电池领域耗镍几何？

2023年6月26日 电池领域耗镍几何？ 研究员：钟明真邮箱：zmz@swfutures.com期货从业证书号：F03099911投资咨询证书号：Z0019134 正文 一、镍在电池中的应用 由于镍能提供更高的能量密度和更大的存储容量，电池用镍一直被广泛采用，镍在电池中的应用主要有三类：用于安全等电动工具的镍镉电池；用于HEV的镍氢电池；用于电动汽车和智能穿戴的三元锂离子电池。 1、镍镉电池 镍镉电池是一种二次电池，也被称为Ni-Cd电池，其主要由正极、负极和电解液组成。其中，正极是由氧化镍（NiO(OH)）和氢氧化镉混合而成的，负极则由氢氧化镉和氢氧化镍混合而成的。这两种材料的混合比例 会影响电池的性能，如容量、循环寿命等。其组成结构大致可分为隔膜、电解液以及外壳这三部分，隔膜是将正负极隔开的重要组成部分，通常采用聚丙烯或玻璃纤维材料制成，作用是防止正负极直接接触，同时允许离子在电解液中自由传递。电解液是电池中的重要组成部分，通常采用氢氧化钾或氢氧化锂等碱性电解液，作用是提供离子，使正负极之间形成电化学反应，从而产生电能。外壳是将电池内部组件封装起来的部分，通常采用金属或塑料材料制成，作用是保护电池内部组件，同时防止电池泄漏。 图1：镍镉电池结构图 数据来源（电池交易网） 镍镉电池最致命的缺点是，如果在充放电过程中处理不当，会出现严重的“记忆效应”，大大缩短使用寿命。所谓“记忆效应”，就是在电池 充电之前，电池容量没有完全放电，随着时间的推移，电池容量会减少。在电池充放电过程中电池极板上会产生一些小气泡。久而久之，这些气泡会减少电池极板的面积，间接影响电池容量。 2、镍氢电池 镍氢电池是一种碱性电池，其负极采用由储氢材料作为活性物质的氢化物电极，正极采用氢氧化镍电极，电解质为氢氧化钾水溶液。镍氢电池中，镍含量占55%，稀土占32.2%，其他为钴、锰以及铝元素。镍氢电池充电时，氢氧化钾电解液中的氢离子会被释放出来，有这些化合物将它吸收，避免形成氢气，以保持电池内部的压力的体积，当电池放电时，这些氢离子便会经由相反的过程而回到原来的地方。 与镍镉电池相比，镍氢和镍镉电池的工作电压都是1.2V，但是镍氢的体积比能量比镍镉电池高，而且比镍镉电池更轻。镍镉电池有很强的记忆效应，镍氢的记忆效应很小，故镍氢电池使用寿命较高。同时镍镉电池中含有重金属镉，目前已经禁止使用。但是由于镍镉电池优异的大倍率放电性能，在很多电动工具方面，镍氢电池还不能代替镍镉电池。 3、镍钴锰三元电池（MCN) 三元电池又称三元聚合物电池，一般指的是使用镍钴锰酸锂或者镍钴铝酸锂作为正极材料的三元锂电池。是以镍盐、钴盐、锰盐为原料,里面镍钴锰的比例可以根据实际需要调整，镍锰钴的阴极组合作为最成功的锂离子体系之一，镍以高比能量而闻名，但稳定性差；锰尖晶石结构可以实现低内阻但能量低。两种活性金属优势互补。钴价格昂贵，供应有限。电 池制造商正在降低钴含量，同时在性能上做出一些妥协。国内主要研发NCM电池，当前按照三元材料比例不同，分为111、523、622和811四种，其中811高镍电池成为重点突破方向，因为它是提升电芯能量密度关键。 二、乘乘新能源电动车东风，三元电池用镍几何？ 前文三种含镍电池，镍镉电池由于使用寿命较短，并且铬对于环境极不友好，2012年欧盟宣布禁止生产以及使用该类电池，目前市场少有产量。近年来各个国家更加注重新能源领域的布局，电动汽车由于其绿色环保的优势，成为了国家大力扶持、政策倾斜的行业，同时电动车的兴起，也带动了新能源电池的需求。 目前作用于电动车的电池类别可以分为三大类：磷酸铁锂，三元和镍氢电池。从目前市面主流车企的用车情况来看，大部分车企更偏向于三元锂电池和磷酸铁锂电池，仅少数车企部分款式的汽车采用镍氢电池，从这三种电池的特性来看，磷酸铁锂稳定性安全性高，但能量密度偏低，相较于磷酸铁锂电池，三元锂电池的能量密度更高，但成本也相对更高。镍氢电池的能量密度较低，约为三元锂电池的1/3，在电车普遍的历程焦虑下，镍氢电池并不受主流电动车生厂商的青睐。 表1：部分主流新能源车企装机电池类型 资料来源：网络公开资料而三元电池和磷酸铁锂电池各有优势，不过近年来三元电池的装机占 比呈现出逐年下降的趋势，2022年中国锂电池装机量约为303.85GWh，同比增长89%，其中磷酸铁锂电池装机量为183.5Gwh，同比增长144%；三元电池装机量为119.8Gwh，同比增长81%，三元电池占比由2017年的60%-70%一路下降到30%-40%区间。究其原因，三元电池原料成本较高，此前由于新能源汽车补贴政策更倾向于能量密度较高的三元电池，所以当时三元电池更加受市场青睐，装机量也较高，但随着补贴政策退坡，新能源汽车逐步走向市场化，磷酸铁锂电池的成本优势凸显，中低端车领域，磷酸铁锂电池对于三元电池的替代作用显现，高端车仍旧多以三元电池为主。 既然磷酸铁锂和三元电池各有优势，未来动力电池市场的主流赛道在何方呢？