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2022年磷酸铁锂正极材料行业竞争格局分析磷酸铁锂是一种优异的锂离子电池正极材料锂离子电池由四个主要部分构成,分别为正极、负极、电解液和隔膜,其中正极既是离子导体也是电子导体,其主要组成部分称为活性物质磷酸铁锂LiFePO4呈现橄榄石结构,作为电池正极材料,涂敷在铝箔与电池正极连接;中间是聚合物的隔膜,将正极与负极隔开,但锂离子可以通过而电子不能通过;石墨等作为电池的负极材料,涂敷在铜箔与电池的负极连接处磷酸铁锂电池在充电时,正极中的锂离子通过聚合物隔膜向负极迁移;在放电过程中,负极中的锂离子通过隔膜向正极迁移磷酸铁锂正极材料具有生产成本低、循环寿命长、安全性好等特点,但能量密度低于三元材料锂离子电池正极材料选取条件较为苛刻,必须是嵌锂型化合物并且不能与电解液发生反应,为使电池拥有较好的电化学性能,导电性要足够好,并且单位单元内需要能容纳大量的锂,这些会直接影响电池的安全性能,电化学性能现在商业化应用的正极材料主要有钻系正极材料、模系正极材料、镒系正极材料、三元材料、磷酸铁锂正极材料等]52近几年磷酸铁锂和三元材料价格走势磷酸铁锂(万元/吨)——三元材料(万元/吨)40353025201510502016/12017/12018/12019/12020/12021/12022/1资料来源百川盈孚、招商证券表8:不同类型锂电池正极材料的性能对比铝酸锂电池锈酸锂电池磷酸铁锂电池三元材料NCM电池三元材料NCA电池结构类型层状氧化物尖晶石橄榄石层状氧化物层状氧化物理论比容量274148170273-285实际比容量135-150100-120130-150155-200压实密度
3.
6423.2-
3.
72.1-
2.537-
3.9平均能量密180-240100-150100-150180-300循环寿命500-1000500-20002000800-2000500-2000低温性能好好一般好好高温性能好差好一般差安全性差较好好较好较差主要应用领消费型锂电动力电池、储能动力电池、储能动力电池、储能型锂电池域池型锂电池型锂电池原料钻资源紧缺锌资源丰富磷资源丰富钻资源短缺、价格较高资料来源OFweek锂电网、招商证券1生产成本低钻盐、锲盐和锂盐是制备三元材料的主要原材料,其中钻盐、银盐在我国的可开采储量较小,供应较为紧张,导致三元材料生产成本较高磷酸铁锂主要原材料为锂源、铁源、磷源,我国铁源和磷源资源较为丰富,随着锂源供给端实质性改善,锂源价格逐步回落,磷酸铁锂材料将具有更明显的成本优势2安全性好、循环寿命长在充放电过程中,磷酸铁锂作为正极材料是处于FePO4/LiFePO4两相共存的状态,由于FePO4与LiFePO4的结构与体积都很相近,所以在充放电过程材料的晶体结构不会发生大的改变以至于崩坏,循环寿命大于2000次,组装成电池后就会有良好的循坏性能和安全性能3能量密度较低磷酸铁锂电池的平均能量密度为100-150Wh/kg,相比三元材料能量密度较低,因此磷酸铁锂正极材料目前定位于满足高安全、低成本、长寿命动力电池和储能电池的需求表9:固相法和液相法制备磷酸铁锂的原料要求原料区别均使用碳酸锂作为锂源,液相法在使用中需将碳酸锂溶解为硝酸锂溶液锂源固相法直接使用碳酸锂与其他原料混合,这样碳酸锂中的杂质会直接进入产品中,因此固相法对碳酸锂的品质要求更高液相法使用的铁源为硝酸铁,可通过铁片与硝酸反应制得铁源固相法则通常使用磷酸铁(湖南升华使用草酸亚铁),部分生产企业选择外购磷酸铁,而部分企业则通过铁