鋰電正極能量密度提升路線：高鎳化or單晶材料搭配高電壓

提升能量密度的關鍵在于正極材料。能量密度遵循“木桶效應”，目前負極材料比容量遠遠大于正極，石墨負極材料理論比容量372mAh/g，實際比容量在300mAh/g以上，而正極材料LFP理論比容量170 mAh/g，實際比容量150 mAh/g。三元材料實際比容量在160-220 mAh/g。

提升三元正極材料能量密度可從提克容量和提電壓兩個方向努力。三元正極材料有容量和電壓的差異，磷酸鐵鋰正極材料的電壓是恒定的，容量沒有差異性，因此三元正極材料的能量密度提升空間更大。能量密度=電壓×克容量，克容量主要與鎳元素比例相關，電壓指的是充電截止電壓，因此提升電池正極能量密度有兩條路線：

• 提容量：鎳含量越高克容量越高。三元正極材料是鎳鈷錳（鋁）酸鋰復合材料，鎳含量越高則克容量越高，按照鎳、鈷、錳（鋁）的大致構成比例，可以分為NCM333、NCM523、NCM622、NCM811、NCA等型號，其能量密度會隨著鎳含量的提高而提升。

• 提電壓：三元正極常規(guī)電壓在3.6-3.8V，高電壓平臺對應4.3~4.45V。高電壓平臺對正極材料的結(jié)構穩(wěn)定性、循環(huán)穩(wěn)定性、安全性提出了更高的要求。

圖1：鋰電池正極材料性能對比

資料來源：振華新材招股說明書、天風證券研究所

根據(jù)正極材料的微觀形貌，三元正極材料分為單晶和多晶，單晶循環(huán)穩(wěn)定性明顯優(yōu)于多晶。

• 單晶指的是一次顆粒大單晶技術。單晶材料直接由直徑2-5μm的獨立晶體構成，內(nèi)部沒有晶界，更高的結(jié)晶度、層狀穩(wěn)定性及各向異性表現(xiàn)使其安全性能與循環(huán)性能表現(xiàn)更為優(yōu)異。

• 多晶指的是二次顆粒團聚體技術。傳統(tǒng)多晶三元材料大多由納米級別的一次顆粒團聚形成的10μm左右的二次球型顆粒，其內(nèi)部存在大量晶界，循環(huán)過程中因各向異性的晶格變化，容易出現(xiàn)晶界開裂、顆粒破碎等現(xiàn)象，造成電池阻抗明顯上升。

圖2：多晶與單晶三元材料破碎對比

資料來源：鑫欏鋰電，天風證券研究所

圖3：電極壓制和電池循環(huán)過程中單晶和多晶材料的形態(tài)和界面變化

資料來源：《單晶型鎳錳鈷三元正極材料的形成和失效機理研究進展》 陳衛(wèi)曉等，天風證券研究所

單晶材料性能更穩(wěn)定，較多晶材料可承受更高電壓，因此單晶+高電壓可帶來高能量密度，單晶+高電壓一般適合鎳5系、6系，目前在向7系迭代，8系單晶正極材料合成難度高，目前難以實現(xiàn)迭代。在高電壓場景下經(jīng)過多次循環(huán)，單晶材料仍然難以擺脫產(chǎn)生晶內(nèi)裂紋甚至開裂的命運，而鎳含量的升高加劇了單晶顆粒內(nèi)部結(jié)構的惡化。單晶顆粒的粒徑更大，其內(nèi)部的鋰離子濃度在空間上不均勻，濃度差異導致其內(nèi)部各部分之間產(chǎn)生相互作用的內(nèi)力，進而導致單晶顆粒晶內(nèi)開裂。隨著鎳含量升高，單晶顆粒內(nèi)部的局部應變加劇，導致其循環(huán)穩(wěn)定性惡化，鎳含量超過90%時這種惡化更為顯著。在重復循環(huán)過程中，富鎳單晶顆粒中鋰離子濃度和應變的空間不均勻性進一步加劇，最終導致單晶NCM正極的容量衰減。

圖4：Ni含量90%的單晶正極初始充電至4.5 V的橫截面（a、b）以及循環(huán)100次之后的橫截面（c）

資料來源：《單晶富鎳NCM容量衰減機制》 Hoon-Hee Ryu、Been Namkoong，天風證券研究所

單晶中鎳+高電壓能量密度接近多晶高鎳，性價比凸顯，安全性能足

單晶鎳6系正極材料能量密度與多晶鎳8系產(chǎn)品基本持平。根據(jù)廈鎢新能發(fā)布的定增回復函，單晶Ni5系高電壓產(chǎn)品的實際應用能量密度為680.4Wh/kg，Ni6系典型產(chǎn)品（Ni65）的實際應用能量密度735.15Wh/kg，已與多晶Ni8系典型產(chǎn)品的 739.32Wh/kg 基本持平。

圖5：中鎳高電壓和高鎳性能對比

資料來源：廈鎢新能定增回復函、天風證券研究所

在單晶鎳6系三元正極材料與多晶鎳8系產(chǎn)品能量密度接近的條件下，單晶中鎳高電壓正極材料更具性價比優(yōu)勢。

• 鎳價2.6萬美金/金噸下：2022年7月14日，上海有色網(wǎng)鎳價在17.9萬元/噸，鑫欏鋰電單晶622正極材料價格在37.3萬元/噸，三元8系價格在38.35萬元/噸，差價在1.05萬元。

• 鎳價在1.5萬美金/金噸下：2020年4月13日，上海有色網(wǎng)鎳價在9.79萬元/噸，鑫欏鋰電單晶622正極材料價格在14.45萬元/噸，三元8系價格在18.55萬元/噸，差價在4.1萬元。

單晶中鎳高電壓安全性能明顯優(yōu)于高鎳。單晶材料內(nèi)部沒有晶界的存在，在多次循環(huán)后幾乎無粉碎現(xiàn)象出現(xiàn)，對于三元材料的循環(huán)穩(wěn)定性提升明顯，也因此，即便鎳55電芯在持續(xù)充放電過程中，被針刺穿也僅僅是發(fā)煙、發(fā)熱而不會起火燃燒。據(jù)欣旺達相關負責人透露，欣旺達采用單晶高電壓鎳5X體系材料，產(chǎn)熱比其它體系要低至少18%；熱穩(wěn)定性(熱失控溫度)也比其它體系高30%以上。

國內(nèi)電池廠、車廠看好單晶中鎳路線，單晶滲透率穩(wěn)步提升

寧德時代、欣旺達、瑞浦能源、領湃新能源等電池企業(yè)均在規(guī)?；瘧脝尉е墟嚥牧?，中鎳三元或?qū)⒊蔀橹卸塑囀袌鲋髁鳌?/span>自2020年起，寧德時代已經(jīng)開始大量在新能源主流車型中推廣應用單晶高電壓鎳5系電池，寧德時代與榮威、吉利、蔚來汽車合作的電池產(chǎn)品都是采用的單晶鎳5系電池。除此之外，欣旺達、瑞浦能源、領湃新能源等動力電池企業(yè)也在推行單晶中鎳的規(guī)?；瘧?。寧德時代在21年報表示高電壓三元產(chǎn)品在700km續(xù)航以內(nèi)的乘用車上得到大規(guī)模應用。

單晶三元材料市占率穩(wěn)步提升，2021年1-11月單晶滲透率不斷走高，全年位于40%上下。根據(jù)鑫欏鋰電統(tǒng)計數(shù)據(jù)，自2020年起單晶出貨量開始提速，2020Q4單晶出貨量占比三元材料正極出貨量33.46%，鑫欏鋰電預測到2021年Q4單晶三元材料市占率提升到45.11%，同比增長11.65pct。

圖6：2018-2021年單晶三元材料市占率變化（%）

資料來源：鑫欏鋰電，天風證券研究所

從型號上看，目前單晶以5系為主，鎳6系產(chǎn)品占比在快速提升。2018-2020年國內(nèi)單晶產(chǎn)品型號以5系為主，占比從2018年的62%提升至2020年的73.4%，擠占了6系的份額；單晶鎳6系產(chǎn)品自2021年下半年開始穩(wěn)步向好，并在2022年迎來快速放量，占比提升明顯。

圖7：2018-2020年各型號單晶三元材料占比編號（%）

資料來源：鑫欏鋰電，天風證券研究所

圖8：2021-2022國內(nèi)各型號單晶材料占比變化（%）

資料來源：鑫欏鋰電，天風證券研究所

鋰鹽價格居高不下，鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化加速布局

鋰鹽價格高懸，鈉離子電池因其經(jīng)濟性受到市場關注。新能源電動汽車終端銷量和滲透率高速增長導致上游鋰鹽價格暴漲，碳酸鋰價格已經(jīng)從20年初的4.6萬元/噸上漲到50萬元/噸左右，鋰鹽價格高懸不下，對電池企業(yè)造成了巨大的壓力。因此市場開始關注成本更低的鈉離子電池，21年7月，寧德時代召開鈉離子電池發(fā)布會，表示23年基本形成產(chǎn)業(yè)鏈。

