2018年新能源汽車產(chǎn)量激增，硫酸鎳產(chǎn)量增加明顯，2018年1-5月新能源汽車產(chǎn)銷同比增長率都超過100%，在新能源汽車補貼新政過渡期內(nèi)表現(xiàn)依舊偏強。而作為電池的重要原材料的產(chǎn)量情況也增長明顯，同比增加了超過41%，整體行業(yè)欣欣向榮。

2018新能源汽車補貼政策總的來說，本次新能源汽車國家補貼政策是針對過去一年市場發(fā)生的變化作出的一系列相應(yīng)調(diào)控。在今年的補貼新標準引入了電池系統(tǒng)能量密度調(diào)整系數(shù)和車輛能耗調(diào)整系數(shù)，這些新加入的技術(shù)要求會推動廠商研發(fā)更高能量密度的電池、更高效的電控、更輕量化的車身。相應(yīng)的，預(yù)計今年的鋰電池正極材料中三元材料的使用增長率會得到進一步提升，高鎳三元材料企業(yè)的產(chǎn)能逐步建設(shè)完成，后續(xù)對鎳需求也會進一步增加！

電動汽車高鎳三元時代的到來已毋庸置疑，但你真的了解高鎳三元嗎？這次，SMM小編就帶大家來一探究竟！

何為三元正極材料？

三元材料是以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料，根據(jù)實際情況對鎳鈷錳的比例進行配比。與磷酸鐵鋰和錳酸鋰相比較，三元材料能量密度明顯提升。當(dāng)前，經(jīng)過改進的磷酸鐵鋰能量密度可以達到160Wh/kg；錳酸鋰能量密度在150Wh/kg左右；鎳鈷錳三元材料NCM中，隨著鎳含量的增加，能量密度也大幅增加，當(dāng)前國內(nèi)主流NCM還是NCM523/622體系，正在快速向NCM811體系切換，能量密度可以達到210Wh/kg；鎳鈷鋁三元材料NCA的能量密度在220-280Wh/kg，松下供給特斯拉的NCA能量密度能達到300Wh/kg，是國內(nèi)企業(yè)追趕的目標。

三元前驅(qū)體的制備技術(shù)

硫酸鈷

電子級硫酸鈷的制備可通過除雜、還原、萃取、分離和結(jié)晶等工序制備。此外，常用的硫酸鈷制備方法還包括高溫合成法等。

硫酸鎳

鎳金屬的來源包括紅土鎳礦和硫化鎳礦，可通過濕法、火法、電解沉積法和電解精煉法得到硫酸鎳等鎳鹽。

硫酸錳

國內(nèi)硫酸錳的生產(chǎn)工藝主要包括高溫焙燒法、酸浸法和兩礦加濕法。高溫焙燒法主要針對于低品位的軟錳礦適合；酸浸法過程簡單，但生產(chǎn)成本高，容易對設(shè)備造成腐蝕；兩礦加濕法工序相對簡便，一定程度上降低了成本，是一種值得推廣的新工藝；此外，還有二氧化硫法、硫酸亞鐵法等也在使用。

三元電池的劃分

按照鎳鈷錳的比例,三元可以分為111、523、622、811等。NCM811電池則指三元鋰電池中正極材料的鎳鈷錳比例為8:1:1,也就是我們常說的高鎳電池。

高鎳電池為何脫穎而出？

鎳主要的作用是提升能量密度,高鎳意味著更高的能量密度以及更低的鈷含量,高鎳811電池的主要優(yōu)勢為增加續(xù)航又能大幅度降低成本,因而高鎳811的研發(fā)成為目前熱點。

當(dāng)前國內(nèi)普遍使用的三元鋰電池型號為523(鎳鈷錳比例為5:2:3),其能量密度可以達到160-200Wh/kg,少數(shù)企業(yè)可以生產(chǎn)NCM622型號電池,可達到230Wh/kg,而NCM811則可以達到280Wh/kg。

《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》中明確規(guī)劃,到2020年,動力電池單體能量密度達到300Wh/kg以上,力爭實現(xiàn)350Wh/kg。到2025年,動力電池系統(tǒng)能量密度達到350Wh/kg。

以現(xiàn)有的技術(shù)條件,磷酸鐵鋰和NCM622以下的正極材料是很難達到高能量密度的要求。如果要達到300Wh/kg以上的能量密度,縱觀當(dāng)下,NCM811三元電池成為必然選擇,這也是我國政府和行業(yè)鼓勵的方向。

除了政策推動高鎳811電池的發(fā)展,鈷成本的上漲也使得企業(yè)通過“降鈷增鎳”來緩解成本壓力。原材料鈷的持續(xù)吃緊,加上2017年以來其價格不斷上漲,讓電池生產(chǎn)商壓力山大。高鎳811正極材料里面鈷的比例較其他三元材料的鈷比例低,受到鈷價上漲的影響較小,價格也比鈷酸鋰價格低很多。各電池制造商開始將選材重心從鈷轉(zhuǎn)換到價格較為便宜、性能更為穩(wěn)定的鎳金屬。

