三元材料目前是動(dòng)力電池最優(yōu)之選。自鋰離子電池技術(shù)普及以來，學(xué)術(shù)界出現(xiàn)了各種各樣的電池體系，但是從實(shí)際應(yīng)用來看，目前負(fù)極材料多選擇石墨，而正極材料主流為鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、三元、錳酸鋰等材料。動(dòng)力電池要求材料具有較高的能量密度（對(duì)應(yīng)高續(xù)航里程）和高安全性，而鈷酸鋰由于其本身熱穩(wěn)定性最差（安全性差），不適用于動(dòng)力電池領(lǐng)域（但憑借高壓實(shí)密度和能量密度目前是3C領(lǐng)域主流），而錳酸鋰能量密度較低應(yīng)用受限，磷酸鐵鋰作為較早研發(fā)的技術(shù)，優(yōu)點(diǎn)是安全性極好、環(huán)保、循環(huán)壽命高，但缺點(diǎn)在于能量密度較低且已經(jīng)接近達(dá)到天花板，而三元本身有著高能量密度上限的優(yōu)勢，未來隨著技術(shù)繼續(xù)進(jìn)步，安全性問題逐步改善，在其他電池技術(shù)未實(shí)現(xiàn)重大突破之前，三元目前仍然是動(dòng)力電池領(lǐng)域最優(yōu)之選。

 

高鎳三元短期普及仍有瓶頸，未來或成為動(dòng)力電池主流。三元材料指是層狀鎳鈷錳酸復(fù)合材料（錳也可替換為鋁，松下NCA技術(shù)），三元材料經(jīng)過Ni-Co-Mn的協(xié)同作用（Ni提升比容量，Co提升離子導(dǎo)電性和倍率性能，Mn穩(wěn)定結(jié)構(gòu)），結(jié)合了三種材料的優(yōu)點(diǎn)：LiCoO2的良好循環(huán)性能，LiNiO2高比容量和LiMnO2的高安全性及低成本。

 

鈷主要起到提升導(dǎo)電性和倍率性能的作用，并在高電壓下提供部分容量，在三元材料體系中起到關(guān)鍵作用。按照鎳鈷錳的比例，三元可以分為111、523、622、811等，由于鎳主要作用提升能量密度，故高鎳三元材料（如622/811）的研發(fā)成為目前熱點(diǎn)。分廠商來看，目前國內(nèi)普遍在研發(fā)三元622和811技術(shù)，還未大規(guī)模量產(chǎn)，從國外來看，僅松下等幾家技術(shù)最領(lǐng)先公司有高鎳三元量產(chǎn)技術(shù)（松下NCA給特斯拉供貨，NCA比例8:1.5:0.5）。從技術(shù)角度來看，隨著三元中鎳含量的提升，Ni+2/Li+1離子混排加劇，材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低，導(dǎo)致循環(huán)壽命和安全性大幅降低。

 

從技術(shù)角度：高鎳三元隨著鎳比例提升，鎳鋰離子混排加劇，Ni+2混排在Li層，降低了放電比容量，阻礙了鋰離子的擴(kuò)散；同時(shí)由于鎳在脫嵌鋰過程中相變導(dǎo)致明顯的體積變化，從而使材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性變差，循環(huán)壽命下降；高鎳正極表面更容易形成碳酸鋰等雜質(zhì)（鎳含量超過60%后明顯增多），從而與電解液發(fā)生副反應(yīng)降低循環(huán)壽命，高溫嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致脹氣；隨著鎳增加，正極材料熱穩(wěn)定性降低，且放熱增加，材料熱穩(wěn)定性變差；不同材料體系需要匹配不同電解液配方，而高鎳三元由于表面雜質(zhì)增多，其需要更為優(yōu)化的電解液配方，而從國內(nèi)技術(shù)來看電解液匹配問題也是一大難題。從應(yīng)用角度：高鎳三元材料由于其固有屬性如結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，熱穩(wěn)定性和循環(huán)壽命都較差，從目前國內(nèi)廠家研發(fā)進(jìn)度來看，目前還沒有完全解決高鎳材料實(shí)際應(yīng)用時(shí)的安全性問題；由于高鎳三元材料在電池組裝時(shí)不能接觸空氣，需要純氧氛圍，而由于國內(nèi)電池企業(yè)都是從三元NCM111開始起步，NCM111組裝并不需要純氧氛圍，所以國內(nèi)電池廠幾乎沒有氧燒工藝，而為了量產(chǎn)NCM811就必須重新設(shè)計(jì)廠房和設(shè)備，而裝備制造工藝的落后也是制約NCM811量產(chǎn)的一大難題。

 

2025年滲透率15%-25%

 

