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锰金属行业发展分析报告

来源: ayx爱游戏官网 时间: 2023-11-29 13:59:37

  锰元素的基础信息:锰是银白色脆性金属,元素符号Mn,原子量为54.94,密度为7.3g/cm3,熔点为1244℃,沸点为1962℃。

  锰矿物资源广泛分布于陆地和海洋中,在地壳中的平均含量约为0.1%,锰在自然界里以氧化物、氢氧化物、硫化物、碳酸盐、硅酸盐和硼酸盐等状态产出,工业生产重要的基础性大宗原料矿产之一。

  我国锰90%以上应用于冶金工业中,是钢材中除铁以外用量最大的元素,有“无锰不成钢”之称。在冶金工业中,锰矿按照矿石类型可分为氧化锰矿和碳酸锰矿,按含锰量高低可大致分为富锰矿和贫锰矿,我国将含锰量在30%以上的成品矿石称作富锰矿。

  锰主要应用于钢铁行业,当前电池用锰占比较低。锰下游应用包括钢铁、有色冶金、化工、电子、电池、农业、医学等领域。2021年全球锰消费量超过2000万吨,其中95%以上用于钢铁冶金行业,钢铁用锰占据绝对主导地位。锰在电池行业的应用包括锰锰电池和锂离子电池正极材料,2021年合计消费占比约2%,其中锂离子电池用铁量占比约0.5%。

  新型锰基正极材料发展前最广阀,预计2021-2035年锂电池用锰量将增长超过10倍。锰在锂电正极材料中的应用当前主要以锰酸锂和镍钴锰酸锂(三元材料)为主。近年来随着材料改性技术的进步,新型锰基正极材料如磷酸锰铁锂和富锂锰基等产业化进程加速。受益于三元正极材料和锰酸锂材料出货量的迅速增加,预计2025年锂电正极材料用锰量将超过30万吨。随着新型锰基正极材料的渗透率提升,预计锂电池用锰量将出现激增,至2035年有望增至130万吨以上,超过2021年的10倍。2035年锂电池领域用锰量预计占锰整体需求比例达到5%。

  中国锰矿原料进口依赖度高,2021年电解锰供应短缺引发价格暴涨。中国锰矿资源总量较高但品位偏低,下游锰产品加工主要依赖进口原料,2021年对外依赖度超过90%。锰的加工产品有锰合金、电解金属锰、电解二氧化锰和硫酸锰等。2021年由于行业“供给侧改革”和限电等因素影响,电解锰产量下降20万吨,供应严重短缺,价格持续上涨超过200%,明显高于其他产品。

  锰行业呈现“二元格局”,2022年以来电池级硫酸锰产品盈利能力回升。钢铁行业用锰的“高基数”和电池用锰的“高增速”使得锰行业呈现出“二元格局”。2022年以来,钢铁用锰产品和电池用锰产品价格趋势分化已体现这一趋势。此外,由于电池级硫酸锰常用电解锰酸溶生产,电解锰的供应扰动会导致电池级硫酸锰出现结构性短缺。2022年以来电解锰价格回归理性和硫酸锰价格持续上涨,硫酸锰的单吨盈利拉升至4000元。

  世界锰矿资源特点是总量较丰富,但是分布不均。据统计多个方面数据显示,2019年全球陆地锰矿石储量为8.1亿吨,其中,南非、乌克兰、澳大利亚和巴西四个国家的锰矿储量占全球锰矿总储量的75%以上。不过由于乌克兰锰矿品位不佳,近年来已经退出锰矿生产国行列。世界十大巨型锰矿床如下表:

  世界高品位锰矿(锰含量高于35%)资源大多分布在在南非、澳大利亚、巴西和加蓬。此外,大洋底部还以现代锰结核的方式蕴藏了约3亿吨的锰资源,但受限于技术原因,暂未大量开采。2014-2019全球主要锰矿生产国年储量及储量数据如下表(单位:万吨):

  我国锰资源分步较广,根据自然资源部的统计数据,2020年我国锰资源保有储量(矿石量)为2.129*108T,大多分布在在广西、贵州、湖南、甘肃、云南等地,其中广西以1.189*108T位居全国第一,其次是贵州(1.996*107T)和湖南(1.573*107T)。

