三元前驅(qū)體（NCM）是鎳鈷錳酸鋰三元材料的主要組成部分，鎳鈷錳酸鋰三元材料又是三元鋰電池正極材料的主要組成部分。三元鋰電池正極材料又是三元電池的核心，而三元鋰電池構(gòu)成的電池包或電池組最終是新能源汽車的動(dòng)力來源。三元鋰電池能量密度高，只要電池安全問題得到不斷改善和解決，將成為未來動(dòng)力的方向。此外，三元鋰電池含鎳的高低直接決定電池的帶電容量，因此三元鋰電池的高鎳化發(fā)展是電池行業(yè)的大勢(shì)所趨。

一、三元材料

1.3、鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈趨勢(shì)——三元材料

鋰電池是一種常用的二次電池，其工作原理是依靠鋰離子（Li+）在正負(fù)極之間移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)充放電。區(qū)別于其他二次電池（如鎳鎘、鎳氫、鉛蓄電池），鋰電池的優(yōu)點(diǎn)非常明顯，如工作電壓高、能量密度大、循環(huán)壽命長(zhǎng)且無重金屬污染，因此被廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子和新能源汽車領(lǐng)域。鋰電池主要由正極、負(fù)極、隔膜、電解質(zhì)和電池外殼幾部分組成。

鋰電池的正負(fù)極由不同的材料構(gòu)成，涉及的產(chǎn)業(yè)鏈也不同。目前負(fù)極材料的比容量顯著高于正極材料，常用的石墨負(fù)極材料的高品質(zhì)產(chǎn)品的比容量可達(dá)365Ah/kg，已經(jīng)趨近理論極限372Ah/kg。正極材料普遍比容量較低，約130-170Ah/kg。由于電池的整體容量是由較小的正極材料的比容量決定，因此正極材料是提高鋰電池容量的關(guān)鍵所在。負(fù)極產(chǎn)業(yè)鏈主要涉及石墨材料和針狀焦等材料，顯然不是本文想要闡述的重點(diǎn)。

接下來我們仔細(xì)闡述下鋰電池的正極產(chǎn)業(yè)鏈，正極材料是鋰離子電池中最核心的部分，占鋰離子電池生產(chǎn)成本的30%以上。正極材料對(duì)電池的儲(chǔ)能密度、循環(huán)壽命、安全性等具有直接影響。常見的正極材料可以分為四種：鈷酸鋰（LCO）、錳酸鋰（LMO）、磷酸鐵鋰（LFP）和三元材料（包括NCM和NCA）。從正極材料的產(chǎn)業(yè)鏈制備來看，這其中涉及到采礦至中間品，再由前驅(qū)體制備成產(chǎn)成品的過程。其中，前驅(qū)體的性質(zhì)對(duì)于最后合成的正極材料產(chǎn)品至關(guān)重要，主要因?yàn)榍膀?qū)體的形貌、顆粒、比表面積、振實(shí)密度等對(duì)成品的性質(zhì)影響很大。

通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，不同正極材料在關(guān)鍵性能上各有優(yōu)劣。鈷酸鋰材料的安全性能較差、容量相對(duì)較低，大大限制了其應(yīng)用范圍。錳酸鋰材料在高溫循環(huán)中錳離子溶解會(huì)導(dǎo)致材料的容量嚴(yán)重衰減。磷酸鐵鋰雖然價(jià)格低廉、循環(huán)性能好和安全性高使其率先應(yīng)用于電動(dòng)汽車中，但其導(dǎo)電性能差，振實(shí)密度低限制了電池能量密度。而三元材料（NCM和NCA）結(jié)合了鈷酸鋰、鎳酸鋰和錳酸鋰（鋁酸鋰）的優(yōu)點(diǎn)，其理論容量和能量密度最優(yōu)。這意味著三元電池比磷酸鐵鋰、錳酸鋰電池的能量密度更高，續(xù)航里程更強(qiáng)。而且，隨著技術(shù)的革新，三元材料為正極的電池已經(jīng)逐步取代以磷酸鐵鋰材料為正極的電池，預(yù)計(jì)未來會(huì)成為動(dòng)力電池主流趨勢(shì)。

1.4、三元材料高鎳化趨勢(shì)

