锂电池产业链专题研究：寻找超越行业的强α

（报告出品方/作者：兴业证券，王帅，孙曌续）

1.原材料价格上涨重构盈利结构，成本传导盈利修复

1.1 高需求推升原材料价格

需求超预期推升原材料价格。在下游需求超预期的背景下，涨价成为 2021 年锂电 材料的主旋律。主材环节来看，电解液和正极环节价格上涨最为显著，2021 年初 至 2022 年 2 月 27 日磷酸铁锂涨幅 332%，电解液价格在六氟磷酸锂推动下上涨 189%，三元正极材料在金属价格推动下，年内普遍上涨超过 100%。

正极涨价对电芯成本压力显著。正极作为锂电池的核心材料，以磷酸铁锂电池为 例，按 2022 年 2 月均价计算，目前正极成本占比超过 40%，是电芯中成本占比最 高的材料。碳酸锂是磷酸铁锂正极成本核心来源，目前成本占比超过 80%。穿透 来看，碳酸锂占电芯成本比例超过 30%。

锂价大幅上涨，碳酸锂和氢氧化锂价格持续走高，碳酸锂平均价格突破 45 万/吨。随着动力电池高增速对锂需求的高增速，碳酸锂和氢氧化锂价格不断向上，2021 年一季度迎来第一波涨幅，从 2021 下半年开始不断向上突破，12 月 31 日碳酸锂 和氢氧化锂价格分别达 28.6 万元/吨和 22.7 万元/吨，全年均价分别为 12.2 万元 /吨和 11.5 万元/吨，同比上涨 120.7%和 187.2%。2022 年，原材料上涨势头不减，碳酸锂和氢氧化锂在 2022 年 2 月 21 日价格分别达到 46.25 万元/吨和 39.25 万元 /吨。

1.2 原材料上涨压力陆续向下游传导

成本上涨有所传导，电芯盈利能力触底反弹。以磷酸铁锂电芯为例，在锂价大幅 上涨的推动下，2021 年 1 月至今成本上涨 78%，但是出于市场份额和客户关系考 量，前期成本上涨主要由电池企业承担，直至 2021 年 Q4 成本上涨压力才陆续开 始传导，电芯环节盈利能力触底反弹。

锂价上涨 10 万元对应单车成本提升约 2500 元。以磷酸铁锂电池为例，综合考虑 正极和电解液后，1GWh 电池对应碳酸锂用量约为 570 吨，2021 年我国单车平均电 池装机为 50kwh，以此测算，碳酸锂价格每上涨 10 万元对应单车成本提升约 2500 元。

我们认为目前锂价仍处于电池厂耐受范围内，暂无进一步传导需求。参考 2021 年电芯价格调整前的盈利水平，我们测算在碳酸锂价格超过 42 万元/吨后会达到 电池企业耐受极限，再度面临对下游车企的成本传导诉求；如果碳酸锂价格上涨 至 60 万元，电芯价格需要上涨 15%左右盈利能力才能修复至目前水平。

新能源乘用车销量保持同比高增速。2022 年 1 月中国新能源乘用车批发 41.2 万 辆，同比增长 141.4%，环比下降 18.5%，环比降幅与 2021 年基本持平。环比下降 一方面受 2022 新能源汽车补贴退坡影响，2021 底出现新能源车抢装现象，另一 方面一定程度受假期影响。月度销量基本呈现前低后高态势，Q1 销量占比相对较 低。2018-2021 年，Q1 销量占比在 9.6%到 23.8%，2019 年受政策等外部因素影响， 下半销量出现下降，Q1 销量相对较高，占比达 23.8%，除此之外的其他月份，Q1 占比不超过 15%，以平均 14.9%估算，Q1 批发销量达到 75 万辆，全年销量即可达 500 万辆。（报告来源：未来智库）

2.上游盈利分配占优，成本传导助力电芯环节盈利修复

盈利向中上游转移。2021 年受制于锂资源价格不断上涨，电池及锂电中游材料环 节盈利能力压缩显著，Q4 低位合计单 wh 净利降低超过 50%。拆分来看，受益于供 需关系改善，电芯环节盈利强势的局面大幅逆转，中游材料环节总体盈利能力有 所修复，内部分配上盈利由电芯向中游转移。

石墨化成本上涨压缩负极环节盈利。需求超预期增长叠加限电影响，石墨化价格 2021 年上涨超过 70%。石墨化产能在全国能耗管控的高压下，项目审批繁琐且不 易，结合产能建设周期因素，产能建设与需求增长存在一定错配；此外能耗双控 下，内蒙古严控高能耗产业，石墨化一度减产约 40%，山西、陕西等地域双控政 策相对宽松，整体石墨化产能影响约 25%，政策因素加剧了石墨化供需失衡。2021 年负极环节成本上涨压力向下游传导并不充分，根据我们测算石墨化自供比例需 要达到 50%以上，负极价格的上涨才能覆盖成本压力。