  2020年,全球大多数地区的锰矿石供应下降。2020年全球锰矿供应量约5,580万吨,相较于2019年减少480万吨,同比下降8%。尤其是在非洲减产幅度最大,相比于2019年减少了270万吨,非洲的主要产地是在南非和加纳。其次是美洲,比2019年同期减少了200万吨,巴西淡水河谷于2020年3月暂停了Azul矿山的生产。同样情况也出现在亚洲,2020年供应同比下降约4%,主要是由于新冠影响。

  从2020年12月到2021年的2月,全球每月的锰矿产量相比前月都有着负增长6%的下滑趋势。到2021年3月,锰矿产量为485万t,相比2月增长了22%,这是自2020年9月以来创下的新高。经分析其增长的根本原因是南非、澳大利亚、加蓬和乌克兰的产量增加,尤其是南非创下了产量的历史上最新的记录。反观中国在2021年3月的锰矿石进口需求上也温和上升,较2月增长3%。2021年一季度的锰矿产量约1,300万t,比2020年四季度环比下降了3%,这主要是锰合金生产放缓所致。锰矿产量同比2020年一季度高出8.5%。2020-2021.3部分产区锰矿分月产量表如下(单位:百万吨)

  据USGS数据,2021年全球锰矿产量约为2,000万吨,较2020年增加110万吨,同比增长5.8%。

  2020年矿山销售库存之后,矿山企业平均库存相比2019年减少25%,约为18.53万t。据统计2021年前3月平均库存分别为18.14,17.60,18.76万t。由于2021年3月矿山企业重建库存,导致矿山企业的平均库存达到约18.76万t,其相比于2021年2月的17.60万t增加了7%,比2020年底增加了1%。引起此次库存上升的根本原因是2021年3月的锰矿石供应量大于需求,这也是自2020年9月以来的首次,但是相比历史水平,矿商的库存量仍然很低。由国际锰协成员单位提供的2012-2020年的全球矿山库存量见下表(单位:万吨):

  据统计,截至2021年4月底,中国港口的锰矿库存约为625万t,低于2020年12月创下的690万吨的历史高点。尽管当前的锰矿石价格相比历史水平不算很高,但比年初增长了15%。就目前的锰矿库存水平现在足够满足2.2个月的锰矿消耗,略高于2020年的2.1个月平均消耗和2019年的1.5个月平均消耗。

  南非是世界上锰矿储量最多的国家,且以高品位锰矿为主。2019年南非锰金属储量为2.6亿t,占全球总储量的32.1%,居世界第一位。南非锰矿床分布十分普遍,大多分布在在Kalahari-Postmasburg锰矿集区,尤以赋存在古元古代Transvaal超群中的变质沉积型锰矿床最为著名。

  澳大利亚是世界主要的高品级锰矿石生产国和出口国,2019年澳大利亚锰金属储量为1.0亿t,占全球总储量的12.35%。其锰矿资源主要分布在澳大利亚北部和西部,多为露天开采,品位高且易分选。Groote锰矿是澳大利亚最大的原生氧化锰矿床,锰矿石赋存于砂质粘土中的海相沉积矿层中,矿石含锰量40%~50%左右。

  巴西锰矿资源分布广泛,在全国大多数的州都发现有锰。截至2019年底,巴西锰金属储量1.40亿t,占世界总储量的17.28%。Carajas地区的Azul锰矿区系目前巴西主要的锰矿山,主要生产含锰量在40%的高品位锰矿石和高品级的电池锰矿石。

  加蓬是非洲第二大锰矿资源国,以盛产富锰矿石(锰含量50%~60%)和电池级锰矿石闻名于世。

  2019年,加蓬探明锰(金属)储量共计6,100万t,占世界总量的7.53%。加蓬锰矿资源分布较为集中,主要在其东南部的Moanda地区,锰矿多赋存在古元古代(2.3~2.3Ga)Francevillian矿床内,矿床类型以变质沉积型为主。

  2018年,全球主要锰矿生产国南非、澳大利亚、巴西、加蓬、加纳和中国主要有9家企业12个锰矿山,年产矿石量2,520万t。主要矿石商占有全球约56%的产量,是世界优质富锰矿资源的主要控制者,在锰矿资源配置中处于主导地位。

