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有鋰走遍天下-碳酸鋰行業深度研究

發布時間:2019-04-05 作者: 未來智庫

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核心觀點:

碳酸鋰是重要的儲能材料:按照生產流程和產品鏈條劃分,鋰行業可分為基礎鋰產品和深加工鋰產品,鋰的基礎產品有碳酸鋰、氫氧化鋰和氟化鋰,碳酸鋰是最重要的鋰基礎產品,其合成工藝根據鋰原料分為兩大類。按照下游需求,鋰產業鏈有新能源、傳統工業和新材料等應用端,其中新能源汽車的需求增長最快。

碳酸鋰價格在2000年之后經歷了兩輪周期:分別是第一輪周期(2005-2009)、第二輪周期(2015-2019)以及中間的平穩過渡期(2010-2014)。對于未來鋰行業的第三輪周期,我們認為目前尚未啟動,需要等待本輪價格企穩之后,看未來全球新能源汽車行業的整體普及進程。

鋰精礦價格波動對于碳酸鋰企業的盈利影響較大:全球各地鋰的提取成本不一,優良的鹽湖鋰生產碳酸鋰的成本低于礦石鋰。典型加工企業碳酸鋰目前處于盈虧平衡點,未來精礦成本下跌或將帶動碳酸鋰價格下滑。碳酸鋰價格的下跌將帶動正極材料成本的下跌,單噸碳酸鋰價格每下跌1萬元,NCM523、NCM622和NCM811材料成本將分別下跌0.383萬元/噸、0.381萬元/噸和0.380萬元/噸。

碳酸鋰全球供應為寡頭壟斷,新能源汽車可有效拉動未來需求的增量:全球鋰資源主要集中于“五湖一礦”,未來全球鋰資源將呈現供應過剩狀況。從長周期來看,未來新能源汽車將拉動百萬噸級的碳酸鋰需求。建議關注具有良好鋰資源的天齊鋰業和贛鋒鋰業。

1 碳酸鋰是重要的儲能材料

1.1鋰是重要的能量元素

鋰是一種重要的金屬元素。鋰(Li)在1817年由瑞典科學家阿弗韋聰在分析透鋰長石礦時發現,是最輕的堿金屬元素,原子量為6.941,地殼中豐度約0.0065%,居第二十七位。金屬鋰為一種銀白色的輕金屬,物理性質方面,熔點180.54℃,沸點1342℃,密度0.534克/厘米3,硬度0.6,質輕且軟。電化學性質方面,金屬鋰具有很低的電化學勢(-3.045V)和較強的電化學活性,容易和其他元素形成化合物,同時鋰也是電化當量最大的金屬,為2.98A·h/g。

鋰的來源有鹽湖和巖石礦等。鋰由于較強的電化學性質,在自然界不以純金屬形式存在,多存在于礦物和無機鹽中。鹽湖資源多分布于智利、阿根廷等南美洲國家。巖石礦有鋰輝石、鋰云母、透鋰長石等,其中鋰輝石礦主要分布于澳大利亞、加拿大、津巴布韋、扎伊爾、巴西和中國,鋰云母礦主要分布于津巴布韋、加拿大、美國、墨西哥和中國。

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1.2鋰產業鏈是儲能關鍵

鋰形成了完備的工業產業鏈。金屬鋰具有輕、軟、高能量等特性,形成了從上游的鹽湖和礦石到中游的碳酸鋰、氫氧化鋰和氟化鋰等產品,再到下游的傳統工業(金屬冶煉、潤滑劑、陶瓷玻璃等)、新材料(有機合成、生物醫藥)以及新能源(3C電池、動力電池等)等應用端整個完備的產業鏈。

按照生產流程和產品鏈條劃分,鋰產業鏈可分為基礎鋰產品和深加工鋰產品。鋰的基礎產品有碳酸鋰、氫氧化鋰和氟化鋰。碳酸鋰按照純度與化學指標分為工業級、電池級和高純級碳酸鋰。工業級碳酸鋰主要用于制備各種深加工鋰產品,還用于玻璃陶瓷工業等;電池級碳酸鋰(純度≥99.5%)主要用于生產鋰離子電池的正極材料以及電解液;高純級碳酸鋰是生產壓電材料鉭酸鋰的主要原料。氫氧化鋰按照純度與化學指標也可以分為工業級和電池級,工業級用于產品添加劑和二氧化碳吸附劑,電池級用于鋰離子電池材料等。鋰的深加工產品分為金屬鋰、氯化鋰和丁基鋰等,主要用于新材料和部分工業領域。

