储能材料丨钴行业三个不变与一个变化

通过对比全球钴矿产量份额和铜以及镍矿产量份额，我们可以看到钴作为铜和镍伴生矿，和全球铜矿产量存在较大差异，如位于南美智利、秘鲁是主要的铜矿生产国，但基本上不产出钴。其中的原因主要是目前全球伴生钴的铜资源主要位于刚果（金）和赞比亚的沉积型层状铜钴矿带中。而全球其他国家和地区钴产量和镍的分布则具有较强的相关性，俄罗斯、澳大利亚、菲律宾等钴矿生产国同时也为全球镍资源以及镍矿的重要生产国。我们认为这可能是因为钴伴生的红土镍矿是全球镍资源的主体，这就使得镍产量分布和钴产量分布具有趋同性。

但我们也注意到，全球陆地钴资源仅是全球钴资源总量的一部分，更多钴资源分布在大西洋、印度洋、太平洋的海底。USGS预计海底钴资源总量超1.2亿吨，约为陆地钴资源量的5倍。目前来看，海洋钴开发难度高，缺乏经济性，但如果未来海洋开采技术有较大提升，则可能具有开发潜力。

2.3 中国钴资源缺乏，所需钴原材料对外依赖程度高

中国钴资源较为缺乏，储量仅为8万吨钴金属量，在全球陆地钴资源量的占比约1.4%。中国钴资源量约70万吨，在全球占比也不到3%。在区域分布上，中国70%钴资源分布在甘肃、山东、云南、青海、山西六个省份，其中甘肃以30%份额位居全国第一。但中国钴资源存在着品位低，分离难度较高等问题。

与此同时，中国是全球钴冶炼大国，根据Cobalt Institute数据，中国2018年精炼钴的产量7.8万吨，约占全球精炼钴产量的63%。资源端，中国钴矿产量约2000吨，冶炼所需的原材料大量进口，且主要来自刚果（金），钴资源对外依赖程度高。

03 钴需求：三元电池主导地位未变，钴需求持续增长

3.1 需求保持增长，新能源汽车成为新驱动力

作为上游资源，钴的需求总体保持增长，且和下游领域密切相关。在钴消费历史上，2010年前钴需求主要由高温合金和硬质合金驱动，随着全球经济以及技术进步，需求稳步增长；2000年起随着锂离子电池在3C应用的扩大以及3C消费较快增长，3C领域成为钴需求主要驱动力；但2010年以后，随着3C增长放缓，3C对钴需求拉动减弱；2016年后，随着中国及全球新能源汽车发展，新能源汽车成为钴需求新动力。

根据安泰科，2018年全球钴的需求量为13.5万吨，2010年以来的复合增速为8.6%；中国钴的需求量为6.5万吨，2010年以来的复合增速为14.8%。且2017年以来，随着新能源汽车拉动的显现，需求增长相较之前加速。

分领域看，电池是最主要的下游，在全球钴的需求占比由2010年的27%提高到2018年的61%，高温合金和硬质合金尽管在钴消费占比缓慢下降，但仍为第二和第三大领域，2018年分别约占全球钴消费量的14%和9%。在中国，钴的消费结构和全球所有差异，随着全球锂电池产业向中国转移，电池在中国钴消费占比高于全球水平，2018年达到80%，而在硬质合金和高温合金方面，中国产业发展相对落后，占比低于全球水平，2018年的份额仅分别为6%和3%。

3.2 “刀片电池”有提升也有缺陷，三元电池未来主流地位未根本动摇

正极在锂离子电池成本占比较高，且对电池性能影响较大，是决定锂离子电池技术路线的主要因素。尽管锂离子电池正极材料种类较多，但真正较大规模应用的正极材料主要包括钴酸锂（LCO）、锰酸锂(LMO)、磷酸铁锂（LFP）和三元材料（包括镍锰钴体系NMC和镍钴铝体系NCA）四种，四种正极材料性能各有优劣，应用的领域也有所侧重。具体来看，钴酸锂是最早使用的正极材料，工作电压较高，理论重量能量密度高，充放电平台稳定，生产设备成本低，但也存在钴含量高，价格较高，防过充能力和安全性能不佳，循环性能较差，且实际实现重量能量密度仅约为理论的50%，并不适用作为动力电池正极，目前主要用于3C等小电池领域。

