全球視野下鋰電池未來將迎來“高鎳時代” 鈷、鋰供需將持續(xù)吃緊

時間:2017-08-17 14:56來源:中國電池聯(lián)盟 作者:綜合報道
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        今日電池雜志-電池聯(lián)盟訊(左右北京報道) 日前,招商證券發(fā)布了《新能源汽車將迎全球放量,上游供需持續(xù)吃緊》的分析報告。在該報告中,招商證券分析認(rèn)為,三元短期地位不改,811技術(shù)全面普及仍需時日,未來或?qū)⒊蔀閯恿﹄姵氐闹髁鳎?019年后,金屬鋰和鈷將持續(xù)吃緊,由于原材料的價格上漲,倒逼鋰電池將向811技術(shù)邁進(jìn)。
 
        三元短期地位不改,811技術(shù)全面普及仍需時日
 


常見鋰離子電池正極材料及性能參數(shù)
 
        三元材料目前是動力電池最優(yōu)之選。自鋰離子電池技術(shù)普及以來,學(xué)術(shù)界出現(xiàn)了各種各樣的電池體系,但是從實際應(yīng)用來看,目前負(fù)極材料多選擇石墨,而正極材料主流為鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、三元、錳酸鋰等材料。動力電池要求材料具有較高的能量密度(對應(yīng)高續(xù)航里程)和高安全性,而鈷酸鋰由于其本身熱穩(wěn)定性最差(安全性差),不適用于動力電池領(lǐng)域(但憑借高壓實密度和能量密度目前是3C 領(lǐng)域主流),而錳酸鋰能量密度較低應(yīng)用受限,磷酸鐵鋰作為較早研發(fā)的技術(shù),優(yōu)點是安全性極好、環(huán)保、循環(huán)壽命高,但缺點在于能量密度較低且已經(jīng)接近達(dá)到天花板,而三元本身有著高能量密度上限的優(yōu)勢,未來隨著技術(shù)繼續(xù)進(jìn)步,安全性問題逐步改善,在其他電池技術(shù)未實現(xiàn)重大突破之前,三元目前仍然是動力電池領(lǐng)域最優(yōu)之選。
 
        高鎳三元短期普及仍有瓶頸,未來或成為動力電池主流。三元材料指是層狀鎳鈷錳酸復(fù)合材料(錳也可替換為鋁,松下NCA 技術(shù)),三元材料經(jīng)過Ni-Co-Mn 的協(xié)同作用(Ni 提升比容量,Co 提升離子導(dǎo)電性和倍率性能,Mn 穩(wěn)定結(jié)構(gòu)),結(jié)合了三種材料的優(yōu)點:LiCoO2 的良好循環(huán)性能,LiNiO2 高比容量和LiMnO2 的高安全性及低成本。
 
        鈷主要起到提升導(dǎo)電性和倍率性能的作用,并在高電壓下提供部分容量,在三元材料體系中起到關(guān)鍵作用。按照鎳鈷錳的比例,三元可以分為111、523、622、811等,由于鎳主要作用提升能量密度,故高鎳三元材料(如622/811)的研發(fā)成為目前熱點。分廠商來看,目前國內(nèi)普遍在研發(fā)三元622和811技術(shù),還未大規(guī)模量產(chǎn),從國外來看,僅松下等幾家技術(shù)最領(lǐng)先公司有高鎳三元量產(chǎn)技術(shù)(松下NCA給特斯拉供貨,NCA比例8:1.5:0.5)。從技術(shù)角度來看,隨著三元中鎳含量的提升,Ni+2/Li+1 離子混排加劇,材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低,導(dǎo)致循環(huán)壽命和安全性大幅降低。
 
        招商證券總結(jié)了國內(nèi)高鎳三元難以短期大規(guī)模普及原因如下:
 


2016 年中國動力電池出貨量分電池比例
 
        從技術(shù)角度:高鎳三元隨著鎳比例提升,鎳鋰離子混排加劇,Ni+2混排在Li層,降低了放電比容量,阻礙了鋰離子的擴散;同時由于鎳在脫嵌鋰過程中相變導(dǎo)致明顯的體積變化,從而使材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性變差,循環(huán)壽命下降;高鎳正極表面更容易形成碳酸鋰等雜質(zhì)(鎳含量超過60%后明顯增多),從而與電解液發(fā)生副反應(yīng)降低循環(huán)壽命,高溫嚴(yán)重會導(dǎo)致脹氣;隨著鎳增加,正極材料熱穩(wěn)定性降低,且放熱增加,材料熱穩(wěn)定性變差;不同材料體系需要匹配不同電解液配方,而高鎳三元由于表面雜質(zhì)增多,其需要更為優(yōu)化的電解液配方,而從國內(nèi)技術(shù)來看電解液匹配問題也是一大難題。從應(yīng)用角度:高鎳三元材料由于其固有屬性如結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,熱穩(wěn)定性和循環(huán)壽命都較差,從目前國內(nèi)廠家研發(fā)進(jìn)度來看,目前還沒有完全解決高鎳材料實際應(yīng)用時的安全性問題;由于高鎳三元材料在電池組裝時不能接觸空氣,需要純氧氛圍,而由于國內(nèi)電池企業(yè)都是從三元NCM111開始起步,NCM111組裝并不需要純氧氛圍,所以國內(nèi)電池廠幾乎沒有氧燒工藝,而為了量產(chǎn)NCM811就必須重新設(shè)計廠房和設(shè)備,而裝備制造工藝的落后也是制約NCM811量產(chǎn)的一大難題。
 
