动力电池加锰下一个暴富行业

发布时间:2022-09-18 22:33:18 来源:华体会注册网址 作者:华体会电竞入口

内容简介:  锂电池造富运动刚开启,就已经有一上游公司股价涨上天。比如磷酸铁锂材料第二的德方纳米涨了7倍,三元材料第一的容百科技涨了4倍。  所以每一次技术变革都值得重视。相比还在主流的磷酸铁锂,磷酸锰铁锂已经蓄势待发。  36氪研究采访市场多方变量后发现,磷酸锰铁锂商业化的临界点确实已经到达。  产业链的每个位置都在尝试抓住商机,对于动力电池这一创新点稀缺、却又呈现需求向上的赛道来说,不容错过速度的竞赛和新材料带来的激情:  7月中旬,欣旺达、亿纬锂能和宁德时代已将磷酸锰铁锂电池样品给车企送测;  上游材料企业试图尝试新可能,比如三元材料龙头...
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  锂电池造富运动刚开启,就已经有一上游公司股价涨上天。比如磷酸铁锂材料第二的德方纳米涨了7倍,三元材料第一的容百科技涨了4倍。

  所以每一次技术变革都值得重视。相比还在主流的磷酸铁锂,磷酸锰铁锂已经蓄势待发。

  36氪研究采访市场多方变量后发现,磷酸锰铁锂商业化的临界点确实已经到达。

  产业链的每个位置都在尝试抓住商机,对于动力电池这一创新点稀缺、却又呈现需求向上的赛道来说,不容错过速度的竞赛和新材料带来的激情:

  7月中旬,欣旺达、亿纬锂能和宁德时代已将磷酸锰铁锂电池样品给车企送测;

  上游材料企业试图尝试新可能,比如三元材料龙头当升科技、容百科技也推出磷酸锰铁锂电池,意味着一只脚已踏入这一市场;

  宁德时代宣布其自研的电池M3P(磷酸锰铁锂-三元掺混的电池)最快今年底量产,同时按最新外部消息,这款电池今年Q4将用在特斯拉Model Y车型中,材料供应商为德方纳米;

  动力电池交付B样品意味着电池研发已经到达第二阶段,即电芯研发验证已完成,将产品组装进模组或电池包。

  因为围绕动力电池,创新可能性可分为材料创新、结构创新和快充技术三种,这是一项可替代性少、需长线投入的马拉松生意,因此锂电凶“锰”,新一轮竞赛已经拉开帷幕。

  锰,在元素周期表上原子序数为25,排在铁元素前一位,在自然界中仅存在与铁所形成的矿石之中。

  过去,锰最大的用途是作为不锈钢的材料,防止其生锈或者腐蚀,有95%以上的锰用于钢铁冶金行业。但就和原本只用作农业化肥的磷一样,因为动力电池行业的突飞猛进,锰也展现出大规模跨界应用在锂电池的可能性。

  这一浪潮正席卷产业链的每一个参与者,上至锰冶炼的化工厂,下至正极材料厂商,核心推力来自于对新技术极为渴求的动力电池和整车厂,一场围绕材料创新的造富运动似乎又将上演。36氪经过采访多家相关公司和投资机构,试图回答以下问题:

  1、为何锰元素在今天可以成为动力电池材料创新的主角?何以在此刻突破商业化的临界点?

  2、元素变化之下,这场材料变革中的参与者都有谁?处于什么位置的企业更有优势?

  3、锰对上游产业的影响有多大?未来会成为继锂、镍、钴之后的第四种电池金属吗?

  磷酸锰铁锂,顾名思义,是在磷酸铁锂中掺杂一定比例的锰元素,是目前业内有明确共识的技术升级路线。

  掺混锰元素后,磷酸锰铁锂的电压平台(4.1V)更高,相较磷酸铁锂(3.4V)可以提高15%-20%的能量密度,能量密度决定了动力电池的续航水平。根据中银证券测算,磷酸锰铁锂的原材料成本比磷酸铁锂低约28%(锰铁比7:3)。

  对比同一产业位置的晶圆制造可以发现,宁德时代的成本结构中超过80%都是直接材料费,人工和制造费用降低空间极小,而中芯国际的直接材料费仅为9%。

  动力电池中,正极材料的成本占比又超过了40%,所以即便是15~20%的能量密度提升,在上游锂矿价格疯狂上涨的情况下,磷酸锰铁锂所能降低的综合成本也相当可观。而发展数年的磷酸铁锂电池也将达到理论的能量密度上限。

