钠离子电池系列报告(二):层状钠电路线抢夺先机,上游电解二氧化锰弹性显著
(以下内容从国泰君安《钠离子电池系列报告(二):层状钠电路线抢夺先机,上游电解二氧化锰弹性显著》研报附件原文摘录)
摘要 钠离子电池三条正极路线各有优劣,层状金属氧化物路线抢夺产业化先机。钠离子电池按正极划分可分为层状金属氧化物材料、聚阴离子材料和普鲁士蓝类材料三类:1)短期层状过渡金属氧化物材料发展最为成熟,产业传导路径顺畅,最先具备产业化基本条件。随着2022年末中科海钠1GWh钠离子电池量产线投产,将标志着层状金属氧化物类材料成为最早产业化的材料。2)长期三路线并行发展,层状金属氧化物比容量高,聚阴离子路线循环优异,普鲁士蓝类材料成本最低,有望形成三足鼎立、优势互补新局面。 层状金属氧化物路线确定性在锰,2030年钠电耗锰突破22万吨。层状金属氧化物路线用锰确定,电池级硫酸锰与电解二氧化锰均可为其备选主材。中科海钠所选电解二氧化锰路线成本更低,工艺流程更短,具备爆发潜力。假设2030年钠电在储能和两轮车领域渗透率分别达到15%和40%,根据我们测算,预计2030年钠离子电池耗锰量达22.5万吨,对应消耗电解二氧化锰35.6万吨。 锰深加工有望进入景气周期,钠电对电解二氧化锰需求弹性显著。层状钠离子电池对锰行业拉动主要体现在深加工端。电解二氧化锰预计2030年需求超过100万吨,其中,钠离子电池将超越锰酸锂电池,成为其第一大需求拉动因素。电解二氧化锰行业经过多年沉寂,近年受锰酸锂市场拉动稳步向好,叠加扩产周期较长、前期投资较大,龙头优势将进一步巩固。高纯硫酸锰行业则主要受三元高景气影响,高纯硫酸锰扩产进展迅猛,竞争格局或将重新洗牌。 钠电产业链快速推进,上游龙头迎来新增长。受宁德时代钠电计划推动,钠离子电池产业化进程加速。多家钠离子电池公司进入中试阶段,包括中科海钠、钠创新能源在内企业的第一批量产钠离子电池计划将于2022年年底投产。2022年年底将成为检验钠离子电池进程的第一个关键节点。锂钠产线高度复用也推动锂电材料龙头探索钠电,加速钠电产业链布局。钠离子电池产业链关键格局变化将在上游,电解二氧化锰龙头可能迎来新增长。 风险提示:钠电量产速度不及预期、钠电产业链发展不及预期、下游应用需求不及预期 本期作者:肖洁,鲍雁辛 近一年,钠离子电池爆发的星星之火,凸显了其在缓解锂资源、锂成本焦虑中的商业价值。宁德时代出手钠离子电池、中国第一家钠离子电池公司中科海钠估值超过50亿、多家科学院所陆续进行钠离子电池产业化投资,多信号传达出钠离子电池的产业化时代已经来临。本文将聚焦钠离子电池的三大技术路线,深度解析路线之争,挖掘钠电产业链中的潜在投资机会。 1? 钠电工艺复用率超80%,短期看好层状金 属氧化物路线 1.1? 钠电三条路线各有优劣,层状金属氧化物 发展最成熟 钠离子电池组成与锂离子电池类似,主要由正极、负极、电解液、隔膜几大部分组成。目前,常用的钠离子正极材料主要为层状过渡金属氧化物、聚阴离子化合物和普鲁士蓝类似物三类。其中,层状过渡金属氧化物与锂电三元材料类似,聚阴离子化合物则更接近磷酸铁锂结构,普鲁士蓝是钠电新增路线。 短期层状过渡金属氧化物材料走在产业化最前列。与其他两种路线相比,层状氧化物路线发展最为成熟,产业传导路径顺畅,最先具备产业化基本条件。层状过渡金属材料基本无短板,电化学性能在三者中最为优异,理论比容量最高(~240 mAh/g)。且由于其合成方便、结构简单、原料来源广,是最具潜力的钠离子电池正极材料之一。包括中科海钠、钠创新能源在内的多家钠离子电池公司优先选择此条电池路线。2022年末,中科海钠1GWh钠离子量产线投产,将带领层状过渡金属氧化物材料成为最先产业化的钠电材料。 长期三路径或并行发展。长期来看,其他两路径各有优劣。聚阴离子化合物路线表现出较高的热稳定性、安全性和循环性,但其比容量低,导电性差,材料较贵。而普鲁士蓝化合物合成成本很低,比容量较高(~170 mAh/g),快充性能优异,但结构中结晶水难以去除,存在一定的安全隐患。如果未来两类材料限制因素得到改善,有望形成三足鼎立、优势互补新局面。 图1:三类正极材料性能优劣对比 资料来源:Web of Science,国泰君安证券研究 图2:三类正极材料应用前景评估 注:O3及P2相均属于层状金属化合物 资料来源:Advanced Energy Materials《Sodium-Ion Batteries: From Academic Research to Practical Commercialization》 表1:钠离子电池和锂离子电池正极材料电化学性能对比 资料来源:CNKI,Web of Science,国泰君安证券研究 1.2? 层状金属氧化物路线无短板,制备工艺承 袭锂电三元 比容量高,综合性能无短板。层状过渡金属氧化物(NaxMO2)结构同锂离子三元材料类似,由过渡金属层和碱金属层交替排布。该路线比容量最高,压实密度存在显著优势,具备制备较高能量密度钠离子电池潜能。与三元锂电材料相比,大体积的Na+在层状结构中的脱嵌过程往往会对材料结构造成不可逆改变(~23%),从而影响材料循环性能,需要通过元素掺杂等方法加以改性。从材料角度,层状过渡金属氧化物材料无明显短板,适用于各领域储能需求。 P2型层状过渡金属氧化物潜力亮眼。层状过渡金属氧化物以O3型(八面体型)和P2型(三棱柱型)为主流。O3型结构容量保持率低,但Na+含量高,能量密度高。P2型结构则与之互补,循环性能较好,而比容量受到限制。由于P2型结构空气稳定性更好,在安全性、倍率性能上存在优势,未来可能成为兼具比容与安全的钠电优选路线。 图3:层状过渡金属氧化物正极材料结构对比 资料来源:Advance Energy Materials《Electrochemistry and Solid-State Chemistry of NaMeO2 (Me = 3d Transition Metals)》,国泰君安证券研究 层状金属氧化物工艺易于放大,液相法与锂电三元工艺大同小异。层状金属氧化物作为发展最为成熟的路线,制备过程简单,易于放大,从技术端向产业端传导更顺畅。目前产业化层状金属氧化物钠离子电池工艺主要有液相法与固相法两类,其中,除原材料和具体工艺参数外,液相法与锂电三元正极材料制备工艺高度一致,锂电设备复用率高,易于钠离子电池的迅速产业化。固相法与液相法相比,无需前驱体制备步骤,但烧结温度更高。 图4:钠电层状过渡金属氧化物制备工艺 资料来源:Journal of The Electrochemical Society《Large-Scale Synthesis of NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2 as High Performance Cathode Materials for Sodium Ion Batteries》,CNKI《钠离子电池层状氧化物材料研究及其产业化探索》,国泰君安证券研究 图5:锂电三元材料制备工艺 资料来源:容百科技招股说明书,容百科技专利,国泰君安证券研究 1.3? 聚阴离子材料高循环高成本,核心工艺复 用锂电 高稳定性聚阴离子材料短板在能量密度与成本。聚阴离子化合物结构式为NaxMy[(XOm)n-]z(M为可变价态的过渡金属,X为P、S、V、Si等元素)。该结构中,X的氧多面体与过渡金属通过共用顶点的方式构成稳定的框架结构,Na+储存在这些框架之中。这种稳定的框架结构赋予了这类电极材料高度结构和热力学稳定性,循环寿命可以做到10000次以上。其中,包括磷酸钒钠和氟磷酸钒钠在内的NASICON(Na super ionic conductor,Na+快离子导体材料)材料性能最为优异,Na+传输速率达10-11 cm2/s,比其他钠离子正极快3-6个数量级。但庞大的阴离子基团使其比容量低且电子导电性较差,需要加入大量的碳进行包覆,而此工艺又拉低了其振实密度,使其全电池能量密度不尽理想。除此以外,所用到的钒元素较贵且有毒,难以体现钠离子电池的低成本特性。 图6:磷酸钒钠的晶体结构和钠离子迁移路径 资料来源:物理化学学报《钠离子电池磷酸盐正极材料研究进展》 主流制备工艺高度类似,新兴球磨法赋予材料降本可能。目前,磷酸铁锂制备工艺主要包括以德方纳米为首的溶胶凝胶法和大多数厂家所采用的高温固相法。溶胶凝胶法工艺产品一致性更高,但对工艺要求较高,合成难度更大。