磷酸铁行业报告：LFP需求激增推动湿法磷酸-铁

　　Page 3 内容目录 正极材料：路线由能量密度、性价比共同驱动 6 正极材料决定锂电性能，能量密度和安全性是核心考量 6 现阶段磷酸铁锂正极更具性价比 7 全球“双碳”加速汽车电动化，新能源汽车消费驱动主导 7 锂电池正极材料复盘，三元材料与铁锂材料的四个阶段竞争： 8 LFP 正极优势：安全性高、能量密度提升，性价比突出、渗透率激增 10 新能源汽车销量预测：2025 年全球超 2000 万辆，国内超 750 万辆11 LFP 需求测算：2025 年全球锂电池需求 1790GWh，磷酸铁锂需求约 710GWh， 乐观预期磷酸铁需求约 122 万吨 11 LFP 供给预测：2021-2022 年磷酸铁锂-磷酸铁供给紧平衡，2023 年以后供需紧张 将逐步缓解，长期看磷酸铁锂-磷酸铁环节产能大幅过剩 13 磷酸铁：磷酸铁工艺是未来 LFP 主流生产路线 两种磷酸铁前驱体主流工艺：“铁块+磷酸”、“硫酸亚铁+磷酸一铵” 16 磷酸铁产品格局将从“精细”迈向“大宗化”，看好具备“矿电磷铁一体化”的磷酸铁生 产企业将拥有核心竞争优势 19 湿法净化磷酸：经济效益显著，有望成为未来磷酸主流工艺 19 我国湿法磷酸的产能占比有望持续攀升 19 湿法净化磷酸工艺可大大节约能耗且经济效益显著 21 推广湿法磷酸工艺经济效益更佳，副产物磷石膏问题仍待解决 23 工业级磷酸一铵：湿法生产工业级磷酸一铵的方式优点众多 28 风险提示 31 国信证券投资评级 33 分析师承诺 33 风险提示 33 证券投资咨询业务的说明 33 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 4 图表目录 图 1：常见锂电池正极材料的三种结构 6 图 2：国内锂电正极材料产量（万吨） 7 图 3：国内锂电正极材料产量结构占比 7 图 4：中国新能源汽车产量、销量和渗透率（辆，%） 8 图 5：国内锂电池价格变动趋势（元/Wh） 8 图 6：2020 年国内销量最高十款电动车车型（辆） 8 图 7：国内 LFP 正极材料出货量和增速（万吨、%） 9 图 8：国内 NCM 正极材料出货量和增速（万吨、%） 9 图 9：国内新能源商用车和乘用车销量（万辆） 9 图 10：单吨正极材料所需的原材料质量拆分（吨/吨） 10 图 11：单吨正极材料所需原材料成本测算（万元/吨） 10 图 12：全球储能市场电池需求（GWh） 10 图 13：国内二轮电动车中锂电和铅蓄电池渗透率 10 图 14：全球新能源乘用车销量和预测（万辆） 11 图 15：全球新能源乘用车销量占比结构预测 11 图 16：磷酸铁与磷酸铁锂结构式示意 15 图 17：磷酸铁锂充电与放电过程示意 15 图 18：磷酸铁锂生产工艺分类 16 图 19：不同企业制备磷酸铁路线（铁块+磷酸、硫酸亚铁+磷酸一铵工艺） 17 图 20：铵法制备磷酸铁工艺流程 17 图 21：钠法制备磷酸铁工艺流程 18 图 22：磷酸铁成本占比情况 18 图 23：磷酸铁锂正极材料成本构成结构 18 图 24：2021 年磷酸下游产品占比 20 图 25：供给侧改革下，近年来我国磷酸产能逐渐减少 20 图 26：磷酸制备工艺流程简图 20 图 27：磷酸生产工艺及来源可主要分为热法及湿法两种 21 图 28：湿法磷酸逐渐替代热法磷酸 22 图 29：热法磷酸产能下降导致磷酸总产能逐渐下降 22 图 30：二水法生产磷酸工艺流程图 23 图 31：半水-二水法生产磷酸工艺流程 23 图 32：一种湿法净化磷酸制备工艺流程简图 24 图 33：磷石膏主要用作水泥缓蚀剂 25 图 34：磷石膏综合利用率不断提高 25 图 35：我国磷酸主要用于生产磷肥 27 图 36：2021 年三季度，我国磷酸开工率不及同期水平 27 图 37：国内磷酸市场价格走势 28 图 38：大型磷化工项目磷的阶梯级利用思路 29 图 