  横向对比固态电池、钠离子和氢能这类对电池行业有颠覆性变革的前沿技术,磷酸锰铁锂作为磷酸铁锂的升级路线似乎并不性感,但胜在短期内商业化速度更快,能够看到市场前景。

  因为动力电池行业仍属于传统的电化学产业,创新速度相对缓慢,产品需要在上下游间来回验证,不可能出现像芯片在过去六十余年中,基于摩尔定律下的性能飞跃。

  事实上,磷酸锰铁锂也并非全新的技术体系。早在2013年,比亚迪就对外透露了这项技术,声称可以将市面上的磷酸铁锂电池90Wh/Kg的能量密度提升至150Wh/Kg,达到主流三元材料的水平。

  布局更早的还有美国化工巨头陶氏化学,陶氏在2008年就通过收购一家瑞士公司HPL,获得了磷酸锰铁锂的基础专利。后来曾一度卖出了40吨磷酸锰铁锂给中航锂电(中创新航前身),同时送样给中国及日本的电池厂或车企,如比亚迪、丰田、松下、日立。

  不过,当时国内政策环境没打开这一技术的商业化窗口。因为成熟的磷酸铁锂体系是向磷酸锰铁锂升级的充分且必要条件,而彼时整体的液态电池技术都还未发展成熟。

  这之前,磷酸铁锂是否被市场买账和补贴强烈相关。2014年,新能源补贴政策倾向于高能量密度电池,有性能优势的三元材料装车量渐渐压过了磷酸铁锂。

  彼时,因补贴变动,磷酸铁锂装机量出现断崖式下跌,使得磷酸锰铁锂技术方案被尘封,陶氏化学、比亚迪等公司都在2015年、2016年相继退出或终止研发。

  这一技术路径选择直到2020年才出现拐点,比亚迪通过刀片电池的结构创新解决了磷酸铁锂能量密度较低的问题,重新将其推向了市场。

  刀片电池将单体能量密度提高至160Wh/Kg~180Wh/Kg,循环寿命超过4500次,寿命是普通三元电池的三倍以上。

  更重要的是,下游市场对电池材料综合性能(如安全性、快充技术、产品成本)的需求,超过了对续航里程的单一追求。因此,随着刀片电池产能爬坡,以及一众动力电池厂商的跟进,磷酸铁锂的装机量迅速攀升。

  2022年上半年磷酸铁锂正式超过了三元,这使得磷酸锰铁锂技术重新获得青睐,吸引各大厂商跟进布局。

  这是上游技术创新研发投入应用于下游的大规模市场反馈,经过市场验证之后才能得以看清技术路径的标准答案。

  例如,宁德时代率先推出的M3P电池,所适配的是A级车和B级车,续航里程将超过700km。A级车是国内乘用车最主要的细分市场,占比达 55%-60%,但2021年纯电车仅占5.7%。

  进一步分析,磷酸铁锂得以超过三元的重要原因正在于A00级车型的推动。2021年,A00级车市场基本被新能源车所占领,电动化率达到了95%+,而其他级别为8%-20%,形成极大反差。超低价的五菱宏光mini EV在2021年贡献了42.6万辆,销量仅次特斯拉。

  可以预见,作为家庭首购之选,A级和B级车(价格约为10万-20万元)将成为新能源车渗透率继续上升的主力车型。

  如上图所示,2022年1-5月,A级车销58.0万辆,同比增长157%;B级车销55.0万辆,同比增长112%,增速均超过了A00级车。所以,磷酸锰铁锂的装机量或将极大受益于这一趋势变化。

  原因在于入场券难抢。目前对磷酸锰铁锂布局最深入的仍是巨头公司,其核心优势就在于生产制造的壁垒。因为磷酸铁锂和磷酸锰铁锂的制备方法有相似性,技术升级路线相对平滑,拥有资金和客户资源的玩家已将产能规模拉至万吨级别。

