锂电正极材料行业之德方纳米研究报告.docx

《锂电正极材料行业之德方纳米研究报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《锂电正极材料行业之德方纳米研究报告.docx（20页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、锂电正极材料行业之德方纳米研究报告德方纳米：立足于纳米技术的铁锂龙头德方纳米成立于 2007 年，到目前已有 15 年的沉淀，公司成立之初即从事纳米化相关 业务，包括碳纳米管、纳米氧化铝、纳米碳纤维等，随后在 2008 年将纳米技术延伸至 磷酸铁锂领域，并成为国家 863 计划的动力电池方案，在锂电材料方面有深厚的积累。 公司与动力电池龙头均有深度的合作，比亚迪起始于 2009 年，宁德时代的大规模供货 开始于 2014 年，亿纬锂能等电池新锐也在 2016 年进入其供应链。德方纳米最鲜明的特点以及有别于其他磷酸铁锂正极企业之处，是公司的磷酸铁锂技术 是基于其纳米化技术的延伸，工艺路线具有创新

2、性。公司现董事长孔令涌、原董事长吉 学文、原董事兼技术顾问王允实均在纳米材料领域研发多年，2007 年共同创业后尝试 探索在磷酸铁锂正极上应用纳米化技术，并开创了独特的制备工艺“自热蒸发液相合成 纳米磷酸铁锂技术”。目前磷酸铁锂正极的老牌龙头，基本上技术积累都集中在磷酸铁、 草酸亚铁、氧化铁领域，德方纳米另辟蹊径形成了差异化竞争。基于公司多年对纳米化的坚持，可以看到公司目前的业务结构聚焦于纳米磷酸铁锂和碳 纳米导电剂业务，且不断展现出产品的竞争优势，收入体量从 2014 年 1.3 亿元，增长 至 2021 年前三季度的 22.7 亿元，成长性可观。从磷酸铁锂的市场份额，凭借液相法工艺的差异化

3、竞争，公司保持市场份额的领先，近 四年市占率均保持在 20%以上，为行业龙头。即使是在 2021 年乘用车磷酸铁锂快速放 量的背景下，公司也凭借出货高增长维持市场份额稳定，进一步凸显公司竞争力。从股权结构上看，公司创始人团队吉学文、王允实、孔令涌为一致行动人，合计持股比 例达 37.76%，为公司控股股东及实际控制人，2019 年王允实先生去世，其股份由其配 偶赵旭及其子女继承。同时公司积极推进股权激励，2020 年第一期限制性股票授予 116 名高管及核心人员，2021 年第二期授予 147 名激励对象，2021 年底进一步授予三期 202 名激励对象，通过股权激励公司团队核心团队。磷酸铁锂

4、：需求景气与盈利扩张的共振磷酸铁锂产业自 2021 年以来步入发展的快车道，成为锂电产业链炙手可热的环节，一 方面是磷酸铁锂需求趋势明朗，渗透率提升的逻辑下增速远高于行业增速；二是磷酸铁 锂产业链呈现持续的供不应求，价格上涨和盈利扩张使得企业盈利兑现。需求景气：动力铁锂回潮，储能市场井磷酸铁锂需求自 2021 年以来加速提升喷 ，从国内动力电池装机口径看，2021Q4 占比已 超过 50%，电池出货口径更是在三季度前后达到 50%，四季度接近 60%。从国内正极 的出货口径看，磷酸铁锂正极在全部正极中的出货占比，从 2020H1 以前的 35%-40%， 提升至 2021Q4 的 58%，需求

