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鎳:下一個綻放品種——新能源產業鏈深度挖掘
發布時間:2017/8/26      瀏覽次數:2524

  隨著新能源汽車的發展,新能源電池技術也在不斷的創新,許多研發者將目光聚集在新能源電池的材料上,旨在尋求新的突破。而作為電池領域的主要原料——硫酸鎳,則出現了新的需求增長點,這就使得整個產業鏈,發生了翻天覆地的變化。

1. 鎳新的需求增長點:電池領域主要原料硫酸鎳概述
1.1 硫酸鎳的性質
硫酸鎳,化學式為NiSO4,有無水物、六水合物(NiSO4·6H2O)、七水合物(NiSO4·7H2O)三種,其密度分別為3.68,2.07,1.948 g/cm3。硫酸鎳商品多為六水合物,分子量為262.84,即硫酸鎳產量價格均指六水合物。有α-(四方晶體,藍色)和β-(單斜晶體,綠色)兩種晶體結構。

  低于31.5℃硫酸鎳溶液結晶為七水合物,七水硫酸鎳為綠色透明晶體,有甜澀味,稍有風化性。31.5~53.3℃結晶為α-型六水硫酸鎳(藍色不透明晶體);53.3℃轉變為β-型,103℃時失去5分子結晶水成為一水物,在280℃時失去全部結晶水,成黃綠色無水物。840℃分解為三氧化硫和氧化鎳。
  三種硫酸鎳均易溶于水,水溶液呈弱酸性(pH 4.5)。無水物不溶于乙醇、乙醚、丙酮;六水合物易溶于乙醇、氨水;七水合物能溶于醇。硫酸鎳有毒性和致癌可能性,空氣中最高容許濃度0.5mg/m3。
1.2 硫酸鎳的制備方法
  硫酸鎳的制備方法有以下五種:(1)金屬鎳溶于硫酸,結晶后得到粗制硫酸鎳晶體,晶體再溶解,除雜濃縮后得到電池級硫酸鎳晶體;(2)銅電解中雜質金屬鎳在陽極被氧化,溶解為硫酸鎳,除雜濃縮后得到電池級硫酸鎳晶體;(3)將鎳礦加工成高冰鎳或者氫氧化鎳、氧化鎳、碳酸鎳等鎳中間品,然后溶解于硫酸濃縮結晶后得到六水硫酸鎳,國內主要硫酸鎳生產企業金川鎳鹽、吉恩鎳業、廣西銀億等均通過這種方式生產硫酸鎳;(4)生產金屬鈷過程中的含鎳溶液制備所得;(5)含鎳廢料制備所得,國內代表企業有格林美、池州西恩、邦普循環等。

  目前,加拿大、韓國、日本和臺灣等國家地區均采用金屬鎳溶于硫酸的方法制備硫酸鎳。這種制備方法有原料純度高、雜質少、來源穩定,制備的得到的硫酸鎳品質好,制備過程污染小等優點,缺點是制備成本偏高。
  我國的硫酸鎳生產以中間品制備為主,包括銅電解中所含雜質鎳;鈷生產中的含鎳溶液;氧化鎳、氫氧化鎳和碳酸鎳等鎳中間品溶于硫酸制得;還有就是由含鎳廢料的回收再利用。主要優勢是原料來源多種多樣,生產成本低;缺點是生產過程污染較大。隨著國家對工業生產的環保要求層層加碼,目前國內的硫酸鎳企業都面臨著轉向以金屬鎳為原料轉型的趨勢。

2. 高鎳三元方向明確,未來需求或將迎來爆發
2.1 硫酸鎳主要用途:電池級和電鍍級
  硫酸鎳按照鎳和鈷的純度分為電池級硫酸鎳(Ni質量分數≥22%,Co質量分數0.4%)和電鍍級硫酸鎳(Ni質量分數≥21%,鈷質量分數≤0.05%),也分別應用于電池和電鍍領域。電鍍級硫酸鎳主要用于生產汽車輪轂、外觀件等產品。

