資料來源:資產信息網 千際投行 iFinD

鋰電池產業鏈上游為原材料與鋰電設備;產業鏈中游為鋰電池制造,將正極、負極、電解液、隔膜加工后形成鋰電芯,鋰電芯進行模組裝配及PACK形成了鋰電池包;下游是鋰電池應用,主要有新能源汽車儲能、消費電子、電動工具等領域,最后對鋰電池進行回收利用。

圖 鋰電池產業鏈

資料來源:資產信息網 千際投行 iFinD

鋰電池主要由正極材料、負極材料、隔膜、電解液組成。鋰離子在正負極之間遷移,與正、負極材料發生化學反應,將化學能和電能相互轉換,實現電荷的轉移,從而完成充電與放電的過程。隔膜主要是將正極與負極隔離,防止短路。

(1)鋰礦:鋰是組成鋰電池的核心金屬元素。今年以來,鋰價格一路狂飆,屢創歷史新高,嚴重擠壓了電池生產企業的利潤空間。為平抑供應鏈價格波動,實現核心原材料成本管控,電池企業通過與上游簽長單、戰略入股、合資建廠、收購等形式加速布局材料端,甚至出現中國企業在全球“搶鋰”。

(2)正極材料:是鋰電池的關鍵功能材料,也是鋰電池中成本最高的部分,約占40%。所以,鋰電池往往以正極材料來命名。常見的正極材料有三元材料、磷酸鐵鋰鈷酸鋰、錳酸鋰。當前在動力電池領域,三元材料與磷酸鐵鋰是最主要的兩種正極材料技術路線,前者成本高但續航時間長,后者續航略差但成本低且安全性高。

三元材料由不同比例的鎳、鈷、錳(鋁)元素組成,由于鈷是一種資源相對匱乏、供應鏈脆弱,且市場價格高昂的金屬,三元材料正在逐步向高鎳化甚至無鈷化發展。

(3)負極材料:鋰電池負極材料按照所用活性物質,可分為碳基和非碳基兩大類。

(4)隔膜:鋰電池隔膜是鋰電池產業鏈中最具技術壁壘的關鍵內層組件,也是最晚實現國產化的環節,在動力電池中成本占比約為10%-20%。市場上通用的隔膜材料為聚烯烴隔膜材料:聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP),目前市場化的鋰電池隔膜材料主要有PE單層、PE多層、PP單層和PP-PE-PP三層。根據工藝上的區別,鋰電池隔膜主要分為干法隔膜和濕法隔膜兩種。干法隔膜多用于磷酸鐵鋰電池,濕法隔膜多用于三元電池。

(5)電解液:電解液由高純度的有機溶劑、電解質、添加劑等原料按一定比例配制構成。其中,電解質是電解液中成本占比最高的原料,占約40%,六氟磷酸鋰是當前市場應用最廣泛的鋰電池電解質,由于具有較高的溶解度、較好的抗氧化能力、較強的電化學穩定性、與正負極材料匹配度高等特點,被稱為目前綜合性能最好的鋰電池電解質。

2.2 商業模式

圖 鋰電材料系商業模式

資料來源:OFF week鍵電網 廣發證券發展研究中心

材料企業通過自建或收購鋰電池回收企業的方式,布局末端鋰電池資源回收,拓展原料供應渠道,提升產品毛利和盈利能力,充善產業鍵布局,打造材料體系閉環。然而由于缺少對電池終端應用場景的對接,材料企業難以保證獲取回收資源的渠道。

動力鋰電池回收在我國尚處于起步階段,市場規范、回收網絡建設、回收效率等方面尚有不足之處。目前國內的退役鋰電池回收尚以小作坊為主,回收規模較小,工藝水平不健全,資源回收效率較低;且存在資質不全的企業參與,安全和環保隱患較大。

借鑒海外發達國家的鋰電回收發展可以發現,未來國內鋰電池回收主要有三種主流商業模式:

(1)以動力電池(材料)生產商為主的回收模式:此種模式下可通過電動汽車生產商和電池租賃企業的經營服務網絡,以逆向物流的方式回收。但也面臨單個企業回收實力有限,回收渠道小、資金周轉困難等難題。

(2) 行業聯盟:行業聯盟由行業內的動力電池生產商、電動汽車生產商或電池租賃公司組成,回收流程為動力電池回收組織利用其成員企業的銷售服務網絡改建為回收網絡,在回收集中后,統一運回專業的回收處理中心進行回收再利用。該模式的主要特點是影響力強、覆蓋范圍廣、模式簡單,但對合作一致性要求較高。