  中国是全球最大的锰矿消费国,虽然我国有着丰富的锰矿资源,储量在世界上的排名第六,但锰矿却是我国的劣势矿产,贫矿多、富矿少,贫锰矿储量占到全国总储量的93.6%,平均品位在20%左右,属于低品矿。而全球主要锰资源国的锰矿石平均品位在40%左右,我国锰矿品位相较之下低了将近一半。除此之外,本土锰矿资源开采难度大,运输成本高,且低品矿渣量多,需要选矿处理,加工难度大且成本高。而国外进口矿石品位高,渣量少,成本低,对环境污染小,因此我国锰矿主要依赖进口,每年约有70%的锰矿需要从海外进口。

  我国主要从南非、澳大利亚、加纳、加蓬和巴西进口锰矿,主流进口品种为澳块Mn45%、南非半碳酸Mn36%、南非高铁Mn30Fe22、加蓬块Mn44.5%和巴西矿Mn45%,国内主要进口港口为天津港和钦州港。

  2010年以来,我国锰矿进口就已突破1,100万t,2019年进口量突破了3,000万t,达到了历史最高进口量3,420万t。2020年,受新冠疫情的影响,锰矿石进口量为3,166万t。2020年我国锰矿石消费量为4,208万t(锰金属量1,075万t),占全球锰总消费量的58%(折算成锰金属量),其中自产锰矿石1,042万t。由于我国进口的锰矿石以高品位的氧化锰矿为主,折算成锰金属量,我国锰对外依存度已超过90%,在当前的国际背景下,风险极高。

  2020年中国的锰矿进口量在经历了连续4年的增长后开始下降。但在2021年第一季度,中国的锰矿进口量为810万t,与2020年同期的710万t相比增长13%,还在于疫情过后行业的强劲复苏。2021年第一季度中国的锰矿石进口量环比2020年第四季度减少了13%,而造成其原因是季节性放缓。2012-2020年中国港口锰矿进口量见下表(单位:百万吨)

  另一方面,近几年来,锰矿石进口价格波动较大,品位大于40%的高品位锰矿石2016年2月进口价格仅为79美元/t,到2017年2月锰矿进口价格攀升至266美元/t,2020年5月,锰矿进口价格为180美元/t。自2021年以来,随着大宗商品的价值的上涨,进口锰矿价格又开始了新一轮的飙升,2022年1月,进口锰矿石的价格为270美元/t,受俄乌冲突等因素的影响,2022年3月,进口锰矿石的价格超过了400美元/t,大大超过了历史价格高位,给我国锰矿加工公司带来的沉重的负担,导致国内一些企业没办法承受,严重影响正常生产。

  其中2021年7月电解锰出口前五国家明细见下:荷兰10464t,占出口总量的31.22%;韩国5713t,占出口总量的17.05%;日本4951.5t,占出口总量的14.77%;俄罗斯联邦3420t,占出口总量的10.20%;印度1983t,占出口总量的5.91%。

  锰产业链涵盖从上游资源端到最终的回收端。矿源包括碳酸锰矿石、氧化锰矿石、混合型矿石和别的类型矿石,经过冶炼加工生产处硅锰合金、二氧化锰等产品,最多应用于钢铁、电池等多个领域。最终的回收端主要以锰渣为主,包括资源端产生的矿渣和冶炼端产生的冶炼渣。

  如上文所述,南非拥有全球最大的锰资源储量,同时也是最大的锰资源生产国。根据2021年USGS报告数据显示,已探明的锰资源全球总量约15亿金属吨,其中61%的锰资源集中在南非、澳大利亚两国;加蓬次之,约占全球的4.1%。

  2021年,全球锰资源产量为2000万金属吨,其中位于南非、加蓬、澳大利亚的锰资源分别贡献全球产量的37%、18%及16.5%,位居前三甲。

  2021年,我国锰资源储量为5400万金属吨,约占全球的3.6%,以贫矿为主。我国锰矿石分为四类,分别是碳酸锰矿石、氧化锰矿石、混合型矿石和别的类型矿石。其中,碳酸锰矿石占比最大,氧化锰矿石和别的类型矿石资源量较少。据公开数据查询,我国锰矿石的平均品位约22%,以贫矿为主,就没有符合国际标准的富矿。一般来说,品位中等及中等以下的贫矿一定要通过选矿提高品位后才能利用,而碳酸锰矿品位需达到25%以上,氧化锰矿品位达到30%以上。