  在電池行業,硫酸鎳主要用在傳統的鎳鎘電池、鎳氫電池以及目前主流的三元鋰電池這兩個方面。其中前者鎳鎘電池因為充電過程中的記憶效應和不環保等因素,已經逐漸被淘汰;鎳氫電池正極材料的主要原料球鎳(球形氫氧化鎳)以及三元材料鋰離子電池的前驅體原料鎳鈷錳酸鋰(NCM)或鎳鈷鋁酸鋰(NCA)中的鎳元素均由硫酸鎳提供。而鎳在其中的主要作用是提高材料的能量密度,決定著電池的容量。
2.2 新能源汽車帶動需求,正極材料向三元高鎳發展
2.2.1 高能量密度——新能源汽車發展重中之重
  新能源汽車取代燃油汽車的核心是提高性價比,所謂性價比就是里程成本比,及性能上提高續航里程,價格上降低材料成本和配套系統質量。這就需要在保持系統重量的基礎上大幅提高整車電池容量,即能量密度。國家政策方向明確,在2020年整車能量密度達到260Wh/kg,幾乎比目前翻了一番,成本也要降低到1元/Wh。
  新版雙積分政策落地,各大車企對高能量密度的電池需求被放大。而高能量密度電池現有的最大短板便是正極材料,目前市場主流的正極比容約為130-140mAh/g,遠低于石墨負極的330-340mAh/g的比容。鎳元素含量的多少,決定了正極材料的活性分子數量,以及正極材料的比容。正極材料由磷酸鐵鋰轉向三元材料,由低鎳三元轉向高鎳三元以及NCA發展,正是大勢所趨。據中汽協和電動汽車資源網的數據顯示,我國新能源汽車上半年累計產量 20.4 萬量,同比增加13.3%;銷量達到19.5萬輛,雖然和全年80萬輛銷量的預計稍有差距,但仍同比大幅增長。隨著商用車補貼的退坡、對三元正極的解禁和針對能量密度和續航里程的一系列補貼政策的實施,根據高工鋰電數據顯示三元正極在動力電池領域的占比由16年的22%激增到17年預期超過一半。而不同的三元材料對硫酸鎳需求各異。從分子式上測算NCM333、523、622、811以及NCA對硫酸鎳的需求分別為0.9、1.36、1.63、2.16以及2.03噸,可見同樣為硫酸鎳為原料的三元正極,單噸高鎳三元對硫酸鎳的需求是低鎳NCM333的2.4倍。目前動力電池領域三元仍以NCM333和523為主,高鎳材料供應嚴重不足,低端產能釋放競爭加劇。高端材料供給嚴重短缺,去年國內高端三元正極材料NCA、811/622產量占比僅為三元正極材料總量的1%。未來需求可期。

2.2.2 鈷價大漲加速鎳對鈷的替代
  鈷價相比年前漲幅超過100%,大大提高了三元材料成本,壓縮廠商利潤空間。鎳替代鈷不僅可以節約成本,還可以進一步提高能量密度。目前受限于技術壁壘等原因,鎳鈷比例仍以NCM333、NCM523為主,根據高工鋰電數據2016年NCM622和NCA占比5%左右,未來這一比例有望大幅提升。

