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磷酸鐵锂行業龍頭産能

圖文 更新时间:2024-09-08 21:18:57

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德方納米成立于 2007 年,到目前已有 15 年的沉澱,公司成立之初即從事納米化相關業務,包括碳納米管、納米氧化鋁、納米碳纖維等,随後在 2008 年将納米技術延伸至磷酸鐵锂領域,并成為國家 863 計劃的動力電池方案,在锂電材料方面有深厚的積累。公司與動力電池龍頭均有深度的合作,比亞迪起始于 2009 年,甯德時代的大規模供貨開始于 2014 年,億緯锂能等電池新銳也在 2016 年進入其供應鍊。

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德方納米最鮮明的特點以及有别于其他磷酸鐵锂正極企業之處,是公司的磷酸鐵锂技術是基于其納米化技術的延伸,工藝路線具有創新性。公司現董事長孔令湧、原董事長吉學文、原董事兼技術顧問王允實均在納米材料領域研發多年,2007 年共同創業後嘗試探索在磷酸鐵锂正極上應用納米化技術,并開創了獨特的制備工藝“自熱蒸發液相合成納米磷酸鐵锂技術”。

目前磷酸鐵锂正極的老牌龍頭,基本上技術積累都集中在磷酸鐵、草酸亞鐵、氧化鐵領域,德方納米另辟蹊徑形成了差異化競争。

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基于公司多年對納米化的堅持,可以看到公司目前的業務結構聚焦于納米磷酸鐵锂和碳納米導電劑業務,且不斷展現出産品的競争優勢,收入體量從 2014 年 1.3 億元,增長至 2021 年前三季度的 22.7 億元,成長性可觀。

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從磷酸鐵锂的市場份額,憑借液相法工藝的差異化競争,公司保持市場份額的領先,近四年市占率均保持在 20%以上,為行業龍頭。即使是在 2021 年乘用車磷酸鐵锂快速放量的背景下,公司也憑借出貨高增長維持市場份額穩定,進一步凸顯公司競争力。

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磷酸鐵锂:需求景氣與盈利擴張的共振

磷酸鐵锂産業自 2021 年以來步入發展的快車道,成為锂電産業鍊炙手可熱的環節,一方面是磷酸鐵锂需求趨勢明朗,滲透率提升的邏輯下增速遠高于行業增速;二是磷酸鐵锂産業鍊呈現持續的供不應求,價格上漲和盈利擴張使得企業盈利兌現。

需求景氣:動力鐵锂回潮,儲能市場井噴

磷酸鐵锂需求自 2021 年以來加速提升,從國内動力電池裝機口徑看,2021Q4 占比已超過 50%,電池出貨口徑更是在三季度前後達到 50%,四季度接近 60%。從國内正極的出貨口徑看,磷酸鐵锂正極在全部正極中的出貨占比,從 2020H1 以前的 35%-40%,提升至 2021Q4 的 58%,需求增速顯著超越行業。

磷酸鐵锂的高景氣一是來自于動力電池市場的回潮。2020 年以來伴随補貼退坡,CTP等創新封裝工藝的應用提升了電池能量密度,磷酸鐵锂的成本優勢進一步凸顯。磷酸鐵锂物料成本更低,電芯成本上較三元電池方案低 15%-20%。如果考慮鐵锂率先應用 CTP工藝,而三元尤其是高鎳應用 CTP 穩步推進,則磷酸鐵锂的成本優勢階段性達到 20%以上,定價上也具備 15%以上的價格優勢,進而推動了磷酸鐵锂的快速回潮。

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國内車企對磷酸鐵锂方案響應積極,從新車目錄上看,近幾批次鐵锂乘用車車型申報占比穩定在 50%左右的水平,其中也不乏明星車型的放量,例如比亞迪漢、特斯拉 Model3、Model Y、宏光 MINI、小鵬 P7/P5 等,目前磷酸鐵锂方案已經覆蓋了特斯拉、新興造車、自主品牌,且車型級别跨越了 A00 級到 C 級車,國内車企接受度高。