高鎳電池制備挑戰(zhàn)？

新一代鋰離子電極材料中研究較多的主要是高鎳氧化物(放電比容量200-220Wh/kg)和富鋰氧化物(放電比容量250-300Wh/kg)，主要特點是比容量和能量密度較高，高鎳系正極材料Li(NixM1-x)O2(x≥0.6)原材料成本較低、容量高，受到越來越多關(guān)注。

高鎳材料最大的缺點是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和高溫性能較差，其表面顆粒極易發(fā)生如下現(xiàn)象：層狀結(jié)構(gòu)-尖晶石結(jié)構(gòu)-非活性巖石的相變過程，引起容量、循環(huán)性能衰減。為了解決這一問題，可通過離子摻雜和表面包覆的方法抑制材料性能衰減。摻雜主要是使摻雜離子進入晶格結(jié)構(gòu)中，取代原材料中的部分離子，減少Li+/Ni2+的混排，穩(wěn)固原材料結(jié)構(gòu)，提高循環(huán)過程中材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，改善材料的循環(huán)性。

選擇合適的包覆材料使表面涂層能提高材料的離子遷移率或電子導(dǎo)電率，抑制相變，增加材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，減少活性物質(zhì)中過渡金屬的溶解，還可除去HF，有利于電極表面形成固體電解質(zhì)界面膜(SEI)，減少電極電阻和循環(huán)過程中副反應(yīng)發(fā)生及熱生成，從而顯著改善材料的循環(huán)壽命、倍率性能、可逆容量和首次庫侖效率。電動汽車行業(yè)的發(fā)展促進了動力鋰電池的研究，越來越多的科研工作者逐漸認識到NCA正極材料的衰減限制了動力鋰離子電池的應(yīng)用，已在材料改性延緩電化學(xué)活性衰減方面做了大量工作。

采用溶劑析出結(jié)晶法將FeF3包覆在NCA表面，F(xiàn)eF3包覆的NCA比未包覆的NCA具有更高的容量，0.2C倍率下未包覆NCA的初始放電比容量是，50次循環(huán)后容量保持率為95.3%,FeF3包覆后NCA的放電比容量為194.2mAh/g,經(jīng)50次循環(huán)后容量保持率為98.4%。

高鎳三元發(fā)展瓶頸

高鎳三元難度高，企業(yè)可能面臨分化

高鎳技術(shù)難度大，產(chǎn)業(yè)化需要重點關(guān)注殘堿量、燒結(jié)溫度、濕度、電解液配套等核心關(guān)鍵指標。高鎳正極材料的容量主要由Ni2+/Ni4+氧化還原對貢獻，因此高鎳材料的容量整體隨著鎳含量的提高而增加，但同時高鎳材料也面臨諸多難點和問題，如循環(huán)性能和安全性能變差，殘堿含量增加以及需要配套的電解液等，其主要的問題如下：

高鎳混排導(dǎo)致化學(xué)計量比材料合成困難

三元材料中的Ni2+容易與Li+產(chǎn)生混排效應(yīng)，高鎳材料中鎳含量越高，則Ni2+含量也越高進而導(dǎo)致混排越嚴重，形成非計量比材料，同時影響材料的循環(huán)和倍率性能。

高鎳導(dǎo)致正極材料表面殘堿量呈倍數(shù)級增長

鎳含量越高三元材料越容易與空氣中CO2、H2O反應(yīng)，在材料表面形成LiOH和Li2CO3，前者易與六氟磷酸鋰反應(yīng)生成HF，后者在高溫儲存時會產(chǎn)生嚴重氣脹，鎳含量越高殘堿呈放大倍數(shù)增加，因此從NCM523轉(zhuǎn)向622、811對殘堿的控制難度與從NCM333轉(zhuǎn)向523相比不可同日而語。

鎳含量越高材料熱穩(wěn)定性和安全性變差

在商業(yè)化電解液中LiCoO2、LiNiO2和LiMn2O4三種材料充電至4.2V時熱分解溫度依次是LiMn2O4＞LiCoO2＞LiNiO2，放熱量依次是LiMn2O4＜LiCoO2＜LiNiO2，因此隨著鎳含量增加，熱分解溫度降低，放熱量增加，材料的熱穩(wěn)定性變差。此外，高鎳材料中Ni4+含量更多且不穩(wěn)定，其受熱易分解并析出氧氣，當(dāng)熱量和CO2、O2在密閉電池內(nèi)部聚集到一定程度時，電池容易發(fā)生爆炸。