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鋰資源的開發周期較長。以常見的礦石鋰為例,首先是資源勘探,接著是編制礦石儲量JORC報告,再是環評報告、許可證的交付,之后開始設計開采,一般經歷2年左右的建設期,在第三年開始交付產品。整個項目從最初的勘探到最終的出產品需要8-9年。鹽湖的擴產由于環境的復雜性等原因周期更長。

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基礎鋰產品的生產工藝分為鹽湖和礦石鋰兩種方法。對于鋰輝石原料,經過粉碎、研磨和浮選分離等工序得到鋰輝石精礦。對于鹽湖鋰原料,鹵水先轉移至蒸發池系統,通過曝光蒸發后,鋰鹽被濃縮在鹵水中,該工序重復多次后得到氯化鋰鹵水,最終再轉化為碳酸鋰、氫氧化鋰和氯化鋰產品。在天齊鋰業的生產工藝圖中,先將鋰精礦煅燒、酸化、浸出和過濾得到硫酸鋰,再加入碳酸鈉、氫氧化鈣和氯化鈣分別得到基礎鋰產品碳酸鋰、氫氧化鋰和氯化鋰。對于鋰的深加工產品,氯化鋰通過電解和蒸餾得到金屬鋰產品,而丁基鋰一般由金屬鋰和氯丁烷為主要原料進行合成。氟化鋰分為工業級和電池級,工業級一般是碳酸鋰和氫氟酸反應制備,電池級一般采用離子交換法除雜后制備。

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鋰產品之間可以相互轉換。理論計算,生產1噸金屬鋰需要6.13噸氯化鋰,從贛鋒鋰業生產圖中知道實際需要6.5噸氯化鋰,過量6%。1噸金屬鋰可以生產3.03噸丁基鋰。1噸Li2O對應0.475噸金屬鋰,即2.473噸碳酸鋰當量。1噸單水氫氧化鋰可以折算為0.88噸碳酸鋰。

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1.3碳酸鋰合成工藝

碳酸鋰是鋰產業鏈中最重要的中間產品,其合成工藝根據鋰原料分為兩大類。礦石鋰(鋰輝石、鋰云母等)主要有硫酸法、硫酸鹽混合焙燒法、石灰石燒結法、氯化焙燒法等,提鋰技術相對成熟;鹽湖鋰主要有沉淀法、萃取法及吸附法等。

對于礦石鋰,常用的硫酸法是將鋰輝石于1000℃左右下煅燒,鋰輝石的晶型由單斜晶系變成四方晶系(β-鋰輝石),化學活性增強;接著將濃H2SO4與β-鋰輝石混合后,控制焙燒溫度為250-300℃焙燒,焙燒產物用稀硫酸浸出,除去Ca2+、Mg2+、Fe3+、Al3+等雜質,再用Na2CO3除去Ca2+、Mg2+得到純凈的Li2SO4;再蒸發和濃縮,加入Na2CO3與Li2SO4反應生成Li2CO3。硫酸鹽法主要是K2SO4與鋰礦物混合,混合后的物料經造球、焙燒,使礦石中的鋰轉變為硫酸鋰,在用H2SO4浸出,使Li+從礦石中進入溶液中,進入溶液中的Li+經凈化、沉淀后便可獲得Li2CO3。對于鋰云母礦,一般多采用氯化焙燒法,選用氯化劑和鋰云母作用,將堿金屬和有價金屬轉化成氯化物。

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對于鹽湖鋰,常用的蒸發沉淀法工藝簡單,在蒸發池中進行鹵水的蒸發和濃縮,當鹵水中鋰的含量達到適當的濃度之后,進行脫硼、除鎂除鈣等,再加入純堿沉淀出碳酸鋰。吸附法一般是采用吸附劑將鹵水中的鋰離子進行吸附提取,再將其洗脫下來。對于鋰含量較低的鹵水,吸附法是較好的方法,此方法的關鍵在于選取選擇性高、吸附容量大、材料穩定性高的吸附材料。煅燒法主要針對鎂鋰比高的鹵水,在中溫下煅燒部分物質分解,氯化鋰溶解在溶液中,通過浸取工序等將雜質除去,得到碳酸鋰。