高温固相法则与之相反,设备和合成工艺简单,制备条件容易控制,但对产品批次的一致性则稍差。在钠电生产工艺中,两种方法具备与磷酸铁锂工艺相似性质,而两种方法均需用到高温烧结法。近期,中科院过程所采用新型一步机械法工艺,实现原位碳骨架构建,强化界面反应,将液相法的7天生产时间缩短至30分钟,并已与中科海钠合作,放大到商业26650圆柱电池中。该工艺为聚阴离子材料的降本提供了可能。 图7:氟磷酸钒钠制备工艺路线 资料来源:物理化学学报《钠离子电池磷酸盐正极材料研究进展》 图8:磷酸铁锂工艺路线 资料来源:德方纳米招股说明书及专利,湖南裕能招股说明书及专利,国泰君安证券研究 图9:一步机械法工艺制备氟磷酸钒钠电池显示优异电化学性能 资料来源:中国科学院网站 1.4? 普鲁士蓝成本低比容高,工艺与锂电差异 显著 普鲁士蓝类似物优缺点两极化。普鲁士蓝类似物结构式为NaxM1[M2(CN)6]y□1-y·zH2O,M1和M2一般为过渡金属元素,□为由于失去M2(CN)6基团造成的空位,一般被结合水及间隙水占据。普鲁士蓝类似物具有开放的三维空间结构,制备温度低,比容量高,循环性能优异,且原料成本远低于其他两条路线。Na+在其中的扩散速率高达到10-9 ~10-8 cm2/s。但普鲁士蓝类似物中的结晶水难以去除(约15%),长期使用可能影响电池循环稳定性。一旦结晶水进入有机电解液,将带来短路风险。除此以外,普鲁士蓝路线中用到的氰化物有毒,生产制备存在安全隐患。 图10:普鲁士蓝类材料结构和晶格缺陷 资料来源:Advanced Energy Materials《Prussian Blue Cathode Materials for Sodium-Ion Batteries and Other Ion Batteries》,国泰君安证券研究 普鲁士蓝类似物工艺放大难度大。普鲁士蓝类材料主流制备工艺为螯合剂辅助共沉淀法,通过加入螯合剂(如柠檬酸钠),降低反应速度,以形成完整晶体结构,降低结晶水含量,增加钠含量。但与其他两条路线所采用的固体烧结工艺来说,普鲁士蓝工艺放大难度更大。且与现行锂电生产工艺不同,普鲁士蓝类钠电材料需要搭建全新产线。 图11:普鲁士蓝材料制备工艺 资料来源:Advanced Energy Materials《Prussian Blue Cathode Materials for Sodium-Ion Batteries and Other Ion Batteries》,国泰君安证券研究 2? 层状金属氧化物材料机会在锰端,2030年 钠电耗锰突破21万吨 2.1? 层状体系用锰确定,锰单耗980~1000吨/ GWh 层状金属氧化物路线中用锰确定。同NCM三元材料中确定的元素组成333、523、622、或811不同,目前,层状金属氧化物路线所用过渡金属元素尚未定型,且占比各有不同。目前商业化钠离子电池中常用过渡金属元素包括锰、铁、镁、钛、镍、铜等诸多元素。其中,锰由于在地壳中含量丰富、价格便宜、价态多样,表现出优异的电化学性能,在各商业体系中均不同程度使用到,为钠电层状体系最确定元素路线之一。 图12:锰元素丰富 资料来源:Nature Review Materials《A cost and resource analysis of sodium-ion batteries》 表2:代表性电池厂商的层状金属氧化物路线 注:*电池体系均为文献或专利报道,并非公司确定材料组成 资料来源:[1] Advanced Energy Materials《The Scale-up and Commercialization of Nonaqueous Na-Ion Battery Technologies》;[2] Advanced Science《Air-Stable Copper-Based P2- Na7/9Cu2/9Fe1/9Mn 2/3O2 as a New Positive Electrode Material for Sodium-Ion Batteries》;[3] Journal of The Electrochemical Society《Large-Scale Synthesis of NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2 as High Performance Cathode Materials for Sodium Ion Batteries》;[4]国家专利局:宁德时代专利;国泰君安证券研究 2.2? 电解二氧化锰与高纯硫酸锰之争:电解二 氧化锰具成本优势 电解二氧化锰与电池级硫酸锰为层状金属氧化物所需锰原料两大主材。锰矿按品味可分为冶金用锰矿石与化工用锰矿石两类,冶金用锰矿主要用于炼钢和冶金行业,而化工用锰矿石中,用硫酸浸出锰矿石经电解、除杂、氧化等工艺后则可用于制备各类高纯锰化合物。钠电所用到的锰原材料同三元前驱体或锰酸锂所需原料类似。根据制备方法不同,层状金属氧化物可以通过电池级硫酸锰制备多元前驱体,再烧结而成,也可以直接通过电解二氧化锰直接烧结而成。例如,目前中科海钠主要采用二氧化锰固相法直接烧结,而钠创新能源则选取通过高纯硫酸锰共沉淀的液相法进行层状金属氧化物的制备。以中科海钠铜铁锰路线为例,锰矿单耗约为750~1000吨/GWh,电解二氧化锰单耗为1200~1600吨/GWh,硫酸锰晶体单耗为2000~2600吨/GWh。 成本角度电解二氧化锰为最优解。同液相法相比,固相法工艺流程更简单,但同时需要解决烧结时电池材料的一致性、均匀性问题。从成本角度,所需高纯硫酸锰质量是电解二氧化锰的1.7倍,而一般情况下电解二氧化锰价格仅为高纯硫酸锰1.4~1.6倍。中短期电解二氧化锰固相法制备层状金属氧化物型钠离子电池更具成本优势。此外,中科海钠采用固相法率先量产也将为电解二氧化锰的需求提升提供确定性。 图13:电解二氧化锰与电池级硫酸锰为钠离子层状氧化物电池制备主要原材料 资料来源:公司公告,CNKI,国泰君安证券研究 图14:层状金属氧化物路线单耗拆分 注:1、2:固相法和液相法体系均参考中科海钠铜铁锰体系 资料来源:国泰君安证券研究 图15:红星发展高纯硫酸锰与电解二氧化锰平均售价对比(元/吨) 资料来源:wind,国泰君安证券研究 图16:市场高纯硫酸锰与电解二氧化锰平均售价对比(元/吨) 资料来源:wind,国泰君安证券研究 2.3? 2030年全球钠离子电池需求达292 GWh, 耗锰量突破22万吨 2030年钠离子电池全球市场耗锰量为22.5万吨。钠离子电池目前适用场景仍以储能与两轮车为主。在电动两轮车新国标铅酸改锂需求背景下,钠离子电池比锰酸锂电池更具高能量密度与循环性能优势,无需与三元电池搭配使用,且成本不受锂价波动影响,预计在电动两轮车市场将占据较大优势。根据钠离子电池目前已披露扩产计划测算,至2025年,保守估计国内钠离子电池出货量为30 Gwh,全球出货量为36 GWh,全球耗锰量为2.8万吨。至2030年,随着钠离子电池规模化程度提升,我们测算价格将降低至0.38元/wh,比磷酸铁锂电池低31%左右。因此,2030年钠离子电池有望在储能市场及两轮车市场快速渗透,如在5G通信电站、家庭/工业储能、数据中心等储能市场,及在两轮车市场替代铅酸电池甚至锰酸锂电池,假设钠离子电池在全球储能市场与电动两轮车市场的渗透率分别达到15%与40%,预计总耗锰量将达22.5万吨,消耗电解二氧化锰35.6万吨。 图17:中国储能需求测算 资料来源:国泰君安电新《电池、储能的未来发展道路——新能源行业2022年投资策略》 图18:全球储能需求测算 资料来源:国泰君安电新《电池、储能的未来发展道路——新能源行业2022年投资策略》 表3:2020-2025年短期钠离子电池锰需求测算 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 表4:2026-2030年中长期钠离子电池锰需求测算 资料来源:智研咨询,GGII,BNEF,CONEBI,国泰君安证券研究 图19:钠离子电池、锂离子电池电芯价格比较(元/wh) 注:锂电价格为电池级碳酸锂10万元/吨时对应价格 资料来源:鑫椤锂电,国泰君安证券研究 3? 钠电拉动锰加工端快速增长,高纯硫酸锰 与EMD有望进入景气周期 3.1? 上游原材料锰矿消费结构仍以钢铁为主, 电池需求占比低 锰矿需求以钢铁为主,2030年电池耗锰量约占2.7%。