需要更理想的電解液進行匹配

高鎳三元吸水性強、穩(wěn)定性低，在高溫條件下鎳元素會加速電解液分解，使電解液氧化、產(chǎn)氣并溶出錳、鈷等過渡金屬離子，并破壞負極上的SEI膜；（2）正極材料表面的殘堿LiOH、Li2CO3在高溫條件下易與電解液反應(yīng)，在HF的腐蝕下造成Co、Ni離子的溶解，降低材料的存儲和循環(huán)壽命。因此，在高鎳趨勢下必須要尋找與之匹配的電解液。

對燒結(jié)溫度、濕度、金屬異物等提出了更高的要求

其中燒結(jié)溫度是最重要的工藝參數(shù)，可以影響材料的大部分性能，高鎳三元對窯爐溫度的穩(wěn)定性和精度要求尤其甚高，溫控系統(tǒng)對材料的燒結(jié)也至關(guān)重要。而金屬異物過高會導(dǎo)致電池自放電率變大，影響電池安全性能，高鎳三元對除鐵設(shè)備也提出了更高的要求。

高鎳三元的未來發(fā)趨勢

高鎳三元增長進入快車道2020年市場規(guī)模有望達到210億元

判斷高鎳三元材料在未來兩三年有望進入快速增長階段，主要基于兩大趨勢：第一、全球來看（包括中國）三元材料對磷酸鐵鋰及其他正極材料的替代還在不斷進行，2016年全球三元材料銷量占比為46%，2017年超過半壁江山進一步提升至53%，由于海外基本擯棄磷酸鐵鋰路線，中國除了大巴外三元趨勢也較為明顯，因此未來三元材料市場比重還有望進一步提高；第二，從中國來看，由于補貼退坡、技術(shù)不斷突破以及海外企業(yè)留下窗口期，國內(nèi)高鎳三元有望不斷加速，2016年NCM622在三元材料中占比僅為5%，而到2018年一季度，NCM622占比提升至14%，NCM811/NCA也基本實現(xiàn)從零到有突破，占比提升至8%，其中NCM811產(chǎn)量大幅激增，結(jié)合下游電芯企業(yè)布局，我們判斷未來這種趨勢將進一步加強，這也將支持高鎳三元進入快車道。

保守估計下到2020年國內(nèi)NCM622及NCM811出貨量合計將達10.9萬噸，市場規(guī)模有望接近210億元。

受全球新能源車快速發(fā)展影響，根據(jù)當(dāng)升科技可研報告，預(yù)計到2022年全球正極材料出貨量將突破60萬噸，到2025年將接近100萬噸，其中三元材料仍將是大頭，高鎳三元也將迎來水漲船高的機遇。從國內(nèi)來看，未來三年三元材料出貨量復(fù)合增速有望維持在30%以上，而到2020年出貨量將突破20萬噸大關(guān)。我們保守假設(shè)從2018年到2020年NCM622在三元材料中市占率分別為14%、20%、30%，NCM811在三元材料中的份額分別為10%、15%、20%進行測算，則18至20年高鎳三元（NCM622和NCM811）的合計出貨量有望達到2.8萬噸、5.4萬噸和10.9萬噸，如果2020年NCM622按含稅價格18.96萬元/噸、NCM811按含稅價格20.54萬元/噸測算，則兩者合計市場規(guī)模將達到210億元左右。

高鎳三元企業(yè)發(fā)展情況

補貼退坡、海外競爭下國內(nèi)電芯企業(yè)有望率先使用高鎳三元

2018年2月13日，財政部、工信部等四部門聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于調(diào)整完善新能源汽車推廣應(yīng)用財政補貼政策的通知》，對我國新能源汽車財政補貼作出調(diào)整，其中續(xù)航里程在300公里以下的乘用車補貼出現(xiàn)明顯下滑，最高降幅達2.1萬元，而續(xù)航在300公里以上的乘用車補貼不降反增，這也將促使更多車企使用高能量密度如NCM622、811電池材料。而展望未來，一方面補貼進一步退坡不可避免，國內(nèi)主機廠和電芯廠都將加速進行產(chǎn)品的換代升級，為將來補貼完全退出之后與燃油車展開競爭提前準備；另一方面在缺乏補貼政策保護下國內(nèi)新能源車產(chǎn)業(yè)鏈勢必將受到國外電芯企業(yè)沖擊，市場競爭包括成本、價格、質(zhì)量、性能、體系的競爭也將不斷加劇，這也將倒逼國內(nèi)電芯、材料企業(yè)先行先試、突破創(chuàng)新，而我們認為高鎳三元即將成為重點競爭領(lǐng)域。