  据百川盈孚数据,2021年国内锰矿表观消费量3831.9万吨,进口量3003万吨,若按照进口量/表观消费量作为对外依存度测算,我国锰资源对外依存度高达78.4%。

  全球锰矿资源主要使用在于锰合金。据统计,2020年,全球锰矿石中88%均用于锰合金产品,其次是金属锰、电解二氧化锰,占比分别为8.3%、1.7%;其他还包括普通硫酸锰、高纯硫酸锰、高纯度锰合金。硅锰合金是生产钢铁材料的重要功能性基础原料,在炼钢过程中对钢的合金化或微合金化有着重要的作用。

  2022年上半年,我国硅锰合金产量大多分布在在内蒙、宁夏、广西三个地区,占比达到 77.5%。2022 年 6 月,硅锰合金的平均价格为 8109.5元/吨,由于需求疲弱叠加库存增加,自 2021 年 10 月以来,硅锰价格会出现了下滑。

  另外,在所有的锰化工产品中,电解二氧化锰是产量最大和产值最高的品种,也是研究和应用最为全面、深入和持久的金属氧化物。

  电解二氧化锰的生产企业包括湘潭电化、南方锰业、红星发展,其中,湘潭电化是我国电解二氧化锰的有突出贡献的公司,2021年产能达12.2万吨,市占率达25%-30%;南方锰业子公司广西汇元锰业同年电解二氧化锰产量约7.5万吨,红星发展产能约3万吨,市占率分别为16%、6%。

  对于电池级四氧化三锰而言,主要使用在于锰酸锂、三元材料、磷酸锰铁锂。同时,该材料还是制备锰锌铁氧体软磁材料的重要原料,大范围的应用于汽车、光伏、5G、电力、充电桩等。四氧化三锰的生产企业主要是中钢天源,2021年企业具有55000万吨四氧化三锰的产能(电子级50000吨,电池级5000吨),市占率约50%。截止2022年10月底,湘潭电化的四氧化三锰产品规划产能为1万吨/年,不过湘潭的产品当前还处于验证阶段。

  高纯硫酸锰也是锰化工市场的一个重要应用分支。高纯硫酸锰(HPMSM)大多数都用在锂电池三元正极(前驱体)材料。在三元材料中,镍元素的含量决定了材料的容量,钴元素能够抑制阳离子混排,稳定层状结构,提升材料倍率性能,锰元素不参与氧化还原反应,能够更好的起到稳定结构的作用。目前中国电池级(高纯)硫酸锰头部厂商最重要的包含汇成新材、贵州红星发展和广西埃索凯新材料科技有限公司,三者2021年占有超过73%的市场占有率。同时中国厂商,在全球市场也占据主导地位。近几年来,国内市场非常活跃,竞争也很激烈,预计未来将保持这一态势。从近几年发展来看,电池级硫酸锰的生产越来越集中,目前大多分布在在贵州铜仁和广西钦州两大生产基地。此外,下游三元前驱体的产地,也主要分布在少数省份,如湖北、广东、湖南、浙江、河南和江西等。就销量而言,2021年全球硫酸锰总销量约55万吨,其中高纯硫酸锰约23万吨,占比41%;市场预计,至2027年,全球硫酸锰销量将达154万吨,高纯硫酸锰约为112万吨,占比达73%,市场渗透率显著提升。

  锰矿资源能应用于钢铁冶金、电池制造、化工、医药、电子等多个领域,从利用情况看,2021年全球锰矿石的96.5%均用于钢铁行业,普通电池和农业排名二、三,占比分别为1.7%、1.4%。

  未来,锰在动力电池中的运用将愈来愈普遍。根据杨玉芳《全球锰矿产业现状及发展的新趋势》的文献,其预计金属锰的用量将从2020年的4.4万吨提升至2030年的36.2万吨,这中间还包括2.8万吨EMD(电解二氧化锰)形式的LMO正极材料和33.4万吨高纯硫酸锰形式的NCM和LMNO正极材料。假设其他领域锰需求不变,全球电池用锰占比有望从2020年的 2.1%上升至2030年的4.9%。

  2021 年 EVTank 测算的电池正极材料出货量为三元材料 42.2 万吨,锰酸锂材料 11 万吨。目前富锂锰基材料、磷酸锰铁锂材料以及钠电池相关锰基材料都在积极地推进产业化,因此电池行业对锰的需求基本集中于三元材料以及锰酸锂材料两个部分。依据三元材料及锰酸锂的化学式,测算得出2021 年国内电池行业用锰需求为 18.55 万吨。

  三元正极材料以及锰酸锂正极材料随锂电池市场体量的扩大也将会迎来相应一定幅度的增长,根据 SMM 测算,2025 年中国三元材料产能 193.8 万吨。根据湘潭电化 2021 年 3 月 17 日投资者关系活动记录表,湘潭预计 2025 年锰酸锂需求可能达到 40 万吨左右。

  磷酸锰铁锂以及镍锰酸锂作为对磷酸锰锂和锰酸锂的改进材料,将在未来逐渐发光发热,根据 GGII 预计,2025 年磷酸锰铁锂正极材料出货量将超 35 万吨。

  另一方面,钠离子电池产业化布局进程也在有条不紊地进行,有机构预计 2025 年钠离子电池锰基材料也将在电池行业用锰中占据一席之地,根据光大证券《从无烟煤龙头到钠电池材料龙头——华阳股份(600348.SH)投资价值分析报告》中的测算,2025年国内钠电池装机量有望达到 46GWh;

  基于此,测算 2025 年国内电池行业用锰需求为 89.08 万吨(假设按照二氧化锰当量),较 2021 年提升 3.8 倍。

  我国电解二氧化锰行业产业链较为成熟。电解二氧化锰的原材料是锰矿,其大多数都用在一次电池和二次电池正极材料的生产,路径细分如下:

  电解二氧化锰的原材料和能源最重要的包含锰矿石、电力、燃煤、硫酸,原材料和能源成本占70%左右。虽然原材料锰矿的价格下降会带来成本下降的优势,但由于供给侧结构性改革的深入推进,导致其他原材料、能源价格纷纷上涨,电解二氧化锰行业的生产所带来的成本仍旧呈上涨的趋势。此外,由于随国家环保督察的深入,整个电解二氧化锰行业面临的环保压力增大,企业环保投入及运行成本持续增长。

  电解二氧化锰行业集中度很高,中国、日本、美国、欧洲和印度等地制造商合计约30家左右。

  中国是全球电解二氧化锰生产大国,2018年中国电解二氧化锰产量为30.04万吨,产能为35.03万吨,国内产量约占全球73%。国内主要生产商为湘潭电化、南方锰业(广西汇元)、桂柳化工、中信大锰和贵州红星等,其中湘潭电化的电解二氧化锰产量约占国内产量的30%、占全球产量的21%,南方锰业排名第二,国内市占率约29%,国内整体市占方面,CR4≈82%。

  在北美,市场由Prince(2016年收购ERACHEM)和Tronox Limited主导。在欧洲,市场由Tosoh(希腊)和Cegasa主导。在日本,唯一的生产商是Tosoh。而在中国,大约有十几家生产商,分布在广西和湖南省,可以开采锰矿资源,主要的生产商是湘潭电化,桂柳化工,中信大锰矿业和贵州红星。2016年,由于竞争和环境问题,另外两个重要参与者关闭了工厂,分别是广西有色金属集团和湖南顺隆能源。

  从销售情况看,2021年全球电解二氧化锰(EMD)市场销售额达到了8.5亿美元,预计2028年将达到14亿美元,年复合增长率(CAGR)为6.8%(2022-2028)。地区层面来看,中国市场在过去几年变化较快,2021年市场规模为4.51亿美元,约占全球的53%,预计2028年将达到7.9亿美元,届时全球占比将达到56.43%。

  虽然我国是电解二氧化锰(EMD)行业最大的生产国,不过,根据《产业体系调整指导目录(2019本)》,新建二氧化锰属于限制类,对限制类项目,禁止新建,现有生产能力允许在一定期限内改造升级。随国家产业政策的严格调控,将推动电解二氧化锰行业一直在优化升级,实现高质量发展。