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從海外的情況看,磷酸鐵锂方案也在逐步納入考量,其中最積極的是特斯拉,其在 2020年即計劃在長循環方案中導入磷酸鐵锂,2021 年更是表示磷酸鐵锂的應用占比将超過60%。除了特斯拉外,大衆、Stellantis、戴姆勒也明确表示磷酸鐵锂方案的導入,不過也有雷諾等車企暫時不會考慮磷酸鐵锂,預計海外車企對磷酸鐵锂的應用會相對滞後(本身也要考慮到車型開發的周期),不過滲透率提升的趨勢明确。

故我們預計磷酸鐵锂在新能源車上的滲透率将逐步提升,其中國内在 2021-2023 年有望持續上行,乘用車中的磷酸鐵锂占比或超過 50%,整體占比有望達到 55%左右;海外磷酸鐵锂的應用有望在 2023 年前後加速(特斯拉存在超預期可能),在 2025 年有望達到 20%-30%的滲透率水平,進而帶動全球磷酸鐵锂占比趨于 40%。

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磷酸鐵锂的高景氣二是來自于儲能的井噴式增長。全球儲能市場正處于拐點階段,美國2020H2 以來實現爆發式增長,表前市場在 RA 合同、PPA 模式驅動下,商業模式理順、經濟性顯著提升,有望連續翻兩倍增長。歐洲過去幾年保持平穩增長,戶用儲能由于居民電價高企具備經濟性,增長持續性較強,表前項目伴随歐洲傳統調峰方式的退出,也有望迎來增長拐點。

相較于美國、歐洲出現的市場增長拐點,國内的政策拐點也愈發清晰,發改委發布了儲能指導意見,在電源側、電網側、用戶側均給予了商業機制完善的方向,核心在于解決了責任主體和成本分攤的問題,國内儲能加速發展可期。預計在中國、美國、歐洲三大市場的驅動下,2025 年全球锂電儲能需求有望達到 180-200GWh,相較于 2020 年 20GWh 左右的出貨量,實現五年十倍的高速增長。

同時,國内的磷酸鐵锂産業鍊加速配套全球市場,一方面,國内锂電池企業加速切入海外儲能市場,自 2020 年以來,甯德時代、比亞迪、億緯锂能、南都電源等锂電池企業先後通過 UL9540A 的認證,甯德時代在海外的儲能放量明顯提速。

另一方面,磷酸鐵锂專利的逐步接觸為儲能鐵锂的增長提供契機,磷酸鐵锂主要有基礎材料專利、碳包覆技術專利、碳熱還原技術專利三項專利,目前主要通過支付專利授權的方式解決供應問題,伴随碳包覆技術專利以及碳熱還原專利逐步到期(預計在 2022 年前後),磷酸鐵锂方案在海外市場的競争優勢有望進一步凸顯。

總結來看,預計 2025 年全球磷酸鐵锂電池出貨量超 900GWh,較 2021 年實現 56%左右的複合增長,磷酸鐵锂正極需求接近 220 萬噸,2022 年預計磷酸鐵锂需求仍将保持80%以上的高增長,需求高景氣将繼續演繹。

盈利擴張:磷酸漲價及資源庫存助推利潤增厚

伴随需求端在 2021 年進入高增長階段,磷酸鐵锂及磷酸鐵因一定的擴産周期出現供應瓶頸,呈現價格上漲趨勢。從産能擴張節奏看,預計 2022 年磷酸鐵锂産業鍊仍将保持偏緊,2023 年或有邊際緩解,也取決于行業新進入者的有效産能釋放情況。

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原材料價格上漲推動下,磷酸鐵锂正極環節呈現盈利擴張,典型的是德方納米的單噸淨利從 2021H1 的 0.3-0.4 萬,擡升至 2021Q4 的 1.5-1.6 萬,主要來自于:

