2019-2020年新能源锂行业专题报告

导语

新能源汽车乃大势所趋，其对锂离子电池的需求长期为刚需，不论是磷酸铁锂还是三元锂电甚至是未来 的固态电池，这些技术路径的根基仍为锂离子电池，因此技术迭代并不影响对上游锂资源的需求。

来源：浙商证券

1. 锂电池市场需求崛起，对锂需求腾飞

电池作为一种电化学储能设备得到应用已经超过一百年，从早期的铅酸蓄电池到镍铬/镍氢电池再到如今的锂离子 电池，电池技术也经历了多次迭代。而相比其他种类的电池，尽管锂离子电池出现相对较晚，却后来者居上，依靠其 出色的综合性能在几乎所有下游应用市场进行快速渗透，一跃成为当今电池市场的王者。

1.1. 从 3C 消费到汽车，锂电全场景渗透

自锂离子电池第一次被大规模商用化已经过去了近 30 年，回顾这 30 年锂离子电池的风雨历程，我们将它的发展 划分为三个主要阶段：

第一阶段（1980s）以欧美学术研究机构为主导的锂离子电池技术研发：这一时期锂离子电池尚处于早期研发阶 段，由欧美国家的学术机构以及公司主导。锂电池之父 Goodenough 教授首次提出了锂离子电池的工作原理，并在这 一基础上先后开发出了钴酸锂（LCO）和磷酸铁锂（LFP）电池，他也因为对电池技术发展的贡献获得了 2019 年诺贝 尔化学奖。

第二阶段（1990-2010）3C 商业化迅速落地，中日韩上演“三国演义”： 1991 年日本索尼公司率先将以钴酸锂为 正极材料的锂离子电池商业化，并在 3C 消费电子市场大展拳脚，依靠其优异的性价比迅速抢占镍铬/镍氢电池的市 场，而后者也因其自身含有对人体有害的剧毒重金属而逐渐被淘汰。另一边的韩国也不甘落后利用本土相对较小的市 场规模以及财团优势迅速进行产业垂直整合并扶植起本国电池巨头。而我国也在 90 年代末不甘示弱加入到这场电池 争霸战中，诸如比亚迪、欣旺达、ATL 等优秀国产电池厂商均在这一时期诞生并为当前我国强大的电池产业打下了坚 实的基础。至此，全球锂离子电池三国争霸的局面就此形成。在进入 21 世纪后，随着笔记本电脑和智能手机平板的 加速普及，锂离子电池在 3C 市场的应用得到空前规模的增长空间。

第三阶段（2010 至今）新能源汽车异军突起，动力电池成新“蓝海”：随着 2012 年特斯拉 Model S 进入市场， 电动汽车便一炮走红，无论是 PHEV 插混型车还是 BEV 纯电动汽车都离不开关键的动力源—电池。上世纪 90 年代和本 世纪初部分尝试过电动汽车的车企采用镍氢电池（NiMH）作为汽车动力源，但效果不佳，然而当锂离子电池的相关技 术愈来愈成熟时，人们开始将其应用在汽车电池领域。早期的动力电池简单粗暴，如特斯拉的 Model S 就是将超过 7000 枚松下 18650 圆柱形锂离子电池整合进一个电池包作为汽车的动力源。而随着新能源汽车在全球范围掀起新一 轮的汽车革命，众多电池厂商投入巨资布局动力电池领域，这也带动锂离子电池在过去 10 年中的爆发式增长，市场 持续扩容。

过去几年中，锂离子电池应用端市场由 3C 市场为主导快速转向动力电池为主导，其中一个很重要的因素是汽车 动力电池的单位带电量要远高于 3C 电子产品。一辆电动汽车所携带的电池电量平均在 50KWh~90KWh，而 3C 消费 电子单位装机量较小，以 iphone 11 为例带电量约为 12Wh，简单的换算就是一辆电动汽车电池需要上千台手机/平板 的电池来满足能量需求。因此尽管新能源汽车兴起时间较短，但仍靠着对锂电池庞大的带电量需求快速带动市场发展， 而原先各国的老牌电池大厂（日本松下，韩国 LG 和三星以及中国的比亚迪和 ATL）纷纷开始投入布局动力电池产业。

