量密度要高于85Wh/kg。专用车装载动力电池系统质量能量密度不低于90Wh/kg。由于普通的磷酸铁锂电池很难达到120Wh/kg，而三元电池很容易实现120Wh/kg以上的能量密度，这意味着为了得到更高的补贴，整车厂企业将更多采用三元电池。

2017年9月27日由工信部、财政部、商务部、海关总署、质检总局联合公布的《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》，也就是业界俗称的“新能源双积分政策”。双积分政策将从2018年4月1日正式实行，并自2019年度起实施企业平均燃料消耗量积分核算。该政策旨在鼓励传统车企实现向新能源领域的逐步转型。此外，2017年底，财政部、税务总局、工信部、科技部联合发布的《关于免征新能源汽车车辆购置税的公告》中显示，从2018年1月1日至2020年12月31日，对购置的新能源汽车免征车辆购置税。这意味着国家政策不断向新能源市场倾斜，有序推进新能源汽车产业的健康发展。

2.3、三元电池所需硫酸镍和镍金属预测

接下来我们预测下三元电池中所需硫酸镍和镍需求量。这里有两种方法可以测算：

方法一，预测全球新能源汽车销量和电池装机容量，根据三元电池占比计算三元电池每年装机容量，然后根据三元电池能量密度计算三元电池装机重量，进而算出三元电池所需正极材料重量。再通过预测NCM和NCA电池中镍含量占比，即可以算出硫酸镍和镍需求量。

方法二，通过预测全球新能源汽车销量以及各动力电池类型占比，可以得到各种正极材料出货量。预测NCM和NCA电池中镍含量占比，即可以算出硫酸镍和镍需求量。

由于新能源汽车不同车型的销量和电池装机容量详细数据未知，因此我们直接采用锂业科技大会中给出的全球正极材料出货量来推测2017-2020年硫酸镍和镍金属需求量。为了推演的严谨性，我们通过假设最乐观和最悲观两种情形来给出镍需求的区间，假设乐观估计2018、2019和2020年NCM622产业化普及率分别为50%，70%和70%，NCM811在2019和2020年实现10%和20%的产业化普及率，由此可以得到叠加电镀用硫酸镍的需求，2018-2020年全球硫酸镍需求呈现爆发式增长，至2020年硫酸镍需求有望达到115-122.8万吨，对应金属镍为25.72-27.42万吨。根据安泰科统计，2017年全球原生镍消费量为218万吨，因此测算的新增电池用镍需求占比在2020年能达到10%以上。据了解，特斯拉计划使用20700型电池替代18650型电池，由此可以将特斯拉model3的能量密度由233Wh/Kg提高到300Wh/Kg。若考虑特斯拉电池的替代，对应的硫酸镍和镍金属需求将进一步提高。

2.4、长期看好新能源电池用镍需求

目前，各国政府非常重视新能源汽车的发展，以美国、日本、德国为代表的发达工业化国家分别制定了完善的鼓励新能源汽车发展的产业政策。其中挪威、荷兰、德国、印度、法国和英国等国都明确提出了燃油车停售时间表。与此同时，中国和全球多家品牌车企也明确提出规划燃油车的停售时间和提升新能源车市场份额的目标。从下图可以看出，2020-2050是未来新能源汽车发展的黄金期，因此如果把时间拉长至2050年，新能源用车将实现前所未有的增量，这意味着电池用镍的需求会远超想象。

根据彭博新能源财经预测，2021年全球电动汽车销量将从2017年的101.8万辆增至300万辆，预计2040年，新能源汽车将占全球轻型车销量的54%（去年预测值为35%），其中欧洲占比近67%，美国和中国占比分别达58%和51%，欧洲、美国和中国将成为电动车的核心市场。假设新能源汽车占比的预测值是正确的，电力将成为所有新出售的汽车的主要燃料类型。虽然仍有不少人表示怀疑，但是根据国际能源署的统计，从2012-2016年，电池成本下降了近一半以上。目前电池平均成本约273美元/KWh，彭博预测，当电池价格达到100美元/KWh时，电动汽车的成本将于传统汽车相当，预计2020年中期就能实现。对新能源汽车增长的预测中，这是个重要的假设，如果电池价格不能很快下跌，新能源汽车将需要更长的时间才能达到成本竞争力。此外，彭博新能源财经的新能源汽车首席分析师ColinMcKerracher列举了7个可能会影响全球新能源汽车销售增长的因素，都可能不同程度的对新能源汽车发展形成影响。

三、硫酸镍供需格局展望

目前全球约有50万吨硫酸镍产量，其国内占比高达60%，海外占比40%。

据统计，国内硫酸镍产能约为35万吨，2017年产量约30万吨：金川集团现有产能4.5-5万吨，2018-2019年分别新增3万和5万吨产能；格林美目前现有产能7万吨，2018年将逐渐提高产量；广西银亿新材料有限公司有4-5万吨产能，未来两年产量将逐渐释放；新乡吉恩新能源材料有限公司2015年新建的1万吨产能2017年达产，目前有4万吨产能；光华科技(002741,股吧)2018年初扩建5000吨电池级硫酸镍产能。另外还有一些企业产能在1-2万吨之间，比如江西睿锋、金柯有色、新乡超能、启东北新等。

海外硫酸镍产能约24万吨，2017年产量约16.5万吨：优美科现有年产量3.5万吨，未来两年将逐渐增加2万吨产能，预计2018-2019年产量分别为4.5万和5.5万吨；日本住友集团现有产能7.5万吨，其中，2016年底建扩产的2.5万吨硫酸镍项目已达产，未来产量将逐渐达到设计产能目标；俄罗斯诺里尔斯克镍业现有产能5万吨，硫酸镍项目也在不断扩产中。上述三大生产商占据接近60%海外产能，行业集中度非常高。2017年全球合计硫酸镍产能近60万吨，产量46.5万吨。

结合前文测算的硫酸镍需求，预计2017-2018年全球硫酸镍供需维持紧平衡，随着电池级硫酸镍需求的快速增长，2019-2020年供需缺口逐步扩大，2020年缺口为22万吨。

四、总结

自2014年起，锂离子电池正极材料-三元材料用镍已成为当前电池行业第一大用镍领域。在我的年报《新增消费犹可期，九重泉底有卧龙》中提到，若新能源汽车用镍需求超过15万吨以后，整个镍市场格局会发生重大变化，那时电池用镍将超过其他非不锈钢用镍领域，成为镍消费的第二大领域。这意味着未来镍盐、电解镍、含镍生铁的市场格局将会分化。因为受制于硫化镍矿火法冶炼和红土镍矿湿法冶炼中间品的原料迫切需求，价格上涨会挤压并退回部分用在含镍生铁的硫化镍矿原料，再加上镍豆/镍板能直接用于硫酸镍的制备，若硫酸镍与电解镍溢价不断扩大会进一步挤压电解镍的市场份额。正如2006-2007年以后中国NPI冶炼的出现，镍铁逐渐从配角转为主角，不断挤占电解镍市场，使镍产业链格局发生洗牌，未来新能源汽车电池用镍需求的增长，也将使全球镍供应格局出现新的变化。