5、增速显著超越行业。磷酸铁锂的高景气一是来自于动力电池市场的回潮。2020 年以来伴随补贴退坡，CTP 等创新封装工艺的应用提升了电池能量密度，磷酸铁锂的成本优势进一步凸显。磷酸铁 锂物料成本更低，电芯成本上较三元电池方案低 15%-20%。如果考虑铁锂率先应用 CTP 工艺，而三元尤其是高镍应用 CTP 稳步推进，则磷酸铁锂的成本优势阶段性达到 20% 以上，定价上也具备 15%以上的价格优势，进而推动了磷酸铁锂的快速回潮。国内车企对磷酸铁锂方案响应积极，从新车目录上看，近几批次铁锂乘用车车型申报占 比稳定在 50%左右的水平，其中也不乏明星车型的放量，例如比亚迪汉、特斯拉 Model 3、M

6、odel Y、宏光 MINI、小鹏 P7/P5 等，目前磷酸铁锂方案已经覆盖了特斯拉、新兴 造车、自主品牌，且车型级别跨越了 A00 级到 C 级车，国内车企接受度高。从海外的情况看，磷酸铁锂方案也在逐步纳入考量，其中最积极的是特斯拉，其在 2020 年即计划在长循环方案中导入磷酸铁锂，2021 年更是表示磷酸铁锂的应用占比将超过 60%。除了特斯拉外，大众、Stellantis、戴姆勒也明确表示磷酸铁锂方案的导入，不过 也有雷诺等车企暂时不会考虑磷酸铁锂，预计海外车企对磷酸铁锂的应用会相对滞后 （本身也要考虑到车型开发的周期），不过渗透率提升的趋势明确。故我们预计磷酸铁锂在新能源车上的渗透率

7、将逐步提升，其中国内在 2021-2023 年有 望持续上行，乘用车中的磷酸铁锂占比或超过 50%，整体占比有望达到 55%左右；海 外磷酸铁锂的应用有望在 2023 年前后加速（特斯拉存在超预期可能），在 2025 年有望 达到 20%-30%的渗透率水平，进而带动全球磷酸铁锂占比趋于 40%。磷酸铁锂的高景气二是来自于储能的井喷式增长。全球储能市场正处于拐点阶段，美国 2020H2 以来实现爆发式增长，表前市场在 RA 合同、PPA 模式驱动下，商业模式理顺、 经济性显著提升，有望连续翻两倍增长。欧洲过去几年保持平稳增长，户用储能由于居 民电价高企具备经济性，增长持续性较强，表前项目伴随欧

8、洲传统调峰方式的退出，也 有望迎来增长拐点。相较于美国、欧洲出现的市场增长拐点，国内的政策拐点也愈发清 晰，发改委发布了储能指导意见，在电源侧、电网侧、用户侧均给予了商业机制完善的 方向，核心在于解决了责任主体和成本分摊的问题，国内储能加速发展可期。预计在中国、美国、欧洲三大市场的驱动下，2025 年全球锂电储能需求有望达到 180- 200GWh，相较于 2020 年 20GWh 左右的出货量，实现五年十倍的高速增长。同时，国内的磷酸铁锂产业链加速配套全球市场，一方面，国内锂电池企业加速切入海 外储能市场，自 2020 年以来，宁德时代、比亚迪、亿纬锂能、南都电源等锂电池企业 先后通过 UL

9、9540A 的认证，宁德时代在海外的储能放量明显提速。另一方面，磷酸铁 锂专利的逐步接触为储能铁锂的增长提供契机，磷酸铁锂主要有基础材料专利、碳包覆 技术专利、碳热还原技术专利三项专利，目前主要通过支付专利授权的方式解决供应问 题，伴随碳包覆技术专利以及碳热还原专利逐步到期（预计在 2022 年前后），磷酸铁锂 方案在海外市场的竞争优势有望进一步凸显。总结来看，预计 2025 年全球磷酸铁锂电池出货量超 900GWh，较 2021 年实现 56%左 右的复合增长，磷酸铁锂正极需求接近 220 万吨，2022 年预计磷酸铁锂需求仍将保持 80%以上的高增长，需求高景气将继续演绎。盈利扩张：磷酸涨