片或硫酸亚铁与磷酸(磷酸一镁)反应自行生产液相法多使用磷酸一锭为原料磷源固相法通常使用磷酸铁(湖南升华使用磷酸一铁),间接来自于磷酸或磷酸一锭资料来源CNKk招商证券磷酸铁锂生产技术可分为固相和液相合成法两种固相合成法是制备磷酸铁锂正极材料最常用的方法,液相合成法较为普及的是水热/溶剂热法固相合成法由于设备和工艺简单,制备条件容易控制,较为适合工业化生产,但原材料固相不均匀,化学反应产物颗粒较大,粒度分布范围宽,产品批次一致性较差,对产品导电性、安全性等产生不利影响液相法使初始原料在分子水平上的混合和获得的前驱体更均匀,相比固相合成法更具优势,但由于对生产条件控制的要求较高,其产业化难度更大,在制备过程中,由于锂/铁的原子排布混乱,会使大概7%的铁原子占据锂的位置,使得制备出的磷酸铁锂产品容量不够高固相法和液相法由于工艺路线不同,对原料的要求也有所不同净化磷酸和工业级磷酸一锭是磷酸铁锂的主要磷源磷酸或磷酸一钱直接参与磷酸铁锂生成的反应过程,对磷酸铁锂的产品质量具有重要影响,在磷酸铁锂制备过程中,主要使用净化磷酸或工业级磷酸一锭为磷源1净化磷酸磷酸的主流工艺分为热法和湿法两种,其中热法磷酸纯度高,无需经过净化,但不具有成本优势;湿法磷酸由于产品纯度低、杂质多,分离出粗磷酸后,需再经净化制得净化磷酸产品,具有较高技术壁垒图45:磷酸铁锂合成工艺流程图铁源同相法铁源硝酸铁|磷酸一锭--------上1T前驱体凝胶------------------------璘酸铁锂根源碳酸锂一——液相法资料来源中国产业信息网、、招商证券2工业级磷酸一铁工业级磷酸一钱的纯度要求高于农业用磷酸一锭,有以下三种主流工艺1热法磷酸氨中和法采用热法磷酸为原料,无须净化,直接与氨中和;2净化磷酸氨中和法以湿法磷酸为原料,经有机溶剂萃取净化制得净化磷酸,再与氨反应3湿法磷酸氨中和直接净化法将湿法磷酸预净化,脱硫并除去悬浮物,再进行氨中和净化,脱除杂质,分离杂质后即得工业级磷酸一锭未来几年国内磷酸铁行业竞争将加剧,磷化工龙头企业具备更强竞争力2021年我国磷酸铁产能达到
62.6万吨/年,同比增长113%,产量
34.8万吨,同比增长162%,产能利用率
55.7%,同比提高
10.4pct,主要由于下游新能源行业磷酸铁锂正极材料需求快速增长目前国内磷酸铁产能主要分布于湖南、安徽、湖北、贵州,分别占比
27.2%、
13.7%、
11.7%、
11.2%,前五大企业产能占比约
47.6%,行业集中度仍有提高空间由于近几年新能源行业高速发展,国内化工及新能源企业积极进军磷酸铁行业,我们粗略统计未来几年主要企业磷酸铁新增产能规划达到518万吨/年,其中
2022、2023年新增产能计划分别为
103.5万吨、151万吨,磷酸铁行业竞争将逐步加剧,但集中度有望大幅提高,部分产能投产具有不确定性,拥有上游净化磷酸或工业级磷酸一核配套的磷化工龙头企业将具备更强竞争力]46:近几年国内磷酸铁产能产量情况产能(万吨)产量(万吨)70产能利用率60%6050%5040%4030%302020%1010%资料来源百川盈孚未来几年国内磷酸铁锂行业新增产能较多,拥有产业链一体化布局的企业竞争优势显著2021年我国磷酸铁锂产能
71.2万吨/年,同比增长
96.1%,产量
43.55万吨,同比增长212%,产能利用率达到
61.2%,同比提高
22.8pct,主要受益于新能源行业需求快速增长2020年以前,国内新能源汽车市场化尚未成熟,补贴政策以高能量密度、长续航里程为重点,因此市场更加侧重三元电池,导致完成产能扩张的磷酸铁锂厂商遭受打击,2020年磷酸铁锂渗透率拐点向上,主要是补贴政策弱化以及CTP(无模组技术)对磷酸铁锂系统能量密度的改善2021年国内磷酸铁锂产能主要分布在湖南、广东、湖北,分别占比