鋰供給曲線：通過前期統(tǒng)計(jì)，2016年全球用于動(dòng)力電池的碳酸鋰為4.26萬噸，折合鋰當(dāng)量為0.40萬噸，而未來五年內(nèi)預(yù)計(jì)新增碳酸鋰產(chǎn)量為5萬噸/年，折合鋰當(dāng)量0.38萬噸，我們做極端假設(shè)認(rèn)為未來鋰供給增量全部應(yīng)用在動(dòng)力電池領(lǐng)域（其他應(yīng)用領(lǐng)域增量為0），最后得到鋰供給曲線。

 

鈷供給曲線：通過前期統(tǒng)計(jì)，2016年全球精煉鈷產(chǎn)量10.17萬噸，而應(yīng)用在動(dòng)力電池領(lǐng)域的鈷約為6000噸，而考慮到鈷作為伴生礦的現(xiàn)有情況，在現(xiàn)有條件下，每年新增鈷產(chǎn)量極限約為1萬噸，同樣做極端假設(shè)認(rèn)為未來鈷供給增量全部應(yīng)用在動(dòng)力電池領(lǐng)域，假設(shè)鈷產(chǎn)量每年新增0.8萬噸和2019年開始每年新增1萬噸兩種情況，即為鈷供給1和鈷供給2兩條供給曲線。

 

彈性需求曲線：彈性需求曲線統(tǒng)計(jì)了世界10大汽車廠商在2025年新能源汽車占當(dāng)時(shí)乘用車總銷量比例的15-25%，分別取值15%、17%、19%、21%、23%、25%作為彈性值（作為比較還取了增速0彈性15%極端情況，即以2016年各個(gè)廠商總銷量作為2025銷量），從而測算出2025年各個(gè)廠商新能源汽車銷量（2025總銷量根據(jù)各廠商實(shí)際增速情況估計(jì)），然后根據(jù)各個(gè)廠商實(shí)際銷量情況估算出2016-2025新能源汽車銷量增速，得到每一年的銷量預(yù)計(jì)，最后以2016年各個(gè)廠商生產(chǎn)EV、PHEV的比例和單車電池量（沒有的取平均值）為標(biāo)準(zhǔn)，并且假定2025年EV占比達(dá)到80%，從而推算出從2017-2025年在不同彈性條件下總電池需求量，進(jìn)而根據(jù)1kWh電池對(duì)應(yīng)鋰、鈷的含量測算對(duì)應(yīng)鋰、鈷的需求。

 

電池假設(shè)全為三元622或811：考慮到國際廠商乘用車大多走三元路線，未來進(jìn)一步提升電池能量密度，未來存在從三元622到811技術(shù)路徑的轉(zhuǎn)移，所以對(duì)總需求假設(shè)了全部為三元622和三元811兩個(gè)極端，即以10大廠商2017-2025電池總需求量乘單位電池對(duì)應(yīng)的鋰、鈷的含量得到2017-2025年不同彈性下對(duì)鋰和鈷的需求曲線。

 

鈷和鋰供給未來將有較大缺口

 

鋰資源將在2019-2021年間供不應(yīng)求根據(jù)前面的假設(shè)，隨著世界十大汽車廠商新能源汽車在2019年開始加速增長，對(duì)鋰資源的需求也成爆發(fā)式增長，而對(duì)應(yīng)15%、25%需求彈性，鋰供給在2019、2021年即開始供不應(yīng)求，而考慮到上游資源的滯后性（從鋰資源開采新能源汽車制造需要一段時(shí)間），供不應(yīng)求的時(shí)間或會(huì)提前。同時(shí)該需求僅為世界10大傳統(tǒng)汽車廠商新能源汽車對(duì)原材料的需求，并未考慮特斯拉、比亞迪等企業(yè)，故鋰資源會(huì)在2019年以前開始短缺。

 

鈷資源供給不足倒逼三元向811路徑發(fā)展從鈷的彈性供給曲線可以明顯看出，三元622路徑跟三元811路徑鈷的供需情況完全相反，假設(shè)需求全為三元622時(shí)，鈷在2019-2021年區(qū)間內(nèi)即會(huì)出現(xiàn)供不應(yīng)求的狀態(tài)，而如果需求全為三元811時(shí)，鈷供給可以滿足需求。通過測算，對(duì)鈷供給1情況，當(dāng)三元811:622達(dá)到8:2的比例時(shí)，鈷能夠達(dá)到供給平衡。

 

招商證券認(rèn)為，由于鈷本身供給彈性小，而如果主流廠商選擇三元622路線，則將在2019-2021年面臨鈷供給嚴(yán)重不足的情況，因此鈷的供給情況會(huì)倒逼新能源車企未來向三元811路徑發(fā)展。

 

通過鈷、鋰彈性供需平衡表分析，僅以世界10大傳統(tǒng)汽車廠商新能源汽車對(duì)原材料的需求（不含特斯拉、比亞迪等企業(yè)），2019-2021年將會(huì)供給緊缺，雖然目前國內(nèi)存在上游鈷、鋰資源過剩的說法，但隨著世界十大傳統(tǒng)車企新能源汽車的逐步上量，鈷、鋰等資源未來仍有較大缺口。