早期正極材料用的是鈷酸鋰（LiCoO2），隨后發(fā)現(xiàn)鎳酸鋰（LiNiO2）在結(jié)構(gòu)上與鈷酸鋰（LiCoO2）相似，但其在循環(huán)放電過程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差且電池容量衰減較快，因此并沒有受到普及。隨著材料研發(fā)技術(shù)進(jìn)步，人們發(fā)現(xiàn)部分Ni離子可以被其他金屬離子替代形成較好的穩(wěn)定性，而且多元金屬摻雜替代能夠解決不可逆容量問題。由此，鎳鈷錳（NCM）和鎳鈷鋁（NCA）應(yīng)運(yùn)而生。

三元材料全稱多元金屬?gòu)?fù)合氧化物（NCA、NCM），是指三種電極材料共融而成的復(fù)合電極材料，理論上兼具每種組分的性能優(yōu)勢(shì)，化學(xué)式可寫成LiNixXyCo1-x-yO2的材料。當(dāng)X為Mn和Al時(shí)，分別指的是NCM鎳鈷錳和NCA鎳鈷鋁三元材料。事實(shí)上，NCA和NCM結(jié)構(gòu)非常相似，均是由鈷酸鋰（LiCoO2）發(fā)展而來。

由于新能源汽車的政策驅(qū)動(dòng)，市場(chǎng)對(duì)高能量密度的三元正極材料的需求增大。三元材料中Ni和Co是主要的電活性原子，Ni提供容量作用，Ni含量越高，電池的能量密度越大。Co貢獻(xiàn)一部分容量的同時(shí)可以穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，提高材料的電子導(dǎo)電性和改善循環(huán)性能。而Mn和Al只起到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的作用，同時(shí)降低材料成本。因此，為了不斷提升材料的比容量，就需要朝著高鎳化、高電壓的方向發(fā)展。三元材料的高鎳化是指含鎳量的提高，具體包括NCM622、NCM811體系與NCA體系。NCA材料鎳含量高，能量密度類似NCM811，壓實(shí)密度接近NCM523。目前Tesla電池中的正極材料NCA的Ni含量已經(jīng)達(dá)到了80%，日本住友最新實(shí)驗(yàn)甚至已超85%，而NCM中能與NCA相提并論的NCM811卻遠(yuǎn)沒有實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。由于NCA技術(shù)多被日韓企業(yè)壟斷，我國(guó)技術(shù)和供應(yīng)鏈的落后也決定了高鎳化電池只能重點(diǎn)開發(fā)NCM。因此我國(guó)三元材料的發(fā)展路徑是從NCM111到NCM523的量產(chǎn)，接著攻克NCM622，然后朝著NCM811發(fā)展。目前，我國(guó)NCM622的技術(shù)難關(guān)已得到解決，如當(dāng)升科技、杉杉等正極材料企業(yè)都形成了規(guī)模化供應(yīng)能力；國(guó)軒、CATL等電芯企業(yè)也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)NCM622電池的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，未來NCM811的發(fā)展指日可待。

2016年10月發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》計(jì)劃2020年的純電動(dòng)乘用車動(dòng)力電池的能量密度目標(biāo)為300Wh/kg，2025年目標(biāo)為400Wh/kg，2030年目標(biāo)為500Wh/kg。2017年3月發(fā)布的《促進(jìn)汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)方案》提出，到2020年動(dòng)力電池的系統(tǒng)比能量要達(dá)到260Wh/Kg，較現(xiàn)有水平翻一倍；2025年動(dòng)力電池單體比能量達(dá)500Wh/Kg。2017年4月三部委發(fā)布《汽車產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》，秉承《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》的精神，提出到2020年動(dòng)力電池的單體比能量要達(dá)到300Wh/kg，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)350Wh/kg，系統(tǒng)比能量達(dá)到300Wh/kg。目前，主流的NCM523可以達(dá)到160-200wh/kg，距離目標(biāo)300Wh/kg還有較大差距。而NCM622和NCM811分別可以達(dá)到230wh/kg和280wh/kg，所以未來三元材料高鎳化勢(shì)在必行。