当前,锰下游消费结构仍以钢铁冶金为主,中国钢铁耗锰量占到约90%。根据测算,当前二次电池产业占比仅0.3%,且主要以锰酸锂电池为主。随着三元锂电池的快速发展、新型磷酸锰铁锂电池扩产计划落地、及层状金属氧化物钠离子电池率先量产,将拉动上游锰矿需求。至2030年,二次电池锰消费预计将提升至锰总消费结构的2.7%。 图20:全球锰消费结构 资料来源:中国矿业《锰消费规律探讨及中国未来锰需求预测》 图21:中国锰消费结构 资料来源:中国矿业《锰消费规律探讨及中国未来锰需求预测》 图22:全球锰消费结构中二次电池产业占比递增 资料来源:世界钢铁协会,中国钢铁协会,国泰君安证券研究 图23:2021-2030年全球二次电池对锰消费量超90万吨(万吨) 资料来源:GGII,BNEF,CONEBI,国泰君安证券研究 3.2? 2030年EMD需求超过100万吨,钠离子电 池为其第一大需求拉动因素 电解二氧化锰中长期受钠离子电池及锰酸锂拉动,2030年钠电需求突破30万吨。近年受下游电动二轮车市场需求拉动,锰酸锂电池需求量上涨,电解二氧化锰产量随之提升。与锰酸锂电池1000次循环相比,120wh/kg级的钠离子电池目前循环性能已经达到4000次及以上,因此,钠离子电池除了可以同锰酸锂电池一样应用于小动力领域外,也可以应用到对循环要求较高的储能领域,具备更广阔的市场空间。如果钠离子电池采用固相法制备,中长期预计将超越锰酸锂电池对电解二氧化锰的快速拉动作用,在2030年带来36.4万吨的电解二氧化锰需求,电解二氧化锰市场总需求超过100万吨。 图24:中国锰酸锂正极材料出货量(万吨) 资料来源:GGII,国泰君安证券研究 图25:中国电解二氧化锰产量受锰酸锂拉动开始提速 (万吨) 资料来源:公司公告,CNKI,国泰君安证券研究 图26:2030年全球电解二氧化锰需求量超100万吨(万吨) 资料来源:wind,GGII,Fortune business insights,国泰君安证券研究 电解二氧化锰行业向好,2018-2021年间龙头企业稳步扩产。当前,EMD供应格局较为集中,湘潭电化和南方锰业两大龙头企业市占率接近60%。电解二氧化锰通过电解锰矿石直接制备,电解为其关键技术壁垒。与高纯硫酸锰相比,电解二氧化锰行业技术难度更大,扩产周期更长(1-1.5年),万吨投资额高达1亿元。2018年起受下游需求拉动,电解二氧化锰毛利润水平持续增长,以南方锰业为例,近5年实现单吨毛利润翻倍增长。电解二氧化锰龙头厂商开展一轮扩产风潮,湘潭电化近5年平均扩产节奏为1万吨/年,南方锰业通过收购宁波大锰后,凭借汇元锰业一跃成为中国最大电解二氧化锰供应商,年产能达到15万吨。但目前,电解二氧化锰厂商对需求是否持续呈观望态度,未来扩产规划很少。 图27:2021年EMD行业格局CR2=59% 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 图28:电解二氧化锰通过电解锰矿石直接制备 资料来源:湘潭电化公司公告,国泰君安证券研究 图29:电解二氧化锰成本结构拆分 资料来源:湘潭电化公司公告,国泰君安证券研究 图30: 电解二氧化锰单吨毛利润(元/吨) 注:南方锰业根据年初汇率换算 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 表5:电解二氧化锰现有产能及扩建情况 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 3.3? 高纯硫酸锰主要受三元拉动,企业坚定扩 产步伐 高纯硫酸锰主要增速在三元电池端,预计2030年需求接近80万吨。高纯硫酸锰是锂电NCM三元材料主要原材料之一,受锂电需求拉动,高纯硫酸锰近年需求快速增长,预计2030年,假设NCM电池渗透率为60%,三元电池对高纯硫酸锰需求量接近80万吨,2020-2030年复合增长率37%。 图31:锂电拉动高纯硫酸锰快速发展 资料来源:上海有色网,国泰君安证券研究 图32:高纯硫酸锰需求主要受三元电池拉动(万吨) 资料来源:GGII,国泰君安证券研究 高纯硫酸锰扩产正当时。当前高纯硫酸锰竞争格局较为分散,受三元锂电确定性需求拉动,多家企业已经开启扩产步伐。如原高纯硫酸锰龙头大龙汇成2023年将扩产至20万吨/年,钦州代表南海化工也将在2023年实现年产10万吨高纯硫酸锰产线建设。当前,高纯硫酸锰主流工艺分为电解锰锰片直接酸溶制备及锰矿粉溶解提纯法两大类。电解锰制备法工艺简单,但利润直接受锰片价格影响。2021年受电解锰供给侧改革、西南地区限产限电影响,电解锰价格暴涨,原材料成本占高纯硫酸锰成本的80%以上,迫使多家厂家停产或转产。因此,高纯硫酸锰短期会面临结构性紧缺风险。另一方面,全球最大电解金属锰企业宁夏天元则宣布建设年产100万吨高纯硫酸锰项目,建成投产后,宁夏天元锰业将成为国内及至全球最大的高纯硫酸锰生产企业。宁夏天元稳定的原料供给、简单的后续处理工艺将对其利润起到支撑作用,叠加高纯硫酸锰投产周期短(约半年),预计将快速对高纯硫酸锰行业格局造成冲击。 图33:2021年高纯硫酸锰行业格局 资料来源:上海有色网,国泰君安证券研究 表6:高纯硫酸锰现有产能及扩建情况 资料来源:公司公告,上海有色网,国泰君安证券研究 图34:高纯硫酸锰制备主要有(a)电解锰制备与(b)锰矿粉制备两条路线 资料来源:湘潭电化公司公告,大龙汇成新材料环境影响评价公告,国泰君安证券研究 图35:电解锰制备高纯硫酸锰盈亏分析(万元/吨) 注:硫酸锰单耗计算为0.4吨(电解锰)/吨(高纯硫酸锰)。 资料来源:wind,国泰君安证券研究 4? 钠离子电池正极产业链布局顺畅,推动上 游龙头新能源转型 4.1? 钠离子电池企业陆续中试落地 2022年年底将是钠离子电池第一个量产节点。2021年下半年以来,钠离子电池企业如雨后春笋般陆续成立。包括湖南立方、众钠能源在内的部分企业率先完成中试,送样客户满意度高,并开始下一步量产线建设。预计2022年年底将是钠离子电池量产的里程碑,包括中科海钠、钠创新能源在内的第一批量产钠离子电池将受到市场检验。 表7: 国内企业钠离子电池布局动态一览 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 4.2? 锂电正极企业伺机而动 锂钠可互切加速钠电产业链布局。锂电正极龙头已开始探索钠离子电池。据不完全统计,目前已有超过10家正极材料企业着手研发钠离子电池技术,或公开表示具备钠离子电池技术储备。走在产业化前列的包括容百科技、振华新材和邦普循环,其中,容百科技已具备吨级正极供应能力,振华新材和邦普循环则进入中试阶段。钠电与锂电产线便捷切换无疑为锂电厂商的探索敞开大门,钠电产业链布局得以加速推进。 表8: 国内锂电正极企业钠离子电池布局动态一览 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 4.3? 上游原材料企业或迎新增长 钠离子电池产业链同锂离子电池高度类似,关键格局变化在上游。锰深加工行业或重新洗牌,电解二氧化锰龙头迎来新增长。 表9: 电解二氧化锰企业盈利能力比较 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 4.3.1? 湘潭电化 公司焕发电解二氧化锰新生,延链布局巩固龙头优势。公司是湘潭市国资委下属控股企业,于2007年在深圳证券交易所上市。湘潭电化作为电解二氧化锰行业历史最悠久的企业,已在行业深耕60多年,具备多型号电解二氧化锰研发与生产丰富经验,在一次电池型二氧化锰品控上具备较强优势。2017年起,受锰酸锂市场拉动,电解二氧化锰需求放量,公司积极将主营产品电解二氧化锰从一次电池领域拓展到二次电池领域,带动了公司整体营收快速增长,EMD产能利用率从2015年60%迅速提升到90%及以上。锰酸锂型二氧化锰在毛利上也具有较大优势,2021年单吨毛利达到2200元/吨,实现公司历史最佳。目前,公司电解二氧化锰年产能达到12.2万吨,上游锰矿资源已取得一个采矿权(5万吨/年)一个探矿权(储量62.77万吨)。湘潭电化同时积极向电解二氧化锰下游布局,2021年尖晶石型锰酸锂电池毛利达到8238元/吨,试生产效果良好,在一期2万吨完全投产后,将视市场增加1万吨。 