  依次按磷酸铁锂材料的市占率来看,湖南裕能、德方纳米、常州锂源、江西升华、融通高科等正极材料公司的第一大客户均为宁德时代。

  2021年宁德时代和比亚迪磷酸铁锂动力电池装机量分别为42.9GWh和25.2GWh,两者吃下了磷酸铁锂市场绝大多数的份额。宁德时代的布局速度也是最为领先的。

  以宁德时代宣布量产的M3P电池为例,M3P即为掺杂30%-70%的磷酸锰铁锂-三元方案。据中泰研究调研,已量产的电池预计为30%与中镍三元的掺混方案。

  宁德时代背后的重要供应商就是德方纳米和江苏力泰锂能(宁德时代占有16%的股权),均是业内拥有磷酸锰铁锂制造专利和成熟产线的企业。据公司公告,德方纳米已规划的磷酸锰铁锂产能已达到44万吨,总投资约为100亿元。

  力泰锂能曾在去年9月办过一场内部的技术交流,受访的高管就提到:磷酸铁锂是半导体,加点碳就可以,但锰铁锂是绝缘体,颗粒还很小导致加工技术路线很难。行业内的技术路线都还没有统一。

  具体而言,磷酸锰铁锂的制备方法可分为两种——固相法和液相法,方法的原理就是混合锂化合物、铁化合物、磷化合物以及锰化合物,让其在特定环境下发生反应。

  前者是将原料研磨成粉末直接混合,成本较低但可能混合不均匀,后者是将原料溶解在溶剂中进行反应,性能更好,但操作流程更复杂且可能反应不充分。

  力泰锂能、湖南裕能均使用固相法,而德方纳米是液相法的头部企业。综合国金证券的调研信息,年产1万吨磷酸锰铁锂所需的投资额,如果用半固半液法生产约为1.8-2亿,和生产磷酸铁锂差不多,如果用液相法生产将高出0.2-0.6亿元。

  高投入的产能投资和需要时间积累的客户资源,也加高了创业公司入局的门票钱。

  君盛投资宋宇董事总经理对36氪分析道,“动力电池正极材料的改变一直在进行,但基本没有创业公司的机会了,因为这个领域的改进是渐进式的,不是变革性的。那么这些巨头的生产能力和研发实力会碾压创业公司。”

  在磷酸锰铁锂商业化落地在即的趋势下,最先铺开产能的公司无疑会先淘得第一桶金。例如,三元材料龙头的容百科技(市值624亿元),就选择用收购来缩短与对手的产能差距。

  7月21日,容百科技宣布以3.89亿元的价格收购天津斯科兰德,后者已经拥有了6200吨年产能的产线,掺混方案的产品循环寿命已达3000次,和主流的磷酸铁锂电池持平。容百科技创始人白厚善表示,过去容百一直没有参与磷酸铁锂的竞争,但现在磷酸锰铁锂是一个新的机会,接下来将借此踏入磷酸铁锂阵营。

  而目前,36氪看到的磷酸锰铁锂创业公司仅珩创纳米一家,其创始团队来自陶氏化学以及GE,首席科学家余心迪博士曾是陶氏化学磷酸锰铁锂项目的核心研发人员。

  据了解,珩创纳米正在盐城建设年产5000吨的磷酸锰铁锂产线月,珩创纳米获得了过亿元pre-A轮融资,由悦达投资领投,高瓴创投、沃衍资本、创维集团等机构跟投。

  “目前其他企业的核心技术壁垒在于组分及制造专利,但我们买断了陶氏化学关于磷酸锰铁锂所有核心的专利,这是很多大厂所不具备的。”珩创纳米联合创始人林芝青博士告诉36氪。

  珩创纳米所买断的磷酸锰铁锂组分专利中,中国专利覆盖了磷酸锰铁锂中锰含量超过70%的专利权益,国际专利覆盖锰含量大于50%的专利权益。

  这意味着,在国内,正极材料的锰铁比如果超过7:3将需要支付给其一部分专利费用。而基于核心的组分专利,珩创纳米能直接从基础化学结构上改进材料特性,技术迭代速度更快。