2.2.3 特斯拉引領高鎳三元NCA潮流
  Model S所用18650電池是松下產的型號為NCR18650B三元材料電池,正極材料正是高鎳NCA(LiNi0.8Co0.15Al0.05O2),電容量約3.3Ah,電壓達到3.6V,能量密度高達243Wh/kg。而最新的Model 3采用21700電池,正極材料仍選擇NCA,能量密度更是提高到了300Wh/kg左右。
  特斯拉引領的NCA潮流對硫酸鎳的需求影響巨大。首先測算一輛特斯拉Model S的硫酸鎳需求量:根據電池節數和單體電池容量和正極材料的能量密度我們可以測算出一輛P85D的Model S所需正極材料NCA質量為120.8kg。1kgNCA所需硫酸鎳原料2.03kg,所以一輛Model S所需硫酸鎳245.2kg,即2.88kg/kWh。據此計算一輛75kWh的Model 3所需硫酸鎳216.4kg。而2020年特斯拉Model 3預計產量達到100萬輛,這同時會為全球帶來21.6萬噸的硫酸鎳需求,而這已經是目前全球硫酸鎳下游需求的近一半。而特斯拉的示范效應或帶動更多車企采用NCA正極材料,預計未來幾年全球硫酸鎳需求端或迎來爆發。
2.3 總需求測算:年復合35.2%的硫酸鎳增長率
  以下根據三個方面測算并預計硫酸鎳總需求:目前主流的三元正極材料(包括消費鋰電和動力鋰電)、傳統的鎳氫電池原料球鎳以及電鍍工業。

  由電動汽車網數據顯示,2016年全國正極材料產量16.16萬噸,同比2015年增長43%;其中三元材料產量5.43萬噸,同比增長49%。據高工鋰電數據我國目前正極材料仍以NCM為主,2016年NCM333占比20%,NCM523占比75%,NCM622、NCA占比5%,其中NCA占比不足1%,按照每噸不同三元材料所需硫酸鎳計算,對應的電池級硫酸鎳總需求為6.99萬噸;球鎳產量為1.5萬噸與15年幾乎持平,球鎳含鎳量為60%,據此可推算出消耗電池級硫酸鎳4.1萬噸;傳統電鍍行業硫酸鎳需求穩定,根據安泰科資訊2016 年需求7.6萬噸,16年國內硫酸鎳總需求合計18.7萬噸。預計17年傳統電池仍維持原狀,長江有色金屬網預計電鍍工業每年會有5%的同比增速;電池級硫酸鎳受新能源汽車帶動,安泰科預計2017年全年動力電池出貨量36GWh,而三元材料有望占比50%左右即18GWh,是16年的近三倍。預計17年全年三元材料產量10.0萬噸,再結合三元占比趨勢(高鎳化發展)可估算17年硫酸鎳需求總量,年均復合增長率達35.2%。

3. 產量水漲船高,供需格局仍向短缺轉變
  自然界中鎳主要以氧化礦(紅土礦)和硫化礦兩種形式存在,我國鎳礦主要是硫化銅鎳礦,其中甘肅金川鎳礦是全球第四大硫化鎳礦,儲量占全國的62.7%;紅土鎳礦資源比較缺乏,高度依賴進口。2015年中國鎳礦進口量為3516.72萬噸,對外依存度超過60%。當前我國主要通過金屬鎳為原料以外的方式制備硫酸鎳,有生產成本低,原料來源多樣的優點,缺點是對環境影響較大,對企業實力有一定要求。隨著國家對環保重視程度的提高,我國硫酸鎳的生產有向以金屬鎳為原料轉型的趨勢。其中鎳中間品仍然是我國硫酸鎳生產的主要原料。

3.1 電池領域拉動鎳消費彈性明顯
  據INSG的數據統計,2016年全球原生鎳產量為198萬噸,消費量為203.32萬噸。目前來看,2016年全球硫酸鎳38萬噸產量對金屬鎳的消耗不到5%,遠不及不銹鋼對鎳消費的貢獻。但從增速和消費增量來看卻是鎳下游其他領域不可比擬的。2016 年全球鎳消費量中,不銹鋼占 67.3%,電池占 3.1%; 安泰科預計到2020 年全球不銹鋼行業用鎳占比將下降至 64.2%,電池行業用鎳將增加至 7%。 2025 年全球電池行業用鎳量有望達到 30 萬噸,不銹鋼占比為 61%,電池行業為 10%。據安泰科資訊在16、17年鎳在電池領域增速存在明顯拐點,因而鎳市場對于硫酸鎳的消費需求的反映還是比較敏感的。此外,2017年菲律賓和印尼的鎳礦供給還存有不確定性,原生鎳的供給彈性較大,以當前的電池級硫酸鎳的需求來看,暫時還不存在原料短缺的風險。