  国内主要同行业企业包括湘潭电化科技股份有限公司、南方锰业集团有限责任公司和他的下属公司广西汇元锰业有限责任公司、广西桂柳化工有限责任公司、广西一洲锰业有限公司、贵州红星发展股份有限公司、普锐斯矿业(中国)有限公司、西南能矿集团股份有限公司等。其中,湘潭电化是行业龙头,2021年湘潭电化电解二氧化锰(EMD)年产能为12.2万吨,销售11.9万吨,有湘潭和靖西两个生产基地,已基本实现产销平衡。同时,湘潭电化还是世界上首次实现以碳酸锰贫矿为原材料生产高品质无汞碱锰电解二氧化锰技术产业化的企业。另一家A股上市公司红星发展2021年电解二氧化锰年产2.92万吨,销售3万吨,较湘潭有一定的差距。港股上市公司南方锰业通过对宁波大锰的收购及旗下汇元锰业的技改,产能从2019年的3万吨跃升至2021年的15万吨。其余竞品方面,桂柳化工现有产能6.3万吨,贵州能矿为1.35万吨。

  (1)锰锌电池该经过100多年发展,已成为消费者日常生活中不可或缺的电子易耗品。从存量市场上看,作为移动灯具、遥控器、传统电动玩具等各类小型电器的配套电源,锌锰电池具有较高的刚需,存量市场较为稳定。从增量市场来看,在全世界内,以锌锰电池为主要电源的新兴小型电子科技类产品,如电子门锁、无线鼠标、电子血压计、电子额温枪等,均呈现温和而稳健的增长态势;近年来,智能家居的发展推动了各类智能化小型家用电器的普及,为锌锰电池打开了行的增长空间;同时,物联网的加快速度进行发展带动了更多电子设备的需求,尤其在远程遥控和电子医疗设施领域,锌锰电池的需求将持续不断的增加。下游锌锰电池需求的增长也将带动正极材料电解二氧化锰的市场需求增长。

  (2)随着下游锰酸锂电池在电瓶车、低速电动车、电动工具等使用领域需求量开始上涨,锰酸锂型电解二氧化锰的市场需求明显增长,并可能呈现出井喷式增长的预期。

  (3)电池行业坚持自主创新和转型升级,逐步充电池制造大国向制造强国迈进,根据电池行业协会信息,按照初步规划,“十四五”期间,一次电池在全面实现无汞化的基础上,碱性化率由30%提升至50%。高性能、超高的性价比的无汞碱性产品是电解二氧化锰发展的必然趋势。

  (4)下游电池行业集中度提高,对电解二氧化锰生产企业的规模、产品质量和性能要求会慢慢的高,电解二氧化锰行业竞争加剧,行业集中度将进一步提高。

  硫酸锰是锰系化合物的典型代表,能够适用于生产金属锰、其他锰盐和锰化合物,大范围的应用于能源、医药、化肥、饲料、食品、造纸及催化剂等行业,其中高纯硫酸锰(HPMSM)大多数都用在锂电池三元正极(前驱体)材料。在三元材料中,镍元素的含量决定了材料的容量,钴元素能够抑制阳离子混排,稳定层状结构,提升材料倍率性能,锰元素不参与氧化还原反应,能够更好的起到稳定结构的作用。

  目前中国电池级(高纯)硫酸锰头部厂商最重要的包含汇成新材、贵州红星发展和广西埃索凯新材料科技有限公司,三者2021年占有超过73%的市场占有率。同时中国厂商,在全球市场也占据主导地位。近几年来,国内市场非常活跃,竞争也很激烈,预计未来将保持这一态势。

  从近几年发展来看,电池级硫酸锰的生产越来越集中,目前大多分布在在贵州铜仁和广西钦州两大生产基地。此外,下游三元前驱体的产地,也主要分布在少数省份,如湖北、广东、湖南、浙江、河南和江西等。

  就销量而言,2021年全球硫酸锰总销量约55万吨,其中高纯硫酸锰约23万吨,占比41%;市场预计,至2027年,全球硫酸锰销量将达154万吨,高纯硫酸锰约为112万吨,占比达73%,市场渗透率显著提升。