石墨化自供比例提升平抑价格波动影响，每提升 10%对应毛利率提升 2.27%。动 力锂电对于性价比要求高于消费锂电，石墨化成本在人造石墨负极材料加工成本 中占比超过 45%，通过一体化布局从而获得成本上的优势是提升竞争力的有效途 径。各大负极材料企业也逐渐从“以委外加工为主的生产模式”向“以自建石墨 化产能为主的一体化模式”转变。以 2021 年均价进行测算，石墨化自供比例每提升 10%，对应毛利率可以提升 2.27%。悲观预期下假设 2023 年各家产能投放后石 墨化单价回落至前期低点 1.2 万元/吨，2021 年全年石墨化均价 1.57 万元左右， 石墨化自供比例的边际提升可以平抑价格波动对盈利的影响。

负极环节供给充裕的局面没有改变，负极企业加速石墨化自供产能建设，供应紧 张有望陆续缓解。整体来看，单纯负极环节的产能供给近年来始终较为充裕，根 据我们测算 2021-2023 年负极需求合计为 72.76 万吨/99.56 万吨/119 万吨，我们 预计 2020 末-2023 年末全球负极产能合计分别为 69.13 万吨/112.22 万吨/181.22 万吨 287.8 万吨，负极环节供需情况保持平稳。在经历了 2018 年 2021 年两轮石 墨化供给紧张之后，出于供应链安全和成本考量，各家负极企业都在加速石墨化 自供产能的建设，预计到 2022 年底仅头部七家建成产能可达 77.4 万吨，石墨化 供给紧张的问题将会陆续缓解。

中国负极企业具备全球竞争力，国内负极市场呈现四大三小格局。2020 年全球前 十大负极材料厂家，中国有贝特瑞、璞泰来、杉杉股份、凯金能源、中科电气、 翔丰华、尚太科技等七家入围，合计市占率超过 50%，中国企业在负极领域的竞 争中已经占据了显著优势。国内市场 CR4 合计占比 66%，集中度较高但是份额差 距并不显著，第二梯队紧随其后，近年来保持稳定，整体格局较为分散。

需求结构变动，成本决定生存底线。消费电子对价格不敏感，且技术更新快，而 动力锂电对成本更加敏感。各家重点发力领域有所差异，这导致消费负极起家的 璞泰来和杉杉股份与动力为主的凯金能源、中科电气价格存在分层。动力电池市 场近年来持续高速增长之外，储能市场份额也在快速扩张，动力和储能市场都更 加关注性价比，市场格局转变的背景下传统负极龙头产品线下沉需求增强。

硅基负极仍处行业早期，规模应用需解决体积效应等关键问题：（1）巨大的体积 变化带来材料的粉化与电极的破坏。硅与锂的合金化反应使硅发生 1-3 倍的体积 膨胀，材料产生裂纹直至粉化，带来容量的快速衰减，较大的应力下影响结构稳 定性，安全风险提高；（2）体积的变化使 SEI 膜出现破裂与生成的交替，消耗活 性物质与电解液，导致电池的内阻增加和容量的迅速衰减；（3）硅的导电性差， 在高倍率下不利于电池容量的有效释放。根据高工锂电的数据，2020 年我国硅基 负极材料出货量为 0.6 万吨，同比增长 20%。预计到 2025 年，我国硅基负极材料 出货量将达到 2.2 万吨。

铜箔与铜价价差有所修复，核心设备依赖进口，供给扩张受限。电解铜箔采取成 本加成定价方式，受益 2021 年以来的供需改善，铜箔与铜价价差相较于 2020 年 低点有所修复，但是相较于 2019 年仍有差距。2015 年之前国内铜箔设备主要来 自日本的新日铁、三船等企业，近年来国产设备开始渗透，但是在 6 微米及以下产品上仍存在差距。日本企业对产能扩张较为谨慎，设备订单的交付时间需要 3 年左右。此外铜箔受制于环评等因素，产能建设周期要 1.5-2 年。

铜箔供需紧张将加剧。根据我们的测算，2021-2023 年全球锂电铜箔需求 28.99 万吨/41.94 万吨/50.93 万吨，同期供给 32.8 万吨/44.1 万吨/66.9 万吨，年内供 给紧张程度有所加剧，全年铜箔加工费预计有望保持稳中有升态势。