(3) 第三方回收:第三方企業需要獨自構建回收網絡和相關物流體系,負責回收委托企業售后市場產生的廢舊動力鋰電池,之后統一進行回收處理。

表 鋰礦指數 850543.SI主營結構(單位:萬元)

資料來源:資產信息網 千際投行 Wind

表 鋰電池指數 884039.WI主營結構(單位:萬元)

資料來源:資產信息網 千際投行 Wind

2.3 技術發展

礦石提鋰技術

鋰輝石提鋰已較成熟,云母提鋰貢獻新增長。鋰輝石提鋰技術較為成熟,主要采 用硫酸焙燒法,短期內進步空間不大,難以解決成本高、環境污染較大等問題。與鋰輝石相比,鋰云母在提取過程中主要面臨雜質較多的問題。我國江西省宜春市擁有全球最大的鋰云母礦,具有“亞洲鋰都”的美譽。目前宜春地區的企業多采用硫酸鹽焙燒法進行云母提鋰。新能源革命下鋰需求日益高漲,鋰云母將成為我國鋰資源供應的重要補充。

鹽湖提鋰技術

鹽湖稟賦不同,提鋰技術不同。根據鹽湖鹵水的資源稟賦,可將鹽湖提鋰技術分為高鎂鋰比鹽湖提鋰技術和低鎂鋰比鹽湖提鋰技術。目前已被工業化生產的鹽湖大都是低鎂鋰比鹽湖(鎂鋰比低于 8),包括沉淀法和太陽池法,其中沉淀法多應用于南美鹽湖。而高鎂鋰比鹽湖提鋰技術正在趨于成熟,我國正積極探索高鎂鋰比鹽湖的提取方法,目前比較成功的提鋰方法有吸附法、膜法、萃取法、煅燒浸取法以及電滲析法等。

(1)沉淀法:將鹵水在太陽下晾曬使其自然蒸發濃縮,經去除硼、鈣、鎂等雜質后,在母液中加入沉淀劑或鹽析劑使鋰以沉淀物的形式分離。沉淀法在工業上應用較早,工藝成熟可靠、生產成本低,但不適用高鎂鋰比的鹽湖。

(2)太陽池法:利用地區低溫氣候得到高鋰混鹽鹵水(鋰接近飽和點),再經太陽池技術蒸發、升溫得到富鋰混鹽和芒硝等沉淀。目前該方法已被西藏扎布耶鋰業高科技有限公司于扎布耶鹽湖使用。雖然該方法已經實現工業化生產,但對資源賦 存和當地自然條件要求苛刻,目前在中國藏北阿里地區和阿根廷部分地區已經沿用此方法。

(3)吸附法:通過對鋰有選擇性的吸附劑吸附鹵水中的鋰,再用淡水解吸與其他雜質分離并富集,再通過小型鹽田濃縮后化學沉淀鋰。吸附法是一種從環境和適用性 角度具有較大優勢的鋰提取技術,尤其是針對低品位的高鎂鋰比鹵水和海水提鋰。該方法的難點在于開發性能優異的吸附劑,現階段吸附劑主要分錳系、鈦系離子 篩和鋁系吸附劑。

(4)膜法:多在工業試驗階段,利用多種類型的濾膜,逐步將鹵水中雜質成分分離, 并富集濃縮鋰后化學沉淀鋰。優點是對鹵水的適應性強,工藝簡單、鋰的回收率 高、選擇性好,對環境的影響小;難點在于研發高選擇性、低能耗和良好循環性 能的濾膜。

(5)萃取法:通過有機溶劑萃取鋰實現鋰與其他雜質成分的分離和濃縮,高濃度反萃液進一步生產各種鋰鹽。優點是可以處理高鎂鋰比鹵水,且易于工業化,但對萃取設備的較高要求,研究投入大導致該技術尚未成熟。萃取法使用的萃取劑包括有機溶劑和離子液體,有機溶劑萃取選擇性高但易腐蝕、污染環境;離子液體綠色環保但是萃取劑制取復雜。

(6)煅燒法:通過對提硼后的鹵水濃縮干燥、煅燒分解為氧化鎂,接著用水溶出氧化鎂中的可溶性鋰鹽,再沉淀出碳酸鋰產品。煅燒浸取法生產工藝是青海中信國安科技發展有限公司自行開發的鹽田老鹵工藝,主要針對高鋰含量、高鎂鋰比鹽湖,易于工業化,但能耗大、腐蝕性強、環境影響大、成本高。