图36:湘潭电化股权结构 资料来源:湘潭电化公司公告,国泰君安证券研究 图37:湘潭电化电解二氧化锰营业收入稳步增长(亿元) 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 图38:2021年湘潭电化EMD业务毛利率向好 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 图39:湘潭电化锰酸锂型EMD单吨毛利润上涨(元/吨) 注:2017-2019年电解二氧化锰包含锰酸锂型二氧化锰材料 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 图40: 湘潭电化2018年后电解二氧化锰产能利用率大幅提升 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 表10:湘潭电化主要产品产能、产量及销量 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 4.3.2? 南方锰业 锰一体化龙头体现显著规模化优势与成本优势。南方锰业作为国内电解锰和电解二氧化锰龙头,拥有完整的锰产业链,锰矿资源完全自给,且逐步向下游电池材料产品等高技术产品延伸,抗风险能力强。2020年完成汇元锰业收购后,公司电解二氧化锰产能实现跃升,2021年总计年产能15万吨,成为中国最大电解二氧化锰制造商。受电池材料拉动,公司电解二氧化锰产能利用率持续维持高位,2017-2019年接近满产,2020年收购汇元锰业后有所回落。南方锰业拥有Bembélé高品位锰矿,成本优势显著,近年电解二氧化锰毛利率稳步提升,2021年毛利率近30%,单吨毛利突破3000港元/吨,显示出强劲盈利能力与抗冲击能力。 图41:南方锰业上下游一体化 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 图42:南方锰业电解二氧化锰大步扩进(亿港元) 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 图43: 公司电解二氧化锰毛利率稳步提升 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 图44:公司电解二氧化锰单位毛利抗冲击能力强(港元/吨) 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 图45:公司电解二氧化锰产能利用率保持高位 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 表11:公司主要业务布局 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 4.3.3? 红星发展 钡盐龙头独创锰钡结合法制高纯硫酸锰,抗冲击能力显著。红星发展母体为青岛红星化工厂,1993年成立集团公司,2001年在上海证券交易所上市。公司主要业务包括钡盐、锶盐、和锰系产品。传统无机盐业务以钡盐和锶盐为主,碳酸钡产能29万吨/年,硫酸钡产能5.5万吨/年,为全国乃至全球第一。公司锰盐业务体量较小,主要依托旗下控股子公司大龙锰业,主要包括3万吨/年电解二氧化锰和3万吨/年高纯硫酸锰(调试中)。红星发展高纯硫酸锰依托独特锰钡结合工艺,将钡盐副产硫化氢用于锰盐除杂,高纯硫酸锰品质较高,成本控制良好。且通过锰矿石直接加工提纯工艺,也可有效对抗上游电解锰价格上涨带来的成本压力。2020年受疫情影响,公司锰盐产品营收同比下降27%,毛利率同比下降21%,具备一定抗冲击能力。 图46:红星发展股权结构 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 图47:红星发展高纯硫酸锰采用独有锰钡结合工艺 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 图48:红星发展电解二氧化锰营业收入 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 图49: 红星发展业务收入锰盐业务毛利率 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 图50:红星发展锰盐业务单吨毛利润(元/吨) 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 图51:红星发展高纯硫酸锰持续放量(万吨) 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 联系我们 文越 电话: +86 18916388825 E-mail: wenyue026056@gtjas.com 肖洁 电话:021-38674660 邮箱:xiaojie@gtjas.com 鲍雁辛 电话:0755-23976830 邮箱:baoyanxin@gtjas.com 国泰君安证券研究 上海 地址:上海市静安区新闸路669号博华广场20层 邮编:200041 电话: (021) 38676666 E-mail: gtjaresearch@gtjas.com 深圳 地址:深圳市福田区益田路6009号新世界中心34层 邮编:518026 电话: (0755) 23976888 北京 地址:北京市西城区金融大街甲9号金融街中心南楼18层 邮编:100032 电话: (010) 83939888 声明 本公司具有中国证监会核准的证券投资咨询业务资格 分析师声明 作者具有中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格或相当的专业胜任能力,保证报告所采用的数据均来自合规渠道,分析逻辑基于作者的职业理解,本报告清晰准确地反映了作者的研究观点,力求独立、客观和公正,结论不受任何第三方的授意或影响,特此声明。 免责声明 本报告仅供国泰君安证券股份有限公司(以下简称“本公司”)的客户使用。本公司不会因接收人收到本报告而视其为本公司的当然客户。本报告仅在相关法律许可的情况下发放,并仅为提供信息而发放,概不构成任何广告。 本报告的信息来源于已公开的资料,本公司对该等信息的准确性、完整性或可靠性不作任何保证。本报告所载的资料、意见及推测仅反映本公司于发布本报告当日的判断,本报告所指的证券或投资标的的价格、价值及投资收入可升可跌。过往表现不应作为日后的表现依据。在不同时期,本公司可发出与本报告所载资料、意见及推测不一致的报告。本公司不保证本报告所含信息保持在最新状态。同时,本公司对本报告所含信息可在不发出通知的情形下做出修改,投资者应当自行关注相应的更新或修改。 本报告中所指的投资及服务可能不适合个别客户,不构成客户私人咨询建议。在任何情况下,本报告中的信息或所表述的意见均不构成对任何人的投资建议。在任何情况下,本公司、本公司员工或者关联机构不承诺投资者一定获利,不与投资者分享投资收益,也不对任何人因使用本报告中的任何内容所引致的任何损失负任何责任。投资者务必注意,其据此做出的任何投资决策与本公司、本公司员工或者关联机构无关。 本公司利用信息隔离墙控制内部一个或多个领域、部门或关联机构之间的信息流动。因此,投资者应注意,在法律许可的情况下,本公司及其所属关联机构可能会持有报告中提到的公司所发行的证券或期权并进行证券或期权交易,也可能为这些公司提供或者争取提供投资银行、财务顾问或者金融产品等相关服务。在法律许可的情况下,本公司的员工可能担任本报告所提到的公司的董事。 市场有风险,投资需谨慎。投资者不应将本报告为作出投资决策的惟一参考因素,亦不应认为本报告可以取代自己的判断。在决定投资前,如有需要,投资者务必向专业人士咨询并谨慎决策。 本报告版权仅为本公司所有,未经书面许可,任何机构和个人不得以任何形式翻版、复制、发表或引用。如征得本公司同意进行引用、刊发的,需在允许的范围内使用,并注明出处为“国泰君安证券研究”,且不得对本报告进行任何有悖原意的引用、删节和修改。 若本公司以外的其他机构(以下简称“该机构”)发送本报告,则由该机构独自为此发送行为负责。通过此途径获得本报告的投资者应自行联系该机构以要求获悉更详细信息或进而交易本报告中提及的证券。本报告不构成本公司向该机构之客户提供的投资建议,本公司、本公司员工或者关联机构亦不为该机构之客户因使用本报告或报告所载内容引起的任何损失承担任何责任。