10、价及资源库存助推利润增厚伴随需求端在 2021 年进入高增长阶段，磷酸铁锂及磷酸铁因一定的扩产周期出现供应 瓶颈，呈现价格上涨趋势。从产能扩张节奏看，预计 2022 年磷酸铁锂产业链仍将保持 偏紧，2023 年或有边际缓解，也取决于行业新进入者的有效产能释放情况。原材料价格上涨推动下，磷酸铁锂正极环节呈现盈利扩张，典型的是德方纳米的单吨净 利从 2021H1 的 0.3-0.4 万，抬升至 2021Q4 的 1.5-1.6 万，主要来自于：1）液相法、 磷酸铁铵法工艺采用磷酸一铵为原料，磷酸铁钠法则为磷酸，磷酸与磷酸一铵的价差拉 大在正极价格上有所体现；2）碳酸锂涨价带来的库存升值；3）规模效

11、应及盈利改善。考虑到磷酸铁锂行业供需仍偏紧，判断阶段性的高盈利仍是可存在，不过从中长期看， 磷酸铁锂环节龙头公司的盈利水平将取决于成本曲线。从磷酸铁锂正极企业的毛利率对 比来看，企业历史上的差异并不明显，湖北万润、德方纳米、湖南裕能的毛利率相对较 高，不过也会受到产能利用率、库存价格等因素的扰动。展望来看，德方纳米的液相法有望逐步呈现成本优势。液相法在成本端的优势体现在： 1）能耗较低，德方纳米采用“自热蒸发液相合成法”，在前驱体合成工序无需外部条件 加热，同时因为颗粒纳米化，也无需球磨工序；因而从各企业披露的单吨电耗来看，德 方纳米较固相法方案同期的电耗水平最低。2）原材料品味优势，锂源是磷

12、酸铁锂最主 要的成本项，目前企业多以采购电池级碳酸锂为主，包括德方纳米招股说明书披露的原 材料也为电池级碳酸锂，不过理论上讲液相法的工艺反应更加均匀，在保证产品品质的 情况下对原材料的品味要求可以更低，包括应用盐湖、云母的碳酸锂，以及工业级碳酸 锂，进而带来成本优势。3）锂源单耗较低，固相法烧结后可能存在残锂，因而通常需要 过量配置 2%-5%的锂源；液相法元素配置更为精确。未来德方纳米有望进一步在锂源层面降本，即探索用磷酸锂替代目前的碳酸锂路线，从 当前盐湖提锂的主流工艺对比看，前段工序主要为了去除镁等卤水中的杂质，德方纳米 的专利更多考虑了草酸加热分解形成性能更好的纳米多孔磷酸锂，带来的成

13、本下降一方 面是节约了纯碱的成本，按照 1kg 磷酸铁锂需要 0.24kg 碳酸锂，1kg 碳酸锂需要 2kg 左右纯碱计算，在纯碱 2000 元左右的历史中枢价格下可以带来 1500-2000 元/吨（磷酸 铁锂口径）的成本改善；另一方面磷酸锂的溶解性明显弱于碳酸锂，因而要求的溶液浓 度更低，将带来浓缩环节成本和资本开支的明显下降。磷酸锂路线更加适用于液相法、 草酸亚铁路线，因而对德方纳米而言是未来实现成本优势的重要途径。总结来看，得益于工艺路线优势以及上游原料上涨，预计德方纳米短期盈利能力仍保持 较高水平，从中期来看，超额利润将合理回归，不过伴随液相法工艺趋于成熟，创新性 的锂源降本路径逐

