(报告出品方/作者:华泰证券,庄汀洲,张雄,姚雯薏)
碳中和全球共识,能源转型正当其时
近年来,世界各国对发展绿色经济,迈向低碳社会愈发重视,中国、美国、欧盟等国家或者经济体纷纷提出了远期的碳中和目标:中国的目标是年前碳排放量达到峰值,并计划在年前实现碳中和;美国在拜登总统上台后提出了年实现无碳发电、年之前达到“净零排放”,并重新加入《巴黎气候协定》等一系列措施;欧盟委员会在年3月发布的《欧洲气候法》,提出年气候中和目标,并将碳排放的目标由年比年降低40%提高到降低55%。据国际能源署,净零排放路径上,年之前光伏、风电等关键清洁技术应用将大幅增长,电动车渗透率亦将持续提升。
锂电池、光伏组件和风电叶片等的上游原材料包括多种石化原料和其制品/衍生品,以及伴随下游技术迭代升级所需的多种化工新材料产品,在新能源领域需求带动下,相应化工原料和新材料的需求将持续增长。另一方面,作为产业链中上游企业(如磷化工、钛白粉、氟化工等企业),依托自身资源储备、原料品质的控制能力及技术研发能力等,延伸布局新能源材料及新材料产业链,凭借产业链协同和原材料成本控制等优势,丰富产品线的同时亦有望在新业务领域具备较强的竞争力。
锂电池产业链:化工新材料需求向好,部分化企探索产业链协同
锂电池由正极、隔膜、电解液、负极和电池外壳等组成,其中:正极上游包括磷酸铁(初始原料对应磷源/铁源/碳源)或三元前驱体、导电剂(如碳纳米管/炭黑)、溶剂和粘结剂等;隔膜上游包括基膜材料(如PP/PE/UHMWPE)、涂覆材料(如勃姆石/PVDF)等;电解液上游包括溶剂(如DMC/DEC/EMC)、锂盐(如LiPF6/LIFSI)和添加剂(如VC/FEC)等。
磷酸铁:资源配套优势助力磷化工、钛白粉等企业向正极材料延伸
据EVTank,21年国内锂电正极材料出货量.4万吨,其中磷酸铁锂/三元分别45.5/42.2万吨,磷酸铁锂份额近5年来再次超越三元正极。在结构与材料创新助力下,磷酸铁锂电池在动力领域凭借性价比优势出货量仍有望延续增长;另一方面,在储能技术中磷酸铁锂以其高安全、高循环与低成本的优点亦具有显著优势,未来市场份额也有望持续提升,因此综合而言未来磷酸铁锂正极需求有望延续良好增长,进而带动上游材料磷酸铁等的需求提升。
据百川盈孚,21年国内磷酸铁产能/产量分别62.6/34.9万吨,同比+%/+%,伴随磷酸铁锂需求增长,19年以来磷酸铁行业亦步入产能扩张期。生产企业方面,据百川盈孚,21年国内磷酸铁1万吨/年以上产能企业20家(产能合计57.7万吨),行业产能较为分散,且多数生产企业尚未配套上游磷、铁等资源。
据我们统计,21年底国内磷酸铁产能实际已达到83万吨左右,且预计22-25年国内新增磷酸铁产能逾万吨,至25年底仅国内磷酸铁总产能便有望达到万吨左右,而我们测算25年全球磷酸铁需求量约万吨,因此若新增产能均完成释放,未来几年磷酸铁行业将面临供给过剩的局面。另一方面,我们统计至25年底的预计磷酸铁新增产能中,来自磷化工、钛白粉、磷酸铁锂和其他领域的产能分别为///30万吨,新增产能向上游资源端(磷源、铁源)延伸的趋势明显。
我们认为磷化工、钛白粉相关企业布局磷酸铁(或磷酸铁锂)的企业数量显著增加,主要原因在于未来电池材料的竞争中,成本控制能力的竞争为关键因素之一。磷化工企业具备磷源配套、钛白粉企业具备铁源(副产)配套,并且配套生产工艺技术较为成熟(如合成氨、精制磷酸等),进军磷酸铁(或铁锂)有望通过降低原材料外购成本及一体化优势降低生产成本,较传统单一供应环节的企业优势显著,并有望助力推动电池材料成本的下降。
具体到企业来看,磷化工领域上市企业规划(或已投资建设)磷酸铁/磷酸铁锂的企业包括云天化(总规划50万吨/年磷酸铁和50万吨/年磷酸铁锂)、兴发集团(总规划50万吨/年磷酸铁和50万吨/年磷酸铁锂)等;钛白粉企业包括龙佰集团(总规划20万吨/年电池级磷酸铁、20万吨/年锂电池材料产业园项目)等;化工领域其他企业包括万华化学(在建5万吨/年磷酸铁锂正极材料)等亦开始规划布局新能源材料产能。