铜箔技术迭代构建壁垒。锂电铜箔生产由于定制化属性具备大量 know-how，根据 电池型号不同铜箔指标存在一定的差异，且各家厂商的生产工艺也存在一定的差 异，因此生产过程中需要配合定制化设备，根据具体需求对添加剂配方、电流密 度、温度、搅拌速度等参数进行调整，需要丰富的工艺经验积累，新进入玩家需 要时间。目前国内已经基本普及 6μm 铜箔，宁德开始引入 4.5μm 铜箔，海外仍 以 8μm 为主。按照目前的铜价和加工费来测算，采用 6μm 铜箔相较于 8μm 铜箔， 铜箔使用成本下降约 13%，且可提升能量密度。厚度降低加工难度提升，目前仅 嘉元、诺德等少数厂商实现批量供应。

PET 铜箔难点待突破，中期传统铜箔仍是主流。与传统箔材的制造工艺不同：传 统铜箔主要是由辊压或电解工艺生产得到,PET 铜箔是在厚度 2μm 的塑料薄膜表 面采用磁控溅射和真空蒸镀的方式，制作一层 50-80nm 的金属层，然后通过水电 镀的方式，将金属层加厚到 1μm，制作总厚度在 4μm 的复合金属箔，用以代替 6-9μm 的电解金属箔。性能优势：增强安全性，提升能量密度。复合金属箔中间 导电薄膜具有阻燃结构，提高电池安全性；PET 材料较轻，因此 PET 金属箔整体 质量较小，提升了电池的能量密度。发展情况：在电池生产中难度大，处于产业 化应用早期，中期不具备大规模应用条件，传统铜箔仍是主流。

四大主材中隔膜行业格局最优。由于前期经历多年价格竞争，低端产能出清，目 前隔膜行业格局为四大主材中最优，其中湿法隔膜恩捷保持一家独大的局面。尽 管当前主流隔膜企业纷纷扩产，但是国内隔膜行业设备主要依赖于进口采购，设 备采购周期长达 2 年左右，叠加设备调试和产能爬坡，整个扩产周期往往需要 2-3 年。在海外产能扩张整体有限的情况下，未来随着国内产能的释放，全球国内企 业市场份额将不断增加。

当前全球锂电隔膜供给与需求持续紧平衡。需求端新能源汽车市场火热，动力电 池需求增长带动隔膜需求量攀升，需求拉动下，头部隔膜企业几乎满产满销；供 给端海外厂商扩张较为缓慢，国内企业尽管当前主流隔膜企业纷纷扩产，但隔膜 行业受制于设备供给，产能释放受限。根据我们测算 2021-2023 年隔膜需求合计 为 80.8 亿平方米/113.9 亿平方米/142.4 亿平方米，同期隔膜有效产能为 67.4 亿平方米/106.8 亿平方米/149.5 亿平方米。

六氟紧供需有望在下半年逐渐得到缓解。六氟作为电解液核心溶质，2021 年在供 需错配的影响下价格上涨超过 400%。以装机口径测算，我们预计全年六氟需求 10.6 万吨，考虑产能爬坡和备货的影响，我们预计下半年随着多氟多、新泰材料 的新增产能陆续释放供需将有所改善。

铁锂盈利回升，三元有望维持高位。在无模组技术推广，铁锂电池能量密度提升 的背景下，2021 年以来铁锂占比持续显著回升，下半年以来保持在 50%以上。在 需求超预期回暖的背景下，根据我们的测算，磷酸铁锂环节的盈利能力显著回升。考虑行业产能多在今年下半年陆续释放，以及产能爬坡的影响，我们预计供需关 系到年底才会陆续缓解，年内铁锂盈利能力有望保持稳定。三元材料由于采用成 本加成定价模式，2021 年受益材料价格上涨单位盈利回升，在锂资源供需紧张， 价格持续上行背景下，我们预计年内盈利有望保持高位。（报告来源：未来智库）

3.新技术多点布局，市场期待新突破

3.1 磷酸锰铁锂日趋成熟接近量产

磷酸锰铁锂材料日趋成熟，大规模应用蓄势待发。磷酸锰铁锂和磷酸铁锂一样， 都是橄榄石结构，锰铁锂同时具备磷酸锰锂和磷酸铁锂的优势，同时能够弥补这 两种材料的相对短板。磷酸锰锂电压高，但电导率低内阻大，结构相对不稳定， 磷酸铁锂性质稳定成本低，但能量密度上限低，低温性能差，磷酸锰铁锂可综合 两者的优势，与磷酸铁锂相比，电压上限可以从 3.7V 提升到 4.1V，能量密度理 论上可做到 20%提升。