39：两步法生产工业级磷酸一铵工艺流程 29 图 40：湿法磷酸为原料生产工业级磷酸一铵主要生产工艺流程 30 图 41：国内工业级、农业级磷酸一铵市场价格走势 31 表 1：常见锂离子电池正极材料及性能 6 表 2：乘用车 2020 与 2019 切换后补贴政策对比 9 表 3：锂电池和铅蓄电池性能对比 11 表 4：全球新能源锂电池需求结构预测表（GWh） 12 表 5：磷酸铁锂正极材料产能供给预测表（万吨） 13 表 6：磷酸铁材料产能供给预测表（万吨） 14 表 7：磷酸铁锂四种元素的来源原料 15 表 8：常见四种磷酸铁锂制备工艺的特点：磷酸铁工艺路线：净化湿法磷酸与热法磷酸能耗对比表（以生产 1t P O 计） 22 2 5 表 10：湿法磷酸净化工艺种类及特点 24 表 11：各国家/公司湿法磷酸的净化工艺（有机溶剂萃取法） 24 表 12：各地区磷石膏相关政策 25 表 13：热法磷酸与湿法工业磷酸的经济效益估算对比 26 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 5 表 14：我国磷酸产能统计（截至 2021 年 10 月） 27 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 6 正极材料：路线由能量密度、性价比共同驱动 正极材料决定锂电性能，能量密度和安全性是核心考量 为了满足锂电池高能量密度、功率密度、较好的循环性能和可靠的安全性，正 极材料需要具备以下条件：1）为电池充放电提供锂源；2）提供更高的电极电 位保障输出电压高；3）电压平台稳定保障输出电位平稳；4）正极材料电化当 量小，保障高能量密度；5）锂离子在材料中扩散系数高，保障高功率密度；6） 可逆性好保障电池循环性能；7）较高的电子和离子电导率；8）化学稳定性好、 资源丰富、制备成本低。根据不同的技术路线，常见正极材料可以分为钴酸锂 （LCO）、锰酸锂（LMO）、磷酸铁锂（LFP）、镍钴锰酸锂（NCM）、镍钴铝酸 锂（NCA）等。电池能量密度与比容量、正极质量、电压成正比，与总质量成 反比。其中，磷酸铁锂循环型和安全性好，但能量密度也较低，被广泛应用于 储能、商用车和部分低速电动车等领域。 图 1：常见锂电池正极材料的三种结构 资料来源: 《锂离子电池基础科学问题——正极材料》，国信证券研究所整理 表 1：常见锂离子电池正极材料及性能 中文名称 钴酸锂 锰酸锂 磷酸铁锂 镍钴锰酸锂 镍钴铝酸锂 简称 LCO LiCoO2 层状 LMO LFP LiFePO4 橄榄石结构 NCM NCA 化学式 晶体结构 LiMn O Li(Ni Co Mn )O Li(Ni Co Al )O 2 2 4 x y z 2 x y z 尖晶石 层状氧化物 层状氧化物 理论密度/g.m3 5.1 2.8-3.0 3.6-4.2 274 4.2 3.6 0.80-1.10 2.20-2.30 170 / / 2.8 振实密度/g.cm3 压实密度/g.cm3 理论容量/mAh.g-1 实际容量/mA.h.g-1 2.2-2.4 3.0 2.6-2.8 3.40 3.40 274 148 273-285 155-220 135-150 100-120 130-140 140 电芯的质量比能量 /Wh.kg-1 180-240 130-180 130-160 180-240 / 平均电压/V 电压范围/W 循环性/次 环保性 3.7 3.0-4.5 3.8 3.0-4.3 3.4 3.2-3.7 2000-6000 无毒 3.6 2.5-4_6 800-2000 镍、钴有毒 尚好 3.7 / 500-1000 钴有放射性 差 500-2000 无毒 500-1000 镍、钴有毒 较差 安全性能 适用温度/℃ 成本 良好 好 -20-55℃ 很高 50℃快速衰退 低廉 -20-75℃ 低廉 -20-55℃ 较高 -20-55℃ 较高 锰资源丰富 价格较低 安全性能好 