信达期货-固态电池一夜爆红,正极高镍需求如何,期货市场作何反应?【公众号研报】-210115

　　#摘要# 固态电池的输出电流更强也更稳定，同时也就提升了能量的使用效率，也提升了电池的容量。固态电解质作为固态电池的核心，具有不可燃、耐高温、无腐蚀、不挥发的特性。 另外，固态电解质的绝缘性使得其良好地将电池正极与负极阻隔，避免正负极接触产生短路的同时能充当隔膜的功能。但是当前的固态电池界面电阻较高，且在空气中的稳定性较差。 就目前的技术来说，单位面积离子电导率较低，常温下比较的话，功率密度还是不理想，同时循环过程当中的电极与电解质的物理接触变差，还要面临充放电循环中的电极膨胀问题。 最致命的是大部分固态电解质电导率比电解液小10倍以上，快充性能并不佳，那么对于汽车行业这个最大的下游来说，俨然是很难接受的。 短期来看固态电池的出现对于三元正极材料的需求拉动可能会有比较明显的作用，但是如果放到对于镍的需求上来比较，拉动作用就显得很小了。从长期新能源汽车对于三元材料的需求来看，虽然当前提及的固态电池只是相对初级的半固态电池，不会改变现有的材料体系，量产进度仍待观察，但是三元材料本身的发展依然迅速。预计2025年，我国新能源汽车销量达到550万辆对三元正极材料需求量超45万吨。 全球2025年新能源汽车销量1300万辆，对三元正极材料需求量达到106万吨。国内新能源汽车中三元材料对于镍的需求占比将上升至约13.8%，全球占比约15.6%。 总结来说，短期新能源电池对于镍的需求仍然处在发展之中，三元电池对镍的需求有快速上升的趋势。以五年的周期来看，虽然体量还是偏小，但是已经可以在一定程度上拉动镍的需求，在动力电池行业加速发展的趋势下镍价受到边际支撑。 #固态电池为何一夜爆红？# @何为固态电池 首先我们引用一段常见的解释，“在固态离子学中，固态电池是一种使用固体电极和固体电解液的电池。 固态电池一般功率密度较低，能量密度较高。”即是说，固态电池是将传统的新能源电池中的液态电解质替换为固态，借用固态电解质具有的密度以及结构，让更多的带电的离子聚集在一端，从而产生更大的电流，也同时提升了电池容量。 类比一下，带电离子就像是一群搬货的工人，而液态电解质中，他们人又少，还得游泳搬货（电子）形成电流。而在固态电解质当中，搬货的工人变多了，而且现在还可以在陆地上跑了，自然电流就更稳定了。并且不再需要一个泳池，只需要更小的场地，就可以搬到所需要的货。 @固态电池的优点 固态电池的优点与我们的想象也有共同之处。首先，就如在陆地上奔跑一样，固态电池的输出电流更强也更稳定，同时也就提升了能量的使用效率，也提升了电池的容量。 因此，就如我们不再需要一个泳池一样，固态电池在能够提供同样电量的同时，可以将体积变得更小。然而这些并不是固态电池最突出的优势，全固态电池最突出的优点是安全性。 固态电解质作为固态电池的核心，具有不可燃、耐高温、无腐蚀、不挥发的特性。另外，固态电解质的绝缘性使得其良好地将电池正极与负极阻隔，避免正负极接触产生短路的同时能充当隔膜的功能。 而在主要的下游领域如消费领域（小型电子设备等），动力领域（新能源汽车等），储能领域（信号站，充电桩等）中恰恰是最为看重安全性和稳定性的。 图1：固态电池优势 资料来源：东方证券，信达期货研发中心 @为何之前不红？ 当然在种种优势之下，固体电池依然有着层层的技术壁垒需要突破。归纳来说，当前的固态电池界面电阻较高，且在空气中的稳定性较差。就目前的技术来说，单位面积离子电导率较低，常温下比较的话，功率密度还是不理想，同时循环过程当中的电极与电解质的物理接触变差，还要面临充放电循环中的电极膨胀问题。