摘要 钠离子电池三条正极路线各有优劣,层状金属氧化物路线抢夺产业化先机。钠离子电池按正极划分可分为层状金属氧化物材料、聚阴离子材料和普鲁士蓝类材料三类:1)短期层状过渡金属氧化物材料发展最为成熟,产业传导路径顺畅,最先具备产业化基本条件。随着2022年末中科海钠1GWh钠离子电池量产线投产,将标志着层状金属氧化物类材料成为最早产业化的材料。2)长期三路线并行发展,层状金属氧化物比容量高,聚阴离子路线循环优异,普鲁士蓝类材料成本最低,有望形成三足鼎立、优势互补新局面。 层状金属氧化物路线确定性在锰,2030年钠电耗锰突破22万吨。层状金属氧化物路线用锰确定,电池级硫酸锰与电解二氧化锰均可为其备选主材。中科海钠所选电解二氧化锰路线成本更低,工艺流程更短,具备爆发潜力。假设2030年钠电在储能和两轮车领域渗透率分别达到15%和40%,根据我们测算,预计2030年钠离子电池耗锰量达22.5万吨,对应消耗电解二氧化锰35.6万吨。 锰深加工有望进入景气周期,钠电对电解二氧化锰需求弹性显著。层状钠离子电池对锰行业拉动主要体现在深加工端。电解二氧化锰预计2030年需求超过100万吨,其中,钠离子电池将超越锰酸锂电池,成为其第一大需求拉动因素。电解二氧化锰行业经过多年沉寂,近年受锰酸锂市场拉动稳步向好,叠加扩产周期较长、前期投资较大,龙头优势将进一步巩固。高纯硫酸锰行业则主要受三元高景气影响,高纯硫酸锰扩产进展迅猛,竞争格局或将重新洗牌。 钠电产业链快速推进,上游龙头迎来新增长。受宁德时代钠电计划推动,钠离子电池产业化进程加速。多家钠离子电池公司进入中试阶段,包括中科海钠、钠创新能源在内企业的第一批量产钠离子电池计划将于2022年年底投产。2022年年底将成为检验钠离子电池进程的第一个关键节点。锂钠产线高度复用也推动锂电材料龙头探索钠电,加速钠电产业链布局。钠离子电池产业链关键格局变化将在上游,电解二氧化锰龙头可能迎来新增长。 风险提示:钠电量产速度不及预期、钠电产业链发展不及预期、下游应用需求不及预期 本期作者:肖洁,鲍雁辛 近一年,钠离子电池爆发的星星之火,凸显了其在缓解锂资源、锂成本焦虑中的商业价值。宁德时代出手钠离子电池、中国第一家钠离子电池公司中科海钠估值超过50亿、多家科学院所陆续进行钠离子电池产业化投资,多信号传达出钠离子电池的产业化时代已经来临。本文将聚焦钠离子电池的三大技术路线,深度解析路线之争,挖掘钠电产业链中的潜在投资机会。 1? 钠电工艺复用率超80%,短期看好层状金 属氧化物路线 1.1? 钠电三条路线各有优劣,层状金属氧化物 发展最成熟 钠离子电池组成与锂离子电池类似,主要由正极、负极、电解液、隔膜几大部分组成。目前,常用的钠离子正极材料主要为层状过渡金属氧化物、聚阴离子化合物和普鲁士蓝类似物三类。其中,层状过渡金属氧化物与锂电三元材料类似,聚阴离子化合物则更接近磷酸铁锂结构,普鲁士蓝是钠电新增路线。 短期层状过渡金属氧化物材料走在产业化最前列。与其他两种路线相比,层状氧化物路线发展最为成熟,产业传导路径顺畅,最先具备产业化基本条件。层状过渡金属材料基本无短板,电化学性能在三者中最为优异,理论比容量最高(~240 mAh/g)。且由于其合成方便、结构简单、原料来源广,是最具潜力的钠离子电池正极材料之一。包括中科海钠、钠创新能源在内的多家钠离子电池公司优先选择此条电池路线。2022年末,中科海钠1GWh钠离子量产线投产,将带领层状过渡金属氧化物材料成为最先产业化的钠电材料。 长期三路径或并行发展。长期来看,其他两路径各有优劣。聚阴离子化合物路线表现出较高的热稳定性、安全性和循环性,但其比容量低,导电性差,材料较贵。而普鲁士蓝化合物合成成本很低,比容量较高(~170 mAh/g),快充性能优异,但结构中结晶水难以去除,存在一定的安全隐患。如果未来两类材料限制因素得到改善,有望形成三足鼎立、优势互补新局面。 图1:三类正极材料性能优劣对比 资料来源:Web of Science,国泰君安证券研究 图2:三类正极材料应用前景评估 注:O3及P2相均属于层状金属化合物 资料来源:Advanced Energy Materials《Sodium-Ion Batteries: From Academic Research to Practical Commercialization》 表1:钠离子电池和锂离子电池正极材料电化学性能对比 资料来源:CNKI,Web of Science,国泰君安证券研究 1.2? 层状金属氧化物路线无短板,制备工艺承 袭锂电三元 比容量高,综合性能无短板。层状过渡金属氧化物(NaxMO2)结构同锂离子三元材料类似,由过渡金属层和碱金属层交替排布。该路线比容量最高,压实密度存在显著优势,具备制备较高能量密度钠离子电池潜能。与三元锂电材料相比,大体积的Na+在层状结构中的脱嵌过程往往会对材料结构造成不可逆改变(~23%),从而影响材料循环性能,需要通过元素掺杂等方法加以改性。从材料角度,层状过渡金属氧化物材料无明显短板,适用于各领域储能需求。 P2型层状过渡金属氧化物潜力亮眼。层状过渡金属氧化物以O3型(八面体型)和P2型(三棱柱型)为主流。O3型结构容量保持率低,但Na+含量高,能量密度高。P2型结构则与之互补,循环性能较好,而比容量受到限制。由于P2型结构空气稳定性更好,在安全性、倍率性能上存在优势,未来可能成为兼具比容与安全的钠电优选路线。 图3:层状过渡金属氧化物正极材料结构对比 资料来源:Advance Energy Materials《Electrochemistry and Solid-State Chemistry of NaMeO2 (Me = 3d Transition Metals)》,国泰君安证券研究 层状金属氧化物工艺易于放大,液相法与锂电三元工艺大同小异。层状金属氧化物作为发展最为成熟的路线,制备过程简单,易于放大,从技术端向产业端传导更顺畅。目前产业化层状金属氧化物钠离子电池工艺主要有液相法与固相法两类,其中,除原材料和具体工艺参数外,液相法与锂电三元正极材料制备工艺高度一致,锂电设备复用率高,易于钠离子电池的迅速产业化。固相法与液相法相比,无需前驱体制备步骤,但烧结温度更高。 图4:钠电层状过渡金属氧化物制备工艺 资料来源:Journal of The Electrochemical Society《Large-Scale Synthesis of NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2 as High Performance Cathode Materials for Sodium Ion Batteries》,CNKI《钠离子电池层状氧化物材料研究及其产业化探索》,国泰君安证券研究 图5:锂电三元材料制备工艺 资料来源:容百科技招股说明书,容百科技专利,国泰君安证券研究 1.3? 聚阴离子材料高循环高成本,核心工艺复 用锂电 高稳定性聚阴离子材料短板在能量密度与成本。聚阴离子化合物结构式为NaxMy[(XOm)n-]z(M为可变价态的过渡金属,X为P、S、V、Si等元素)。该结构中,X的氧多面体与过渡金属通过共用顶点的方式构成稳定的框架结构,Na+储存在这些框架之中。这种稳定的框架结构赋予了这类电极材料高度结构和热力学稳定性,循环寿命可以做到10000次以上。其中,包括磷酸钒钠和氟磷酸钒钠在内的NASICON(Na super ionic conductor,Na+快离子导体材料)材料性能最为优异,Na+传输速率达10-11 cm2/s,比其他钠离子正极快3-6个数量级。但庞大的阴离子基团使其比容量低且电子导电性较差,需要加入大量的碳进行包覆,而此工艺又拉低了其振实密度,使其全电池能量密度不尽理想。除此以外,所用到的钒元素较贵且有毒,难以体现钠离子电池的低成本特性。 图6:磷酸钒钠的晶体结构和钠离子迁移路径 资料来源:物理化学学报《钠离子电池磷酸盐正极材料研究进展》 主流制备工艺高度类似,新兴球磨法赋予材料降本可能。目前,磷酸铁锂制备工艺主要包括以德方纳米为首的溶胶凝胶法和大多数厂家所采用的高温固相法。溶胶凝胶法工艺产品一致性更高,但对工艺要求较高,合成难度更大。高温固相法则与之相反,设备和合成工艺简单,制备条件容易控制,但对产品批次的一致性则稍差。