高安全性 价格低廉 环保长寿 电化学性能稳定 能量密度高 充放电稳定 生产工艺简单 高能量密度 低温性能好 优点 循环性能好 安全性能差 生产技术门槛 高 钴价格昂贵 循环寿命低 能量密度低 电解质相容性差 低温性能较差 放电电压低 部分金属钴价格昂 贵 缺点 电动工具、电动车及 储能 3C、电动车及 储能 应用领域 3C 电子产品 电动车及储能 3C、电动车及储能 资料来源：《锂离子电池基础科学问题——正极材料》，国信证券经济研究所整理 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 7 现阶段磷酸铁锂正极更具性价比 2019 年以来 LFP 正极市占率有所回升，目前国内外车厂都在磷酸铁锂技术领 域纷纷布局。不同三元材料的镍含量不同，但平均能量密度要高于 LFP 和 LCO 正极，行业初期 LFP 和 LCO 依靠成本低廉和技术成熟成为主要的锂电正极材 料，2015 年开始伴随长续航的乘用车占比增多和补贴政策对长续航的优惠，长 续航的 NCM 占比持续提升。国内 NCM 占比从 2014 年的 30%上升至 2018 年 近 50%。2019 年年中以来，伴随新能源汽车补贴持续退坡，以及动力电池新 技术的加持，磷酸铁锂的能量密度持续提升，成本优势逐渐显现，装车量逐渐 提升，这一迹象在 2020 年也愈加明显。2020 年 NCM 出货量占比略有下降， LFP 占比从 22%提升至 25%，一方面是随着补贴下降车企降本压力增大，下游 车企推出多款铁锂电池爆款车型，另一方面安全意识提升、刀片电池技术提升， 再加上电动车和储能等小动力市场需求和出口增加，带动 LFP 市场回暖。2021 年 7 月，特斯拉在二季度财报电话会议中透露，将在电池构成上进行转变，使 用 2/3 的磷酸铁电池和 1/3 的镍电池。同时，特斯拉第三季度财报显示，全球 范围内的标准续航版 Model 3 和 Model Y 也都将改用磷酸铁锂电池。目前国内 外车厂都在磷酸铁锂技术领域纷纷布局。 图 2：国内锂电正极材料产量（万吨） 图 3：国内锂电正极材料产量结构占比 60 50 40 30 20 10 0 NCM LCO LFP LMO NCM LCO LFP LMO 100% 80% 60% 40% 20% 0% 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 资料来源：GGII，国信证券经济研究所整理 资料来源：GGII，国信证券经济研究所整理 全球“双碳”加速汽车电动化，新能源汽车消费驱动主导 驱动逻辑一：政策规划渗透率提升空间大，补贴延长奠定行业黄金三年。政策 规划驱动下，新能源汽车渗透率提升空间大。根据中汽协数据，2020 年国内新 能源汽车销量 137 万辆，渗透率达到 5.4%。《新能源汽车产业发展规划 2021-2035 年》规划要求 2025 年新能源汽车销量要达到 20%，“节能与新能源 汽车技术路线 年提出节能汽车与新能源汽车销量约各占 50%， 汽车产业基本实现电动化转型的目标，电动车渗透率提升尚处在初始阶段。 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 8 图 4：中国新能源汽车产量、销量和渗透率（辆，%） 新能源汽车销量（辆） 新能源汽车产量（辆） 新能源汽车渗透率% 6,000,000 5,000,000 4,000,000 3,000,000 2,000,000 1,000,000 0 25.00% 20.00% 15.00% 10.00% 5.00% 0.00% 资料来源： WIND，中汽协，国信证券经济研究所整理 驱动逻辑二：动力电池成本下降，消费级乘用车平价在即。伴随动力电池成本 下降以及能量密度提升，消费级乘用车逐步接价。 驱动逻辑三：爆款车型涌现为纯消费市场注入活力。纯消费市场方面，爆款车 型是增长的关键所在。 驱动逻辑四：限行和环保政策鼓。