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2 碳酸鋰價格起伏大,成本依賴于原材料

2.1碳酸鋰價格經歷了兩輪周期

鋰行業自2000年之后經歷了兩輪價格周期,分別是第一輪周期(2005-2009)、第二輪周期(2015-2019)以及中間的平穩過渡期(2010-2014)。碳酸鋰價格從2000年的2000美元/噸,經歷2005-2009年的3C電子時代以及2015-2019年的動力電池時代,價格一路上漲到最高峰的24000美元/噸(16.8萬元/噸),是名副其實的“貴金屬”。

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動力電池時代的需求拉動帶來鋰價格的上漲。中國在2009年啟動新能源汽車戰略,經過培育期以及導入期,新能源汽車銷量從2013年的1.76萬輛增長到2014年的7.48萬輛。2015年前6個月銷量已經達到7.27萬輛,增速為264%,基本接近上一年度的銷量,整個2015年累計銷量為33.11萬輛,增幅為343%。新能源汽車銷量的增長帶來碳酸鋰的需求,同時加上對新能源汽車未來銷量的樂觀預期,導致電池級碳酸鋰價格從2015年6月的5萬元/噸半年之內漲到接近15萬元/噸,價格增長了2倍。

供給過剩造成鋰價下跌。隨著碳酸鋰價格的大幅上漲,帶動了相關企業的擴產積極性。由于鋰的擴產周期一般是3年,所以2015年價格上漲下催生的擴產在2018年產能逐漸釋放,供給的過剩帶動碳酸鋰價格的下跌。目前僅ALB、SQM、FMC和ORC四家企業的產能在2018年度為15.5萬噸,在2020年產能將增加到28萬噸,年均復合增速為30%,大于碳酸鋰需求的增速。截止2019年2月21日,電池級碳酸鋰價格為7.85萬元/噸,相比于2018年初的高位的16.4萬元/噸下跌52%,價格企穩接近5個月。電池級氫氧化鋰價格10.55萬元/噸,相比2018年初的高位的14.85萬元/噸下跌27%,氫氧化鋰的價格跌幅相對較小主要是由于其供需結構相對良好。

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對于未來鋰行業的第三輪周期,我們認為目前尚未啟動。需要等待本輪價格企穩之后,看未來全球新能源汽車行業的整體普及進程。

2.2碳酸鋰成本依賴于原材料

全球各地鋰的提取成本不一,優良的鹽湖鋰生產碳酸鋰的成本低于礦石鋰。鋰精礦方面,全球成本最低的天齊鋰業澳洲的格林布什鋰礦生產經營成本120美元/噸左右,澳洲其余的精礦生產經營成本在200-300美元/噸左右。

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碳酸鋰的現金成本方面,全球較低的是FMC、ALB和SQM等鹽湖的4000-4500美元/噸,折合人民幣2.8-3.2萬元/噸碳酸鋰的現金成本,其中試劑占據54%成本比例。(為了獲得擴張的份額,鹽湖鋰巨頭ALB和SQM同智利政府就新的礦權使用費達成一致,對于產品售價超過每噸10000美元的部分對應40%的特許權使用費,造成2018年度鹽湖鋰的現金成本有所增加)。天齊鋰業格林布什鋰礦的碳酸鋰現金成本約為3.5-4萬元/噸,其中鋰原料占據69%的成本,剩下的由能源、試劑、人工構成。

對于氫氧化鋰產品,其生產成本在5000美元/噸左右,折合人民幣35000元/噸(假設匯率為7)。全球成本較低的礦有天齊鋰業、FMC、ALB和SQM等企業,國內的贛鋒鋰業為6萬元/噸左右。

2.3碳酸鋰價格影響下游盈利能力

典型電池級碳酸鋰加工企業目前處于盈虧平衡點,未來精礦價格下跌或將帶動碳酸鋰價格下滑。我們對沒有鋰礦資源的企業進行碳酸鋰成本核算,鋰原料以鋰輝石精礦為例,生產1噸碳酸鋰理論上需要0.405噸氧化鋰Li2O,按照6%(Li2O含量)鋰輝石實際對應系數為8。2018年以來在供給過剩的格局下,鋰輝石精礦價格一路下調,5%的Li2O含量的鋰輝石中國到岸價從年初的950美元/噸下跌到2018年底的710美元/噸,下降幅度是25%。5%的精礦折扣系數按照9計算,由于加工企業一般年初確定全年的價格,所以全年按照900美元/噸的價格,單噸碳酸鋰加工成本為76700元/噸,市場價和成本價的價差從高峰的87300元/噸(對應毛利率53%)下跌到年底的2800元/噸(對應毛利率3.5%),在2018年底部分加工型企業出現虧損,大多企業處于盈虧平衡線。我們認為未來的精礦價格呈現逐步下跌的趨勢,按照2019、2020年度鋰輝石精礦價格分別為650、600美元/噸測算,對應的成本價格為60950元/噸和57800元/噸。