在钠电生产工艺中,两种方法具备与磷酸铁锂工艺相似性质,而两种方法均需用到高温烧结法。近期,中科院过程所采用新型一步机械法工艺,实现原位碳骨架构建,强化界面反应,将液相法的7天生产时间缩短至30分钟,并已与中科海钠合作,放大到商业26650圆柱电池中。该工艺为聚阴离子材料的降本提供了可能。 图7:氟磷酸钒钠制备工艺路线 资料来源:物理化学学报《钠离子电池磷酸盐正极材料研究进展》 图8:磷酸铁锂工艺路线 资料来源:德方纳米招股说明书及专利,湖南裕能招股说明书及专利,国泰君安证券研究 图9:一步机械法工艺制备氟磷酸钒钠电池显示优异电化学性能 资料来源:中国科学院网站 1.4? 普鲁士蓝成本低比容高,工艺与锂电差异 显著 普鲁士蓝类似物优缺点两极化。普鲁士蓝类似物结构式为NaxM1[M2(CN)6]y□1-y·zH2O,M1和M2一般为过渡金属元素,□为由于失去M2(CN)6基团造成的空位,一般被结合水及间隙水占据。普鲁士蓝类似物具有开放的三维空间结构,制备温度低,比容量高,循环性能优异,且原料成本远低于其他两条路线。Na+在其中的扩散速率高达到10-9 ~10-8 cm2/s。但普鲁士蓝类似物中的结晶水难以去除(约15%),长期使用可能影响电池循环稳定性。一旦结晶水进入有机电解液,将带来短路风险。除此以外,普鲁士蓝路线中用到的氰化物有毒,生产制备存在安全隐患。 图10:普鲁士蓝类材料结构和晶格缺陷 资料来源:Advanced Energy Materials《Prussian Blue Cathode Materials for Sodium-Ion Batteries and Other Ion Batteries》,国泰君安证券研究 普鲁士蓝类似物工艺放大难度大。普鲁士蓝类材料主流制备工艺为螯合剂辅助共沉淀法,通过加入螯合剂(如柠檬酸钠),降低反应速度,以形成完整晶体结构,降低结晶水含量,增加钠含量。但与其他两条路线所采用的固体烧结工艺来说,普鲁士蓝工艺放大难度更大。且与现行锂电生产工艺不同,普鲁士蓝类钠电材料需要搭建全新产线。 图11:普鲁士蓝材料制备工艺 资料来源:Advanced Energy Materials《Prussian Blue Cathode Materials for Sodium-Ion Batteries and Other Ion Batteries》,国泰君安证券研究 2? 层状金属氧化物材料机会在锰端,2030年 钠电耗锰突破21万吨 2.1? 层状体系用锰确定,锰单耗980~1000吨/ GWh 层状金属氧化物路线中用锰确定。同NCM三元材料中确定的元素组成333、523、622、或811不同,目前,层状金属氧化物路线所用过渡金属元素尚未定型,且占比各有不同。目前商业化钠离子电池中常用过渡金属元素包括锰、铁、镁、钛、镍、铜等诸多元素。其中,锰由于在地壳中含量丰富、价格便宜、价态多样,表现出优异的电化学性能,在各商业体系中均不同程度使用到,为钠电层状体系最确定元素路线之一。 图12:锰元素丰富 资料来源:Nature Review Materials《A cost and resource analysis of sodium-ion batteries》 表2:代表性电池厂商的层状金属氧化物路线 注:*电池体系均为文献或专利报道,并非公司确定材料组成 资料来源:[1] Advanced Energy Materials《The Scale-up and Commercialization of Nonaqueous Na-Ion Battery Technologies》;[2] Advanced Science《Air-Stable Copper-Based P2- Na7/9Cu2/9Fe1/9Mn 2/3O2 as a New Positive Electrode Material for Sodium-Ion Batteries》;[3] Journal of The Electrochemical Society《Large-Scale Synthesis of NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2 as High Performance Cathode Materials for Sodium Ion Batteries》;[4]国家专利局:宁德时代专利;国泰君安证券研究 2.2? 电解二氧化锰与高纯硫酸锰之争:电解二 氧化锰具成本优势 电解二氧化锰与电池级硫酸锰为层状金属氧化物所需锰原料两大主材。锰矿按品味可分为冶金用锰矿石与化工用锰矿石两类,冶金用锰矿主要用于炼钢和冶金行业,而化工用锰矿石中,用硫酸浸出锰矿石经电解、除杂、氧化等工艺后则可用于制备各类高纯锰化合物。钠电所用到的锰原材料同三元前驱体或锰酸锂所需原料类似。根据制备方法不同,层状金属氧化物可以通过电池级硫酸锰制备多元前驱体,再烧结而成,也可以直接通过电解二氧化锰直接烧结而成。例如,目前中科海钠主要采用二氧化锰固相法直接烧结,而钠创新能源则选取通过高纯硫酸锰共沉淀的液相法进行层状金属氧化物的制备。以中科海钠铜铁锰路线为例,锰矿单耗约为750~1000吨/GWh,电解二氧化锰单耗为1200~1600吨/GWh,硫酸锰晶体单耗为2000~2600吨/GWh。 成本角度电解二氧化锰为最优解。同液相法相比,固相法工艺流程更简单,但同时需要解决烧结时电池材料的一致性、均匀性问题。从成本角度,所需高纯硫酸锰质量是电解二氧化锰的1.7倍,而一般情况下电解二氧化锰价格仅为高纯硫酸锰1.4~1.6倍。中短期电解二氧化锰固相法制备层状金属氧化物型钠离子电池更具成本优势。此外,中科海钠采用固相法率先量产也将为电解二氧化锰的需求提升提供确定性。 图13:电解二氧化锰与电池级硫酸锰为钠离子层状氧化物电池制备主要原材料 资料来源:公司公告,CNKI,国泰君安证券研究 图14:层状金属氧化物路线单耗拆分 注:1、2:固相法和液相法体系均参考中科海钠铜铁锰体系 资料来源:国泰君安证券研究 图15:红星发展高纯硫酸锰与电解二氧化锰平均售价对比(元/吨) 资料来源:wind,国泰君安证券研究 图16:市场高纯硫酸锰与电解二氧化锰平均售价对比(元/吨) 资料来源:wind,国泰君安证券研究 2.3? 2030年全球钠离子电池需求达292 GWh, 耗锰量突破22万吨 2030年钠离子电池全球市场耗锰量为22.5万吨。钠离子电池目前适用场景仍以储能与两轮车为主。在电动两轮车新国标铅酸改锂需求背景下,钠离子电池比锰酸锂电池更具高能量密度与循环性能优势,无需与三元电池搭配使用,且成本不受锂价波动影响,预计在电动两轮车市场将占据较大优势。根据钠离子电池目前已披露扩产计划测算,至2025年,保守估计国内钠离子电池出货量为30 Gwh,全球出货量为36 GWh,全球耗锰量为2.8万吨。至2030年,随着钠离子电池规模化程度提升,我们测算价格将降低至0.38元/wh,比磷酸铁锂电池低31%左右。因此,2030年钠离子电池有望在储能市场及两轮车市场快速渗透,如在5G通信电站、家庭/工业储能、数据中心等储能市场,及在两轮车市场替代铅酸电池甚至锰酸锂电池,假设钠离子电池在全球储能市场与电动两轮车市场的渗透率分别达到15%与40%,预计总耗锰量将达22.5万吨,消耗电解二氧化锰35.6万吨。 图17:中国储能需求测算 资料来源:国泰君安电新《电池、储能的未来发展道路——新能源行业2022年投资策略》 图18:全球储能需求测算 资料来源:国泰君安电新《电池、储能的未来发展道路——新能源行业2022年投资策略》 表3:2020-2025年短期钠离子电池锰需求测算 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 表4:2026-2030年中长期钠离子电池锰需求测算 资料来源:智研咨询,GGII,BNEF,CONEBI,国泰君安证券研究 图19:钠离子电池、锂离子电池电芯价格比较(元/wh) 注:锂电价格为电池级碳酸锂10万元/吨时对应价格 资料来源:鑫椤锂电,国泰君安证券研究 3? 钠电拉动锰加工端快速增长,高纯硫酸锰 与EMD有望进入景气周期 3.1? 上游原材料锰矿消费结构仍以钢铁为主, 电池需求占比低 锰矿需求以钢铁为主,2030年电池耗锰量约占2.7%。当前,锰下游消费结构仍以钢铁冶金为主,中国钢铁耗锰量占到约90%。