14、步体现，公司仍有望成为磷酸铁锂环节成本曲线最左侧的企业。阿尔法之一：储能铁锂领先，稳定份额的基本盘根据前文测算的结论，储能是磷酸铁锂重要的需求场景，预计 2025 年储能用铁锂电池 将达到 250GWh 左右，对应磷酸铁锂正极需求在 50-60 万吨，占磷酸铁锂整体需求的 25%以上；从更远期维度看，储能市场将相当于动力市场的 40%左右，且储能磷酸铁锂 的渗透率将明显高于动力，因而储能是磷酸铁锂中有阿尔法的赛道。德方纳米在储能磷酸铁锂正极方面具备比较优势，一是来自于液相法工艺循环寿命长、 一致性高，在成本对循环寿命高度敏感的储能市场具备性能优势。从各工艺路线对比来看，德方纳米的液相法一次颗粒

15、粒径最小，且分布均匀，产品一致 性好，因而在电化学性能及循环寿命上具备明显优势。固相法从粒径大小和分布来看， 则距离液相法产品有一定距离。性能的差异化本质上由工艺路线决定，液相法是将原材 料在液态的浆料中反应，并蒸发溶液凝固为固体，反应过程充分且一致；而固相法可以 通过磷酸铁纳米化、球磨等工艺降低粒径大小，但本身粒径较大的限制决定了无法达到 液相法的参数，因而循环寿命液相法有明显优势。二是德方纳米深度绑定宁德时代、亿纬锂能等头部电池厂，享受全球储能高增长。德方 纳米自成立之初便于动力电池龙头深度合作，比亚迪的合作起始于 2009 年，宁德时代 的大规模供货开始于 2014 年，亿纬锂能等电池新

16、锐也在 2016 年进入其供应链。从公 司近几年的收入结构看，宁德时代的占比持续保持在 65%以上，客户结构优异；同时从 公司 2018 年的产品结构看，储能已经占到 11%的磷酸铁锂收入比例，在近两年储能行 业爆发式增长的背景下，预计公司储能占比进一步提升。公司未来与宁德时代、亿纬锂能的合作有望进一步深化，2019 年公司与宁德时代成立 合资公司，规划曲靖 1 万吨磷酸铁锂产能，2020 年进一步扩产至 2 万吨；2021 年再度 在江安县规划 8 万吨合资产能，合计将达到 10 万吨。同时公司在 2021 年与亿纬锂能 合资 10 万吨产能，绑定龙头电池厂也印证了公司的产品竞争力。宁德时代

17、和亿纬锂能是全球锂电池的头部企业，宁德时代 2021 年底产能超 200GWh， 2022 年有望进一步达到 350GWh 左右，远期已规划产能超 700GWh。亿纬锂能则在 2021 年明显加大的产能规划力度，在 2021 年底 50-60GWh 的基础上，2022 年底有望 达到 150GWh 左右，其中铁锂产能将超 80GWh，远期规划接近 300GWh。从储能业务来看，宁德时代覆盖全球表前、户用优质项目及渠道，储能出货呈现爆发式 增长，2021 年出货增长近 7 倍，全球份额超 30%，再度登顶全球第一，2022 年高增长 有望延续。亿纬锂能同样在储能领域积极布局，除产能扩张外，也与美

18、国集成商签订供 货协议，入股沃太能源进行户用布局等。均有望带动德方纳米出货高增长。阿尔法之二：磷酸锰铁锂、补锂剂引领技术进步立足于储能铁锂的基本盘，德方纳米进一步扩大研发范围，在新技术上屡见突破，有望 成为公司潜在的业绩增长点，一是磷酸锰铁锂，二是补锂剂。磷酸锰铁锂：下一代动力方案，德方纳米产业化提速磷酸锰铁锂是磷酸铁锂重要的技术进步方向，核心原因在于能量密度在正极方面主要由 克容量、压实密度、电压平台三个因素决定，而磷酸铁锂的克容量、压实密度方面的技 术进步已经挖掘的比较充分，电压平台提升成为最有潜力进一步提高磷酸铁锂能量密度 的路径。磷酸锰铁锂即在制备磷酸铁锂的过程中加入锰元素，凭借着锰元