除动力电池外，3C 消费电子产品也仍将是未来锂离子电池市场需求重要的增长来源：尽管全球智能手机的出货量 出现了下滑趋势，但单机电池带电量的提升（手机越做越大，电池也越来越大）和未来 5G 芯片的高功耗导致对电池 带电量的进一步提升会继续给手机用锂电池带来增长空间。同时可穿戴设备如手环，TWS 耳机和充电宝等移动电源设 备在近几年中销量增长迅猛也为 3C 领域的电池市场带来了新的增长动能，关于这部分的具体数据和分析，我们已经 在前一篇钴行业报告《持续看好钴的逻辑》中进行了详细阐述，这里不再做赘述。

1.2. 锂电技术多次迭代，对锂需求恒不变

与传统铅酸电池通过正负极材料与硫酸的化学反应产生充放电回路不同，锂离子电池通过正极材料中的锂离子在 正负极两端的移动达到充放电回路。如下图所示，在充电时正极中的锂离子从晶体结构中脱出，并嵌入碳负极材料结 构的空隙中贮存起来；在放电时先前嵌入进负极中的锂离子从负极中脱出返回正极材料结构的空位中，最终形成充放 电回路。

如下图所示，锂离子电池主要由四部分组成：正极，负极，隔膜，电解液。这其中正极和负极材料直接决定了锂 离子电池能量密度的多少，而隔膜和电解液则对电池的综合性能及安全性有较大影响。通常我们在提及锂离子电池时 使用它的正极材料作为称呼，如钴酸锂电池的正极材料就是钴酸锂，磷酸铁锂电池的正极材料就是磷酸铁锂。

以日常生活中常见的钴酸锂 LCO 电池为例，正极材料钴酸锂在充电时有 X 个锂离子脱出嵌入负极材料，并释放 X 个电子；

随着以动力电池为能源的新能源汽车在全球范围快速普及，未来锂离子电池市场保持高增长的一个主要来源便是 动力电池。而动力电池自身在过去 10 年中也经历了多次技术迭代，每一次技术变革主要是以正极材料的变化为主。

无论是钴酸锂、磷酸铁锂、三元锂电还是高镍三元，其核心本质仍是“锂离子电池”，在工作原理不变的前提下锂 仍将是锂离子电池的最基本的刚需，未来锂离子电池市场需求的进一步扩张将持续带动对上游锂原材料的需求。值得 一提的是近年来有很多所谓的“新概念电池”如“石墨烯电池”、“碳纳米管电池”等其本质上仍是锂离子电池，石墨 烯和碳纳米管是作为高导电性材料被微量加入进电池用来提升电极材料的导电性，电池主体材料仍是传统锂离子电池。

除锂离子电池对锂的刚需带来的行业扩容增长外，新技术的应用也将在未来进一步带动上游锂资源的需求扩张， 这就是锂离子电池预锂化/补锂技术：当锂电池在进行首次充放电循环时，电池中的电解液与部分锂离子发生反应，在 负极材料表面形成一层由锂化合物和有机分子组成的固体电解质界面膜（SEI 膜），这层膜的形成导致本该用于充放电 循环的部分锂离子不可逆的损失，造成电池循环寿命和能量密度下降（相关研究表能量密度下降 5%-8%，循环性能下 降 10%），而这一效应在硅碳负极上则更加明显（由于硅碳在充放电循环中体积膨胀比石墨要大，先前生成的 SEI 会被挤破导致更多的锂离子反应去生成新的 SEI 膜。

为应对这一情况，预锂化技术应运而生：通过对负极提前进行补锂处理，将具有活性可作为可逆容量的“锂”通过多 种手段加入负极，这样可以有效的补充由 SEI 膜造成的锂损失，对电池在循环过程中的容量保持率有显著提升。

当前在市场和补贴政策对续航里程要求越来越高的背景下，各大动力电池厂商均在布局预锂化/补锂技术，而目前 预锂化工艺主要有以下几种技术路径：

1）三层电极法：如图所示，通过将锂粉附着在负极集流体表面（铜箔）并用一层可溶于电解液的薄膜保护层隔绝锂粉 与空气（防止剧烈反应），并用这些经过处理的铜箔进行下一步电池总装工艺。最终，成品电池在进行第一次充放电时 先前的保护层被电解液溶解（如图 15 所示），锂粉开始补充形成 SEI 膜并提供额外的锂来弥补锂容量的损失。实验室 中该方法可将首次循环容量保有率提升 6%~7%。