材料和工艺不断优化，助力磷酸锰铁锂接近量产。磷酸锰铁锂中，铁锰材料比例、 材料分布均匀性、材料颗粒度一致性等材料和工艺参数，均会给锰铁锂的性能造成影响，为了达到理想的能量密度提升幅度，对加工工艺要求更高，局部区域的 锰富集也会影响充放电倍率等，液相法能够达到材料好的颗粒度和混合一致性， 能够帮助锰铁锂达到理想的性能，对材料的配比，增加的过渡金属的研究也帮助 材料愈发接近量产要求。

根据原材料分解，按照锰与铁 1:1 理论测算，磷酸锰铁锂相比磷酸铁锂，正极材 料价格增加约 6000 元/吨，对应磷酸铁锂电芯成本增加 3%。此外，磷酸锰铁锂需 要使用液相法加工工艺满足材料颗粒度和混合一致性，相比磷酸铁锂的固相法成 本进一步增加。在磷酸锰铁锂电压从 3.7V 提高到 4.1V，电芯能量密度有约 12.5% 提升，如果后续继续记性改性优化，能量密度提升幅度有望进一步提高。

3.2 钠离子电池差产业化接近，应用场景多元

钠离子电池发布，计划 2023 年实现产业化，第二代电池能量密度望再提升。宁 德时代于 2021 年 7 月发布第一代钠离子电池，其电芯单体能量密度达到 160Wh/kg，为目前全球最高水平；在常温下充电 15 分钟，电量可达 80%；在零下 20°C 低温的环境下放电保持率 90%以上，系统集成效率 80%以上，且钠离子电池 热稳定性优异。宁德时代已布局无负极金属电池专利，无需设置负极活性材料， 仅通过设置负极集流体并在其表面设导电涂层来保证钠金属的沉积均匀性及充放 电过程的可逆性，从而提高电池的能量密度。该项专利包括相关技术的材料设计 与关键工艺，未来将应用于包括钠离子电池在内的产品量产。在公司材料体系创 新成果的加持下，下一代钠离子电池能量密度将有望突破 200Wh/kg。循环寿命方 面，钠电池的理论循环可达到 10000 次，根据我们估算，现阶段钠离子电池循环 寿命在 3000 次左右，基本相当于磷酸铁锂电池的一半。

钠离子电池的主要优势在于成本以及原材料选择，纯碱供应充足价格低廉，负极 集流体可直接使用铝箔。钠离子电池原材料纯碱价格为 2500-3500 元/吨，而锂离 子电池正极原材料碳酸锂价格在 2022 年 2 月已经上涨到超过 40 万元/吨，钠离子 原材料价格优势明显且资源储量丰富。负极集流体 8 微米铜箔/6 微米铜箔 2021 年均价分别为 10.26 万元/11.80 万元，而电解铝原材料为 1.96 万元/吨， 12 微 米铝箔/10 微米铝箔 2021 平均加工费分别为 1.63 万元/吨和 1.90 万元/吨。若正 极材料采用聚阴离子，一度电的成本在 250 元左右；采用普鲁士蓝或层状氧化物， 一度电成本在 300 元左右；而水系能量密度低，一度电成本在 400 元左右。钠离 子电池相比锂离子电池成本有 30-40%的下降空间。钠离子电池的应用有望依靠低 成本优势在多元领域展开，包括储能，电动工具，两轮车等，钠离子电池的推广 应用还有助于缓解对锂原材料的需求。宁德时代计划 2023 年将钠离子电池实现产 业化，预计在 2024 年可以形成有效大规模供货。

3.3 固态电池优势明显，技术突破将带来行业重塑

固态电池优势明显，技术难点待突破。固态电池用固态电解质代替液态电解液和 隔膜，能有效提升电芯能量密度达到 450Wh/kg 以上，如果能够应用的话，可以大 幅减轻电池包重量，以 100kWh 电池包为例，重量 560kg 中，电芯重量约 410kg， 若使用固态电池，电芯重量将降至 220kg 左右，减重达 190kg，若保持原有重量 不变，电量可做到 180kWh 以上，大幅提高续航里程，可有效降低新能源车能耗。国内外各大公司也纷纷布局固态电池研发。

固态电池面临三种路线选择，短时间内依然以半固态电池为过度。固态电解质的 技术路线面临三种材料选择，聚合物，氧化物和硫化物，不同公司有不同的技术 路线，从现阶段来看，全固态电池的预期成熟时间依然在 2025 年之后，大部分公 司也在研发半固态电池，宝马计划在 2030 年后使用固态电池。固态电池的成功量 产将带来电解液和隔膜环节的变革，同时固态电池适配高能量密度体系材料，届 时将带动对高镍正极，硅碳负极，锂金属负极等材料的需求。