导电剂:碳纳米管渗透率有望持续提升
导电剂是锂电池的关键辅材之一,能够增加活性物质之间的导电接触,提升锂电池中电子在电极之间的传输数据,进而提升锂电池的倍率性能和改善循环寿命。目前常用的导电剂类型包括炭黑类、碳纳米管(CNT)、导电石墨类、VGCF(气相生长碳纤维)和石墨烯等。
据GGII,21年国内锂电池导电剂粉体出货量约2.1万吨,同比+%,其中炭黑类导电剂约1.54万吨,占比73%,碳纳米管类导电剂约0.3万吨(折合浆料约7.8万吨),占比约14%,目前炭黑使用占比较高。据GGII,21年国内新型导电浆料出货量9.8万吨(含CNT浆料),预计未来几年新型导电剂仍有望逐步替代炭黑类等传统导电剂,尤其是碳纳米管类导电剂因阻抗低、添加量小等优势,未来随着碳纳米管工艺的逐渐成熟,应用占比有望逐渐增加,GGII预计22年仅CNT导电浆料市场规模便有望达到15万吨,同比增长约92%。
导电炭黑方面,据百川盈孚,年国内炭黑消耗量达万吨,且国内产能已处于过剩阶段,但下游主要应用领域分布于轮胎、橡胶等传统行业。据GGII,目前国内市场上主流的传统导电剂如SP、乙炔黑、科琴黑、KS等炭黑类导电剂仍高度依赖进口,主要进口来源包括美国、瑞士和日本等,年国内锂电池导电剂进口依赖度仍有70%左右,且14-18年国产化率有所提升主要系国内企业在新型导电剂领域发力,而非炭黑等传统类型的导电剂。
据百川盈孚,国内主要炭黑生产企业包括黑猫股份、龙星化工和永东股份等,三家企业产能居国内前三位,其中黑猫股份年炭黑产能逾万吨/年,并具备8.5万吨/年特种炭黑产能,为国内炭黑领域龙头企业。在锂电池领域良好需求前景驱动下,黑猫股份近年来亦开始布局导电炭黑产能。我们认为虽国内企业目前在锂电池导电炭黑领域尚不具备大规模量产能力,伴随炭黑领域技术领先企业不断在高端品类领域发力,未来有望依托现有技术延伸及原材料配套等方面优势,在锂电池炭黑导电剂领域取得突破。
碳纳米管导电剂方面,据天奈科技招股说明书,CNT及其复合材料的阻抗能达到50Ω及以下,相较于传统炭黑类等导电剂导电性能优异,能够显著降低导电剂使用量,但由于碳纳米管生产过程中管径和管长控制等技术壁垒较高,目前碳纳米管导电剂的市场价格也较传统导电剂价格更高。近年来,包括天奈科技、道氏技术等在内的国内企业不断在碳纳米管技术方面取得突破,且积极布局碳纳米管导电剂产能,未来有望推动碳纳米管导电剂在锂电池领域应用的持续渗透。
粘结剂:锂电+光伏发展带动PVDF需求,氟化工企业具备资源配套优势
锂电池粘结剂是锂离子电池电极片中的重要组成材料,其主要作用是将电极活性物质、导电剂等粘附在集流体,可减小电极的阻抗并保障电池极片性能稳定性。人造粘结剂材料包括聚偏氯乙烯(PVDF)、聚丙烯酸(PAA)、丁苯橡胶(SBR)、聚酰胺(PAI)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯亚胺(PEI)、聚酰亚胺(PI)等,目前PVDF是使用最广泛的锂电池粘结剂材料。PVDF同时也可用于隔膜涂层、分散剂和电解质,以及光伏氟膜背板材料和涂料等领域。据百川盈孚,21年国内PVDF产能约7.2万吨(有效产能6.8万吨),进口依存度仍有52%,受需求端持续带动及供给不足影响,年下半年以来国内PVDF价格显著上涨。
另据我们统计,21年国内PVDF名义产能已达8.2万吨左右,新增产能方面,未来预计新增PVDF产能(含仍在环评审批阶段等项目)约23万吨,随着新产能逐渐释放,供给压力预计逐步有所缓解,但各在建产能规模均较小,且部分项目仍处于环评公示和审批等环节,同时考虑PVDF产能建设周期等因素,实际产能投放周期可能偏长,短期内PVDF供给或仍延续偏紧态势。