2）镀膜法：该方法目前得到各大厂商的关注，特别是以宁德时代为代表的龙头已经于 2019 年 9 月申请了相关工艺专 利。该方法主要将金属锂带通过延压模块压制成锂箔膜，然后在将已制成的负极极片和锂箔贴合并通过卷压机使锂均 匀地分布贴合在极片上，上述过程均在真空干燥的环境下进行，而宁德时代的新工艺较为适合大规模量产，预计使用 了该种工艺的电池将在不久的未来上市。

3）正极补锂法：通过在正极材料中加入富锂基材料如氟化锂 LiF 来提升正极中单位含锂量，在充放电时这部分富锂材 料通过化成反应将自身携带的锂离子转化成可用作充放电循环的锂离子补充进入负极。

2. 新能源汽车核心驱动，锂成新“石油”

随着锂离子电池在几乎所有需要电池的应用场景中进行着全频段式的覆盖，锂离子电池已经成为了锂资源市场增 长的重要动力源。通过公开渠道整理的数据我们可以看到进入 21 世纪后随着锂电池在 3C 消费电子以及新能源汽车中 的快速推广并成为了锂资源下游最重要的应用市场，截至 2019 年，上游锂资源所开采的锂（锂矿石和盐湖锂）有近三 分之二被使用在了电池中，电池端市场占有比例仍呈现上升趋势。而随着新能源汽车在全球范围内快速放量，动力电 池已经成为了锂资源市场增长的重要动力源，而动力电池对锂的需求则主要由电池级碳酸锂 Li2CO3 和氢氧化锂 LiOH 组成。

2.1. 发力高镍三元正极，氢氧化锂风光无限

全球锂资源分布相对较为集中，主要集中在南美洲、澳洲和亚洲，通过美国地质勘探局公布的数据，南美洲储量 最高超过 1000 万公吨，中国和澳大利亚也均拥有百万吨级的储量，因此最上游的锂资源开采地相对集中。

目前已勘测的锂资源储备主要是以卤水锂（盐湖锂）和矿石锂这两种形式存在，通过这两种锂源开采出的锂资源 被送至加工厂进行提纯去杂得到一系列锂化合物，而这些化合物则被广泛应用在各类场景之中。

卤水锂（盐湖锂）对比矿石锂的一大优势是开采难度低，只需要通过钻井将地下的盐水打到地表进行分离式蒸发 便可以得到固态含锂盐。开采盐湖锂的一个难题便是需要将盐水中的氯化钠、氯化钾、氯化镁进行分离除杂以得到高 纯度的锂盐，而分离氯化镁是一项十分耗费时间和金钱的步骤，这也让部分锂资源如南美玻利维亚盐湖锂的生产变得 较为困难（除了全年下雨天数高于阿根廷和智利外，玻利维亚盐湖的含镁量也远超这两家竞争对手，盐湖平均镁含量 21：1 对比智利的 5：1） 。同时由于盐湖锂需要通过长时间的多次蒸发去杂进行锂盐提纯，导致盐湖锂的开采周期相对 较长（普遍为 8-18 个月），而矿石锂的开采更为直接，资源提取周期较短（小于 1 个月）。但不管是卤水锂还是矿石 锂，最终所提炼出的电池级材料只有碳酸锂和氢氧化锂，两者均为电池正极材料的前驱体材料，通过高温烧结合成最终得到如磷酸铁锂、钴酸锂、三元镍钴锰等正极材料。