二、硫酸鎳需求分析：新能源用鎳需求前景樂觀

2.1、三元電池應(yīng)用于新能源汽車的車型各異

新能源汽車不同車型采用的電池不一樣，除了特斯拉采用NCA鎳鈷鋁酸鋰電池外，國(guó)內(nèi)外新能源汽車較多采用NCM電池。其中，國(guó)內(nèi)新能源客車主要采用磷酸鐵鋰電池和錳酸鋰電池，國(guó)內(nèi)插電混乘用車、純電動(dòng)乘用車和專用車主要采用磷酸鐵鋰電池和NCM鎳鈷錳酸鋰電池。簡(jiǎn)而言之，三元電池多應(yīng)用于乘用車和專用車，客車用量幾乎為零。這是因?yàn)槿牧系谋热萘扛?，即單位體積電量更高、質(zhì)量更輕，可有效提升新能源汽車?yán)m(xù)航里程，因此廣泛應(yīng)用于乘用車和專用車等續(xù)航要求較高的車型。而它的熱穩(wěn)定性相對(duì)較差，在200℃溫度下易分解釋放出氧氣導(dǎo)致電池高溫助燃，而磷酸鐵鋰在700℃高溫下性能保持穩(wěn)定，基于安全性和行駛里程較為固定的考慮，磷酸鐵鋰更適用于新能源客車領(lǐng)域。

2.2、國(guó)內(nèi)新能源汽車補(bǔ)貼加速三元電池鎳消耗

近年來，我國(guó)出臺(tái)了對(duì)新能源汽車的各項(xiàng)補(bǔ)貼政策，對(duì)新能源汽車行業(yè)發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。2016年底，四部委發(fā)布《關(guān)于調(diào)整新能源汽車推廣應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)貼政策的通知》將國(guó)家補(bǔ)貼與能量密度掛鉤，加速了三元電池占比的提升。補(bǔ)貼對(duì)于電池能量密度的具體要求為：純電動(dòng)乘用車動(dòng)力電池系統(tǒng)的質(zhì)量能量密度不低于90Wh/kg，對(duì)高于120Wh/kg的按1.1倍給予補(bǔ)貼。非快充類純電動(dòng)客車電池系統(tǒng)能量密度要高于85Wh/kg。專用車裝載動(dòng)力電池系統(tǒng)質(zhì)量能量密度不低于90Wh/kg。由于普通的磷酸鐵鋰電池很難達(dá)到120Wh/kg，而三元電池很容易實(shí)現(xiàn)120Wh/kg以上的能量密度，這意味著為了得到更高的補(bǔ)貼，整車廠企業(yè)將更多采用三元電池。

2017年9月27日由工信部、財(cái)政部、商務(wù)部、海關(guān)總署、質(zhì)檢總局聯(lián)合公布的《乘用車企業(yè)平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法》，也就是業(yè)界俗稱的“新能源雙積分政策”。雙積分政策將從2018年4月1日正式實(shí)行，并自2019年度起實(shí)施企業(yè)平均燃料消耗量積分核算。該政策旨在鼓勵(lì)傳統(tǒng)車企實(shí)現(xiàn)向新能源領(lǐng)域的逐步轉(zhuǎn)型。此外，2017年底，財(cái)政部、稅務(wù)總局、工信部、科技部聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于免征新能源汽車車輛購(gòu)置稅的公告》中顯示，從2018年1月1日至2020年12月31日，對(duì)購(gòu)置的新能源汽車免征車輛購(gòu)置稅。這意味著國(guó)家政策不斷向新能源市場(chǎng)傾斜，有序推進(jìn)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

2.3、三元電池所需硫酸鎳和鎳金屬預(yù)測(cè)

接下來我們預(yù)測(cè)下三元電池中所需硫酸鎳和鎳需求量。這里有兩種方法可以測(cè)算：

方法一，預(yù)測(cè)全球新能源汽車銷量和電池裝機(jī)容量，根據(jù)三元電池占比計(jì)算三元電池每年裝機(jī)容量，然后根據(jù)三元電池能量密度計(jì)算三元電池裝機(jī)重量，進(jìn)而算出三元電池所需正極材料重量。再通過預(yù)測(cè)NCM和NCA電池中鎳含量占比，即可以算出硫酸鎳和鎳需求量。

方法二，通過預(yù)測(cè)全球新能源汽車銷量以及各動(dòng)力電池類型占比，可以得到各種正極材料出貨量。預(yù)測(cè)NCM和NCA電池中鎳含量占比，即可以算出硫酸鎳和鎳需求量。