生产工艺方面,PVDF上游则延伸至Rb、HF、萤石等含氟原料,以及VDC、电石/乙炔等石化原材料。现有及计划新增PVDF产能的企业多数亦具备含氟原料的配套生产能力,尤其Rb作为二代制冷剂产品,按照《蒙特利尔议定书》,目前发达国家已基本停止生产Rb,国内也已开始对制冷剂用Rb生产配额进行削减,并将在年前清零,Rb流通环节受限将成为PVDF企业扩能和开工的重要制约因素,未来具备Rb及上游萤石、氢氟酸等氟资源配套的氟化工企业仍有望是PVDF的主要供应来源。
正极溶剂:NMP应用前景广阔,市场供给或面临紧缺
在锂电池生产材料中,NMP(N-甲基吡咯烷酮)可用作正极涂布溶剂,也可作为导电剂浆料的溶剂,据GGII,一般NMP占锂电池制造成本比重可达3%-6%,NMP也是锂电池生产重要的原材料之一。NMP具有毒性低、沸点高、极性强、粘度低、溶解能力强、无腐蚀、生物降解能力强、化学稳定性、热稳定性优良等特点,除锂电池正极溶剂外,NMP医药、农药、颜料、清洗剂、绝缘材料等行业中应用也较为广泛。
据晶瑞电材《发行股份及支付现金购买资产并募集配套资金暨关联交易报告书(草案)(修订稿)》(年1月18日),NMP作为锂电溶剂用量较高,每GWh锂电池需消耗吨左右的NMP。据隆众资讯,21年国内NMP需求量约45万吨(不包含回收液),预计到25年将超过万吨,而21年底国内NMP产能约65万吨左右,目前规划新增产能仅16.5万吨左右,因此若未来无其他新增产能进入,至25年NMP供给缺口近20万吨。目前国内主要从事NMP生产的企业包括山东长信化学、天奈科技、晶瑞电材和濮阳光明化工等,从产业链角度,BDO为NMP生产的主要上游原材料,基于产业链配套优势,包括万华化学在内的部分化工企业亦开始探索NMP领域的布局。
涂覆材料:勃姆石无机涂覆有望持续渗透
隔膜涂覆材料的主要功能包括提高隔膜耐热性、增强隔膜抗刺穿性和提高锂电池安全性能等。目前市场上隔膜涂覆工艺主要分为无机涂覆、有机涂覆或有机/无机混合涂覆,有机涂覆需要使用PVDF、芳纶等高分子材料,以勃姆石、氧化铝为主的无机涂覆较有机、有机/无机混合涂覆具备可拉伸强度和热收缩率更好等特点,同时国内PVDF和芳纶产能不足,产品价格相对较高等因素亦限制了其应用。目前无机涂覆材料已成为市场主流的涂覆材料,据GGII,年国内隔膜涂覆膜出货量中,无机涂覆膜占比已达95%以上。
无机涂覆中,勃姆石相比氧化铝更具优势,具体包括:1)比重更低(氧化铝为3.90g/cm3,勃姆石为3.05g/cm3),同等质量勃姆石涂覆面积可增加25%,从而节约成本;2)莫氏硬度更低(勃姆石为3.5,约为传统材料的1/3),可延长隔膜涂布辊和成品隔膜裁切刀的使用寿命,降低设备加工损耗;3)磁性异物含量低,可减少自放电;4)勃姆石生产采用水热法工艺,温度通常低于高温煅烧氧化铝所需温度;5)勃姆石粒径分布更窄,涂覆更加均匀,以及吸水性更弱能够保持隔膜干燥等。随着勃姆石工艺日益成熟,近年来市场对勃姆石认可度逐渐提升,据GGII,预计年勃姆石涂覆隔膜占比将达到75%。
在正极材料领域,勃姆石涂覆于可避免正极材料极片分切过程中产生的毛刺刺穿隔膜,提高锂电池的安全性能。另外,在储能、消费电池等领域,基于电池安全性能等方面要求,未来勃姆石涂覆膜使用占比也有望持续增加。据GGII,21年中国及全球勃姆石需求量分别约1.85/3.1万吨,预计25年将分别增长至8.2/17.6万吨,CAGR分别45%/54%。
目前全球勃姆石行业呈现双寡头格局,据GGII,21年全球锂电池用勃姆石出货量CR2超80%,国内企业壹石通超越德国NabaltecAG成为全球锂电池用勃姆石最大供应商,其全球/国内市占率达到50%/80%以上。国内其他勃姆石相关企业包括中国铝业下属子公司中铝郑州研究院、国瓷材料、璞泰来(通过子公司极盾开展涂覆材料相关业务)等。在良好的需求前景带动下,包括壹石通在内的企业不断加码布局勃姆石产能,其中壹石通总产能规划提升至14万吨/年、国瓷材料计划扩产10万吨/年,德国NabaltecAG亦有扩产计划,长期而言,随着行业企业加速布局以及潜在进入者加入,未来勃姆石行业竞争或将有所加剧。
电解液材料: