锂电池材料行业深度报告:特斯拉的下一代电池

时 间:2020-04-10 07:25    

    

  国产 特斯拉 Model 3 基础款对电池要求并不高。宁德时代的 LFP 电池过去几年技术进 步巨大,也相继推出 LFP 高能型和功率型电芯,结合 CTP 降本增效,宁德时代的 CTP+LFP“无钴”电池方案能够满足国产特斯拉 Model 3 基础款需求。

  2) 特斯拉的“无钴电池”不只磷酸铁锂,还有其他的无钴方案。国产特斯拉 Model 3 长续航版本依然采用高镍三元电池,工况条件下续航里程约为 668km,电池系 统能量密度约为 161wh/kg,总带电量约为 80kwh。这些要求目前 CTP+LFP 并不能 达到,因此特斯拉一定还有其他“无钴化”方案。

  3) 马斯克的“无钴化”主要基于其对推广电动车的,但“绝对无钴”三元电池 产业化方案暂不存在,“ 相对无钴”三元电池存在且即将推行。受够了电池产能 的特斯拉,不希望未来资源品“钴”会着电动车的普及,因此在科 研及产业推广上不断地寻求“无钴”方向。特斯拉联合三元电池科研大牛 Jeff Dahn 教授共同研发“无钴”电池。科研上初步有无钴化方案,但还无法产 业化应用,特斯拉三元“无钴”电池产业化方案目前并不存在。但是,特斯拉的 低钴方案是存在的,且钴的含量还在持续降低。

  4) 目前钴在特斯拉电池总质量中的质量分数已小于 3%,钴在电池中的单位价值量 占比也小于 3%,短期内还有继续降低的可能,但绝对无钴并不容易。钴在三元 材料电池体系的作用依然存在,高镍体系钴含量低但对电池的稳定及循环寿命等 作用暂无法证伪。我们认为特斯拉未来 2-3 年内很难大规模应用绝对“无钴”电 池,但钴对特斯拉的牵制将大幅降低,特斯拉新一代电池的“含钴量”显著低于 3%,直至接近 0,做到较低的钴含量—相对“无钴”。

  要理解特斯拉的电池选择策略,可以首先来回顾一下农历年后以来围绕着 “TSLA-CATL”体系的一系列与传闻。

  2020 年 1 月 30 日,特斯拉公布其 2019 财年第四季度财报,随后在电话会议中明确, 宁德时代将成为其新的合作伙伴,并称具体的合作细节将在 4 月的“电池日”中进 一步透露。

  2020 年 2 月 3 日,宁德时代公告与特斯拉合作协议,宁德时代将向特斯拉供应锂离 子动力电池产品,供货有效期限为 2020 年 7 月 1 日至 2022 年 6 月 30 日,产品采购 量须以特斯拉后续具体采购订单为准。

  2020 年 2 月 18 日,外媒报道特斯拉近期正与宁德时代商讨在中国工厂使用无钴电池 的事宜,该报道进一步指出特斯拉将从宁德时代采购的“无钴电池”就是磷酸铁锂 电池。

  然而,2020 年 2 月 21 日,特斯拉在抖音号上回应“采用无钴电池意味着是磷 酸铁锂电池”,称无钴不代表一定是磷酸铁锂,请留意 4 月特斯拉的电池发布会。

  在磷酸铁锂电池领域,宁德时代一家独大,规模最大,质量也是最优之一。2019 年宁 德时代装机 11Gwh,市占率 57%,较 2018 年 48%市占率提升;比亚迪装机 2.8Gwh, 市占率 14%,较 2018 年 21%市占率下降;国轩高科装机 2.8Gwh,市占率 14%,较 2018 年 11%市占率提升;亿纬锂能装机 1.8Gwh,市占率 9%,较 2018 年 5%市占率提升, 目前 CR4 占比 94%,行业集中度进一步提升。

  宁德时代给特斯拉的“无钴电池”方案就是磷酸铁锂。目前宁德时代装机量超过 1Gwh 的成熟的“无钴电池”方案只有磷酸铁锂电池,因此我们认为宁德时代的无钴电池 方案,基本没太大争议。接下来进一步讨论宁德时代给特斯拉的“无钴电池”能否 满足特斯拉的需求。

  国产特斯拉基础款对电池要求并不高。根据工信部推荐目录公布的配臵数据,国产 特 斯 拉 基 础款 工 况 条件 下 续 航里 程 约 为 450km , 电 池系 统 能量 密 度 约 为 140-150wh/kg,总带电量约为 52kwh。

  1) 首先是 CTP+LFP 的降本提效。本质上就是原来 LFP 电池较差的单体性能通过空 间结构优化,使得整体电池包性能提升。在同等需求的情况下 LFP 比三元 523 便宜了至少 15-20%,同时提升了安全性和使用寿命。