而在动力电池应用的三种主流材料中，锰酸锂尽管原料来源丰富、成本较低，安全性能好，但存在重量容量密度较低，与电解质相容性不佳，深度充放电电池容量下降较快等缺点，限制了其在动力领域的应用。目前动力电池应用最多的材料是磷酸铁锂和三元材料，相对而言，磷酸铁锂安全性、循环性能及成本优势都很突出，但理论重量能量容量较低，振实密度较低、低温性能较差；而三元材料重量能量密度高，高低温性能较好，但安全性相比磷酸铁锂差，使用钴原料成本也较高。基于能量密度考虑，动力电池正极材料逐步向三元材料倾斜。随着比亚迪“刀片电池”产品推出，磷酸铁锂电池能量密度特别是体积能量密度得到极大提升，重新吸引了市场关注。为此，我们对“刀片电池”和三元体系电池做重点分析。

所谓“刀片电池”也称为“超级磷酸铁锂电池”，仍属于磷酸铁锂电池的范围，是比亚迪开发的长度超过0.6米的扁平化大电芯（形似刀片，故名“刀片电池”），通过阵列的方式排布到电池包里边，电池包长度最大可达2.5米。它有两个突出优势：第一、提高电池包的空间利用率，增加能量密度，尤其是体积能量密度；第二、拥有较大的散热面积，能将内部热量传导至外部。在电池组集成采用和宁德时代类似的CTP技术（Cell to pack），实现无模组，直接集成电池包。无电池模组组装环节，在提高体积利用率的同时，大幅减少电池包零件，提高集成效率，减少了动力电池成本。

根据比亚迪董事长王传福在2020年1月举行的中国电动汽车百人会论坛发言，比亚迪“刀片电池”在体积比能量密度上比传统铁电池提升了50%，具有高安全、长寿命等特点，整车寿命可达百万公里以上。预计2020年3月比亚迪“刀片电池”将在重庆量产，首次搭载“刀片电池”汉系列中大型电动车将有望2020年6月上市，续航里程高达600公里。

我们可以看出，“刀片电池”通过电池芯结构设计，采用新的电池包组装技术，大幅提升电池体积能量密度，克服了传统磷酸铁锂电池存在电池容量和续航里程较低的短板，使得磷酸铁锂的性能得到了提升，让磷酸铁锂电池重新焕发活力。

但我们也注意到，“刀片电池”并没有解决磷酸铁锂动力电池所有问题，本质上“刀片电池”并不是材料的革命，重量能量密度的突破较为有限。未来可能仍存在一些短板。

（1）在低温性能上，“刀片电池”仍受磷酸铁锂电池低温下限零下20℃的制约，高于三元电池零下30℃的温度下限，这可能使得“刀片电池”在寒冷的北方地区性能下降会比较快。

（2） “刀片电池”具有扁平而细长的结构，要求车辆具有较为宽大的电池布置空间，适用搭载在大中型轿车和客车上，而在经济紧凑性轿车可能受限制。

（3）CTP技术对电芯壳体的强度要求高，电芯固定仍有待观察。且“刀片电池”在重量能量密度突破较为有限，这就意味着相同质量能量密度下，“刀片电池”重量可能比三元电池大。

综上述分析，我们认为“刀片电池”是磷酸铁锂电池的结构上突破，提升了磷酸铁锂电池应用的可能性，但磷酸铁锂材料本身固有的缺陷并没有完全消除，限制了“刀片电池”未来可能的应用。三元材料在重量能量密度，低温性能依然具有较为突出的优势，且三元理论能量密度较高，“刀片电池”出现可能倒逼三元电池加快技术进步，未来三元电池能量密度提高仍有较大空间。为此，我们认为，“刀片电池”出现并不是三元电池终结，相反可能激发三元电池技术进步步伐如特斯拉的干电池技术，三元电池凭借固有性能优势，在未来动力电池的主导地位并没有发生根本变化。

3.3 钴在高镍电池仍必不可少，未来需求继续受益新能源汽车发展

在三元体系动力电池中，主要的金属元素包括锂（Li）、镍(Ni)、锰(Mn)、钴(Co)，铝(Al)。根据各金属元素的配比，NMC(镍锰钴)三元体系动力电池可分类NMC111、NMC433、NMC532、NMC622、NMC811等型号，而NCA（镍钴铝）三元体系，不含锰，镍、钴、铝的配比通常为8:1.5:0.5。

按照能量密度，三元体系中镍的含量越高，质量能量密度越大，越接近于三元电池理论能量密度，且NCA三元体系电池能量密度领先NMC三元体系。但由于钴含量下降，镍含量上升，电池的热稳定性降低，对电池安全管理要求越高。近年来，随着新能源汽车对动力电池能量密度的不断提高和技术进步，三元体系动力电池向高镍化发展。