而这些技术壁垒需要突破的话，需要大量的资金，也就相对来说当前成本高，工业化程度低。 最致命的是大部分固态电解质电导率比电解液小10倍以上，快充性能并不佳，那么对于汽车行业这个最大的下游来说，俨然是很难接受的。 @为何一夜爆红？ 当前我国新能源车制造商主要采用液态电池。然而，未来五年，依靠现有的三元电池，能量密难以实现高于350Wh/kg的目标，即无法达到国家计划的要求。而1月10日新浪财经讯“在1月9日于成都举行的NIO Day2020上，蔚来(NIO.US)宣布正式推出150kWh电池包，使用固态电池。 搭载该电池包的蔚来ES8续航里程将达到730公里，最高续航里程达到910公里，媒体报道这是首款搭载于量产车的固态电池。”蔚来在此过程中采用的应该是半固态电池的策略，即电解质具采用一端电极是全固态，另一端电极是液态，固态电解质接近或超过一半质量比/体积比。 而对于电极，负极采用无机预锂化硅碳， 兼取石墨的稳定性和硅基材料的高能量密度的优点，能够在保证稳定性的基础上使负极材料的理论克容量提升约10倍。 而对于正极材料来说，采用纳米级包覆超高镍正极，超高镍的正极会使结构不稳定，所以采用了纳米级包覆技术。通俗来讲就是为了防止释氧，在外面包了一层抗蚀层。而为了不影响锂电子脱嵌的效率，包的比较薄，用的是纳米技术。 正极所用材料符合新能源汽车电池的高镍化预期，被认为至少是NCM811以上，甚至可能达到9系。也就引出了我们的下一个话题，固态电池对于镍的需求影响如何？ #正极高镍能否拉动需求？# @在不考虑技术突破的情况下，新能源电池对于镍需求 首先随着全球各国政府提出的电动车渗透计划，新能源汽车是未来全球汽车发展的主要方向之一，而高镍电池将是未来动力电池的发展方向，而且新能源电池的用镍为硫酸镍，来源非常充足，可以从各种中间品，镍粉，镍豆和回收中获得。镍的消费中硫酸镍将占据越来越高的地位，“J”字形的几何增长已经初显端倪。而与之对应的，中国新能源汽车的表现也较为强势。 2020年5月之后，中国新能源汽车的月度产量一直高于上年同期并位处历年同期绝对高位。1-11月，新能源汽车累计产销111.9万辆和110.9万辆，产量同比下降0.1%，降幅比1-10月收窄9.1个百分点，销量同比增长3.9%，结束了下降趋势。其中插电式混合动力汽车产销均呈增长；纯电动汽车产量小幅下降，而销量结束下降呈一定增长。 具体到三元前驱体对于镍的需求。据第一电动网调研，2020年1-11月全国动力电池装机量较上年稍有不及，国内动力电池装机量50.7GWh，同比减少3.39%。但是11月份我国动力电池装车量10.6GWh，同比上升68.8%，环比上升 80.9%，增长幅度极大。 依据往年规律，12月往往是全年中动力电池装车量最大的一个月，而如果今年 12 月不打破这个规律的话，全年装机量实现同比正增长并非不可能。 图2：2020年中国新能源汽车产量 图3：2018-2020年动力电池装机量（GWh） 资料来源：中汽协，第一电动网，信达期货研发中心 乐观估计2025年全球高镍NCM811产量的占比将达到82.6%，镍消费量也将增加到44.6万吨，而中国会是绝对的主力。同时固态电池的技术突破必然会推动这一过程的加速发展。就如本次蔚来采用的正极材料一样，超高镍的使用是新能源汽车动力电池极其合适的选择。 据 Mysteel调研统计，2020年中国三元前驱体产量或将达到31.92万吨实物量。其中NCM111型1.15万吨，NCM523型17.87万吨，NCM622型5.44万吨，NCM811型号6.48万吨，NCA型0.98万吨。 合计折合金属量约11.68万吨。