由于新能源汽車不同車型的銷量和電池裝機(jī)容量詳細(xì)數(shù)據(jù)未知，因此我們直接采用鋰業(yè)科技大會(huì)中給出的全球正極材料出貨量來推測(cè)2017-2020年硫酸鎳和鎳金屬需求量。為了推演的嚴(yán)謹(jǐn)性，我們通過假設(shè)最樂觀和最悲觀兩種情形來給出鎳需求的區(qū)間，假設(shè)樂觀估計(jì)2018、2019和2020年NCM622產(chǎn)業(yè)化普及率分別為50%，70%和70%，NCM811在2019和2020年實(shí)現(xiàn)10%和20%的產(chǎn)業(yè)化普及率，由此可以得到疊加電鍍用硫酸鎳的需求，2018-2020年全球硫酸鎳需求呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，至2020年硫酸鎳需求有望達(dá)到115-122.8萬噸，對(duì)應(yīng)金屬鎳為25.72-27.42萬噸。根據(jù)安泰科統(tǒng)計(jì)，2017年全球原生鎳消費(fèi)量為218萬噸，因此測(cè)算的新增電池用鎳需求占比在2020年能達(dá)到10%以上。據(jù)了解，特斯拉計(jì)劃使用20700型電池替代18650型電池，由此可以將特斯拉model3的能量密度由233Wh/Kg提高到300Wh/Kg。若考慮特斯拉電池的替代，對(duì)應(yīng)的硫酸鎳和鎳金屬需求將進(jìn)一步提高。

2.4、長(zhǎng)期看好新能源電池用鎳需求

目前，各國(guó)政府非常重視新能源汽車的發(fā)展，以美國(guó)、日本、德國(guó)為代表的發(fā)達(dá)工業(yè)化國(guó)家分別制定了完善的鼓勵(lì)新能源汽車發(fā)展的產(chǎn)業(yè)政策。其中挪威、荷蘭、德國(guó)、印度、法國(guó)和英國(guó)等國(guó)都明確提出了燃油車停售時(shí)間表。與此同時(shí)，中國(guó)和全球多家品牌車企也明確提出規(guī)劃燃油車的停售時(shí)間和提升新能源車市場(chǎng)份額的目標(biāo)。從下圖可以看出，2020-2050是未來新能源汽車發(fā)展的黃金期，因此如果把時(shí)間拉長(zhǎng)至2050年，新能源用車將實(shí)現(xiàn)前所未有的增量，這意味著電池用鎳的需求會(huì)遠(yuǎn)超想象。

根據(jù)彭博新能源財(cái)經(jīng)預(yù)測(cè)，2021年全球電動(dòng)汽車銷量將從2017年的101.8萬輛增至300萬輛，預(yù)計(jì)2040年，新能源汽車將占全球輕型車銷量的54%（去年預(yù)測(cè)值為35%），其中歐洲占比近67%，美國(guó)和中國(guó)占比分別達(dá)58%和51%，歐洲、美國(guó)和中國(guó)將成為電動(dòng)車的核心市場(chǎng)。假設(shè)新能源汽車占比的預(yù)測(cè)值是正確的，電力將成為所有新出售的汽車的主要燃料類型。雖然仍有不少人表示懷疑，但是根據(jù)國(guó)際能源署的統(tǒng)計(jì)，從2012-2016年，電池成本下降了近一半以上。目前電池平均成本約273美元/KWh，彭博預(yù)測(cè)，當(dāng)電池價(jià)格達(dá)到100美元/KWh時(shí)，電動(dòng)汽車的成本將于傳統(tǒng)汽車相當(dāng)，預(yù)計(jì)2020年中期就能實(shí)現(xiàn)。對(duì)新能源汽車增長(zhǎng)的預(yù)測(cè)中，這是個(gè)重要的假設(shè)，如果電池價(jià)格不能很快下跌，新能源汽車將需要更長(zhǎng)的時(shí)間才能達(dá)到成本競(jìng)爭(zhēng)力。此外，彭博新能源財(cái)經(jīng)的新能源汽車首席分析師ColinMcKerracher列舉了7個(gè)可能會(huì)影響全球新能源汽車銷售增長(zhǎng)的因素，都可能不同程度的對(duì)新能源汽車發(fā)展形成影響。