1)液相法、磷酸鐵铵法工藝采用磷酸一铵為原料,磷酸鐵鈉法則為磷酸,磷酸與磷酸一铵的價差拉大在正極價格上有所體現;2)碳酸锂漲價帶來的庫存升值;3)規模效應及盈利改善。

考慮到磷酸鐵锂行業供需仍偏緊,判斷階段性的高盈利仍是可存在,不過從中長期看,磷酸鐵锂環節龍頭公司的盈利水平将取決于成本曲線。從磷酸鐵锂正極企業的毛利率對比來看,企業曆史上的差異并不明顯,湖北萬潤、德方納米、湖南裕能的毛利率相對較高,不過也會受到産能利用率、庫存價格等因素的擾動。

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展望來看,德方納米的液相法有望逐步呈現成本優勢。液相法在成本端的優勢體現在:1)能耗較低,德方納米采用“自熱蒸發液相合成法”,在前驅體合成工序無需外部條件加熱,同時因為顆粒納米化,也無需球磨工序;因而從各企業披露的單噸電耗來看,德方納米較固相法方案同期的電耗水平最低。2)原材料品味優勢,锂源是磷酸鐵锂最主要的成本項,目前企業多以采購電池級碳酸锂為主,包括德方納米招股說明書披露的原材料也為電池級碳酸锂,不過理論上講液相法的工藝反應更加均勻,在保證産品品質的情況下對原材料的品味要求可以更低,包括應用鹽湖、雲母的碳酸锂,以及工業級碳酸锂,進而帶來成本優勢。3)锂源單耗較低,固相法燒結後可能存在殘锂,因而通常需要過量配置 2%-5%的锂源;液相法元素配置更為精确。

未來德方納米有望進一步在锂源層面降本,即探索用磷酸锂替代目前的碳酸锂路線,從當前鹽湖提锂的主流工藝對比看,前段工序主要為了去除鎂等鹵水中的雜質,德方納米的專利更多考慮了草酸加熱分解形成性能更好的納米多孔磷酸锂,帶來的成本下降一方面是節約了純堿的成本,按照 1kg 磷酸鐵锂需要 0.24kg 碳酸锂,1kg 碳酸锂需要 2kg左右純堿計算,在純堿 2000 元左右的曆史中樞價格下可以帶來 1500-2000 元/噸(磷酸鐵锂口徑)的成本改善;另一方面磷酸锂的溶解性明顯弱于碳酸锂,因而要求的溶液濃度更低,将帶來濃縮環節成本和資本開支的明顯下降。磷酸锂路線更加适用于液相法、草酸亞鐵路線,因而對德方納米而言是未來實現成本優勢的重要途徑。

總結來看,得益于工藝路線優勢以及上遊原料上漲,預計德方納米短期盈利能力仍保持較高水平,從中期來看,超額利潤将合理回歸,不過伴随液相法工藝趨于成熟,創新性的锂源降本路徑逐步體現,公司仍有望成為磷酸鐵锂環節成本曲線最左側的企業。

阿爾法之一:儲能鐵锂領先,穩定份額的基本盤

根據前文測算的結論,儲能是磷酸鐵锂重要的需求場景,預計 2025 年儲能用鐵锂電池将達到 250GWh 左右,對應磷酸鐵锂正極需求在 50-60 萬噸,占磷酸鐵锂整體需求的25%以上;從更遠期維度看,儲能市場将相當于動力市場的 40%左右,且儲能磷酸鐵锂的滲透率将明顯高于動力,因而儲能是磷酸鐵锂中有阿爾法的賽道。

德方納米在儲能磷酸鐵锂正極方面具備比較優勢,一是來自于液相法工藝循環壽命長、一緻性高,在成本對循環壽命高度敏感的儲能市場具備性能優勢。從各工藝路線對比來看,德方納米的液相法一次顆粒粒徑最小,且分布均勻,産品一緻性好,因而在電化學性能及循環壽命上具備明顯優勢。固相法從粒徑大小和分布來看,則距離液相法産品有一定距離。