氢氧化锂一般可以通过两种工艺生产：1）苛化法；2）一步法。

1）苛化法：通过提炼出的碳酸锂成品进行苛化反应得到氢氧化锂，一般多以成本相对低廉的卤水碳酸锂作为生产原料；

2）一步法：该方法多以锂矿石（锂精矿等）为生产原料，将开采的矿石进行煅烧、浸出、除杂等工艺处理可得到电池 级的氢氧化锂，这也是目前国内相关企业所大量采取的工艺。

两种工艺各有优劣，一步法具有产品品质较高且可以在已有碳酸锂产能基础上进行产能转换的优势，但整体生产流程 时间较长；苛化法具有生产时间短，前期产线投资相对较小等优势，但卤水提取的锂盐杂质较多导致产品质量的一致 性较差，同时在已提取出的碳酸锂基础上进行加工费用较高（每吨额外加工成本约为 7000-8000 元），盈利空间被进 一步压缩。

氢氧化锂对于高镍三元正极材料（NCM622、NCM811、NCA 等）的热合成是不可或缺的，背后的核心因素是氢氧化 锂的物化性质更利于高镍三元正极的合成。在合成正极材料时需要将前驱体材料完全熔化为液体以保证所有材料均匀 接触反应生成性能最优的正极材料，而同时高镍三元的合成温度不宜过高（一般控制在 600oC-650oC 以下），因此氢氧 化锂的熔点（470oC）相对碳酸锂的熔点（720oC）更加匹配高镍三元正极材料的热合成温度。

近年来三元正极材料（NCM/NCA）依靠其优异的比容量优势在新能源汽车特别是乘用车市场中快速渗透，装机 量占比由 2016 年的 22%提升到 2019 年的 65%，而三元正极材料的出货量也呈稳定上升态势。

根据我们的测算模型，1GWh 的动力电池对正极材料的理论需求量大约是：磷酸铁锂 1850 吨/GWh，三元 NCM 1500~1800 吨/GWh（高镍三元在 1500~1650 之间）；根据实际生产中因良品率和生产工艺所导致的理论偏差，得出 单位所需的正极材料实际量为：磷酸铁锂 2000~2150 吨/GWh，三元约 2000 吨/GWh。考虑到相关材料损耗（良品率 问题），每吨高镍三元大约需要消耗 500kg 的氢氧化锂，以此为基准我们可以计算未来新能源汽车带来的氢氧化锂需 求增量。

我们在预测模型假设中暂且忽略 CTP 技术对磷酸铁锂电池的性能提升带来的市占率的波动（如比亚迪的刀片电 池），同时除松下以外的头部动力电池厂商（如宁德时代、LG 化学、比亚迪等）在三元技术路径上均以 NCM 为主力， 因此我们暂时假设短期内 NCA 在国内的产量及市占率可以忽略不计。2020 年第一季度受疫情影响导致的消费需求大幅 下滑将会影响此前对全年的预期，但是随着各地陆续出台促进汽车消费的政策以及国家层面延长 2 年等助力新能源汽 车的相关政策都将对今年的下游需求产生一定程度的刺激，因此我们对 2020 年全年的预测仍保持乐观。

2019 年全球动力电池装机量排名前三的电池厂均明确以高镍三元为主要发展路线（宁德时代—NCM622/811、日本 松下—NCA、韩国 LG 化学—NCM622/811） ，CR3 的市占份额达到将近三分之二同时保持了相对较高的增速。我们认为全 球行业龙头均在发力高镍三元，未来随着高镍三元在新能源汽车中的装机量越来越大，作为核心材料的氢氧化锂也将 会迎来空前的增长空间。

从价格层面，目前国内氢氧化锂价格处于低位，这背后主要有三大推手：

1）进入 2018 年后随着相关企业氢氧化锂产能扩张陆续推进，产量显著上升，但由于高镍三元（特别是 NCM811） 的性能迟迟未能达到预期导致装机进度大大低于预期，导致下游需求不振引发价格下滑；

2）2019 年 7 月新能源汽车补贴大幅退坡，下游需求不振，新能源汽车销量 3 连跌，全年总销量 5 年来首次出现 负增长；

3）2020 年年初受疫情的影响新能源汽车市场处于腰斩状态，同时停工也对产业链日常的生产造成了较大影响。我们认为随着相关刺激促进政策的落地以及疫情逐步缓解，氢氧化锂的价格将会随着下游需求复苏以及高镍三元渗透 率持续增长而回升。