19、素高充电电压 的特性，磷酸锰铁锂正极材料的充电电压由磷酸铁锂的 3.4V 提升至 4.1V，在具有相同 的理论比容量以及压实密度的情况下，使得电池能量密度提升 10%以上的幅度，进而使 得磷酸铁锂的续航里程上限进一步突破，且惰性材料单耗摊薄也将降低电池成本。不过磷酸锰铁锂也存在性能缺陷和产业化瓶颈：1）导电性能较差：锰接近绝缘体的特 性导致磷酸锰铁锂的导电性能较差，磷酸锰锂电导率为 10(-14)S/cm，与磷酸铁锂相比 存在数量级差异；2）压实密度较低：为了提升锰铁锂导电性，需要将材料粒径做到相对 较小，从而导致成品的压实密度相对较低，如果磷酸锰铁锂的压实密度低于磷酸铁锂， 则将弱化电压平台

20、提升带来的收益；3）循环性能较差：一方面由于锰元素的存在，锂离 子脱嵌与移动难度上升，从而导致较差的导电性能，另一方面由于常规电解液体系与锰 发生副反应，表面形成钝化层，两方面因素共同造成锰铁锂的循环性能降低。针对目前存在的产业化瓶颈，理论上可以通过小粒径、碳包覆以及添加碳纳米管来改善 导电性能，通过烧结工艺优化提升压实密度，以及通过补锂技术提升循环性能。不过本 质上是要做到性能指标的平衡以及成本的可控性，例如液相法更利于做出小粒径材料， 但需要通过烧结二次结晶以提升压实密度；碳纳米管的添加、补锂技术的应用会改善导 电性能、循环次数，但也要考虑工艺、材料应用所带来成本增加。从产业化进度上来看，

21、磷酸锰铁锂可以掺杂三元使用，因磷酸铁锰锂的电压平台与三元 接近，可以提升三元方案的安全性，国内相关企业如比亚迪、德方纳米分别于 2016 年、 2018 年申请磷酸铁锰锂掺杂技术的相关专利。磷酸锰铁锂作为动力电池材料目前在两轮车上有所运用，如天能股份 18650 锰铁锂电 池应用在小牛 F0 系列电动车上，此外还有星恒电源。宁德时代将 LxFP 作为下一代磷 酸铁锂方案进行研发推动，同时在 2021 年 11 月增资力泰锂能布局磷酸锰铁锂正极企 业；比亚迪早在 2013 年即申请过磷酸锰铁锂专利，已有多年研发布局。磷酸锰铁锂对于磷酸铁锂的工艺和设备改动不大，液相法在反应中增加锰源，固相法在 前

22、驱体环节添加锰源进行制备。而不同工艺路线都面临一定的瓶颈，例如液相法产品的 元素混合比较容易，且粒径小导电性相对较小，但压实密度提升上需要有更多突破。固 相法研磨难度加大，粒径较大导致导电性存在瓶颈，但压实密度相对较高。因而磷酸锰 铁锂的应用更多看企业在工艺上的突破，从目前相关企业的进展来看，德方纳米、当升 科技、鹏欣资源（力泰锂能）均有披露其磷酸锰铁锂的产业化规划，其中德方纳米在 2021 年 9 月计划扩展 10 万吨新型磷酸盐系正极材料，2022 年 1 月再次计划扩产 33 万吨新 型磷酸盐系正极材料，产业化推动强度领先。（报告来源：未来智库）补锂剂：硅碳、储能拉动需求，德方纳米提前布