海外電芯企業(yè)811進度推遲預(yù)留窗口期，國內(nèi)電芯企業(yè)有望先行先試

從海外來看，韓國SKI在2017年9月宣布將于2018年三季度將第一代NCM811用于新能源車；而韓國LGChem也宣稱按計劃將于2018年二季度開始為電動汽車提供NCM811電池，然而在今年兩家公司又不約而同宣布推遲NCM811進程，其中LG證實今年將只生產(chǎn)用于電動公交車的圓柱形NCM811電池。我們認為從歷史來看，國內(nèi)由于動力電池技術(shù)源于磷酸鐵鋰（主要以比亞迪為主），其次才導(dǎo)入三元電池并開始以之為主流，而海外尤其是日韓電芯企業(yè)最初就選擇跳過磷酸鐵鋰而直接切入三元電池，不同的技術(shù)路徑選擇導(dǎo)致國內(nèi)電芯企業(yè)在高能量密度領(lǐng)域與日韓企業(yè)相比始終落后一節(jié)，且需要依靠國家補貼。而在財政補貼不斷下滑甚至取消的趨勢下，如果中國與日韓企業(yè)維持這種代差，則日韓電芯企業(yè)的進入最終將對國內(nèi)市場形成極大的沖擊力，也將使得前期的財政補貼缺乏戰(zhàn)略意義。

而此次海外電芯企業(yè)推遲NCM811進程，一方面可以看出811作為接近三元天花板的高性能材料，海外企業(yè)在這方面的研發(fā)積累、產(chǎn)業(yè)化也缺乏較大領(lǐng)先性，國內(nèi)頭部企業(yè)具備趕超的希望；另一方面海外進度的推遲也給了國內(nèi)企業(yè)一定的窗口期，在通往更高性能材料道路上的這種代差劣勢將逐步得到修正與彌補。

國內(nèi)電芯兩強寧德時代和比亞迪均計劃于明年推出電動車用NCM811電池

目前寧德時代用于電動汽車的電池主要是NCM523，但寧德時代在高能量密度電池技術(shù)和工藝上有豐富的技術(shù)儲備，目前已經(jīng)開始批量生產(chǎn)NCM622動力電池，同時也在積極推進NCM811、鋰金屬電池、硅炭負極等技術(shù)以期在未來獲得足夠的競爭優(yōu)勢。根據(jù)其電池技術(shù)路線圖，寧德時代在2019年電池能量密度要達到250-280Wh/kg，主要依靠鎳80系列，而到2020年電池能量密度要達到300-350Wh/kg，將同時采用更高鎳技術(shù)和硅炭復(fù)合技術(shù)。此外比亞迪也表示目前三元高鎳811電池研發(fā)進展順利，預(yù)計將于2019年下半年開始應(yīng)用。

國內(nèi)電芯企業(yè)高鎳811發(fā)展情況

小結(jié)

高鎳動力電池已經(jīng)得到了國際市場認可，隨著我國新能源汽車補貼的退坡到退出，新能源汽車市場化將正式來臨，國內(nèi)高鎳動力電池必將迎來爆發(fā)。正極材料做為電池最核心的材料，未來將持續(xù)受益，并且正極材料的技術(shù)仍處于不斷演變階段，具有巨大挖掘潛力。正極材料企業(yè)既要有技術(shù)開發(fā)、產(chǎn)品更新能力，又要有產(chǎn)能保駕護航；既要有穩(wěn)定的上游資源供給，又要得到下游客戶的認可。

而對于高鎳三元企業(yè)來說，未來正是重塑正極材料散而亂格局的時候，龍頭企業(yè)有望勝出。

一方面由于技術(shù)難度高（NCM811遠高于NCM333、NCM523）、產(chǎn)品附加值高、高鎳三元產(chǎn)品生命周期相比低鎳三元也將更為長久，屬于中周期產(chǎn)業(yè)趨勢，對正極材料企業(yè)而言有著更高的價值意義，符合正極材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢。

另一方面要解決高鎳三元發(fā)展的難題必須通過摻雜、包覆等手段對高鎳材料進行改性加工，同時燒結(jié)的設(shè)備精度及工藝要求也將大幅提升，整體加工難度顯著增加，因此高鎳正極的技術(shù)門檻也將大幅提高進而重塑產(chǎn)業(yè)格局，正極材料企業(yè)有可能出現(xiàn)分化，市場集中度有望進一步提升，這其中具備高鎳技術(shù)優(yōu)勢、率先突破高鎳三元產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)有望主導(dǎo)行業(yè)格局，從而獲得可持續(xù)的長遠的發(fā)展。

Resources

一、高鎳趨勢明確，研發(fā)優(yōu)勢領(lǐng)先，未來充分享受技術(shù)溢價——鋰電高鎳系列報告（一），當(dāng)升科技

二、高鎳電池或成未來主流，電動汽車資源網(wǎng)

三、中信期貨-有色金屬專題報告（鎳，不銹鋼）：新能源補貼新政平穩(wěn)過度，高鎳為未來發(fā)展方向