从全球氢氧化锂产能份额上看，除了海外行业龙头雅宝 ALB 和 Livent 外，国产厂商产能占据了近 50%，并且国产 龙头赣锋锂业和天齐锂业雄心勃勃的扩产计划正按部就班地进行着，预计到 2021 年国产氢氧化锂市场份额将占到近 三分之二。同时从出口端看，我国氢氧化锂出口总量日益增长，其中电池级氢氧化锂主要出口对象为日韩（松下、LG 化学、三星 SDI），出口占比达 90%以上，这主要得益于日韩企业长期以高镍三元为主要产品发展路线。

2.2. 政策助力需求回暖，电池产能稳步扩张

2019 年受下半年新能源汽车和动力电池相关补贴政策退坡以及电池白名单开放导致全年新能源汽车销量在近年 来首次出现负增长，带动动力电池增速放缓，同时由于今年年初疫情在中国以及其他国家的蔓延导致今年前两个月新 能源汽车销量和上有动力电池装机量均呈现腰斩态势，同比均下降超过 50%，市场情绪较为悲观。然而随着我国疫情 在国家强有力的防控下得到缓解，各地也均开始出台刺激新能源汽车消费的政策，部分车企也积极响应推出针对私人 消费者的降价政策以进一步刺激疫情结束后的需求。此外，欧洲市场1月（疫情爆发前）的动力电池装机量达到2.6GWh， 首次超过中国，欧洲部分国家新能源汽车在 Q1 的销量均实现同比翻番，市占率普遍超过 6%。我们认为在欧盟国家集 体发力新能源汽车市场的前提下，疫情的影响将是短期的，长期看海外市场将成为动力电池厂商下一个新的增长点。

随着全球范围宏观政策和车企战略发展层面均有利于新能源汽车的发展，全球新能源汽车的产销量整体呈增长态 势，且单车带电量在里程焦虑的推动下越来越高，对动力电池的需求量也越来越大。包括宁德时代、松下、LG 化学在 内的中日韩电池厂商开始在中国以及欧美地区开始扩产。

而在欧亚大陆另一端的欧洲也后知后觉通过国家能源转型战略发力本土新能源汽车，并大力发展打造欧洲的动力 电池产业链。一方面通过引进宁德时代和 LG 化学等国际巨头在本地建厂扩增产能，另一方面欧盟国家也联手打造本土化的电池厂商如 NorthVolt 和 TerraE，并联手下游车企共同打造完整的新能源汽车生态链。特斯拉选择在德国建造 四号超级工厂也是坚定看好未来欧洲新能源汽车市场的增量潜力以及那一簇簇即将绽放在欧罗巴大地上的“电池之花”。

当各国继续加码动力电池并持续扩张产能时，各大车企也纷纷加入这场关乎未来的动力电池“军备竞赛”。以全球 新能源汽车龙头特斯拉为例，公司自 2017 年遭受合作伙伴松下产能紧张引发的 Model 3 交付量不及预期后，特斯拉 便开始加速布局电池自产，于今年年初传出消息称公司正在 Fremont 工厂建造一条未来用于生产电池的产线，同时积 极布局上游技术专利。

公司在过去一年中先后收购了专精超级电容器技术的 Maxwell、知名加拿大工业电子制造设备商海霸、研发硅基 负极材料的初创公司 SilLion，业务基本覆盖了从材料到设备再到汽车电机驱动器。同时特斯拉也与加拿大达尔豪斯大学教授 Jeff Dahn（加拿大工程学院士，锂电池业内一流研究者）合作，布局锂电池材料相关技术专利，并在 2019 年 底发布了其号称行驶寿命可达一百万英里的电池专利。

由此可见动力电池厂商在全球范围加速扩产直接带动对锂需求快速上升，同时根据公司披露的信息，以上产能有 约 60%为高镍三元产线（6 系或以上），这也为氢氧化锂打下了坚实的需求增长空间。

3. 投资建议

我们认为未来锂离子电池市场在 3C 消费电子、动力电池以及储能三大应用领域的持续性增长将为上游锂资源带 来巨大需求空间。同时在动力电池向高镍三元转向的大趋势前，氢氧化锂将成为下一阶段的领跑者，因此建议重点关 注锂行业龙头和拥有氢氧化锂产能布局的标的赣锋锂业（002460.SZ）、天齐锂业（002466.SZ）。

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