四大正极材料仍维持全线供大于求，2020年预计供应过剩18.5万吨，其中三元材料供过于求11万吨，供应过剩情况较2019年加剧。而至2021年，预计中国三元前驱体实物吨产量将达到37万吨，同比增长15.6%。 而如果将高镍化趋势加入其中，再叠加固态电池所用的超高镍正极带来的对于低镍电池的替代效用，三元前驱体对于镍的需求可能还会有一个较大提升。以下，我们对于超高镍正极带来的对于低镍电池的替代效用做出一定的假设并继续讨论其对于镍的需求的拉动作用。 @在指定的假设条件下，年内固态电池对于镍的需求的拉动作用 首先以蔚来本次发布的消息为例，我们可以发现，其使用的超高镍正极材料其实是对于原本蔚来在100kWh电池包采用的较安全的镍55（Ni55）高电压单晶材料的替代。 而Ni55为5系材料中的一种，同系材料中镍含量差距不大。当前主流的高镍化发展中，NCM811是常见的含镍量最高的三元材料，它的主要材料包括80%的镍，10%的钴和10%的锰，由于降低了钴的含量，放弃了一部分稳定性，但在同时也加强了能量密度和续行里程。 再者，由于这三种金属中价格最高的是钴，钴价比镍价高接近5倍，采用NCM811反而在一定程度上会减少成本。而在此之前基于安全性和循环性的考虑，三元动力电池主要采用NCM532和NCM622这几个Ni含量相对较低的系列。 如果固态电池真的出现，那么对于计算，我们还是要先明确一些数据，由于是对于镍需求的分析，我们需要先引入两个假设。 假设一：由于前驱体制备时为液相反应，为保证反应完全，制备前驱体时硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰均过量 1%。在这个基础上我们可以在成本分析的过程中截取到每吨正极三元材料所需要的原材料（理论值）大约如下表所示。 表1：各系三元材料中的含镍量 资料来源：信达期货研发中心 在此基础上，我们考虑高镍化三元电池正极对于低镍电池的替代效应，由于NCM811之前令人谈之色变的稳定性，我们引入第二个假设：在高镍化的过程中，三元电池正极所用的三元材料逐级向下侵吞，即高一级的NCM系列吞并部分低一级的产量。在以上基础上，进行敏感度测试。 以2020年预期的三元电池各系产量分布为基准，Mysteel统计预测的全球全年产量NCM333型1.15万吨，NCM523型17.87万吨，NCM622型5.44万吨，NCM811型号6.48万吨，NCA型0.98万吨。 由于高镍化的趋势无法做到准确的量化，先假设2021年的各系产量占比与2020年相一致，而对于2021年三元材料产量总的预测是37万吨左右，那么按照假设分布，NCM333型1.33万吨，NCM523型20.71万吨，NCM622型6.31万吨，NCM811型号7.51万吨，NCA型1.14万吨。 如果总产量不发生变化，我们按照侵吞比例的不同可以计算出下表中的各系NCM的产量。 表2：各侵吞比例下，各系三元材料产量 资料来源：信达期货研发中心 那么再以上述为基础结合上文中对于每吨各系三元材料产出所需的镍金属量进行计算，会得出在高镍替代低镍的过程中所需镍金属量的总量。 表3：各侵吞比例下，镍需求总量 资料来源：信达期货研发中心 通过计算，我们可以直观的发现，固态电池大热对于镍金属量的需求其实十分有限，但是为了消除其中欠缺的考虑，如并未考虑2021年度三元材料受到影响而出现超预期的增长，三元材料各系产量分布与2020 年有较大差异等问题，我们在最后做一个极端情况的计算来打消大家对于此顾虑。 