23、局补锂剂主要用于提升锂电池的首次效率及循环寿命。锂电池首次充放电后部分锂离子用 于形成 SEI 膜以及内嵌负极无法脱出造成永久性锂损耗，电池出现不可逆的容量下降现 象。为了弥补该部分缺失的锂离子，通常在正极或者负极添加补锂剂，从而提升电池的 首次充放效率，同时锂离子不可逆消耗变少也能够提高电池的循环寿命。补锂剂有正极补锂和负极补锂两种技术路线，正极补锂有望率先突围。正极补锂剂采用 铁酸锂、镍酸锂等，负极补锂剂则包括锂粉、锂箔、锂带等。负极补锂剂产业化难题一 是工艺过程难量产，锂金属负极补锂剂过于活泼，储存及生产过程都需要惰性气体保护， 量产难度较大。二是添加过程难度较大，负极补锂剂如果选择在匀

24、浆过程中同粘结剂、 负极活性材料混合，锂粉不溶于 NMP 导致无法添加，而更换粘结剂需要电解液体系一 同更换；如果选择用辊压的方式将锂粉/锂箔加在负极片上，添加量无法准确把控，过多 会导致锂沉积进而造成锂枝晶问题，过少则效果不明显。正极补锂剂的铁酸锂/镍酸锂在 匀浆过程中与铁锂、导电剂和粘结剂一同混合即可，工业生产及应用难题较小。从需求端看，补锂剂将得益于硅碳负极的放量以及储能补锂需求的增长，1）硅碳负极 比容量显著高于石墨负极，是明确的下一代方向，目前制约硅碳负极放量的主因是其首 次效率仅为 70%-80%，而石墨负极则在 90%左右，通过补锂可以显著改善硅碳的首次 效率，进而推动硅碳的产业

25、化，例如智己汽车将采用宁德时代“掺硅补锂”技术，将于 2022 年上市，后续硅碳渗透率有望持续提升。2）储能的度电成本对循环寿命敏感，对 补锂也有可观的需求，例如宁德时代采用“全生命周期阳极锂离子补偿技术”等方案， 在 2021 年初即实现了 1.2 万次的循环寿命，未来也有望拉动补锂剂出货的增长。补锂剂有正极补锂和负极补锂两种技术路线，正极补锂剂采用铁酸锂、镍酸锂等，负极 补锂剂则包括锂粉、锂箔、锂带等。从用量上看，正极补锂剂的比容量在 400-700mAh/g， 添加量在 3%-5%左右，负极补锂剂的比容量通常有 1000mAh/g 以上，添加量约 1%。 考虑到硅碳在动力电池中的渗透率持

26、续提升，长循环动力电池需求的增长，以及储能市 场爆发带来的补锂需求，预计 2025 年全球补锂剂（以正极补锂剂口径测算）需求量有 望达到 4.2 万吨左右，2030 年有望达到 17 万吨的需求规模。从正极补锂剂的技术路线来看，目前主要有德方纳米的液相法铁酸锂路线，以及研一新 材料的固相法铁酸锂/镍酸锂路线。德方纳米的液相法铁酸锂工艺与其磷酸铁锂有一定 都相同性，其优点在于补锂剂的粒径较小（补锂剂通常需要粒径在 2-3nm，如采用固相 烧结粒径在 20nm，需要再通过精准的气流粉碎或者球磨的过程），故德方纳米的路线或 具备一定都性能优势。而与德方纳米擅长都“自热蒸发液相法”不同的是，液相法铁酸 锂由于在生产过程中需要将溶液 PH 值稳定控制在 2.7-3.7 范围内，需要用到高温高压 环境，设备为定制成本较高的反应釜，产线建设及能耗成本较高，是此前制约公司补锂 剂方案大规模量产都瓶颈。考虑到德方纳米在补锂路线上技术方案的传承性，以及公司 引领推动技术进步积累的先发优势，德方纳米有望在补锂剂产业化方面实现突围。德方纳米加速布局补锂剂产能，有望支撑营收增长的。德方纳米于 2021 年 9 月公告， 计划投资 35 亿元建设 2.5 万吨补锂剂项目，并于 2022 年 1 月进一步投资 20 亿元，扩 产 2 万吨补锂剂项目，公司卡位产能有望分享补锂剂市场的高成长。