  2) 其次是磷酸铁锂电池技术本身进步巨大。考虑到客车中 LFP 占比高,乘用车中 NCM 占比高,因此我们可以通过用客车中 LFP 与乘用车中 NCM 对比,分析推荐目 录中 LFP 和 NCM 的平均能量密度。结论显而易见,LFP 与 NCM 差距并不大。当然, 客车中一般都是大电芯,乘用车一般都是小电芯,直接对比有不妥,但 CTP 本身就是利用大电芯,所以这个结论也可以说,大电芯 LFP 和小电芯 NCM 在 目前技术水平下性能是差不多的,即 LFP+CTP 方案在性能上是可行的。

  3) 宁德时代有磷酸铁锂高能型和功率型电芯。宁德时代推出的 LFP 电池其热失控 温度高达 800℃,可实现 15 分钟可补电至 80%,采用轻量化设计电池包能量密 度可达 155Wh/kg。

  特斯拉的“无钴电池”不只磷酸铁锂电池。根据工信部推荐目录公布的配臵数据, 国产特斯拉长续航款工况条件下续航里程约为 668km,电池系统能量密度约为 161wh/kg,总带电量约为 80kwh。这样的配臵要求短期内 LFP 电池很难达到,因此我 们觉得特斯拉的“无钴”电池还有更深的含义。

  首先,我们觉得“干电极”技术和“超级电容器”技术大概率只是配角,不会是特 斯拉下一代电池的主角。“干电极”技术是省去了电极中液态的 NMP,并不会改变材 料体系,因此他属于“有钴”“ 无钴”都通用的工艺,客观上来讲,提升能量密度后 会降低钴的单耗,但本质上和“无钴电池”这个特定名词无关。“超级电容器”不属 于锂离子电池体系,且超级电容器一般能量密度约 10wh/kg,很难想象扛着 7 吨电容 器的特斯拉在道奔腾的画面,客观上来讲,未来大概率会利用其优质的功率密度 特性作为锂离子电池体系的补充,因此也不是“无钴电池”讨论的重点。

  特斯拉现在并无成熟“无钴”线,但一直有“无钴”想法。如果简单定义成熟电 池方案产能达标要求为 1Gwh,则结论是特斯拉没有成熟“无钴”电池方案,但有“无钴”的想法、“高镍低钴”已量产和“超高镍超低钴”的即将量产的事实。

  2018 年,马斯克称未来特斯拉要做到“无钴”。2018 年 6 月,在预估 Model3 周产 5000 台的目标时,不少人担忧,车用电池关键材料钴,供给相对稀少,或许会成为 Model3 扩产的绊脚石。但此时,马斯克特地回应表示,旗下电池的钴使用量已低于 3%,次代电池用量还将降至零!

  马斯克的“无钴化”主要是基于其对推广电动车的。我们认为马斯克对“无钴” 的追求更多的是因为他对电动车普及开来的,受够了电池产能的特斯 拉,不希望一种资源品会着电动车的普及,因此在科研及产业推广上不断地寻 求“无钴”的方向。

  钴的供需矛盾及资源品属性短期无法改变。假设未来远期全球每年新能源汽车销量 5000 万辆,按照单车钴金属含量 10kg 测算,则钴的需求量约为 50 万吨量级,而目 前全球钴金属年开采量不足 15 万吨,且从已探明储量来看,钴本身也较为稀有,和 锂的逻辑也并不相同,因而马斯克的“去钴”想法也就不难理解了。

  特斯拉联合三元电池科研大牛 Jeff Dahn 教授共同研发“无钴”电池。2015 年 6 月, 特斯拉与三元材料领域大牛 Jeff Dahn 所领导的 25 人研究团队签订了为期 5 年的独 家合同,而双方的正式合作于 2016 年正式启动,Jeff 主要为特斯拉提供提高锂电池 的能量密度和使用寿命,降低成本相关研究。从 Dahn 教授的研究中也可以窥见一些 特斯拉对“无钴”电池的尝试。

  科研上初步有无钴化方案,但还无法产业化应用。根据过去几年 Jeff Dahn 团 队发表的论文,一些与“无钴”电池相关的结论主要是:在 NCA 类型的高镍(Ni> 90%)材料中,Co 起的作用很小或几乎没有,但长时间低倍率循环过程中,正极容量 衰减严重,例如即使相对表现最好的样品在 400 次循环后正极容量仅剩余不足 70%。

  特斯拉三元“无钴”电池产业化方案目前并不存在。考虑到实验室方案至产业化量 产一般需要较长时间,且考虑到目前实验室方案还有一些具体问题并未完全解决, 因此我们认为现行条件下,特斯拉的绝对“无钴”锂离子电池暂时还不存在。

  我们认为这句线%”的主体是谁,正极活性物质中钴的摩尔配 比含量?正极活性物质中钴的质量比?单体电池中钴的质量比?还是在电池中的价 值量占比?