三、硫酸鎳供需格局展望

目前全球約有50萬噸硫酸鎳產(chǎn)量，其國(guó)內(nèi)占比高達(dá)60%，海外占比40%。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)硫酸鎳產(chǎn)能約為35萬噸，2017年產(chǎn)量約30萬噸：金川集團(tuán)現(xiàn)有產(chǎn)能4.5-5萬噸，2018-2019年分別新增3萬和5萬噸產(chǎn)能；格林美目前現(xiàn)有產(chǎn)能7萬噸，2018年將逐漸提高產(chǎn)量；廣西銀億新材料有限公司有4-5萬噸產(chǎn)能，未來兩年產(chǎn)量將逐漸釋放；新鄉(xiāng)吉恩新能源材料有限公司2015年新建的1萬噸產(chǎn)能2017年達(dá)產(chǎn)，目前有4萬噸產(chǎn)能；光華科技(002741,股吧)2018年初擴(kuò)建5000噸電池級(jí)硫酸鎳產(chǎn)能。另外還有一些企業(yè)產(chǎn)能在1-2萬噸之間，比如江西睿鋒、金柯有色、新鄉(xiāng)超能、啟東北新等。

海外硫酸鎳產(chǎn)能約24萬噸，2017年產(chǎn)量約16.5萬噸：優(yōu)美科現(xiàn)有年產(chǎn)量3.5萬噸，未來兩年將逐漸增加2萬噸產(chǎn)能，預(yù)計(jì)2018-2019年產(chǎn)量分別為4.5萬和5.5萬噸；日本住友集團(tuán)現(xiàn)有產(chǎn)能7.5萬噸，其中，2016年底建擴(kuò)產(chǎn)的2.5萬噸硫酸鎳項(xiàng)目已達(dá)產(chǎn)，未來產(chǎn)量將逐漸達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能目標(biāo)；俄羅斯諾里爾斯克鎳業(yè)現(xiàn)有產(chǎn)能5萬噸，硫酸鎳項(xiàng)目也在不斷擴(kuò)產(chǎn)中。上述三大生產(chǎn)商占據(jù)接近60%海外產(chǎn)能，行業(yè)集中度非常高。2017年全球合計(jì)硫酸鎳產(chǎn)能近60萬噸，產(chǎn)量46.5萬噸。

結(jié)合前文測(cè)算的硫酸鎳需求，預(yù)計(jì)2017-2018年全球硫酸鎳供需維持緊平衡，隨著電池級(jí)硫酸鎳需求的快速增長(zhǎng)，2019-2020年供需缺口逐步擴(kuò)大，2020年缺口為22萬噸。

四、總結(jié)

自2014年起，鋰離子電池正極材料-三元材料用鎳已成為當(dāng)前電池行業(yè)第一大用鎳領(lǐng)域。在我的年報(bào)《新增消費(fèi)猶可期，九重泉底有臥龍》中提到，若新能源汽車用鎳需求超過15萬噸以后，整個(gè)鎳市場(chǎng)格局會(huì)發(fā)生重大變化，那時(shí)電池用鎳將超過其他非不銹鋼用鎳領(lǐng)域，成為鎳消費(fèi)的第二大領(lǐng)域。這意味著未來鎳鹽、電解鎳、含鎳生鐵的市場(chǎng)格局將會(huì)分化。因?yàn)槭苤朴诹蚧嚨V火法冶煉和紅土鎳礦濕法冶煉中間品的原料迫切需求，價(jià)格上漲會(huì)擠壓并退回部分用在含鎳生鐵的硫化鎳礦原料，再加上鎳豆/鎳板能直接用于硫酸鎳的制備，若硫酸鎳與電解鎳溢價(jià)不斷擴(kuò)大會(huì)進(jìn)一步擠壓電解鎳的市場(chǎng)份額。正如2006-2007年以后中國(guó)NPI冶煉的出現(xiàn)，鎳鐵逐漸從配角轉(zhuǎn)為主角，不斷擠占電解鎳市場(chǎng)，使鎳產(chǎn)業(yè)鏈格局發(fā)生洗牌，未來新能源汽車電池用鎳需求的增長(zhǎng)，也將使全球鎳供應(yīng)格局出現(xiàn)新的變化。