  高纯硫酸锰一般有两条生产的基本工艺,一是电解金属锰片加硫酸进行酸溶得到硫酸锰,第二种是从矿出发,经过还原除杂结晶得到高纯硫酸锰。市场上每家公司的工艺上又会有一些细节上的差异,典型代表是红星发展、大龙锰业和贵州汇成新材料。目前,第一种工艺已经逐步退出市场,主要因为纯度达不到电池级,还有就是缺乏经济性。截至2021年底,金属锰价已大幅涨至4万/吨,第一种方法制备高纯硫酸锰的成本约为1.3万/吨,若加上折旧等费用的,总成本将达到约1.5万/吨,远超目前高纯硫酸锰1万/吨(截至2021年底)的市场售价。所以,市场上更多的是采用第二种工艺。不过,目前国内掌握第二种工艺的企业较少,其中代表是贵州汇成新材料和红星发展,别的企业规模较小。

  目前,高纯硫酸锰主要使用在在三元正极材料。在三元材料中,镍元素的含量决定了材料的容量,钴元素能够抑制阳离子混排,稳定层状结构,提升材料倍率性能,锰元素不参与氧化还原反应,起到稳定结构的作用,并且锰价相比来说较低,可以在某些特定的程度上较低电池的成本。

  高纯硫酸锰价格的影响因素主要有三:需求、进入门槛和其他工艺路线的新增供给(如电解金属锰的酸溶)。

  在需求方面,得益于近三年来新能源车的需求旺盛,带来了动力电池需求的高增长。截至2021年底,我国三元材料的产量达到了约41.04万吨,同比增长112%。其中,NCM523为主要生产商品(19.68万吨,同比增长78%),其次是NCM811(14.06万吨,同比增长181%)。按照单吨三元前驱体耗用0.3-0.5吨高纯硫酸锰进行计算,2021年全年,我国耗用高纯硫酸锰约为12.3-20.05万吨。有机构按照2025年全球新增新能源车2500万辆计算,届时高纯硫酸锰的需求或达70万吨。

  总体而言,受益于新能源汽车的加快速度进行发展,未来有望在锰酸锂和磷酸锰铁锂方面形成快速突破,将来在钠电池正极材料、富锂锰基材料以及无钴的镍锰二元材料都有很好的应用,通吃现在及未来的新能源材料体系。

  可以说,锂离子电池的锰源大多数来源于高纯硫酸锰,即使不是,也要从高纯硫酸锰进行转换,综合测算来下,2025年高纯硫酸锰的整体需求将达到134万吨,实现4年7倍的快速地增长,复合增速达到约70%。

  在准入门槛方面,鉴于当前技术工艺的复杂,红星发展在回答机构访谈时说到,新进入者至少需要三年的时间,而行业内企业扩产的时间周期也需要两年左右的时间。

  从工艺路线上看,电解金属锰片酸溶路线主要有两大缺陷,一是纯度难以达到一定的要求,需要新增提纯,成本比较高;二是电解金属锰收到限电节能和锰联盟(2020年成立,覆盖行业80%产能)打击低端产能,控量保价等影响,锰价在2021年大面积上涨至4万元/吨,从长久来看,此价格有望保持平稳。在此种情形下,按照一吨金属锰生产三吨硫酸锰,再加上硫酸及另外的费用,成本将超过1.5万/吨,不具备经济性。

  (1)为维持新能源汽车及其相关产业的可持续健康发展,国家逐渐提高对于新能源汽车的补贴门槛,包括续航里程及单位体积内的包含的能量标准等,且呈收紧和逐年退坡趋势。长续航能力是新能源汽车的主要发展趋势之一,对动力电池的单位体积内的包含的能量提出了更高要求。

  (2)相较于传统三元正极材料,高镍三元正极材料拥有更高的单位体积内的包含的能量、有更长的续驶里程、更低的综合成本等优势,促使更多主流动力电池企业选择高镍三元正极材料的技术方向,形成对高镍三元正极材料的持续需求,引导三元前驱体行业向高镍化、高一致性等方向发展。

  (4)目前NCM主要在中国、日本等少数国家生产,未来几年,欧洲、北美也可能会有企业进入。

  磷酸锰锂与磷酸铁锂结构相似,由于存在 P-O 共价键保证结构稳定,但受充放电过程中 Jahn-Teller 效应影响,磷酸锰锂导电能力差且衰减迅速。磷酸锰铁锂是通过磷酸铁锂掺杂锰元素获得的,Mn3+/Mn2+电对 4.1V 的高电势可弥补 Fe3+/Fe2+电势较低的缺点,同时 Fe 的掺杂也能改善材料在充放电过程中的动力学性能,且磷酸锰铁锂 4.1V的电压平台也适配当前电解液体系,因此磷酸锰铁锂成为磷酸盐系材料新的研究热点。