根据测算,当前二次电池产业占比仅0.3%,且主要以锰酸锂电池为主。随着三元锂电池的快速发展、新型磷酸锰铁锂电池扩产计划落地、及层状金属氧化物钠离子电池率先量产,将拉动上游锰矿需求。至2030年,二次电池锰消费预计将提升至锰总消费结构的2.7%。 图20:全球锰消费结构 资料来源:中国矿业《锰消费规律探讨及中国未来锰需求预测》 图21:中国锰消费结构 资料来源:中国矿业《锰消费规律探讨及中国未来锰需求预测》 图22:全球锰消费结构中二次电池产业占比递增 资料来源:世界钢铁协会,中国钢铁协会,国泰君安证券研究 图23:2021-2030年全球二次电池对锰消费量超90万吨(万吨) 资料来源:GGII,BNEF,CONEBI,国泰君安证券研究 3.2? 2030年EMD需求超过100万吨,钠离子电 池为其第一大需求拉动因素 电解二氧化锰中长期受钠离子电池及锰酸锂拉动,2030年钠电需求突破30万吨。近年受下游电动二轮车市场需求拉动,锰酸锂电池需求量上涨,电解二氧化锰产量随之提升。与锰酸锂电池1000次循环相比,120wh/kg级的钠离子电池目前循环性能已经达到4000次及以上,因此,钠离子电池除了可以同锰酸锂电池一样应用于小动力领域外,也可以应用到对循环要求较高的储能领域,具备更广阔的市场空间。如果钠离子电池采用固相法制备,中长期预计将超越锰酸锂电池对电解二氧化锰的快速拉动作用,在2030年带来36.4万吨的电解二氧化锰需求,电解二氧化锰市场总需求超过100万吨。 图24:中国锰酸锂正极材料出货量(万吨) 资料来源:GGII,国泰君安证券研究 图25:中国电解二氧化锰产量受锰酸锂拉动开始提速 (万吨) 资料来源:公司公告,CNKI,国泰君安证券研究 图26:2030年全球电解二氧化锰需求量超100万吨(万吨) 资料来源:wind,GGII,Fortune business insights,国泰君安证券研究 电解二氧化锰行业向好,2018-2021年间龙头企业稳步扩产。当前,EMD供应格局较为集中,湘潭电化和南方锰业两大龙头企业市占率接近60%。电解二氧化锰通过电解锰矿石直接制备,电解为其关键技术壁垒。与高纯硫酸锰相比,电解二氧化锰行业技术难度更大,扩产周期更长(1-1.5年),万吨投资额高达1亿元。2018年起受下游需求拉动,电解二氧化锰毛利润水平持续增长,以南方锰业为例,近5年实现单吨毛利润翻倍增长。电解二氧化锰龙头厂商开展一轮扩产风潮,湘潭电化近5年平均扩产节奏为1万吨/年,南方锰业通过收购宁波大锰后,凭借汇元锰业一跃成为中国最大电解二氧化锰供应商,年产能达到15万吨。但目前,电解二氧化锰厂商对需求是否持续呈观望态度,未来扩产规划很少。 图27:2021年EMD行业格局CR2=59% 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 图28:电解二氧化锰通过电解锰矿石直接制备 资料来源:湘潭电化公司公告,国泰君安证券研究 图29:电解二氧化锰成本结构拆分 资料来源:湘潭电化公司公告,国泰君安证券研究 图30: 电解二氧化锰单吨毛利润(元/吨) 注:南方锰业根据年初汇率换算 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 表5:电解二氧化锰现有产能及扩建情况 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 3.3? 高纯硫酸锰主要受三元拉动,企业坚定扩 产步伐 高纯硫酸锰主要增速在三元电池端,预计2030年需求接近80万吨。高纯硫酸锰是锂电NCM三元材料主要原材料之一,受锂电需求拉动,高纯硫酸锰近年需求快速增长,预计2030年,假设NCM电池渗透率为60%,三元电池对高纯硫酸锰需求量接近80万吨,2020-2030年复合增长率37%。 图31:锂电拉动高纯硫酸锰快速发展 资料来源:上海有色网,国泰君安证券研究 图32:高纯硫酸锰需求主要受三元电池拉动(万吨) 资料来源:GGII,国泰君安证券研究 高纯硫酸锰扩产正当时。当前高纯硫酸锰竞争格局较为分散,受三元锂电确定性需求拉动,多家企业已经开启扩产步伐。如原高纯硫酸锰龙头大龙汇成2023年将扩产至20万吨/年,钦州代表南海化工也将在2023年实现年产10万吨高纯硫酸锰产线建设。当前,高纯硫酸锰主流工艺分为电解锰锰片直接酸溶制备及锰矿粉溶解提纯法两大类。电解锰制备法工艺简单,但利润直接受锰片价格影响。2021年受电解锰供给侧改革、西南地区限产限电影响,电解锰价格暴涨,原材料成本占高纯硫酸锰成本的80%以上,迫使多家厂家停产或转产。因此,高纯硫酸锰短期会面临结构性紧缺风险。另一方面,全球最大电解金属锰企业宁夏天元则宣布建设年产100万吨高纯硫酸锰项目,建成投产后,宁夏天元锰业将成为国内及至全球最大的高纯硫酸锰生产企业。宁夏天元稳定的原料供给、简单的后续处理工艺将对其利润起到支撑作用,叠加高纯硫酸锰投产周期短(约半年),预计将快速对高纯硫酸锰行业格局造成冲击。 图33:2021年高纯硫酸锰行业格局 资料来源:上海有色网,国泰君安证券研究 表6:高纯硫酸锰现有产能及扩建情况 资料来源:公司公告,上海有色网,国泰君安证券研究 图34:高纯硫酸锰制备主要有(a)电解锰制备与(b)锰矿粉制备两条路线 资料来源:湘潭电化公司公告,大龙汇成新材料环境影响评价公告,国泰君安证券研究 图35:电解锰制备高纯硫酸锰盈亏分析(万元/吨) 注:硫酸锰单耗计算为0.4吨(电解锰)/吨(高纯硫酸锰)。 资料来源:wind,国泰君安证券研究 4? 钠离子电池正极产业链布局顺畅,推动上 游龙头新能源转型 4.1? 钠离子电池企业陆续中试落地 2022年年底将是钠离子电池第一个量产节点。2021年下半年以来,钠离子电池企业如雨后春笋般陆续成立。包括湖南立方、众钠能源在内的部分企业率先完成中试,送样客户满意度高,并开始下一步量产线建设。预计2022年年底将是钠离子电池量产的里程碑,包括中科海钠、钠创新能源在内的第一批量产钠离子电池将受到市场检验。 表7: 国内企业钠离子电池布局动态一览 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 4.2? 锂电正极企业伺机而动 锂钠可互切加速钠电产业链布局。锂电正极龙头已开始探索钠离子电池。据不完全统计,目前已有超过10家正极材料企业着手研发钠离子电池技术,或公开表示具备钠离子电池技术储备。走在产业化前列的包括容百科技、振华新材和邦普循环,其中,容百科技已具备吨级正极供应能力,振华新材和邦普循环则进入中试阶段。钠电与锂电产线便捷切换无疑为锂电厂商的探索敞开大门,钠电产业链布局得以加速推进。 表8: 国内锂电正极企业钠离子电池布局动态一览 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 4.3? 上游原材料企业或迎新增长 钠离子电池产业链同锂离子电池高度类似,关键格局变化在上游。锰深加工行业或重新洗牌,电解二氧化锰龙头迎来新增长。 表9: 电解二氧化锰企业盈利能力比较 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 4.3.1? 湘潭电化 公司焕发电解二氧化锰新生,延链布局巩固龙头优势。公司是湘潭市国资委下属控股企业,于2007年在深圳证券交易所上市。湘潭电化作为电解二氧化锰行业历史最悠久的企业,已在行业深耕60多年,具备多型号电解二氧化锰研发与生产丰富经验,在一次电池型二氧化锰品控上具备较强优势。2017年起,受锰酸锂市场拉动,电解二氧化锰需求放量,公司积极将主营产品电解二氧化锰从一次电池领域拓展到二次电池领域,带动了公司整体营收快速增长,EMD产能利用率从2015年60%迅速提升到90%及以上。锰酸锂型二氧化锰在毛利上也具有较大优势,2021年单吨毛利达到2200元/吨,实现公司历史最佳。目前,公司电解二氧化锰年产能达到12.2万吨,上游锰矿资源已取得一个采矿权(5万吨/年)一个探矿权(储量62.77万吨)。湘潭电化同时积极向电解二氧化锰下游布局,2021年尖晶石型锰酸锂电池毛利达到8238元/吨,试生产效果良好,在一期2万吨完全投产后,将视市场增加1万吨。 