根据GGII（高工产研），2014年三元正极材料在中国正极材料出货量占比不断提升，由2014年的约30%提高到2019年的约48%，成为第一大正极材料。而在三元正极材料细分产品上，NMC532在正极材料销量占比最高，为70%，NMC 622次之，为15%，而NMC 811和NCA 占比相对较低，同时我们也 注意到低镍的NMC111电池能量密度较低，占比也不大。我们认为，NMC622、NMC 811和NCA技术门槛较高，是导致其短期市场占有率较低的原因。随着技术进步，高镍的NMC622、NMC811和NCA三元材料未来市占率提升空间大。

我们也注意到，尽管三元材料高镍化大势所趋，但鉴于钴在电池稳定性和循环寿命独特作用，仍不能被完全替代，即使在镍含量最高的NCA三元体系，钴仍是必不可少的组成。

尽管高镍化三元材料单位含量减少，但并不意味着钴需求减少。从钴在各领域单位用量看，电动汽车用量远大于3C领域，如手机钴的用量在5~10克，而纯电动汽车钴的用量约10千克（部分带电量高的车型，钴用量高于10千克），是手机的1000倍以上，即便是混合动力汽车钴的用量也远高于手机，达到4千克。因此，考虑到新能源汽车发展前景以及单车带电量的增加，新能源汽车仍是钴长期需求增长的主要驱动力。

我们分别对钴需求增长主要驱动领域新能源汽车和目前主要的3C手机领域进行分析，而其他领域钴的需求则相对平稳。

（1）新能源汽车领域短期受疫情冲击，中长期增长看好。全球的新能源汽车市场主要在中国、美国和欧洲，其中中国位居第一，份额约50%。2019年受中国新能源汽车补贴滑坡的影响，中国新能源汽车需求受到较大影响，新能源汽车全年产量124万辆（其中纯电动和插电式混合动力分别为102万辆和22万辆 ），同比略有下滑。全球电动车市场受中国以外市场较快增长推动，2019年销量为221万辆，同比增长约9%。

政策方面：预计中国2020年双积分制的约束将显现，补贴大幅滑坡的可能性降低。根据2017年9月发布的《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》（简称“双积分制”），2019年和2020年新能源汽车积分比率要求为10%和12%，2019年和2020年的新能源积分可以合并考核。2019年12月3日，工信部装备工业司发布《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》（征求意见稿），提出了到2025年新能源汽车新车销量占比达到25%左右，高于此前的20%目标。工信部部长苗圩在2020年的1月11日举行的中国电动汽车百人会高层论坛表示，为稳定市场预期，保障产业健康持续发展，2020年的新能源汽车补贴政策将保持相对稳定，不会大幅退坡。

在德国，由于新能源汽车发展速度不及政府预期，德国计划将原定于2020年结束的补助政策延迟至2025年，且2020年提高补贴标准，其中4万欧元以下的电动汽车补助提高50%，不高于6.5万欧元（约合人民币50.2万元）的车辆提高25%，此外，还将采取扩建电动汽车充电桩等措施。英国2020年2月提出拟将燃油车禁售时间由此前的2040年提前到2035年。

我们预计随着2019年中国新能源汽车补贴政策不利因素的消化，2020年起，中国及全球新能源汽车政策影响边际向好。

产品方面：特斯拉Model 3放量，加快电动车普及。为了推动电动车的普及，特斯拉2017年开始重点发展面向普通消费者的电动汽车Model 3，并于2017年7月交付了首批产品。此后，经过生产技术改进以及Model 3 市场认可度提高，Modes 3 产量和交付量持续攀升，2019年交付量约30万辆，成为全球最畅销的电动车车型。2019年1月，特斯拉在中国新建年产15万吨Model 3 产能，并于当年10月开始生产，2020年1月交付首批产品，售价从35万元降低到约30万元，同时宣布启动中国制造的Model Y。

特斯拉Model 3的成功，尽管对包括国内厂商在内的其他新能源汽车厂商形成较大的竞争压力，但另一方面，将加快行业提高新能源汽车的技术水平，并降低成本，有利于2020年起中国及全球新能源汽车的发展。

我们预计尽管短期受新冠疫情影响，新能源汽车产销受冲击，但预计随着2019年中国新能源汽车补贴政策不利因素的消化，2019年起中国及全球新能源汽车将恢复增长，新能源汽车中长期增长的趋势并没有改变。