首先不可否认的是，磷酸铁锂电池极具成本优势，就铁锂和三元 电池的经济性而言，锂的作用是一样的，两者的区别在于钴镍与磷的差异性。根据Mysteel数据，截至６月20日磷酸铁锂电芯价格为0.7元／瓦时，三元电芯价格为0.78元／瓦时，磷酸铁锂电芯更具经济性，并且安全性更有保障，另外对于三元电池的里程优势方面，随着新技术的推行，磷酸铁锂电池差距也在逐渐缩小，早在2020年，宁德时代就推出了"无钴电池"，也就是采用CTP技术设计的磷酸铁锂电池，使得电池的体积利用率可以提高15%-20%，能量密度可以提升10%-15%。零部件数量可以减少40%，生产效率可以提升50%，投入应用后不仅电池能量密度大幅提升，还会大幅降低动力电池的制造成本。无独有偶，宁德时代在同年也推出了刀片电池，同样是采用磷酸铁锂电池，不过对电池结构进行了创新，使得体积能量密度较原有电池系统可提升30%以上。并且节省物料、人工费用等，成本有望降低30%。新技术的推出，使得磷酸铁锂电池在能量密度方面有望追赶三元电池，目前改造后的磷酸铁锂的电池，能达到400公里以上的续航里程需求，预计短时间内，国内磷酸铁锂对于三元汽车的替代作用持续凸显。 长期来看，我们认为三元电池的未来并不悲观，首先电动车智能化背景下，动力电池对于高能量密度的电池材料的追求不会止步，工信部在《锂离子电池行业规范条件》（征求意见稿）中，对动力电池能量密度要求≥180wh/kg。铁锂能量密度当前普遍在160-170wh/kg，部分厂目前暂时达不到180wh/kg的要求，随着电池技术路径向高能量密度发展的趋势，三元电池（尤其是高镍化的趋势）在能量密度方面的优势仍使得其有望在未来动力电池之争中占有一席之地，同时也将拉动镍的需求，下面我们对短 期新能源电池用镍进行大致估算： 根据国家统计局数据，2022年我国新能源汽车累计产量为636.2万辆，2023年1-5月份我国新能源汽车产量为192.9万辆，累计同比增长 43%，根据复合增长率模型我们预计2023年我国新能源汽车累计产量为 910.41万辆。由于新能源电动车用镍量受到新能源汽车类型（纯电混动对镍单耗各不相同）、动力电池装车量、三元电池占比等多种因素影响，以下测算对于部分变量采用假设估计： 从三元电池单耗上来看，根据市场主流测算，生产1Gwh的NCM333、NCM523、NCM622、NCM811需要的镍金属量分别为366、548、595、725吨，根据钢联数据，2022年三元电池3系、5系、6系、8系产量占比分别为0.53%、15.21%、29%、55.26%，随着新能源电动车补贴退坡，三元电池成本控制越发重要，在这样的背景下，三元电池高镍化成为了必然的趋势，我们未来NCM6系和NCM8系占比将进一步提高，2023年三元电池平均耗镍量为668吨/Gwh，假设单车电池需求量为52Kwh，三元电池占比下滑至34%，预计2023年中国新能源汽车对于镍的需求量为10.76万吨，同比增量有限，较2022年国内镍元素消费总量而言，仅拉动2%的消费增速。 表2：不同类型三元电池耗镍量估算 资料来源：钢联数据 表3：中国新能源汽车耗镍量估算 数据来源：wind 综合看，镍产业链已经处于全面过剩的格局，镍矿供应较为稳定，产业链中游的镍铁、硫酸镍、纯镍的产能均明显增长，而消费方面却未见明显亮点：传统消费领域不锈钢对于镍元素的需求表现较为平淡，新能源领域需求增速有限，叠加纯镍库存明显增加，镍元素过剩压力持续压制镍价，建议以偏空态度对待。 免责声明 西南期货有限公司具有期货投资咨询业务资格和经营期货业务资格（许可证号：91500000202897127J）。本报告仅供西南期货有限公司（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。 本报告中的信息来源于公开的资料或实地调研，尽管我们相信报告中资料来源的可靠性，但本公司对这些信息的准确性及完整性不作任何保证。本报告中的资料、意见、预测均反映报告初次公开发布时的判断，可能会随时调整，本公司没有义务和责任去及时更新本报告并通知客户。本报告所载的全部内容只提供给客户做参考之用，不作为客户的直接投资依据，本公司不因客户使用本报告而产生的损失承担任何责任。 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“西南期货”，且不得对本报告进行任何有悖原意的引用、删节和修改。 地址：上海市浦东新区向城路288号1101A 电话：021-61101856 地址：重庆市江北区金沙门路32号23层（不含2310、2311室） 电话：023-67070250 邮箱：xnqhyf@swfutures.com 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行交易。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。