圖9：國產(chǎn)電池級99.5%碳酸鋰含稅價走勢圖（萬元/噸）

資料來源：wind、天風證券研究所

根據(jù)我們的測算，碳酸鋰40萬元/噸的價格下（不含稅），鈉電池正極+負極集流體成本可比鋰電池低近70%。

• 正極：鈉電池顧名思義，最大的變化在于正極不采用鋰鹽，而是采用鈉鹽，目前主流的采用普魯士藍/白、層狀氧化物，目前成本約在6萬元/噸（目前鐵鋰正極在14萬元/噸），此外單GWh耗量上鈉正極在2000噸/GWh，鐵鋰正極在2500噸/GWh，碳酸鋰20、40萬元/噸的情況下，鈉電池正極成本較鐵鋰電池低40%、66%。

• 負極集流體：鈉電池材料體系另一個變化在負極集流體用鋁箔（鋰電池用銅箔），鋁箔價格在2-3萬元/噸，用量在350噸/GWh，而銅箔價格在9-10萬元/噸，用量在750噸/GWh，此塊鈉電池成本較鋰電池低87%。

圖10：鈉電池和鋰電池成本測算（噸/GWh、萬元/噸、億元/GWh）

資料來源：鑫欏鋰電、天風證券研究所

鈉離子電池低溫、快充優(yōu)勢明顯。寧德時代推出的第一代鈉離子電池快充能力優(yōu)異，在常溫下充電15分鐘，電量就可以達到80%；低溫性能保持率優(yōu)異，在零下20°C低溫環(huán)境下，仍然有90%以上的放電保持率。

圖11：鈉離子電池性能

資料來源：寧德時代鈉離子電池發(fā)布會，天風證券研究所

瞄準160Wh/kg以下應用場景，產(chǎn)線與鋰離子電池兼容，產(chǎn)業(yè)化難點是能量密度和循環(huán)次數(shù)的提升。

• 能量密度：鈉離子正極材料克容量一般在70-160mAh/g，目前寧德時代推出的第一代鈉離子電池正極材料克容量達到160Wh/kg，低于鐵鋰的170mAh/g。

• 循環(huán)壽命：目前在3000-5000次（此前低于3000次，已有明顯突破），低于鐵鋰的7000-10000次（衰減至70%）。

圖12：鉛酸電池、鈉離子電池、鋰離子電池性能對比

資料來源：《鈉離子電池：從基礎研究到工程化探索》 容曉暉等，天風證券研究所

我們預計鈉電池在23年初步產(chǎn)業(yè)化，23年需求在10GWh，25年需求在98GWh

鈉電池可在兩輪車上替代鉛酸，A00級別汽車、儲能領域部分替代鋰電池。鈉離子電池本身瞄準的是160Wh/kg以下應用場景，即兩輪車、低速微型電動車、儲能，這些應用最考驗兩個性能——能量密度和循環(huán)壽命。目前產(chǎn)業(yè)化的鈉電池如寧德電芯做到了160Wh/kg，我們認為這個性能可匹配兩輪車實現(xiàn)替代鉛酸（30-50Wh/Kg+300-500次的循環(huán)），在A00級別汽車、儲能領域小部分替代鋰電池。

我們預計23-25年，全球鈉電池需求量在10、30、98GWh，核心假設如下：

• 電動兩輪車：23年銷量在6000萬輛，25年在5000萬輛（這兩年正值更換期），鈉電池23-25年滲透率在10%、20%、30%。

• 儲能：我們預計23-25年需求在191、318、556GWh（考慮了80%裝機產(chǎn)量比），鈉電池滲透率在1%、3%、10%。

• A00級別汽車：年銷量一般在200萬輛+，我們假設單車單電在30度，23-25年鈉電池滲透率在5%、15%、30%。

圖13：鈉離子電池市場空間測算 （GWh）

資料來源：Marklines，ACEA，中汽協(xié)，SNE，天風證券研究所

專注三元正極材料生產(chǎn)近20年，業(yè)務涵蓋三元正極、鈷酸鋰、回收

振華新材成立于2004年4月，并于2021年9月14日在上交所科創(chuàng)板掛牌上市，控股股東為中國振華電子集團有限公司，實際控制人為中國電子信息產(chǎn)業(yè)集團有限公司。