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鋰精礦價格波動對于碳酸鋰企業的盈利影響較大。我們按照6%的鋰輝石情況測算生產單噸碳酸鋰的盈利彈性(折扣系數為8,匯率假設為7,加工費用為2萬元/噸)。當鋰輝石精礦價格分別在700、650美元/噸時,碳酸鋰市場價在7.5萬元/噸時,單噸碳酸鋰毛利為1.58萬元/噸和1.86萬元/噸,對于年產10000噸碳酸鋰的典型企業,毛利為1.58億元和1.86億元,鋰精礦價格下跌7%帶動毛利上升18%。

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碳酸鋰價格的下跌將帶動正極材料成本的下跌。單噸碳酸鋰價格每下跌1萬元/噸,NCM523、NCM622和NCM811材料成本將分別下跌0.383萬元/噸、0.381萬元/噸和0.380萬元/噸。碳酸鋰價格從2017年11月的高位16.8萬元/噸下跌到2019年2月的7.85萬元/噸,帶動NCM523材料從2018年4月的23.3萬元/噸的高位下跌到2019年2月的15.4萬元/噸。

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電池級碳酸鋰價格影響下游正極材料盈利能力。根據GGII數據,按照2018年度正極材料出貨量為27.5萬噸,單噸磷酸鐵鋰、NCM、LCO、LMO需要的碳酸鋰分別為0.234噸、0.380噸、0.377噸和0.204噸,總的正極材料消耗電池級碳酸鋰為9.16萬噸。碳酸鋰價格每下跌1萬元/噸,下游的正極材料約減少5.6億元的成本。按照2018年度正極材料總產值535億元,假設凈利率10%,碳酸鋰價格每下跌1萬元/噸,將帶動正極材料行業凈利潤增長10.5%。

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3 碳酸鋰材料供需研判

3.1全球供應為寡頭壟斷

全球鋰資源儲量豐富,按照年均20%復合產量增速,可使用54年。美國地質調查局數據,全球目前金屬鋰儲量為1600萬噸,折合碳酸鋰當量約為8500萬噸,按照2017年度全球鋰資源產量為23.54萬噸計算(同比增長21.5%),靜態使用壽命為361年;假設未來碳酸鋰產量年均復合增速為20%,計算得知全球鋰資源可使用54年。

全球鋰資源主要集中于南美地區與中國地區。根據美國地質調查局數據,2017年全球1600萬噸金屬鋰資源中96%集中于智利(750萬噸)、中國(320萬噸)、澳大利亞(270萬噸)和阿根廷(200萬噸)等國家,占比分別為47%、20%、17%和13%。產量方面,2017年全球鋰資源產量43000噸(金屬鋰),其中澳大利亞(18700噸)、智利(14100噸)、阿根廷(5500噸)、中國(3000噸)分別占比43%、33%、13%、7%。按照2017年度的儲量與產量比例,智利、中國、澳大利亞和阿根廷的靜態開采年限為532年、1067年、144年和363年。

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全球鋰資源主要集中于“五湖一礦”。目前全球鋰資源供給掌握在泰利森(天齊鋰業有51%權益,ALB有49%權益)、SQM、ReedIndustrialMinerals、Albemarle、Galaxy和Orocobre等國際巨頭手上,TOP5供應量為77%。對于下游碳酸鋰、氫氧化鋰等鋰的化合物等產品,供應前五名是Albemarle、SQM、天齊鋰業、贛峰鋰業和FMC,TOP5占比約為73%。從公司營收角度,2017年度前五名為Albemarle、天齊鋰業、贛峰鋰業、SQM和FMC。總的來看,全球鋰資源被少數的幾家巨頭壟斷。