性能的差異化本質上由工藝路線決定,液相法是将原材料在液态的漿料中反應,并蒸發溶液凝固為固體,反應過程充分且一緻;而固相法可以通過磷酸鐵納米化、球磨等工藝降低粒徑大小,但本身粒徑較大的限制決定了無法達到液相法的參數,因而循環壽命液相法有明顯優勢。

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二是德方納米深度綁定甯德時代、億緯锂能等頭部電池廠,享受全球儲能高增長。德方納米自成立之初便于動力電池龍頭深度合作,比亞迪的合作起始于 2009 年,甯德時代的大規模供貨開始于 2014 年,億緯锂能等電池新銳也在 2016 年進入其供應鍊。從公司近幾年的收入結構看,甯德時代的占比持續保持在 65%以上,客戶結構優異;同時從公司 2018 年的産品結構看,儲能已經占到 11%的磷酸鐵锂收入比例,在近兩年儲能行業爆發式增長的背景下,預計公司儲能占比進一步提升。

公司未來與甯德時代、億緯锂能的合作有望進一步深化,2019 年公司與甯德時代成立合資公司,規劃曲靖 1 萬噸磷酸鐵锂産能,2020 年進一步擴産至 2 萬噸;2021 年再度在江安縣規劃 8 萬噸合資産能,合計将達到 10 萬噸。同時公司在 2021 年與億緯锂能合資 10 萬噸産能,綁定龍頭電池廠也印證了公司的産品競争力。

甯德時代和億緯锂能是全球锂電池的頭部企業,甯德時代 2021 年底産能超 200GWh, 2022 年有望進一步達到 350GWh 左右,遠期已規劃産能超 700GWh。億緯锂能則在2021 年明顯加大的産能規劃力度,在 2021 年底 50-60GWh 的基礎上,2022 年底有望達到 150GWh 左右,其中鐵锂産能将超 80GWh,遠期規劃接近 300GWh。

從儲能業務來看,甯德時代覆蓋全球表前、戶用優質項目及渠道,儲能出貨呈現爆發式增長,2021 年出貨增長近 7 倍,全球份額超 30%,再度登頂全球第一,2022 年高增長有望延續。億緯锂能同樣在儲能領域積極布局,除産能擴張外,也與美國集成商簽訂供貨協議,入股沃太能源進行戶用布局等。均有望帶動德方納米出貨高增長。

阿爾法之二:磷酸錳鐵锂、補锂劑引領技術進步

立足于儲能鐵锂的基本盤,德方納米進一步擴大研發範圍,在新技術上屢見突破,有望成為公司潛在的業績增長點,一是磷酸錳鐵锂,二是補锂劑。

磷酸錳鐵锂:下一代動力方案,德方納米産業化提速

磷酸錳鐵锂是磷酸鐵锂重要的技術進步方向,核心原因在于能量密度在正極方面主要由克容量、壓實密度、電壓平台三個因素決定,而磷酸鐵锂的克容量、壓實密度方面的技術進步已經挖掘的比較充分,電壓平台提升成為最有潛力進一步提高磷酸鐵锂能量密度的路徑。

磷酸錳鐵锂即在制備磷酸鐵锂的過程中加入錳元素,憑借着錳元素高充電電壓的特性,磷酸錳鐵锂正極材料的充電電壓由磷酸鐵锂的 3.4V 提升至 4.1V,在具有相同的理論比容量以及壓實密度的情況下,使得電池能量密度提升 10%以上的幅度,進而使得磷酸鐵锂的續航裡程上限進一步突破,且惰性材料單耗攤薄也将降低電池成本。

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不過磷酸錳鐵锂也存在性能缺陷和産業化瓶頸:

1)導電性能較差:錳接近絕緣體的特性導緻磷酸錳鐵锂的導電性能較差,磷酸錳锂電導率為 10^(-14)S/cm,與磷酸鐵锂相比存在數量級差異;

2)壓實密度較低:為了提升錳鐵锂導電性,需要将材料粒徑做到相對較小,從而導緻成品的壓實密度相對較低,如果磷酸錳鐵锂的壓實密度低于磷酸鐵锂,則将弱化電壓平台提升帶來的收益;