        2025年滲透率15%-25%
 
        鋰供給曲線:通過前期統(tǒng)計,2016年全球用于動力電池的碳酸鋰為4.26萬噸,折合鋰當(dāng)量為0.40萬噸,而未來五年內(nèi)預(yù)計新增碳酸鋰產(chǎn)量為5萬噸/年,折合鋰當(dāng)量0.38萬噸,我們做極端假設(shè)認(rèn)為未來鋰供給增量全部應(yīng)用在動力電池領(lǐng)域(其他應(yīng)用領(lǐng)域增量為0),最后得到鋰供給曲線。
 
        鈷供給曲線:通過前期統(tǒng)計,2016年全球精煉鈷產(chǎn)量10.17萬噸,而應(yīng)用在動力電池領(lǐng)域的鈷約為6000 噸,而考慮到鈷作為伴生礦的現(xiàn)有情況,在現(xiàn)有條件下,每年新增鈷產(chǎn)量極限約為1萬噸,同樣做極端假設(shè)認(rèn)為未來鈷供給增量全部應(yīng)用在動力電池領(lǐng)域,假設(shè)鈷產(chǎn)量每年新增0.8萬噸和2019年開始每年新增1 萬噸兩種情況,即為鈷供給1和鈷供給2兩條供給曲線。
 


不同組分三元材料比容量、熱穩(wěn)定性和容量保持率的關(guān)系
 
        彈性需求曲線:彈性需求曲線統(tǒng)計了世界10大汽車廠商在2025年新能源汽車占當(dāng)時乘用車總銷量比例的15-25%,分別取值15%、17%、19%、21%、23%、25%作為彈性值(作為比較還取了增速0彈性15%極端情況,即以2016年各個廠商總銷量作為2025 銷量),從而測算出2025年各個廠商新能源汽車銷量(2025總銷量根據(jù)各廠商實際增速情況估計),然后根據(jù)各個廠商實際銷量情況估算出2016-2025 新能源汽車銷量增速,得到每一年的銷量預(yù)計,最后以2016年各個廠商生產(chǎn)EV、PHEV 的比例和單車電池量(沒有的取平均值)為標(biāo)準(zhǔn),并且假定2025年EV占比達(dá)到80%,從而推算出從2017-2025年在不同彈性條件下總電池需求量,進(jìn)而根據(jù)1kWh 電池對應(yīng)鋰、鈷的含量測算對應(yīng)鋰、鈷的需求。
 
        電池假設(shè)全為三元622或811:考慮到國際廠商乘用車大多走三元路線,未來進(jìn)一步提升電池能量密度,未來存在從三元622到811技術(shù)路徑的轉(zhuǎn)移,所以對總需求假設(shè)了全部為三元622和三元811兩個極端,即以10大廠商2017-2025 電池總需求量乘單位電池對應(yīng)的鋰、鈷的含量得到2017-2025年不同彈性下對鋰和鈷的需求曲線。
 
        鈷和鋰供給未來將有較大缺口
 
        鋰資源將在2019-2021年間供不應(yīng)求 根據(jù)前面的假設(shè),隨著世界十大汽車廠商新能源汽車在2019 年開始加速增長,對鋰資源的需求也成爆發(fā)式增長,而對應(yīng)15%、25%需求彈性,鋰供給在2019、2021 年即開始供不應(yīng)求,而考慮到上游資源的滯后性(從鋰資源開采新能源汽車制造需要一段時間),供不應(yīng)求的時間或會提前。同時該需求僅為世界10大傳統(tǒng)汽車廠商新能源汽車對原材料的需求,并未考慮特斯拉、比亞迪等企業(yè),故鋰資源會在2019年以前開始短缺。
 
        鈷資源供給不足倒逼三元向811路徑發(fā)展 從鈷的彈性供給曲線可以明顯看出,三元622路徑跟三元811路徑鈷的供需情況完全相反,假設(shè)需求全為三元622時,鈷在2019-2021年區(qū)間內(nèi)即會出現(xiàn)供不應(yīng)求的狀態(tài),而如果需求全為三元811時,鈷供給可以滿足需求。通過測算,對鈷供給1 情況,當(dāng)三元811:622達(dá)到8:2的比例時,鈷能夠達(dá)到供給平衡。
 


十大集團(tuán)2017-2025 年總電池需求量測算(GWh)
 
        招商證券認(rèn)為,由于鈷本身供給彈性小,而如果主流廠商選擇三元622路線,則將在2019-2021年面臨鈷供給嚴(yán)重不足的情況,因此鈷的供給情況會倒逼新能源車企未來向三元811路徑發(fā)展。
 
        通過鈷、鋰彈性供需平衡表分析,僅以世界10大傳統(tǒng)汽車廠商新能源汽車對原材料的需求(不含特斯拉、比亞迪等企業(yè)),2019-2021年將會供給緊缺,雖然目前國內(nèi)存在上游鈷、鋰資源過剩的說法,但隨著世界十大傳統(tǒng)車企新能源汽車的逐步上量,鈷、鋰等資源未來仍有較大缺口。
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文章標(biāo)簽: 鋰電池 動力電池 高鎳
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