我们假设在极端情况下，NCM811取代了所有其他各系的三元材料产量，成为了市场上唯一常用的三元正极材料，那么也可以同样的方式计算得出总的镍金属需求量大约为18.06万吨，相较于不作任何侵吞假设的13.16万吨也只拉动了4.9万吨的镍金属消费量，相较于 130万吨的镍金属全国总需求，仅占比3.8%左右。 因此固态电池的出现对于三元正极材料的需求拉动可能会有比较明显的作用，但是如果放到对于镍的需求上来比较，拉动作用就显得很小了。 表4：全球和中国原生镍供需平衡表 资料来源：安泰科，信达期货研发中心 #未来新能源电池对于镍的需求拉动# 首先需要指出的是，三元材料需求的快速增长与当前所谓的“固态电池”的出现关系并不太大。国联汽车动力电池研究院董事长熊柏青指出“全固态电池现在距商业化还很远，现在甚至做个演示都还很困难。10年内完全攻克全固态难度挺大，反正至少这5年没戏了，我们也做这东西。” 也就是说蔚来汽车所谓的固态电池其实是固液混合电池或者半固态电池，而固态电解质和液态电解质两者混合混合的比例和安全性目前在国际上还没有定论。全固态电池距离真正的商用还有漫漫长路要走。 从新能源汽车对于三元材料的需求来看，虽然当前提及的固态电池只是相对初级的半固态电池，不会改变现有的材料体系，量产进度仍待观察，但是三元材料本身的发展依然迅速。 展望更长的周期，中国汽车工程学会发布的《节能与新能源汽车技术路线图 2.0》给予行业远期技术路线指导，三元材料作为能量上限比极高的核心材料仍将维持市场主流地位。 而近期国务院新发布的新能源汽车中长期发展规划进一步给予行业2021-2035年新能源汽车渗透率指导，国内双积分政策基本保障2025年新能源汽车渗透率20%的目标得以实现； 国际方面，各国政府纷纷以各种方式提出新能源汽车渗透计划，包括议案，国家规划，政府法令，口头表态等。而具体实施或计划实现的时间多集中在2030年之前； 同时还有欧盟碳排放政策也将长期推动传统车企向电动化转型； 而拜登力挫特朗普上台，并由民主党掌握两院，其关于环保和新能源方面的政策落实也会得到极大的便利，也将推涨新能源汽车的发展与需求。 具体从需求端来看，新能源动力电池是三元前驱体主要消费领域，成长潜力巨大，2020年全球新能源汽车对三元前驱体需求量为21.25万吨，其中国内需求量为9.16万吨； 预计2025年，我国新能源汽车销量达到550万辆对三元正极材料需求量超45万吨。全球2025年新能源汽车销量1300万辆，对三元正极材料需求量达到106万吨。 结合安泰科对于高镍化的预测，2025年NCM811的产量占比将达到82.6%来看，汽车新能源电池对于三元材料折算成镍的国内总需求有望达到20万吨左右，全球总需求45万吨左右。 据了解，全球及中国镍需求将以4.0%和4.3%复合增速增长，那么至2025年国内三元材料对于镍的需求占比将上升至约13.8%，全球占比约15.6%。 三元电池镍的需求有快速上升的趋势，虽然体量还是偏小，但是已经可以在一定程度上拉动对镍的需求，在此三元动力电池行业加速发展的趋势下镍价受到边际支撑。 · END · -文章作者- 韩冰冰（投资咨询编号：Z0015510） 楼家豪（从业资格号：F3080463） 免责声明 报告中的信息均来源于公开可获得的资料，信达期货有限公司力求准确可靠，但对这些信息的准确性及完整性不做任何保证，据此投资，责任自负。本报告不构成个人投资建议，也没有考虑到个别客户特殊的投资目标、财政状况或需要。客户应考虑本报告中的任何意见或建议是否符合其特定情况。未经信达期货有限公司授权许可，任何引用、转载以及向第三方传播本报告的行为均可能承担法律责任。期市有风险，入市需谨慎。 点击 阅读原文 获取每日保证金