圖14：股權結(jié)構圖（%）

資料來源：Wind、天風證券研究所

公司業(yè)務涵蓋NCM三元正極材料，以及少量鈷酸鋰、復合三元正極材料，和極少量的尖晶石結(jié)構符合改性材料。NCM三元正極材料中，營收占比最高的是鎳5系產(chǎn)品，其次是6系、8系。2018年鎳5系收入占比接近100%，2021Q1鎳5系產(chǎn)品營收占比總營收72.21%。

圖15：公司營業(yè)收入分產(chǎn)品構成（%）

資料來源：招股說明書、天風證券研究所

圖16：公司NCM三元正極材料出貨結(jié)構（%）

資料來源：招股說明書、天風證券研究所

參股回收企業(yè)紅星電子，提前布局鋰電正極材料回收，目前年產(chǎn)能在5000噸左右。

• 2016年3月：公司與青島紅星新能源技術等企業(yè)共同出資成立紅星電子，布局廢舊鋰離子電池及材料回收產(chǎn)業(yè)，加強對三元前驅(qū)體等原材料成本的控制能力。

• 2020年7月：公司參與紅星電子增資，增資完成后持有紅星電子34%股權。紅星電子利用廢舊鋰離子電池、次生物料提煉回收可用鋰元素、鈷元素等有價值材料，并將其生產(chǎn)轉(zhuǎn)化為三元前驅(qū)體等公司生產(chǎn)所用原材料。

經(jīng)營情況：公司自21年起業(yè)績進入高增期

公司2021年營收同增432%，利潤端實現(xiàn)扭虧為盈，出現(xiàn)業(yè)績拐點。2020年，受疫情影響公司部分訂單延遲，導致業(yè)績下滑。2021年實現(xiàn)營收55.2億元，同增432%。公司歸母凈利潤4.13億元，扣非凈利潤4.03億元，均實現(xiàn)扭虧為盈。綜合毛利率為14.59%，同增8.72pct，凈利率為7.48%，同增23.84pct。隨著補貼政策趨于平緩、新冠疫情得到有效防控，前期推遲訂單得到恢復執(zhí)行，下游需求得以恢復，2021年Q1公司扭虧為盈，量利回升。

圖17：2015-2021年營業(yè)收入走勢圖（億元、%）

資料來源：Wind、天風證券研究所

圖18：2015-2021年歸母凈利潤走勢圖（億元、%）

資料來源：Wind、天風證券研究所

產(chǎn)能端進入高速擴產(chǎn)期，客戶端深度綁定寧德時代

公司下轄義龍新材、貴陽新材兩個子公司，義龍新材產(chǎn)能均為NCM三元正極材料產(chǎn)能，貴陽新材產(chǎn)能為各主要產(chǎn)品NCM三元正極材料、鈷酸鋰、復合三元及其他共用。

我們預計公司22年-23年有效出貨產(chǎn)能在5.5、9.8萬噸。截止目前22年6月，公司現(xiàn)有產(chǎn)能5萬噸，沙文二期目前預計2022年第四季度左右投入使用，沙文一期技改新增產(chǎn)能預計23年一季度左右釋放。義龍三期項目未來建成后，預計公司在2025年具備年產(chǎn)約18萬噸正極材料的生產(chǎn)能力。

表1：振華新材有效出貨產(chǎn)能（萬噸/年）

資料來源：振華新材招股說明書、公司公告（年報、投資者關系活動表）、天風證券研究所

公司深度綁定寧德時代，營收占比過半。19-22Q1  寧德時代在公司營收占比分別為74%、31%、80%、73%，2020年銷售收入及占比下降的主要原因是新冠疫情爆發(fā)導致部分產(chǎn)品型號訂單推遲。此外，公司是孚能科技、新能源科技（ATL）、多氟多、天津力神、珠海冠宇、微宏動力等電池生產(chǎn)企業(yè)的重要正極材料供應商。

圖19：振華新材客戶結(jié)構

資料來源：振華新材招股說明書、天風證券研究所

看點1：公司系單晶材料領軍人，產(chǎn)品力強勁

公司系單晶材料領軍人，于2009年完成大單晶三元正極材料的研發(fā)及生產(chǎn)，其他企業(yè)于2017年才起步。振華新材在全行業(yè)較早推出第一代一次顆粒大單晶NCM523產(chǎn)品，并于2014年較早在新能源汽車上批量應用。于2016、2017年先后推出第二代、第三代大單晶NCM523產(chǎn)品，分別實現(xiàn)材料比容量和動力學穩(wěn)定性的提升。從2018年開始，為提高產(chǎn)品性價比并提升能量密度，公司陸續(xù)開發(fā)出一次顆粒大單晶中高鎳低鈷6系及高鎳低鈷8系產(chǎn)品，并已實現(xiàn)批量生產(chǎn)和銷售，滿足下游客戶及市場需求。