图36:湘潭电化股权结构 资料来源:湘潭电化公司公告,国泰君安证券研究 图37:湘潭电化电解二氧化锰营业收入稳步增长(亿元) 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 图38:2021年湘潭电化EMD业务毛利率向好 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 图39:湘潭电化锰酸锂型EMD单吨毛利润上涨(元/吨) 注:2017-2019年电解二氧化锰包含锰酸锂型二氧化锰材料 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 图40: 湘潭电化2018年后电解二氧化锰产能利用率大幅提升 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 表10:湘潭电化主要产品产能、产量及销量 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 4.3.2? 南方锰业 锰一体化龙头体现显著规模化优势与成本优势。南方锰业作为国内电解锰和电解二氧化锰龙头,拥有完整的锰产业链,锰矿资源完全自给,且逐步向下游电池材料产品等高技术产品延伸,抗风险能力强。2020年完成汇元锰业收购后,公司电解二氧化锰产能实现跃升,2021年总计年产能15万吨,成为中国最大电解二氧化锰制造商。受电池材料拉动,公司电解二氧化锰产能利用率持续维持高位,2017-2019年接近满产,2020年收购汇元锰业后有所回落。南方锰业拥有Bembélé高品位锰矿,成本优势显著,近年电解二氧化锰毛利率稳步提升,2021年毛利率近30%,单吨毛利突破3000港元/吨,显示出强劲盈利能力与抗冲击能力。 图41:南方锰业上下游一体化 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 图42:南方锰业电解二氧化锰大步扩进(亿港元) 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 图43: 公司电解二氧化锰毛利率稳步提升 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 图44:公司电解二氧化锰单位毛利抗冲击能力强(港元/吨) 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 图45:公司电解二氧化锰产能利用率保持高位 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 表11:公司主要业务布局 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 4.3.3? 红星发展 钡盐龙头独创锰钡结合法制高纯硫酸锰,抗冲击能力显著。红星发展母体为青岛红星化工厂,1993年成立集团公司,2001年在上海证券交易所上市。公司主要业务包括钡盐、锶盐、和锰系产品。传统无机盐业务以钡盐和锶盐为主,碳酸钡产能29万吨/年,硫酸钡产能5.5万吨/年,为全国乃至全球第一。公司锰盐业务体量较小,主要依托旗下控股子公司大龙锰业,主要包括3万吨/年电解二氧化锰和3万吨/年高纯硫酸锰(调试中)。红星发展高纯硫酸锰依托独特锰钡结合工艺,将钡盐副产硫化氢用于锰盐除杂,高纯硫酸锰品质较高,成本控制良好。且通过锰矿石直接加工提纯工艺,也可有效对抗上游电解锰价格上涨带来的成本压力。2020年受疫情影响,公司锰盐产品营收同比下降27%,毛利率同比下降21%,具备一定抗冲击能力。 图46:红星发展股权结构 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 图47:红星发展高纯硫酸锰采用独有锰钡结合工艺 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 图48:红星发展电解二氧化锰营业收入 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 图49: 红星发展业务收入锰盐业务毛利率 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 图50:红星发展锰盐业务单吨毛利润(元/吨) 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 图51:红星发展高纯硫酸锰持续放量(万吨) 资料来源:公司公告,国泰君安证券研究 联系我们 文越 电话: +86 18916388825 E-mail: wenyue026056@gtjas.com 肖洁 电话:021-38674660 邮箱:xiaojie@gtjas.com 鲍雁辛 电话:0755-23976830 邮箱:baoyanxin@gtjas.com 国泰君安证券研究 上海 地址:上海市静安区新闸路669号博华广场20层 邮编:200041 电话: (021) 38676666 E-mail: gtjaresearch@gtjas.com 深圳 地址:深圳市福田区益田路6009号新世界中心34层 邮编:518026 电话: (0755) 23976888 北京 地址:北京市西城区金融大街甲9号金融街中心南楼18层 邮编:100032 电话: (010) 83939888 声明 本公司具有中国证监会核准的证券投资咨询业务资格 分析师声明 作者具有中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格或相当的专业胜任能力,保证报告所采用的数据均来自合规渠道,分析逻辑基于作者的职业理解,本报告清晰准确地反映了作者的研究观点,力求独立、客观和公正,结论不受任何第三方的授意或影响,特此声明。 免责声明 本报告仅供国泰君安证券股份有限公司(以下简称“本公司”)的客户使用。本公司不会因接收人收到本报告而视其为本公司的当然客户。本报告仅在相关法律许可的情况下发放,并仅为提供信息而发放,概不构成任何广告。 本报告的信息来源于已公开的资料,本公司对该等信息的准确性、完整性或可靠性不作任何保证。本报告所载的资料、意见及推测仅反映本公司于发布本报告当日的判断,本报告所指的证券或投资标的的价格、价值及投资收入可升可跌。过往表现不应作为日后的表现依据。在不同时期,本公司可发出与本报告所载资料、意见及推测不一致的报告。本公司不保证本报告所含信息保持在最新状态。同时,本公司对本报告所含信息可在不发出通知的情形下做出修改,投资者应当自行关注相应的更新或修改。 本报告中所指的投资及服务可能不适合个别客户,不构成客户私人咨询建议。在任何情况下,本报告中的信息或所表述的意见均不构成对任何人的投资建议。在任何情况下,本公司、本公司员工或者关联机构不承诺投资者一定获利,不与投资者分享投资收益,也不对任何人因使用本报告中的任何内容所引致的任何损失负任何责任。投资者务必注意,其据此做出的任何投资决策与本公司、本公司员工或者关联机构无关。 本公司利用信息隔离墙控制内部一个或多个领域、部门或关联机构之间的信息流动。因此,投资者应注意,在法律许可的情况下,本公司及其所属关联机构可能会持有报告中提到的公司所发行的证券或期权并进行证券或期权交易,也可能为这些公司提供或者争取提供投资银行、财务顾问或者金融产品等相关服务。在法律许可的情况下,本公司的员工可能担任本报告所提到的公司的董事。 市场有风险,投资需谨慎。投资者不应将本报告为作出投资决策的惟一参考因素,亦不应认为本报告可以取代自己的判断。在决定投资前,如有需要,投资者务必向专业人士咨询并谨慎决策。 本报告版权仅为本公司所有,未经书面许可,任何机构和个人不得以任何形式翻版、复制、发表或引用。如征得本公司同意进行引用、刊发的,需在允许的范围内使用,并注明出处为“国泰君安证券研究”,且不得对本报告进行任何有悖原意的引用、删节和修改。 若本公司以外的其他机构(以下简称“该机构”)发送本报告,则由该机构独自为此发送行为负责。通过此途径获得本报告的投资者应自行联系该机构以要求获悉更详细信息或进而交易本报告中提及的证券。本报告不构成本公司向该机构之客户提供的投资建议,本公司、本公司员工或者关联机构亦不为该机构之客户因使用本报告或报告所载内容引起的任何损失承担任何责任。
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