(7)電滲析法:在外加直流電場的作用下,固態或液態離子交換膜對水中離子具有選擇性,使水中的一部分離子透過交換膜轉移到另一部分水中,從而達到分離鎂、濃縮鋰的目的。其優勢在于可處理高鎂鋰比鹽湖、效率高;難點在于開發具有優選擇性、高鋰容量和高穩定性的鋰捕獲材料。

與礦石提鋰相比,當前鹽湖提鋰主要表現為生產成本低,但生產周期長,產能保障差。我們認為隨著技術發展及成熟,未來鹽湖提鋰的發展方向為:

(1)開采范圍不斷擴大:通過膜、吸附劑、萃取、電滲析等技術實現過去不具備經濟性的低濃度、高鎂鋰比鹽湖鹵水的開發利用。

(2)產能保障不斷提升:目前鹽湖提鋰主要采用濃縮沉淀法,故受天氣和自然環境等要素的影響,未來隨著新興技術的發展受外部環境限制度將降低。

(3)生產周期不斷縮短:采用新興技術,在富集、分離和濃縮等環節不斷優化改進,利用連續工業化生產來提高效率。

我國鹽湖提鋰不斷優化,成本下行具備經濟價值。我國鹽湖提鋰發展初期,技術 不太成熟導致成本過高,生產不具備經濟價值。據 SMM 調研,隨著技術的不斷 升級與工藝的優化,當前新興的高鎂鋰比鹽湖提鋰技術成本已基本不超過 4 萬元 /噸 LCE,相較礦石提鋰成本不具有劣勢,我們預計隨著技術的繼續完善與產量規 模的擴大鹽湖提鋰成本仍有望下行。

規模尚小,利用率不足。據 SMM,2019 年我國主要鹽湖產量約 4.5 萬噸 LCE,行業平均產能利用率僅為52%,主因是當時鋰行業景氣低迷,且大量項目處于建設期或剛剛投產,產能均未能有效釋放。

黏土提鋰技術

黏土提鋰工藝由賦存狀態決定。鋰的賦存狀態是決定黏土提鋰工藝的關鍵因素, 黏土型鋰礦的主要物質組成、化學成分決定了后續提取工藝甚至是凈化除雜過程。分類型看,碳酸鹽黏土型鋰礦主要采用焙燒后硫酸浸出;火山巖黏土型鋰礦可采用直接浸出法、助劑焙燒法和氯化硫化法;賈達爾型鋰礦可采用多級破碎和濕式閉路重選洗滌后濃硫酸浸出的方法。

黏土提鋰具有綜合優勢,開發前景良好。黏土提鋰在速度上類似礦石提鋰所需時間短,而成本又類似于鹵水提鋰處于較低范圍。此前由于下游需求規模較小,鋰輝石及鹽湖率先產業化滿足供給而輕視了品位較低的鋰黏土。在新能源汽車的帶動下鋰需求快速爆發,鋰黏土因為自身提鋰技術的進步及較大的資源儲量受到重視,具備良好的開發前景。

2.4 政策監管

我國的碳酸鋰行業政策主要由國家發改委等部位通過鼓勵地方、外資和相關行業進行產業投資及產業結構調整。例如,在《西部地區鼓勵類產業目錄(2020年本)》中,國家發改委鼓勵云南、青海等地發展碳酸鋰產業。同時,由于碳酸鋰目前的主要應用方向在動力電池領域,相關產業的政策也會對其找出一定程度的影響。

表 國家層面有關碳酸鋰政策解讀

資料來源:資產信息網 千際投行 Wind

動力鋰電池電池的相關概念在“十三五”規劃中開始被提及,綱要提及重點突破動力電池的關鍵技術;而在 “十四五”規劃中轉變為突破新能源汽車高安全動力電池關鍵技術。從“重點突破”到“突破”可以看出,國家對動力電池行業的政策支持力度明顯減弱。

儲能電池相關概念在“十二五”規劃中就被提及,其政策力度經歷了從 “增強”到“大力推進”到“加速”的演變,政策關注點也越來越全面,在“十四五”綱要中,對整體的儲能產業和儲能應用能力都做出了規劃。

表 國家層面有關鋰電池行業政策解讀

資料來源:資產信息網 千際投行 Wind

 
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