3)循環性能較差:一方面由于錳元素的存在,锂離子脫嵌與移動難度上升,從而導緻較差的導電性能,另一方面由于常規電解液體系與錳發生副反應,表面形成鈍化層,兩方面因素共同造成錳鐵锂的循環性能降低。

針對目前存在的産業化瓶頸,理論上可以通過小粒徑、碳包覆以及添加碳納米管來改善導電性能,通過燒結工藝優化提升壓實密度,以及通過補锂技術提升循環性能。不過本質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徑材料,但需要通過燒結二次結晶以提升壓實密度;碳納米管的添加、補锂技術的應用會改善導電性能、循環次數,但也要考慮工藝、材料應用所帶來成本增加。

從産業化進度上來看,磷酸錳鐵锂可以摻雜三元使用,因磷酸鐵錳锂的電壓平台與三元接近,可以提升三元方案的安全性,國内相關企業如比亞迪、德方納米分别于 2016 年、2018 年申請磷酸鐵錳锂摻雜技術的相關專利。

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磷酸錳鐵锂作為動力電池材料目前在兩輪車上有所運用,如天能股份 18650 錳鐵锂電池應用在小牛 F0 系列電動車上,此外還有星恒電源。甯德時代将 LxFP 作為下一代磷酸鐵锂方案進行研發推動,同時在 2021 年 11 月增資力泰锂能布局磷酸錳鐵锂正極企業;比亞迪早在 2013 年即申請過磷酸錳鐵锂專利,已有多年研發布局。

磷酸錳鐵锂對于磷酸鐵锂的工藝和設備改動不大,液相法在反應中增加錳源,固相法在前驅體環節添加錳源進行制備。而不同工藝路線都面臨一定的瓶頸,例如液相法産品的元素混合比較容易,且粒徑小導電性相對較小,但壓實密度提升上需要有更多突破。固相法研磨難度加大,粒徑較大導緻導電性存在瓶頸,但壓實密度相對較高。因而磷酸錳鐵锂的應用更多看企業在工藝上的突破,從目前相關企業的進展來看,德方納米、當升科技、鵬欣資源(力泰锂能)均有披露其磷酸錳鐵锂的産業化規劃,其中德方納米在 2021年 9 月計劃擴展 10 萬噸新型磷酸鹽系正極材料,2022 年 1 月再次計劃擴産 33 萬噸新型磷酸鹽系正極材料,産業化推動強度領先

補锂劑:矽碳、儲能拉動需求,德方納米提前布局

補锂劑主要用于提升锂電池的首次效率及循環壽命。锂電池首次充放電後部分锂離子用于形成 SEI 膜以及内嵌負極無法脫出造成永久性锂損耗,電池出現不可逆的容量下降現象。為了彌補該部分缺失的锂離子,通常在正極或者負極添加補锂劑,從而提升電池的首次充放效率,同時锂離子不可逆消耗變少也能夠提高電池的循環壽命。

補锂劑有正極補锂和負極補锂兩種技術路線,正極補锂有望率先突圍。正極補锂劑采用鐵酸锂、鎳酸锂等,負極補锂劑則包括锂粉、锂箔、锂帶等。負極補锂劑産業化難題一是工藝過程難量産,锂金屬負極補锂劑過于活潑,儲存及生産過程都需要惰性氣體保護,量産難度較大。

二是添加過程難度較大,負極補锂劑如果選擇在勻漿過程中同粘結劑、負極活性材料混合,锂粉不溶于 NMP 導緻無法添加,而更換粘結劑需要電解液體系一同更換;如果選擇用輥壓的方式将锂粉/锂箔加在負極片上,添加量無法準确把控,過多會導緻锂沉積進而造成锂枝晶問題,過少則效果不明顯。正極補锂劑的鐵酸锂/鎳酸锂在勻漿過程中與鐵锂、導電劑和粘結劑一同混合即可,工業生産及應用難題較小。