3.4 4680 量产在即，新尺寸带来新亮点

4680 电池解决了电池高成本、续航短、充电慢、热扩散的痛点。2020 年特斯拉 电池日推出的 4680 电池，即直径是 46mm，高度是 80mm 的大圆柱电池，通过采 用了更大的圆柱体积设计和无极耳技术，使用了高能量密度正负极原材料（Ni8 系和 Ni9 系的 NCM 和 NCA，硅碳负极材料）和简化了电池生产工艺（取消极耳 裁切和烘干），解决了电池高成本的痛点——系统成本下降 50%，解决了续航短的 痛点——能量密度提高至 300Wh/kg（续航可达到 600-1000km），解决了充电慢的 痛点——最大充电电流 6C（12min 充电 70%)，解决了锂电池热扩散的风险—— 圆弧形结构降低了电芯间热扩散的概率。

鉴于4680电池在性能和成本上较大的优势，国内外电池企业和车企纷纷布局4680 电池。目前来看特斯拉和松下在 4680 大圆柱领域开发进展最快，特斯拉已经量产 100 万支 4680 电池，并将于 22 年 Q1 德州工厂的 Model Y 最先搭 载特斯拉自产的 4680 电池。日韩电池企业也将在 22 年和 23 年量产，国内的圆柱 技术存储较少，最快于 24 年量产。

国内外车企纷纷布局 4680 电池，特斯拉 Model Y 率先搭载。21Q4 特斯拉电话会 上表示，2022 年在德州工厂 Model Y 车型率先使用 4680 电池制，预计于 2022 年开始交付，特斯拉美国德州和加州工厂渗透率随着 4680 产能逐步提升。上海工 厂 4680 渗透受制于国内电池供应商 4680 的开发速度，欧洲 4680 渗透率受制于特 斯拉柏林电池工厂投产时间。预计 4680 在 23 年会开始爬坡增量，达到 63.9Gwh， 随着良品率提升、成本下降和更多的供应商投入生产，25 年 4680 的需求达到 301Gwh，预计将有 60%的车型会搭载 4680 电池。

硅基负极材料应运而生。随着动力电池能量密度的不断提升，对负极材料的能量 密度要求也逐渐提高，鉴于目前石墨材料逐渐接近理论能量密度，需要新一代负 极材料与先进的正极材料匹配。在这种背景下，克容量高达 3500mAh/g 左右的硅 基负极材料应运而生，但在锂离子电池充放电过程中，硅的膨胀率可达到 300%， 导致负极材料粉化、内阻增加，容量衰减较快，是制约硅负极应用的最大问题。硅目前无法单独在电池中使用，产业中通过硅和石墨负极混合使用，调配成不同 容量的材料，优化硅膨胀的缺点。

4680 电池从材料端与电池应用端共同发力优化膨胀问题。材料端，硅碳负极可以 通过纳米化硅材料，与石墨掺杂，也可以采用 SiOx 为原料，与石墨掺混，降低 硅在充放电过程中的膨胀。电池应用端，硅碳负极通过 4680 的圆柱结构和使用不 锈钢外壳的设计，圆柱结构抑制了硅碳负极的膨胀，4680 圆柱卷绕导致极片膨胀产生的应力均匀，有效改善了硅碳负极的衰减较快的缺点，不锈钢外壳相比于铝 的高强度抵御了硅碳负极膨胀的应力，预计 4680 电池负极硅碳掺杂比例可提高至 10%~15%，而方形和软包电池最高只有 5%。

特斯拉也在电池日上宣布将在 4680 电池适用硅碳负极材料。CATL、松下和 LG 在 电池的 roadmap 上也都规划了硅碳负极的应用时间。

硅碳负极应用拉动碳纳米管需求。硅碳负极受制于硅的膨胀，导致导电剂与主材 导电网络变差，其倍率性能较差。为了满足电池快充方面的需求，硅碳负极电池 需要在导电剂方面进行优化。导电剂按照导电网络接触划分可以分为点接触和线 接触。传统的点接触导电剂 SP 炭黑在面对硅碳负极膨胀，只能通过增加导电剂数 量的方式提高倍率性能，但是会牺牲能量密度和提高成本。而线接触的碳纳米管， 不用增加导电剂用量，可以借助其长条形的结构优势，改善膨胀过程中的导电剂 与负极主材的有效接触较差的缺点。在硅碳负极中掺入碳纳米管导电剂，扩充了 电池容量的同时也使电池倍率性能大幅提升，成为了行业内的负极导电剂发展的 一个方向。

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