圖20：振華新材大單晶技術研發(fā)歷程

資料來源：招股說明書、Wind、天風證券研究所

公司多年深耕單晶正極材料，形成一系列高性能單晶正極材料合成與改性技術。公司在單晶領域不斷創(chuàng)新，在研的大單晶中高鎳、高鎳低鈷三元材料開發(fā)技術，大單晶無鈷層狀材料開發(fā)技術均處于行業(yè)領先地位，致力于為下游客戶提供高性價比的正極材料。

表2：振華新材核心技術

資料來源：公司年報，天風證券研究所

公司獨特三次燒結(jié)工藝，在三元前驅(qū)體選擇的寬泛性、工藝兼容性以及產(chǎn)品的晶體結(jié)構完整性等方面具有一定優(yōu)勢。三次燒結(jié)由于其工藝更為復雜，工藝成本更高，而三次燒結(jié)對前驅(qū)體的選擇更加寬泛，前驅(qū)體成本可能更低，整體成本與二次燒結(jié)成本水平相差不大，并可以改善鎳含量不斷提升對高鎳三元正極材料結(jié)構穩(wěn)定性、安全性和循環(huán)性能帶來的負面影響，適應了行業(yè)發(fā)展對未來正極材料產(chǎn)品的技術及工藝需求。

圖21：三次燒結(jié)工藝流程圖

資料來源：振華新材招股說明書，天風證券研究所

產(chǎn)品性能端，在同等鎳含量下，公司鎳5系、6系、8系比容量與可比公司相比具有優(yōu)勢，首次效率與行業(yè)水平相當。

圖22：振華新材和可比公司技術指標對比

資料來源：振華新材招股說明書、天風證券研究所

公司在單晶正極材料市場市占率排名第一。根據(jù)鑫欏鋰電統(tǒng)計，2021年1-11月單晶行業(yè)前五大企業(yè)分別是貴州振華（26%）、長遠鋰科（20%）、南通瑞翔（14%）、廈鎢新能源（13%）、容百科技（7%）。

圖23：2021年1-11月各企業(yè)單晶三元正極材料出貨量占比（%）

資料來源：鑫欏鋰電、天風證券研究所

看點2：鈉電池放量在即，公司有望率先受益

公司選擇層狀氧化物做鈉正極已完成送樣，正處于中試階段。寧德時代公開表示23年實現(xiàn)鈉電池產(chǎn)業(yè)化，公司原主營三元正極，未來鈉電池放量，公司有望供應鈉電正極。公司鈉電正極選擇的是層狀氧化物路線，與現(xiàn)有三元材料生產(chǎn)線完全兼容，且公司的鈉離子正極材料是采取兩次燒結(jié)，假設公司利用現(xiàn)有的1萬噸三元產(chǎn)線生產(chǎn)鈉離子正極材料，產(chǎn)能預計可達1.3-1.5萬噸。公司的鈉正極已完成送樣，正在配合客戶端做中試。

公司定增擴產(chǎn)10萬噸正極產(chǎn)線兼容鈉正極，有望充分受益鈉電池行業(yè)高增。公司定增擴產(chǎn)的10萬噸正極材料生產(chǎn)線建設項目（義龍三期），主要用于生產(chǎn)高鎳、中高鎳及中鎳三元正極材料，并兼容鈉離子電池正極材料的生產(chǎn)，有利于公司充分把握動力電池及儲能電池行業(yè)快速發(fā)展的契機，及時擴大生產(chǎn)規(guī)模，提升公司經(jīng)營能力和盈利能力。

我們預計公司23-25年鈉正極出貨1.2、3.3、9.8萬噸，實現(xiàn)利潤1.5、3.9、9.8億元，利潤彈性（鈉正極利潤占比總利潤）12%、22%、38%。核心假設如下：

• 行業(yè)需求：鈉電池23-25年全球需求在10、30、98GWh（具體測算見上文）

• 單耗：1GWh鈉電池需2000噸鈉正極材料。

• 市占率：預計公司23-25年市占率在60%、55%、50%。

• 盈利能力：23-25年鈉正極噸凈利潤在1.3、1.2、1.0萬元。公司表示從規(guī)模效應和生產(chǎn)經(jīng)營難度綜合來看，預計批量供貨后鈉離子電池正極材料的盈利能力不會弱于三元材料。

圖24：鈉電池對振華新材的業(yè)績彈性測算