29.4%、
18.3%、
14.7%,前五大企业产能占比约
61.1%,行业集中度较高国内企业积极布局磷酸铁锂正极材料,未来几年行业新增产能较多,我们粗略统计主要企业磷酸铁锂新增产能规划达到520万吨/年,其中
2022、2023年新增产能计划分别为94万吨、53万吨,部分产能投产具有不确定性,磷化工企业具有资源、成本及产业链一体化优势,同时与新能源企业合作,整体竞争优势明显我国新能源汽车产销量大幅增长,磷酸铁锂动力电池迎来发展机遇2021年中国汽车产销量分别为
2608.2万、
2627.5万辆,同比分别增长
3.4%、
3.8%,其中新能源汽车产销量分别为
353.26万辆、
350.72万辆,同比分别增长168%、165%,新能源汽车销量占比仅
13.3%,未来仍有较大提升空间磷酸铁锂和三元材料是最主流的动力电池类型,2020年以来,由于锲、钻价格大幅上涨,叠加我国动力电池补贴政策退坡,三元电池成本压力不断增大,磷酸铁锂电池迎来重要发展机遇2021年我国动力电池产量
219.7GWh,同比增长
163.4%,其中三元电池产量
93.9GWh,同比增长
93.6%,占比
42.7%;磷酸铁锂电池产量
125.4GWh,同比增长
262.9%,占比
57.1%,磷酸铁锂电池产量首次超过三元电池,2022年1-3月磷酸铁锂动力电池占比进一步提升至62%o图48:近几年国内磷酸铁锂产能产量情况资料来源百川盈孚、招商证券全球磷酸铁锂正极材料需求空间大,有望带动磷酸铁需求大幅增长国际汽车制造商数据显示,2021年全球汽车产量8015万辆,同比增长
3.1%,较2019年下降
13.1%,销量8105万辆,同比增长4%,其中新能源汽车销量670万辆,同比大幅增长
102.4%,约占全球汽车总销量
8.3%2021年全球动力电池装机量
296.8GWh,同比增长
102.18%,其中中国动力电池装车量
154.5GWh,同比增长
142.8%,宁德时代电池装机量达到
96.7GWh,国内市场占有率
53.1%,全球市场占有率为
32.6%,位列全球第一假设2025年全球新能源汽车渗透率达到30%,则对应动力电池需求量约1077GWh,年均复合增长约38%;GGII预测2025年全球储能电池出货量有望达到416GWh,年均复合增长约
72.8%,则2025年全球动力电池和储能电池需求量约1500GWho假设2025年磷酸铁锂电池占比60%,1GWh磷酸铁锂电池消耗磷酸铁锂正极材料
0.25万吨,1吨磷酸铁锂正极材料消耗
0.96吨磷酸铁,则对应磷酸铁锂、磷酸铁需求量分别为225万吨、216万吨,随着全球新能源汽车渗透率不断提高,磷酸铁和磷酸铁锂未来市场需求空间大磷酸铁和磷酸铁锂价格大幅上涨,中长期有望逐步回归合理水平2021年初开始磷酸铁锂行业景气度持续上行,随着新能源汽车、电动两轮车、储能等需求不断释放,磷酸铁锂市场供不应求,同时原材料碳酸锂价格大幅上涨,推动磷酸铁锂市场价格不断突破新高,目前磷酸铁锂正极材料市场价
16.3万元/吨,2021年初以来累计上涨340%,但相比三元材料仍有较大的价格优势受磷酸铁锂需求拉动影响,磷酸铁供需关系紧张,当前磷酸铁市场价
2.5万元/吨,2021年初以来累计上涨108%短期磷酸铁和磷酸铁锂供需仍保持偏紧状态,同时原材料碳酸锂价格仍处于高位,支撑磷酸铁锂价格高位运行,中长期随着新增产能持续释放,价格将逐步回归合理水平。