全球鋰礦開發以鹽湖為主,礦石為輔。全球鋰資源主要有鹽湖鋰和鋰礦石兩種,從產量端來看,全球鋰資源開發76%為鹽湖鋰,剩下的為鋰礦石。對于鋰礦石,儲量最多的是泰利森的格林布什礦場,擁有690萬噸碳酸鋰當量,氧化鋰品位2.1%。鋰鹽湖方面,SQM的SalardeAtacama儲量最多,擁有4290萬噸碳酸鋰當量,品位為1840ppm。智利的SQM和美國的ALB共同擁有智利Atacama鹽湖,美國FMC開發的阿根廷HombreMuerto鹽湖和阿根廷Orocobre開采的Olaroz鹽湖

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全球碳酸鋰產能擴張迅猛,短期將形成供大于需的局面。2017年全球鋰資源產量為23.54萬噸(碳酸鋰當量),同比增長21.5%。根據中國產業信息網數據,從2018年度碳酸鋰新增產能結構來看,鹽湖提鋰擴產提供了增量的42%,約為2.76萬噸;礦石擴產提供了增量的58%,約為3.8萬噸。鹽湖由于受到其主產品鉀肥等的擴產的影響以及氣候等因素的影響,擴產有一定的不確定性,所以成為了碳酸鋰供應的邊際量。碳酸鋰價格的上漲帶動了行業的投資熱情,僅僅2017年度國內碳酸鋰行業投資熱情高漲,據不完全統計,2017年度碳酸鋰行業涉及投資有196億元,多為增資以及產能投建,在2-3年后產能將陸續釋放,未來將形成供大于需的格局。

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3.2新能源汽車貢獻未來需求的增量

全球2018年度新能源汽車需要約6.5萬噸電池級碳酸鋰。根據GGII數據,2018年中國動力電池出貨量為65GWh,國內新能源汽車產量127萬輛,估算得知平均單車帶電量為51kwh。2018年全球新能源汽車累計銷量200.1萬輛,按此數據估算全球新能源汽車出貨量為102Gwh,按照1Gwh電量需要650噸碳酸鋰當量計算,需要約6.5萬噸電池級碳酸鋰。

燃油車禁售時間表陸續出臺,新能源汽車未來需求確定性高。基于環保低碳的要求,世界上主流國家都在2017-2018年陸續出臺了禁售燃油汽車的時間表。荷蘭和挪威最為激進,將于2025年禁售傳統燃油車;印度屬于發展中相對激進的,燃油車禁售時間為2030年;汽車工業強國德國的禁售時間也為2030年;英國、法國的時間相對保守,為2040年;美國目前聯邦政府并未出臺相關的政策,少數的州出臺了禁售時間表,其中加州最為激進,計劃在2030年全面推廣零排放汽車的使用,禁止傳統燃油車上路,另外陸續有9個州復制了加州的法律,故共10個州有禁售燃油車的時間表。對于國內,出臺禁售時間表相對保守,工信部副部長辛國斌在2017年9月份于天津舉行的2017中國汽車產業發展國際論壇上發表演講時透露,中國政府已經開始研究制定傳統燃油汽車停產停售的時間表。

雖然目前主要是發達國家在推動燃油車禁售,發展中國家參與較少,全球最大的新能源市場中國、美國(部分州出臺)、日本等尚未出臺禁售時間表,但都處于政策的制定期,同時已經出臺了禁售時間表的國家的政策具體實施力度以及約束性有待考量。我們認為從未來幾十年的長周期來看,更加節能、低耗的汽車是大勢所趨,新能源汽車的需求增長確定性高。

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高鎳化時代正極材料對碳酸鋰的需求并未減弱。對于下游的正極材料,未來以NCM811材料為主,單噸NCM622和NCM811需要的氫氧化鋰分別為0.433噸和0.431噸,鋰的需求并未減弱,未來電池出貨量將大幅拉動碳酸鋰的需求。

從長周期來看,未來新能源汽車將拉動百萬噸級的碳酸鋰需求。根據中汽協會網絡部數據,2017年全球汽車銷量96804390輛。按照目前全球5%左右的滲透率,未來到2030年為止,新能源汽車產量年均復合增速為13%,則2030年新能源汽車滲透率為20%,即生產2000萬輛汽車。按照單車電量60kwh計算,大約需要1200Gwh電池。按照全部為NCM811電池,將拉動100萬噸單水氫氧化鋰的需<

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