锂电池系列专题_后补贴时代,看LFP电池发展趋势

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1、1 后补贴时代，看LFP电池发展趋势 锂电池系列专题 2020年6月 中泰证券 电力设备新能源 分析师：苏 晨，S0740519050003，suchen 分析师：邹玲玲，S0740517040001，zoull 证券研究报告 引言：从宁德时代推出CTP电池方案，比亚迪推“刀片电池”（LFP），特斯拉采用CATL的LFP电池，引起大家广泛讨论：1） 成本压力下，Tesla选用LFP电池，是否会引领行业内车企转向LFP电池？2）LFP电池是否比例会提升？ LFP电池是否会回潮？成本电解液：新宙邦、天赐材料； 关注:碳纳米管（天奈科技）等；3）锂电设备：先导智能、赢合科技； 风险提示：全球新能源汽

2、车政策不及预期，下游需求不及预期 2 报告要点 目 录 一、电池技术路径：不同电池技术对比 二、LFP电池是否回潮？LFP电池需求测算 三、投资机会 3 4 电池发展趋势 资料来源：锂电池发展简史_黄彦瑜，中泰证券研究所 锂电池发展历史： 自1962年锂电池开始使用以来，从锂 金属电池、锂原电池、阴极物质发生 变化，嵌入化合物化学锂金属蓄 电池阳极物质发生变化，Li变为 锂离子（1980年）锂离子电池得 到广泛使用。1996年磷酸盐相较于传 统正极更优异，如LFP电池开始被应 用； 从电解质变化看： 一次电池： 从液体-凝胶锂金属聚合物原电池 二次电池： 从液体凝胶固体聚合物电池 图表：电池技

3、术发展历史沿革 图表：不同正极材料性能对比：高比能量电池大势所趋 5 主流的正极材料性能对比 5 来源：锂离子电池三元材料工艺技术及生产应用 王伟东 编著 2015年，中泰证券研究所整理 对比不同正极材料性能、商业化进 展： LFP正极，材料容量达到极限；提升能 量密度，仍有赖于发展高镍三元材料。 短期看，对于LFP正极材料，由于LFP 电池成本大幅下降，且凭借CTP电池方 案提升体积能量密度，短期在某些成本 敏感应用领域（运营类）占比或提升需 求增大；对于三元正极材料，在 NCM811/NCA技术应用成熟度不足下， 市场或将以单晶系列 NCM523/NCM622+高电压材料作为过 渡的电池材

4、料； 中期看：从材料战略性角度，考虑钴元 素成本占比较高，在钴价格持续高位的 情况下，产业加速开发高镍低钴化三元 材料产品。高镍NCM811/NCA将逐步 大规模推广； 长期看：富锂锰基是最理想的正极材料， 具有两倍于目前三元材料的理论容量， 且原材料成本非常廉价，目前已有少数 企业在开展相关技术的研究并取得国家 专利。 项目项目磷酸铁锂磷酸铁锂锰酸锂锰酸锂钴酸锂钴酸锂三元镍钴锰三元镍钴锰 化学式化学式LiFePO4 LiMn2O4LiCoO2Li(NixCoyMnz)O2 晶体结构晶体结构橄榄石结构橄榄石结构尖晶石尖晶石层状层状层状层状 锂离子表观扩散系数 cm2/s 1.80.116-2.

5、20.114 0.114-0.1120.112 -0.1110.111-0.110 理论密度 g/cm33.64.25.1 振实密度 g/cm30.80-1.102.20-2.402.80-3.002.60-2.80 压实密度 g/cm32.20-2.303.003.60-4.203.40 理论比容量理论比容量 mAh/g170148274273-285 实际比容量实际比容量 mAh/g130-140100-120135-150155-220 相应电池电芯的质量比能 量 Wh/kg 130-160130-180180-240180-240 平均电压 V3.43.83.73.6 电压范围 V3.

6、2-3.73.0-4.33.0-4.52.5-4.6 循环性/次2000-6000500-2000500-1000800-2000 环保性无毒无毒钴有放射性镍、钴有毒 安全性能好良好差尚好 热稳定性优秀良好差高镍较差；普通NCM较好； 适用温度/-9550快速衰退-75-75 优点循环性能好，成本低成本低能量密度高能量密度高，成本相对较低 缺点能量密度低 高温循环性差，能量 密度低 成本高 高温易胀气，循环性、安全 性较差 原料来源丰富锰丰富钴贫乏钴贫乏 成本低廉低廉很高较高 主要应用领域电动汽车及大规模储能 电动工具、电动自行 车、电动汽车及储能 传统3C电子产品 3C电子产品、电动工具、电

7、 动自行车、电动汽车及大规 模储能 磷酸铁锂电池，最早发展于北美： 1996年Padhi和Goodenough发现具有橄榄石结构的磷酸盐，如磷酸锂铁（LiFePO4），比传统的正极材料 更具优越性，目前已成为当前主流的正极材料。 1）LFP电池最先于北美产业化，初期市场不及预期，成本因素逐步退出： LFP电池最早发展于北美，中国、台湾等在LFP电池上走在世界前列，而日韩企业在钴酸锂、三元材料等领 域处于全球领先，在LFP电池领域落后于美国和中国。美国LFP电池厂商，由于下游需求不振及生产成本高 情况下，难以摆脱亏损，规模整体偏下，大部分退出市场。美国A123,2009年Nasdaq上市，曾是北

8、美最大的 LFP电池厂商，凭“离子掺杂改磷酸铁锂”专利技术，获美国能源部HEV电池发展合约，但由于市场不及预 期，后被万向收购；美国Valence公司于2001年开始LFP电池产业化布局，曾在中国设立生产基地，后2012 年申请重组,后退出中国。 2）LFP电池在中国规模化发展，成本具备显著优势： 自2001年起，国内企业开发LFP材料相关工艺，以北大先行、湖南瑞翔、比亚迪、天津斯特兰等率先突破 LFP产业化。随着2014年国内新能源汽车市场大力发展，以比亚迪、CATL、国轩、力神、亿纬、沃特玛等 纷纷入局LFP电池。目前国内电池级材料厂商通过积累近20年经验，在产品性能，安全性等大幅提升，研

9、发 水平与国际同步； 6 磷酸铁锂电池发展历程 7 LFP电池优劣势分析 优势： LiFePO4安全性好，循环寿命长，曾被认为是动力锂电池首选正极材料。早期美国和中国将其作为主流的正极 材料。代表企业包括美国A123（被万向集团收购）；国内BYD、CATL、万向、国轩等； 劣势： 1）导电性差（需要包覆碳）； 2）电池能量密度低：LFP正极材料压实密度低，电压平台低，容量低，因此能量密度较低； 3）倍率性能较低，低温性能较差； LFP电池未来技术发展趋势 1）开发高压实密度LFP材料：目前LFP材料压实密度约2.2-2.3g/cm3，未来要去达到2.5g/cm3以上； 2）开发高倍率快充LFP

10、材料； 3）LFP材料能量密度已达极限；未来需要开发新的磷酸盐系材料，如磷酸锰铁锂材料，电压平台高于LFP15% 以上； 4）开发低温型LFP材料：-2040C下，放电容量只有室温容量的60%-70%；北方寒冷地区使用受限； 磷酸铁锂电池性能分析 磷酸铁锂电池： 生产工艺：磷酸铁前驱体+碳酸锂-磷酸铁锂；目前主流的工艺为高温固相法生产工艺和液相法（见图表2） LFP前驱体（磷酸铁）发展路线：从前期草酸亚铁路线-氧化铁红路线-磷酸铁路线。 磷酸铁生产工艺：磷酸铁的合成有一步法和二步法，二步法生成的磷酸铁杂质含量更低，是主要趋势。目前德方纳米 采用液相法，贝特瑞采用碳热还原法 8 磷酸铁锂电池及其