  對于國內的硫酸鎳企業來說,事情又不一樣。由于鎳中間品主要由紅土鎳礦通過氫氧化物沉淀的技術制備,而紅土鎳礦大都依賴進口,近年來鎳價低迷逼停了很多國外的中小型鎳礦山,我國鎳礦進口數量自2013年以來連年下滑,因此國內的硫酸鎳企業反映的是原料不足。國內目前只有金川集團擁有自產硫化礦,格林美擁有鎳回收生產線,對進口的需求不大。

3.2 三元材料需求劇增,帶動硫酸鎳產量攀升
  亞洲金屬網的數據顯示,2015年全國硫酸鎳產量約為18.7萬噸,2016年已經攀升到了24.7萬噸。2013年以前,我國硫酸鎳的產量基本穩定在14萬噸左右,隨著我國新能源汽車產量在2014年開始放量,硫酸鎳產量也隨之增加,三元材料的需求拉動作用十分顯著。

  目前國內的硫酸鎳產能大致為34.3萬噸左右,由于動力電池和新能源汽車的火熱,金川鎳鹽、格林美和廣西銀億此后還有9萬噸的硫酸鎳擴產計劃。
  據安泰科估計,2017年國內硫酸鎳產量將上升至30萬噸;國外方面產量約為20萬噸,除了住友集團、優美科和俄鎳,還有幾家企業在產。我們根據此后的擴產情況推測,2018年全球硫酸鎳將進一步上升至60萬噸左右。

3.3 硫酸鎳溢價刺激電解鎳轉產
  亞洲金屬網的數據顯示,2015年全國硫酸鎳產量約為18.7萬噸,2016年已經攀升到了24.7萬噸。2013年以前,我國硫酸鎳的產量基本穩定在14萬噸左右,隨著我國新能源汽車產量在2014年開始放量,硫酸鎳產量也隨之增加,三元材料的需求拉動作用十分顯著。
  目前國內的硫酸鎳產能大致為34.3萬噸左右,由于動力電池和新能源汽車的火熱,金川鎳鹽、格林美和廣西銀億此后還有9萬噸的硫酸鎳擴產計劃。
  據安泰科估計,2017年國內硫酸鎳產量將上升至30萬噸;國外方面產量約為20萬噸,除了住友集團、優美科和俄鎳,還有幾家企業在產。我們根據此后的擴產情況推測,2018年全球硫酸鎳將進一步上升至60萬噸左右。
3.3 硫酸鎳溢價刺激電解鎳轉產
  目前電解鎳價格在8.7萬元/噸左右,硫酸鎳價格在2.5萬元/噸,硫酸鎳噸鎳溢價約為2.7萬元。高溢價刺激了電解鎳產商轉產硫酸鎳的需求。據安泰科資訊,必和必拓、俄鎳等國際鎳業巨頭開始把目光投向了硫酸鎳,由于看好硫酸鎳的前景,這兩大巨頭計劃未來將原料和產能轉向硫酸鎳。必和必拓也有計劃在澳洲生產硫酸鎳,俄鎳與巴斯夫簽訂合作協議后,今后也計劃擴大硫酸鎳的產量。由于電解鎳也是生產硫酸鎳的原料之一,且國外大部分硫酸鎳企業走的也是這條技術路線,那么未來就有可能出現電解鎳供給不足的情況。
  國內的企業中,金川今年擁有12萬噸左右的電解鎳產量,是最有條件轉產的廠商,但未來的進展取決于決策層的速度。相對來說,中小型的民企由于生產規模較小,可以根據市場價格在電鎳和硫酸鎳之間靈活調整,轉產硫酸鎳的速度要快的多。
  俄鎳、必和必拓、金川集團三者的鎳產量可占到全球的23.85%,他們的電解鎳產能的轉向,對于全球鎳市的影響將非常可觀。