  各大材料厂现有的主流高镍方案主要包括 NCM(Ni80 体系)、NCM(Ni83 体系)、 NCA(Ni80 体系)及 NCA(Ni87 体系)等。

  因此其 3%含钴量的主体并不是正极 材料活性物质摩尔比。马斯克所说“3%”也不是极活性物质的钴质量比。

  则可以得出,目前钴金属含量最低的是 NCM(Ni83 体系),其测算质量分数口径下钴 含量大约为 5%,而特斯拉体系所用的 NCA(Ni8 体系)及 NCA(Ni87 体系)分别为 10%及 6%,同样均不及马斯克所说的 3%含钴量,因此其 3%含钴量的主体可能也并不是正极 材料活性物质中钴的质量百分比。根据容百科技披露的公开资料也可以看出,目前 商用的主流高镍产品质量分数口径下的钴含量约为 5-7%,距离马斯克说的 3%还有一 定的距离。

  钴价值量占比=钴单位耗用(kg/kwh)*钴单价(元/kg)/电池价格(元/kwh) 考虑到马斯克说的 3%含钴量是在 2018 年 6 月左右,因此我们可以根据 2018 年 6 月 左右的各类价格进行回溯。考虑到仅为简单测算,我们主要用一些国内连续数据结 合外媒报道进行测算。根据无锡盘和 MB 报价数据,2018 年 6 月,钴粉价格约为 550 元/kg,根据 BNEF 及 GGII 的数据,特斯拉电池价格约为 1300 元/kwh(175-185 美元 /kwh),

  理解了前面的问题,接下来就可以进一步思考,马斯克所说的钴含量降到 0 是指什 么?如何来实现?如果不能实现还能怎么做?

  根据前文论述,我们认为特斯拉未来 2-3 年内很难大规模应用完全“无钴”电池, 但钴对特斯拉的牵制将大幅降低,即特斯拉的“含钴量”显著低于 3%,直至接近 0,

  1) 钴在三元材料电池体系的作用依然存在,高镍体系含量低但对电池的稳定及循环 寿命等作用暂无法证伪;

  在一般三元材料体系中,Co 含量增加能有 效减少阳离子混排,降低值,提高电导率和改善充放电循环性能,但随着 Co 含 量增加,材料的可逆嵌锂容量下降,成本增加。Ni 元素的存在有利于提高材料的可 逆嵌锂容量,但过多的 Ni 会使材料的循环性能恶化。NCM 中的 Mn 元素不仅可以降低 材料的成本,而且稳定结构,提高材料的稳定性和安全性。Mn 的含量太高会出现尖 晶石相而材料的层状结构。NCA 中的 Al 元素增强了材料的结构稳定性和安全性, 进而提高了材料的循环稳定性。

  根据 2020 年 2 月刊发于权威期刊 《Sicence》上的论文“Cobalt in lithium-ion batteries”,作者认为:对一个高 镍正极层状材料体系而言,除物相本身的不稳定性和杂相生成的可能性外,也应该 考虑镍具有相对强的自旋,Ni3+离子发生“Magnetic frustration”从而导致材料体 系处于不稳定及高能量状态。Li+离子无自旋,故有倾向于进入镍的晶格位降低体系 能量,但使整个材料体系中晶格错排,阻碍锂的传输,导致正极的容量不可逆衰减。而这种情况下,钴的作用就能体现出来,同样因为无自旋,Co3+可稳定材料体系, 不需要的晶格中的钴锂错排。

  作者对钴的评价是,在 LNO 体系中,钴的作用可能不像最初设想的那样至关重要, 但通常只有在与其他组分结合起来分析,才发现它的重要性是显而易见的。

  从上述分析可知,无论是学术研究上,还是产业化量产上,LNO 体系绝对“无钴”方 案并不成熟,但可以通过精细调控高镍材料的组成、煅烧温度、时间和气氛,做到 较低的钴含量—相对“无钴”在学术上及实践中是可行的。

  1) 特斯拉所用圆柱 21700 电池单体能量密度目前其他电池厂鲜有能及,但成组后电池系统能量密度一般。

  3) 目前特斯拉的电池单体含钴量已低于 3%,若把钴降至 1%以下,则特斯拉对钴 的使用将进一步减少,未来放量增长将不受限于钴。

  我们测算,若将目前的 NCA(Ni87 体系)切换为 NCA(Ni91 体系),NCM(Ni83 体系)切换为 NCM(Ni92 体 系) ,“含钴量”将大幅下滑,下降幅度近 60%,电池体系含钴量将降至 1%以 内。钴对电动车远期产能的与马斯克冲突,因此他需要降钴,降低电 池“含钴量”是特斯拉未雨绸缪、主动出击。

  4) 特斯拉电动化大势,切换成超低钴方案后预计 2025 年将减少钴金属资源 使用 1.1 万吨左右。

  5) 现有三元 Ni 8 系切换至三元 Ni 9 系,度电成本将下降,特斯拉对钴价变化的 性将下降,利于特斯拉预期管理。

  特斯拉体系 NCA/NCM811 的圆柱 21700 电池单体能量密度目前其他电池厂鲜有能及。

  分析动力电池装机数据,我们可以明显看出,松下 NCA 21700 电池单体质量能量密 度达到 256wh/kg,其单体体积能量密度达到 733wh/L,LGC 的 NCM8 系 21700 电池单 体质量能量密度达到 257wh/kg,其单体体积能量密度达到 718wh/L.目前宁德时代的 方形高镍体系,其单体最高的为 79148 款方形三元电池,单体质量能量密度达到 250wh/kg,其单体体积能量密度达到 563wh/L.而磷酸铁锂类电池单体能量密度相对 于三元体系差距明显。