  “锰有可能成为未来正极材料中比较重要的元素,高电压平台/高克容量的几种材料体系中都有在加锰。”招商局创投丁立德对36氪表示。

  这是因为,除了磷酸锰铁锂,还有锰酸锂、富锂锰基、钠电池中的锰基高锰普鲁士白、固态电池中的镍锰二元等新电池技术路线,锰都是其中必不可少的电池金属。

  相对于磷酸锰铁锂,用于两轮车的锰酸锂已经在去年大规模应用,2020年锰酸锂材料在二轮车电芯市场出货规模中排名第一,市场份额达45%。而目前钠电池最有前景的应用市场为储能,这意味着,锰在未来的动力电池和储能电池的发展中都不会缺席。

  基于此,中信证券研报表示随着新型锰基正极材料的渗透率提升,有望使得锂电池行业用锰量在2021-2035年间增长超过10倍。受益于三元正极材料和锰酸锂材料出货量的快速增长,预计2025年锂电正极材料用锰量将超过30万吨,2021-2025年复合增长率为32%。

  在上游,国内相关的锰业上市公司红星发展、中钢天源和湘潭电化股价都在迅速拉升,7月中旬均走出了50%左右的上涨行情。上涨的核心逻辑与磷化工企业类似——即在新能源仍处于卖方市场的情况下,借由已有的原材料优势,直接从传统化工股转变为了炙手可热的新能源标的。

  从工艺流程上说,磷酸铁锂主要由碳酸锂和磷酸铁两个部分组成,磷酸铁生产链为磷矿-高纯磷酸/工业磷酸一铵-磷酸铁。磷化工和钛白粉企业都拥有低成本生产磷酸铁的能力,进入磷酸铁锂几乎没有门槛。

  在磷酸铁锂爆火之后,上游多家磷化工巨头例如川恒股份、中核钛白和兴发集团,基于原材料来源、加工技术、成本控制的优势,也通过和锂电池下游厂商合作,或入股相关企业等方式,切入磷酸铁锂正极材料。

  其中中核钛白就在去年2月,拟投资121亿元投产50万吨磷酸铁锂项目,随后市值一度从150亿拉升至394亿元。

  对照磷化工的行业发展脉络,锰金属的大规模应用也将带给上游材料入局的机会。锰矿提炼出的产品主要分为电解二氧化锰和高纯硫酸锰,均为下游电池行业的重要原料。

  以湘潭电化为例,其电解二氧化锰的现有年产能达到了12.2万吨、高纯硫酸锰的年产能达到了1万吨。据了解,湘潭电化的高纯硫酸锰已进入宁德时代供应链。

  再如,钠电池三条路线之一层状氧化物路线,所用的过渡金属锰原材料是二氧化锰和硫酸锰。这条路线的重要玩家中科海钠,已在7月28日于阜阳投产全球第一条钠电池产线GWh。中科海钠的第二、第三大股东为山西华阳股份和华为哈勃投资。

  值得一提的是,湘潭电化在2016年时就参股创立正极材料公司湖南裕能,后者现任董事长谭新乔曾在湘潭电化担任董事长超过八年。作为初创公司,湖南裕能仅用五年时间,两次利用股权置换获得了正极材料关键技术,做到了磷酸铁锂阵营第一。这些操作正是出自湘潭电化高管团队的手笔。

  裕能作为绑定宁德时代和比亚迪的正极材料供应商,磷酸锰铁锂的商业化加速,无疑也将层层传导至湘潭电化。

  就目前已验证商业化能力的方案来看,磷酸锰铁锂不仅可以纯用,完全替代磷酸铁锂作为动力电池的正极材料,也可以混合三元材料配合使用,降低对稀有金属比如钴的依赖,从而提升一定的安全性和成本优势。

  劣势上,锰含量的增加会使电解液接触锰的数量增加,使得锰在充放电循环中的溶解,从而影响电池的循环次数,这暂时限制了磷酸锰铁锂的纯用路线。

  相对而言,第二条路线锰含量较低,相关技术也更成熟。林芝青告诉36氪:“磷酸锰铁锂的高电压平台跟三元完美契合,混合20%的条件下对能量密度下降影响很小。另外由于磷酸锰铁锂耐热性能好,可以抑制三元极端情况下的氧释放,可以明显提升三元材料的安全性。”

  因此,多家动力电池厂商率先推出的,都是磷酸锰铁锂和三元混合的正极材料方案。但这仍然是一种过渡方案,在走过这波行情之后,锰金属能否真正成为“第四种电池金属”,让产业链上生长出更大的企业,还有待时间考验。

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