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從需求端看,補锂劑将得益于矽碳負極的放量以及儲能補锂需求的增長,

1)矽碳負極比容量顯著高于石墨負極,是明确的下一代方向,目前制約矽碳負極放量的主因是其首次效率僅為 70%-80%,而石墨負極則在 90%左右,通過補锂可以顯著改善矽碳的首次效率,進而推動矽碳的産業化,例如智己汽車将采用甯德時代“摻矽補锂”技術,将于2022 年上市,後續矽碳滲透率有望持續提升。

2)儲能的度電成本對循環壽命敏感,對補锂也有可觀的需求,例如甯德時代采用“全生命周期陽極锂離子補償技術”等方案,在 2021 年初即實現了 1.2 萬次的循環壽命,未來也有望拉動補锂劑出貨的增長。

補锂劑有正極補锂和負極補锂兩種技術路線,正極補锂劑采用鐵酸锂、鎳酸锂等,負極補锂劑則包括锂粉、锂箔、锂帶等。從用量上看,正極補锂劑的比容量在 400-700mAh/g,添加量在 3%-5%左右,負極補锂劑的比容量通常有 1000mAh/g 以上,添加量約 1%。考慮到矽碳在動力電池中的滲透率持續提升,長循環動力電池需求的增長,以及儲能市場爆發帶來的補锂需求,預計 2025 年全球補锂劑(以正極補锂劑口徑測算)需求量有望達到 4.2 萬噸左右,2030 年有望達到 17 萬噸的需求規模。

從正極補锂劑的技術路線來看,目前主要有德方納米的液相法鐵酸锂路線,以及研一新材料的固相法鐵酸锂/鎳酸锂路線。德方納米的液相法鐵酸锂工藝與其磷酸鐵锂有一定都相同性,其優點在于補锂劑的粒徑較小(補锂劑通常需要粒徑在 2-3nm,如采用固相燒結粒徑在 20nm,需要再通過精準的氣流粉碎或者球磨的過程),故德方納米的路線或具備一定都性能優勢。而與德方納米擅長都“自熱蒸發液相法”不同的是,液相法鐵酸锂由于在生産過程中需要将溶液 PH 值穩定控制在 2.7-3.7 範圍内,需要用到高溫高壓環境,設備為定制成本較高的反應釜,産線建設及能耗成本較高,是此前制約公司補锂劑方案大規模量産都瓶頸。考慮到德方納米在補锂路線上技術方案的傳承性,以及公司引領推動技術進步積累的先發優勢,德方納米有望在補锂劑産業化方面實現突圍。

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德方納米加速布局補锂劑産能,有望支撐營收增長的α。德方納米于 2021 年 9 月公告,計劃投資 35 億元建設 2.5 萬噸補锂劑項目,并于 2022 年 1 月進一步投資 20 億元,擴産 2 萬噸補锂劑項目,公司卡位産能有望分享補锂劑市場的高成長。

推薦景氣與阿爾法并存的德方納米

德方納米是國内磷酸鐵锂正極的龍頭公司,磷酸鐵锂行業得益于動力鐵锂的回潮及儲能市場的爆發,需求端成為産業鍊中景氣度較高的環節,同時因供給階段性短缺、原料漲價,呈現盈利擴張趨勢,預計 2022 年将會延續。

除了受益于行業貝塔,德方納米采用液相法工藝制備磷酸鐵锂,産品在循環壽命上具備優勢,适用于儲能市場,公司與甯德時代、億緯锂能的産能綁定更是強化了放量的确定性。同時公司積極布局新技術,磷酸錳鐵锂、補锂劑的逐步投産有望成為公司業績新的增長點,給予推薦。

此為報告精編節選,報告原文:

《德方納米(300769)尋找正極行業的阿爾法之德方納米篇-長江證券[馬軍 邬博華 葉之楠]-20220315》

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磷酸鐵锂行業龍頭産能(磷酸鐵锂龍頭的α)15

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