11、正极材料生产工艺 来源：公司公告，公开资料，中泰证券研究所 三大路线 时期 代表公司 草酸亚铁路线 早期 天津斯特兰、烟台卓能 氧化铁红路线 早期 美国VALENCE、台湾长园 磷酸铁路线 现今 主流 图表1：LFP三大合成路线历史概况 图表2：LFP的磷酸铁路线制造工艺 三元正极材料： 占电池成本约30%-40%； 直接材料：硫酸钴、硫酸镍、硫酸锰、碳酸锂/氢氧化锂 9 三元电池VS LFP电池：成本差异 钴矿钴矿钴中间品钴中间品 氢氧化镍氢氧化镍 硫酸钴硫酸钴 硫酸锰硫酸锰 硫酸镍硫酸镍NCM前驱体前驱体NCM正极材料正极材料 碳酸锂碳酸锂/氢氧化锂氢氧化锂 金属盐金属盐前驱体前驱体正极材

12、料正极材料 LFP正极材料： 占电池成本约13%-15%； 直接材料：直接材料成本：碳酸锂、铁源（价格稳 定）、磷源（总体稳定） 资源端： 全球铁、磷资源丰富；核心在锂资源； 资源端： 核心在镍、钴、锂资源； 图表：NCM三元正极材料生产工艺 图表：LFP正极材料主流生产工艺 来源：中泰证券研究所绘制 LFP成本已实现大幅下降：根据我们专题动力电池成本下降之道测算，LFP电池成本在2019年实现大规模下降。 对于三元电池，三元正极度电成本极限约0.2元/wh，再下降较难（主要是钴、镍、锂处于低位位置）。LFP正极度电 成本，在LFP外采情况下约0.09元/wh，而国轩自供LFP正极前提下披露约

13、0.06元/wh；二者成本差异主要在正极材料。 未来电池降本除了核心原材料外，可通过采用CTP无模组实现大幅降本。 10 三元电池VS LFP电池：未来成本下降空间 成本构成 2019年(LFP正极) 度电成本（元/kwh） 电池成本下降空间 度电成本（元/kwh） 直接材料 LFP正极 95.58 60.18 负极 33.31 29.37 隔膜 47.26 31.40 电解液 39.29 34.44 铜箔 65.87 45.90 铝箔/铝壳及盖帽 46.90 32.83 甲基 28.20 19.74 合计 356.41 253.86 pack环节 BMS 44.90 29.19 电池箱 28

14、.60 18.59 其他（结构件、连接线件等） 178.10 89.05 合计 251.60 136.83 直接材料(上述之和） 573.40 390.68 人工费用 51.00 19.39 制造费用 99.60 59.29 合计 724.00 469.37 毛利率 20% 20% 售价（不含税）（元/kwh） 868.80 563.24 成本构成 2019年NCM523电池 电池成本下降空间 度电成本（元/kwh） 度电成本 （元/kwh） 直接材料 三元正极 243.64 173.63 负极 33.31 20.54 隔膜 47.26 28.93 电解液 40.88 30.11 铜箔 65.

15、87 46.80 铝箔 17.48 13.49 铝壳及盖帽 29.42 17.65 NMP 0.14 0.10 甲基 28.20 16.92 合计 506.20 348.16 pack环节 BMS 44.90 31.43 电池箱 28.60 20.02 其他（结构件、连接线等）177.96 88.98 合计 251.46 140.43 直接材料(上述之和） 757.66 488.59 人工费用 32.32 19.39 制造费用 107.81 59.29 合计 897.78 567.28 毛利率 25% 20% 售价（不含税） 1122.23 709.10 图表：LFP电池成本未来成本下降空间测算 图表：三元电池未来成本下降空间测算 来源：中泰证券研究所测算 目 录 一、电池技术路径：不同电池技术对比 二、LFP电池是否回潮？LFP电池需求测算 三、投资建议 11 12 LFP电池装机回顾 磷酸铁锂电池发展回顾：自2014年以来，中国大力支持新能源汽车发展，在财政补贴，限购政策驱动下，动力电池装机在新能 源汽车高速增长下实现大幅增长。由于补贴与电池能量密度、续航里程挂钩，LFP电池由于其能量密