3.4 產能擴張的主要瓶頸:環保要求
  除了原料相對短缺以外,環保問題也是影響我國今后硫酸鎳供應的一個主要因素。工信部在2015年就將硫酸鎳列入《危險化學品目錄》,所以硫酸鎳在生產、運輸、庫存等環節對環保的要求非常高,新建產能的環境評估需要比較長的周期,這將大幅限制硫酸鎳新建產能的擴張。
  2017年的環保督查無論是從執行力度,還是中央的態度來看,都遠超人們的預期。第四批中央環保督查和“2+26” 京津冀大氣污染防治專案所涉及的硫酸鎳產能規模達43.73%,部分不達標產能將面臨停產。而此前的三批次中央督查中,已經有企業因為環保不合格被勒令停產。

  除了產能擴張面臨著瓶頸之后,硫酸鎳行業還存在著較高的隱性門檻。一般來說,新建產能必須滿足配套的廢氣和廢水處理系統建設要求,接受長周期的環境評估,這個過程可能在2年左右。先進入者在原有的產能基礎上進行擴建的周期一般只要10個月左右。因此,目前行業產能的擴張主要還是來源于現有廠商。
3.5 供需平衡逐漸向短缺轉變
  從供需平衡來看,此前我們測算出國內需求保持著35.2%的高增長,市場對高鎳三元的預期以及之前過剩產能的釋放導致目前仍略微供過于求。但更要看到這種局面在逐漸扭轉,并且未來幾年隨著特斯拉Model 3的量產和國內高鎳三元技術壁壘的不斷突破,僅Model 3到2020年就會新增21.6萬噸的需求,再加上國內目前不到1%的NCA滲透率,以目前的供給情況以及環保對供給端施壓來看我們預計未來幾年硫酸鎳或將持續短缺。

4.價格處于歷史低位,不排除量價齊升局面
  硫酸鎳的價格主要取決于原材料鎳精礦和硫酸、硝酸的價格以及加工費用。硫酸鎳制備成本中以鎳精礦的成本為主;其中硫酸的2017年市場均價僅為270元/噸;另外硝酸的2017年市場均價約1500元/噸,硫酸和硝酸的原材料成本只占到總成本中很小的一部分。

  硫酸鎳的價格和鎳的價格呈高度相關性,可以用公式估算:國內含稅價=【LME鎳3個月價格*22.2%+加工費】*(1+17%)*匯率。
  從硫酸鎳價格和鎳價格的線性擬合圖,我們發現兩者呈現高度相關性;通過回歸性測試發現,兩個的價格相關性達到0.98。因此我們可以通過對未來硫酸鎳價格的推斷來反向驗證我們對鎳價格的預期。受益于三元材料拉動硫酸鎳價格緩慢升至目前的25500萬元/噸,同時可以觀察到硫酸鎳同電解鎳的價差進一步拉大(一頓硫酸鎳需要0.22噸電解鎳),由年初的3000~4000元/噸提升至目前的7000~8000元/噸,綜合來看目前鎳價處于歷史低位。

  從2006至2017年的精煉鎳的供需平衡中,在2007-2015的這個時間段,全球精煉鎳始終存在供大于求的現象,導致了鎳價格的長期性下跌,現在鎳依然處于一個長期性的價格低位。在2016年以及2017年的上半年,供需平衡發生了反轉,  2017年上半年,全球精煉鎳的缺口已達50000噸,鎳價格得到支撐。而中國對鎳產品很大程度上依賴進口,國內產量遠低于需求量,國內鎳價格很大程度上取決于國際鎳價。

  2017年下半年以及2018年,市場可能對三元電池的需求上升,導致對硫酸鎳的需求上升,市場或已提前反應,硫酸鎳加工費用或將保持平穩。但鎳精礦的需求上揚,產量下降,有可能導致鎳精礦價格低位反彈。

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