  目前特斯拉体系的电池单体性能近乎无敌,而成组成系统后性能一般,因此特斯拉 有必要来进一步提升电池的性能。

  解决此问题,要么换用成组后能量密度满足要求 但更便宜的方案,要么继续提升单体能量密度从而提升成组能量密度。目前看,主 要的解决方法均是走的“去钴”线,即低配版采用宁德时代“LFP+CTP”电池方案, 高配版未来使用克容量更高的高镍低钴电池。“ CTP+LFP”方案前文已讨论,后续的 重点将是讨论特斯拉的高镍超低钴方案。

  前面讨论了特斯拉为何要“去钴”,可以怎样“去钴”,接下来我们从特斯拉产业链 如何,来一步步挖掘特斯拉去钴的进度,并引申出我们对其电池线的猜想和对行 业影响。

  首先来看特斯拉电池供应链,目前特斯拉体系的电池主要是由松下及 LGC 供应,2020 年将引入宁德时代进入其电池供应链,

  2010 年,松下投资 3000 万美元,收购了特斯拉 141.8 万股股票。2011 年,双方又 签订了 6.4 亿颗 18650 电芯供应的协议。

  2013 年,双方再次续签协议,将供应量提升至 18 亿颗。双方从普通的供应关系发展 到独家供应关系。

  2014 年 7 月,特斯拉与松下共投资 50 亿美元在美国内华达州建立“超级工厂” Gigactory1,项目中,松下主要负责生产圆柱形锂电池,供给特斯拉 Model 3。

  2016 年,Model 3 预定量达到 32.5 万辆。马斯克表示到 2018 年自家工厂能够生产 满足 50 万辆汽车使用的电池,而此前特斯拉却并未与松下对提前的任务达成一致。

  2018 年特斯拉与松下关系开始转折。2018 年下半年,Model 3 的产能终于达到 5000 辆/周,同时,特斯拉在第三季度实现盈利,但松下却为了增加 Model 3 产能进行了 远超预期的固定资产、人工投资,最终导致自己在两个季度亏损 84 亿日元。

  2019 年 1 月 21 日,丰田与松下宣布,计划 2020 年年底前成立合资公司。与此同时, 松下为特斯拉提供电池业务的营业亏损已超过 200 亿日元,2019 年第一季度特斯拉 交付量也大幅下跌。2019 年 9 月,松下 CEO 津贺一宏在采访中直言自己后悔几年前 投资特斯拉超级工厂。

  2) Shanghai:自 2019 年第四季度末以来,一直在逐步增加本地电池 pack 组的产 量。Model 3 的制造在符合预期的推动。由于中国市场对 Model 3 反响良好,因 此目标是进一步利用现有设施增加 Model 3 的产能,二期工程已经破土动工。鉴于 SUV 车型的受欢迎程度高,因此计划推出 Model Y 的产能不小于 Model 3。

  3) Berlin-Brandenburg:正在附近进行准备工作,考虑到有很强的制造和 工程能力,因此选择了作为合适的地点来为欧洲市场生产汽车。该工厂的 首批交货预计在 2021 年。

  从特斯拉—电池厂—材料厂穿透,来看特斯拉在高镍去钴上可能的方向,考虑到宁 德时代目前给特斯拉的方案大概率为方向 LFP 电池,不是三元体系,因此我们暂不 讨论。

  在 LGC 的正极供应 体系里,包括了 LG 化学、L&F、POSCO ChemTech、日亚化学、优美科、格林美、天 津巴莫、华友乐金、当升科技、湖南中伟等,目前各家均已布局高镍。在松下的正 极供应体系里,包括了住友金属、户田工业、厦门钨业、优美科、芳源环保、湖南 中伟等,同样的目前各家也都已布局高镍。目前主要的高镍前驱体及正极材料包括 Ni8 系和 Ni9 系,其中 8 系是指镍金属的摩尔比超过 80%的三元材料,包括 Ni80、Ni83、 Ni88 等,市场上规模化应用的多为 Ni83 产品。9 系是指镍金属的摩尔比超过 90%的 三元材料,包括 Ni90、Ni92、Ni95 等。

  LGC 及松下电池业务庞杂,除了动力电池业务还有大量的小动力业务,动力电池业务 中除了特斯拉还有大量其他整车厂,因此从分析特斯拉的角度看,更需要分析对应 的材料厂是否是穿透到了特斯拉这一层级。

  1) “2015 年 3 月,特斯拉和松下在 B 公司的陪同下到我司参观考察,公司总经理 和高层领导在会议室接待了客人,并简要介绍了公司在三元前驱体的整体实力。

  2) “2016 年 9 月,A 公司规划投资 3 亿元,将建成年产 3.6 万吨高品质 NCA/NCM 前驱体、三元锂电正极材料的新生产。”

  3) “2017 年 7 月和 8 月,A 公司分别通过了松下集团对公司产品供应链体系品质 审核的初审和复审,而本次《基本交易合同》的签署是公司通过松下品质审核 的具体落实。预期供货数量和产品为每月 1000 吨的三元材料 NCA 前驱体。”

  4) 2017 年,公司对口松下收入约为 6300 万元,占当期三元前驱体业务 69%,占当 期全公司总收入 36%;2018 年公司对口松下收入进一步提升至 1.73 亿元,占当 期三元前驱体业务 76%,占当期全公司总收入 64%。

  5) 2018 年半年报,A 公司表示“现阶段,公司正在持续加大 NCA、NCM 前驱体产品 比重,转型成为锂电池三元正极材料生产企业,根据公司目前的客户及市 场拓展情况,松下目前成为公司 NCA 前驱体产品的主要销售客户,导致公司对 松下产生一定的依赖。”

  根据 A公司官网产品介绍,目前松下-特斯拉体系的NCA产品主要包括钴摩尔比为15% 的普通 NCA 及钴摩尔比为 9%作用的所谓 NCA+,

  根据前文测算及特斯拉对电池及钴含 量的定义,我们认为,钴摩尔比为 15%的普通 NCA 大概率为 model S/X 所使用,钴摩 尔比为 9%左右的所谓 NCA+大概率为新款 model 3 所使用。目前从商用化量产角度看, NCA(Ni87/88,即把钴摩尔比降到 10%以内)以及 NCM8 系(Ni83,钴摩尔比大约 8%) 已经常高的水平.

  答案是肯定的,例如格林美公告写道“2020—2026 年,ECOPRO BM 向公司采购总量 不低于 10 万吨的高镍 NCM8 系、9 系前驱体”,但具体摩尔配比数据并不可知,幸运 的是,我们在地方官网上找到了 A 公司的相关项目审批公告。

  A 公司公告高端三元锂电前驱体(NCA/NCM)项目信息在 2019 年 11 月公示,公司项 目总共分两期进行,一期为 12 个月,2 期为 8 个月,预计建成后形成高镍 NCA 前驱 体产能 25000 吨,高镍 NCM(8 系及 9 系)前驱体产能 11250 吨。

  A 公司该项目中最引人注意的是两个超高镍极低钴的前驱体项目,与其官网上已披露 产品对比可知,NCA(Ni91 系)和 NCM(Ni92 系)均为新增量产项目。

  因此该项目中超高镍体系的 NCA(Ni91 系)和 NCM(Ni92 系) 前驱体终端主要客户大概率为松下-特斯拉体系及 B 公司对口的日韩电池厂。2.3. 超高镍超低钴对特斯拉有何意义

  首先是意味着对钴依赖的大幅下降,根据前文测算,我们知道,目前特斯拉的电池 单体含钴量已低于 3%,若把钴降至 1%以下,则特斯拉对钴的使用将进一步减少,未 来放量增长将不再受限于某一环节。

  将目前的 NCA(Ni87 体系)切换为 NCA(Ni91 体系),“含钴量”将下降 60%。

  目前特斯 拉使用松下的依旧是 NCA 正极材料电池,若将目前的 NCA(Ni87 体系)切换为 NCA(Ni91 体系),金属钴单位耗用将从原来的约 0.08kg/kwh 降低至 0.03kg/kwh,下降幅度近 60%,正极材料中钴含量质量比将从原来的约 6.2%降低至 2.6%,下降幅度近 60%,正 极活性物质钴的摩尔比将从原来约 9-10%降低至 4%,下降幅度近 60%,电池单体含钴 量将从原来的约 2.1%进一步降低至 0.9%,下降幅度近 60%.

  将目前的 NCM(Ni83 体系)切换为 NCM(Ni92 体系) ,“含钴量”也将下降 60%。

  目前特 斯拉使用的 LG 电池正极体系为 NCM 8 系,目前商业化应用最普遍的即为 NCM(Ni83 体系),若将目前的 NCM(Ni83 体系)切换为 NCM(Ni92 体系),金属钴单位耗用将从原 来的约 0.07kg/kwh 降低至 0.02kg/kwh,下降幅度近 60%,正极材料中钴含量质量比 将从原来的约 5.2%降低至 1.9%,下降幅度近 60%,正极活性物质钴的摩尔比将从原 来约 8%降低至 3%,下降幅度近 60%,电池单体含钴量将从原来的约 1.7%进一步降低 至 0.7%,下降幅度近 60%.

  以上两种超高镍极低钴体系,相较于传统三元电池 NCM5 系及 6 系,“含钴量”将下 降近 90%。

  其中钴金属单位耗用 0.22kg/kwh 降低至 0.02kg/kwh,下降幅度近 90%,正极材料中钴含量质量比将从原来的约 13%降低至约 2%,下降幅度近 80%,正极活性 物质钴的摩尔比将从原来约 20%降低至 3%,下降幅度近 80%,电池单体含钴量将从原 来的约 4.6%进一步降低至 0.7%,下降幅度近 80%.

  早前特斯拉与松下的矛盾, 并不是由于松下电池的质量问题,相反松下电池的质量非常好,目前来看也是最好 的动力电池之一。两者的核心矛盾是特斯拉对松下电池产能,不能满足特斯拉的产 能爬坡需求的矛盾。显然在马斯克及特斯拉的眼里,钴也是这样的一种存在,虽然 钴未来可以大量的重复循环使用,但目前对马斯克及特斯拉而言,最优先的是要主 动出击,降低电池“含钴量”。

  特斯拉的主要量产车型包括 Model S、Model X、Model 3,随着 Model Y 量产下线并 交付,特斯拉将正式完成“S.E.X.Y”系列平图。

  特斯拉在 2019 年的产量和交付量均超过了 36 万辆,创下新高,同比增长均超过了 40%,实现了全年 36 万辆到 40 万辆的交付量目标。

  从欧洲分季度销量来看,特斯拉 Model 3 自 2019 年大规模进入欧洲市场以来,其销 量持续攀升,

  在美国,特斯拉一骑绝尘,Model 3 冠绝美国。2019 年美国纯电汽车销量增长了 3%, 接近 24 万辆左右,约占同年美国汽车销量的 1.4%。

  美国的纯电市场是由特斯拉主导 的,特斯拉占了大部分的销量。特斯拉 Model 3 连续第二年登上纯电销量冠军的位 臵,交付量增长了 14%,约 16 万辆。Model 3 不仅创造了特斯拉自身的销量纪录, 同时也创造了纯电车型的销量巅峰。Model 3 的销量也是排第二 Model X 的 8.5 倍, 可谓是一骑绝尘。

  对比各车型单季度销量,比欧洲市场更明显的是,目前特斯拉 Model 3 与同类型燃 油车竞争对手如奥迪 A4、宝马 3 系、奔驰 C 系等销量优势持续保持,目前已超过三 者总和,

  随着美国工厂升级,不断提升产能;上海工厂正式量产,产能不断爬坡, 二期即将;工厂开始准备动工;Model Y 正式量产并交付。特斯拉量产大周 期,全球电动化快速增长趋势确定,我们预计 2025 年国内及海外新能源汽车销 量分别为 700 万辆及 600 万辆,特斯拉市占率分别为 20%及 30%,合计 320 万辆。

  我们预计到 2025 年当特斯拉销量达到 320 万辆时,其电池需求将达到 256GWh 左右, 年复合增速将超过 40%,将带动庞大的产业链,对于其所用钴也可以简单测算。

  从以上的分析我们可以看出,在继续以使用三元电池为大前提的假设条件下,未来 特斯拉对钴的需求将有两个需求通道:

  1) 沿着现有 NCA(Ni87 体系)及 NCM(Ni83 体系),随着特斯拉汽车销量而不断增加 对钴的需求;

  2) 从 2020 年开始慢慢将正极材料体系不断向新的“高镍低钴” NCA(Ni91 体系) 及 NCM(Ni92 体系)三元方向切换。

  预计到 2025 年,高镍超低钴方案下对钴的需求量将从现有体系外推的 1.82 万吨下 降到 0.74 万吨左右,减少钴资源使用 1.1 万吨左右。

  若从目前材料体系切换到“高 镍超低钴”的节奏,2020-2023 年分别是 17%,33%,67%及 100%,根据我们的测算, 特斯拉在 2020 年至 2023 年并不需要每年增加太多钴金属的需求,这显然短期内是 可以缓解特斯拉对钴的依赖。同时我们也需要注意的是,测算结果提示到 2023 年切入“高镍超低钴”之后,特斯拉对钴的需求又将继续上升,虽然斜率已远不如之前, 但还是会随着特斯拉销量的提升而不断增长

  。因此可以猜测,随着实验室验证及产 业化不断完善,2023 年前后有可能将真正意义上开始量产使用“绝对无钴”电池, 进入下一个“无钴化”阶段。2.3.2. 降成本、控预期:被动变主动

  考虑到目前钴金属价格约为 250-300 元/kg,我们取 300 元/kg 作为测算标准,探究 不同单车带电量,不同正极体系电池对钴金属需求的成本变化。

  1) NCA(Ni87 体系):目前钴金属单耗约为 0.08kg/kwh,则可以测算 30 度电时钴金 属成本约为 738 元,120 度电时钴金属成本约为 2953 元,度电钴成本约为 25 元;

  2) NCA(Ni91 体系):目前钴金属单耗约为 0.03kg/kwh,则可以测算 30 度电时钴金 属成本约为 298 元,120 度电时钴金属成本约为 1193 元,度电钴成本约为 10 元;

  3) NCM(Ni83 体系):目前钴金属单耗约为 0.07kg/kwh,则可以测算 30 度电时钴金 属成本约为 617 元,120 度电时钴金属成本约为 2467 元,度电钴成本约为 21 元;

  4) NCA(Ni92 体系):目前钴金属单耗约为 0.02kg/kwh,则可以测算 30 度电时钴金 属成本约为 220 元,120 度电时钴金属成本约为 882 元,度电钴成本约为 7 元.

  假设电池成本未来 2-3 年到 100 美元/kwh,即 700 元/kwh,则钴含量的降低,将为电 池成本降低 2 pct。

  考虑到目前特斯拉单车带电量范围约为 50-100 kwh,我们取 70 kwh 作为测算标准, 探究不同钴金属价格情况下,不同正极体系电池对钴金属需求的成本变化。

  显然,从现有三元 Ni 8 系切换至三元 Ni 9 系,特斯拉对钴价变化的成本性将 大幅下降。

  如前所述,对于 NCA(Ni87 体系)切换至 NCA(Ni91 体系)后,当钴价发生极端巨幅波 动,例如从 200 元/kg 波动至 700 元/kg 时,特斯拉对其单车成本性将从原来 2400 元大幅降低至 850 元;对于 NCM(Ni83 体系) 切换至 NCM(Ni92 体系)后,当钴价发生 极端巨幅波动,例如从 200 元/kg 波动至 700 元/kg 时,特斯拉对其单车成本性 将从原来 2900 元大幅降低至 1160 元.整体上从现有三元 Ni 8 系切换至三元 Ni 9 系 后,对单车净利的将从原来 24%大幅下降至 8%左右。客观上来讲,特斯拉对电池正极材料体系的改变,对其绝对成本的降低意义其实并不大,且正极材料体系的变化也会牵涉到电池设计的方方面面,未来一定是降低成 本。

  1) 正极行业需求大,需求量增加确定性高。预计 2019-2021 年对应正极需求分别 为 39/52/65 万吨,复合增长率超 30%以上。

  2) 高镍材料综合优势明显,将是未来主流线。高镍三元是提升长续航里程需求 最可行的锂电池方案,高镍三元能进一步满足乘用车小型化的需求,高镍三元 是在钴资源的匮乏而必须降钴的一个好选择,高镍三元综合成本优势相对普通 三元 NCM 更显著。

  3) 正极高镍切入国际大客户将占得先机。目前中日韩主要电池厂及材料厂均加入 到这场高镍三元材料竞争中,需要密切关注行业发展动态。

  三元高镍电池在解决乘用车的高续航里程、轻量化需求等方面综合优势明显,三元 高镍化趋势不可逆转。

  目前,制约电动车发展 的一个重要原因就是里程焦虑,可能的解决途径包括更长的续航里程、密集的 补能网点、快速的补能方式。但现有技术水平及实践情况来看,布局密集的补 能网点需要大规模的基建,快充技术问题有待攻克,快充设施较为昂贵。同时 我们也看到,特斯拉通过电池硬件及系统软件的不断升级来提升续航里程,这 也正说明了从电池及材料环节以及车厂设计研发环节可以改善续航里程。在现 有技术条件下,通常 LFP 和常规三元 NCM 很难满足上述要求,只有 NCM811、NCA 及更高镍的材料能满足需求。

  中国是全球最大的钴资 源消费国家,国内钴消费量在全球消费量占比达 46%,锂电池行业则是国内钴消 费的主要领域。随着电动车行业的发展,预计电池行业的钴消费规模及占比将 会进一步提升。在全球范围内,钴金属的矿产资源相对匮乏且市场供应集中度 高,供应状况不确定因素较多。常规三元材料对钴金属需求量较高,势必将会 加剧钴金属原材料的价格上涨,进一步增加钴金属供应的不稳定性。

  高镍三元目前成本上的劣势 在于生产工艺环节,而随着高镍三元材料生产规模的不断扩大,生产控制技术 持续改进,高镍三元材料生产成本将不断降低。同时由于高镍三元材料钴含量 低,原材料成本优势将愈发突出,例如 NCM811 相比 NCM523 的正极钴含量由 12.21%降至 6.06%,折算到动力电池每 kwh 单耗从 0.2kg 降至 0.1kg,由此在钴 价巨幅波动时,NCM811 的材料成本优势将越发明显。

  1) NCM811 已解决安全性能问题,可满足客户需求,NCM 811/石墨体系电芯在 2019 年实现量产上市。单体能量密度 245wh/kg,相应的系统能量密度可达 180wh/kg,产品将覆盖 500KM 左右的主流车型。300Wh/Kg 的高镍/硅碳 体系技术开发进展顺利,具体上市时间将随车型上市时间而定。

  2) 2019 年 3 月,宝马 X1 插电式混合动力里程升级版上市。宝马搭载了全球 首款量产的 NCM811 电池。在循环寿命方面,宝马 X1 使用的 NCM811 电池在 2500 次循环之后,还能保持 80%以上容量。

  3) 宁德时代凭借配套广汽 Aion S、蔚来 ES6、吉利几何 A、小鹏 P7、合众 U、金 康 SF5、广汽 Aion LX、宝马 X1 等多款新车型,成为国内 NCM811 电池装机 量最大的电池企业。

  1) 国内首家实现高镍产品(NCM811)量产的正极材料生产企业,NCM811 产品 技术与生产规模均处于全球领先,公司在华东、华中、西南及韩国设立多处先 进生产,并围绕正极材料回收再利用布局循环产业链。

  2) 公司于 2016 年率先突破并掌握了高镍三元正极材料的关键工艺技术,于 2017 年成为国内首家实现高镍 NCM811 大规模量产的正极材料企业,并在全球范 围内率先将高镍 NCM811 产品应用于新能源汽车动力电池。目前,公司 NCM811 产品技术与生产规模均处于全球领先地位。

  3) 公司所开发的单晶系列与高镍系列三元正极材料,已进入技术稳定的规模化量 产阶段,并已同宁德时代、比亚迪、LG 化学、天津力神、孚能科技、比克动 力等客户建立了合作关系,为该等国内外主流动力电池厂商的前沿高能量密度 产品,配套提供产品性能稳定、制备技术成熟的三元正极材料,处于国际领先 水平。

  蜂巢能源在 2019 年上海车展期间亮相了其研发的 86Ah 2C 快充电芯, 正极材料采用 NCM811 体系,该电芯预计将于 2020 年量产。此外,蜂巢能源开发 的 126Ah 高能量方形电芯,正极材料为 NCM811,能量密度超过 250Wh/kg。同时, 蜂巢能源正在开发的 64.5Ah 软包 NCM811 电池,能量密度已达到 300Wh/kg。

  1) 三星 SDI 宣布与韩国正极材料供应商 ECOPRO BM 公司签署协议,共同成立一 家合资公司生产下一代正极材料。同时,三星 SDI 还计划投资 ECOPRO BM 以 建立战略合作伙伴关系。根据协议,ECOPRO BM 将向合资公司投资 720 亿韩 元( 4.6 亿元人民币)持股 60%,三星 SDI 将投资 480 亿韩元(2.8 亿元人民币) 持股 40%。两家公司计划在年底之前在庆尚北道浦项市完成一条正极材料生产 线 年第一季投产,建设完成后将具备年产 5 万吨的生产能力。

  3) 2020 年 1 月 31 日,格林美与 ECOPRO BM 公司就新能源动力电池用 NCM8 系、 9 系高镍前驱体材料的采购及合作签署了备忘录:2020—2026 年,ECOPRO BM 将向公司采购总量不低于 10 万吨的高镍 NCM8 系、9 系前驱体。据悉, ECOPRO BM 是 ECOPRO 的子公司,公司产品主要涉及 NCA及 NCM 等动力 电池材料,目前是全球核心的高镍正极材料生产商,核心客户包括三星 SDI、 村田和SKI 等。产品事业领域包括正极材料和前驱体,产品侧重于NCA和 CsG。

  SKI 主打软包电池,目前材料体系以 NCM622 为主,量产的单体电芯能量密 度可达 260Wh/kg。与此同时,SKI 也正在推出更高能量密度的电池。此前,SKI 曾 计划从 2019 年第三季度开始正式生产 NCM811 电池,不过由于种种原因未能实现。此外,SKI 还计划在研发镍含量为 90%、钴和锰各占 5%的新一代动力电池 “NCM9/0.5/0.5”,最早将从 2021 年开始实现商用化。

  1) 2018.9.20:NCA正极材料的月产能将在今年晚些时候达到 4550 吨。起初,松 下推出的是18650 型 NCA电池,之后又和特斯拉联合推出21700 的 NCA电池。目前,特斯拉 Model 3 使用的21700 的 NCA电池单体能量密度达到340Wh/kg, 是当前市场中能量密度最高的电池。在过去四年,住友金属已经花费 370 亿日 元(约合 22.69 亿人民币)提高镍钴铝(NCA)的产量,主要为丰田汽车和松下作正 极材料配套。丰田和松下是住友金属的前两大客户,另丰田拥有住友金属 3.8% 的股权。

  2) 2019.5.21:日本矿业和冶炼厂住友金属矿业有限公司(SMM)的目标是在 2028 年 3 月之前将其用于汽车电池的阴极材料的生产能力提高一倍以上。SMM 总 裁 Akira Nozaki 今日对外公开表示,未来 9 年,公司将把阴极材料的产能提高 到每月 10000 吨,而现在每月为 4550 吨。目前 SMM 还没有透露具体的投资规 模和扩产计划。Nozaki 表示,该公司现已全力满足松下和丰田汽车公司等主要 客户的需求。根据截至 2022 年 3 月的长期计划,SMM 还计划将其全球矿藏的 年产量提高至 30 万吨铜精矿和 15 万吨镍金属。Nozaki 表示,最近收购的智利 Quebrada Blanca 铜矿 25%股权将有助于实现铜目标,但需要寻找镍的新机会。SMM 与镍矿公司 PT Vale Indonesia 正在进行可行性研究,以在印度尼西亚东南 苏拉威西的 Pomalaa 建立镍加工厂,目的是在 2020 年 3 月底之前做出最终投资 决定。

  三元高镍大趋势已逐步展开,切入国际大客户将占得先机。基于能量密度高、放电 容量大、综合成本低等优势,高镍材料综合优势明显,将是未来主流线,需要密 切关注行业发展动态。


 

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