  磷酸锰铁锂综合性能优异,主要体现为:1)磷酸锰铁锂同磷酸铁锂一样具备橄榄石结构,PO4四面体结构稳定,热力学和动力学稳定性优异,同时由于电压平台比磷酸铁锂高0.7V左右,相较磷酸铁锂单位体积内的包含的能量提高约20%,但锰铁锂电子电导率较低,充放电能力与循环寿命不及磷酸铁锂。2)磷酸锰铁锂与尖晶石型锰酸锂电压平台接近,但锰酸锂克容量上限较低,因此能量度低于磷酸锰铁锂。3)相较于层状结构的镍钴锰酸锂材料,磷酸锰铁锂的克容量低 30%左右,但安全与循环性能更优,原材料价格也更低。磷酸锰铁锂与三元及磷酸铁锂对比如下:

  从申请专利情况去看,各家技术百花齐放。德方纳米专注于液相法,力泰锂能(宁德时代参股)、斯科兰德(容百科技控股)等一起进行液相与固相法的技术布局,同时锰铁锂制备方法也不局限于上述高温固相法于液相法,光华科技等的制备工艺还包括微波法、球磨法等工艺。各厂家中德方纳米产品性能较突出,其早在2017年公告专利,其中添加石墨炔溶液的产品0.2C下放电克容量在165mAh/g左右,放电中值电压接近4V,125次循环保持率在99.9%以上。

  另一方面,磷酸锰铁锂有三大缺陷,一是导电性能和倍率性能差,二是双电压平台加 增加BMS难度,最后是锰溶出影响电池循环性能。上述缺陷,市场一般用碳包覆技术、离子掺杂、纳米化等方式予以解决。

  目前,市场内动力电池头部企业均布局有磷酸锰铁锂材料,宁德时代推出M3P新型磷酸盐系材料,中创新航提出 OS 高锰铁锂技术,比亚迪、国轩高科、亿纬锂能、孚能科技、欣旺达等也均储备有有关技术;正极材料厂商陆续加入锰铁锂推动产业化发展,德方纳米产业化进度较快,11万吨已于 2022 年 9 月正式投产,并新增规划建设年产 33 万吨新型磷酸盐系正极材料生产基地。容百科技、当升科技等也通过外延并购与自主研发推进锰铁锂的产业化进度。锰铁锂在两轮车上的应用进度较快,天能股份、星恒电源的锰铁锂产品陆续开始应用于两轮电动车。

  鉴于磷酸锰铁锂对于磷酸铁锂的增量替代及未来三年内电动车的高增长预期,能预见锰的用量将在未来3年实现大幅度增长。

  由于双电压平台带来的功率突变问题,单独应用锰铁锂需对 BMS 改造升级,且锰铁锂的导电、循环、倍率等性能仍有待改进,因此锰铁锂单独应用的前景存在一定不确定性,预计到 2025 年锰铁锂在车端单独使用渗透率 2%,需求可达 6.4 万吨。三元材料中加入磷酸锰铁锂材料后,粒径较小的磷酸锰铁锂材料复合在三元材料的周围,能够隔绝电池活性材料热失控情况下的连锁反应,提高材料安全性,但锰铁锂掺杂比例过高会降低材料容量、电导率,若到 2025 年磷酸锰铁锂掺杂比例可达 20%,预计 2025 年车用动力电池中锰铁锂掺杂需求可达36万吨。在两轮车端,磷酸锰铁锂可与锰酸锂、三元复配进而达到减少相关成本、提升单位体积内的包含的能量的效果,如果2025年用磷酸锰铁锂在两轮车渗透率可达 35%,则锰铁锂需求可达3.3万吨。

  同时,假设碳酸锂稳态价格16万元/吨,磷酸锰铁锂价格较磷酸铁锂高5%-10%,单吨价格约7.5万元/吨,则2025年磷酸锰铁锂市场空间可达342亿元,2021-2025年复合增速达329%。

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