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磷酸铁锂材料龙头,德方纳米:专利布局补锂添加剂,开拓新领域
来源:远瞻智库 2023-03-01 431
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    (报告出品方/作者:中信证券 袁健聪 吴威辰 李鹞等)

    自热蒸发液相法壁垒高,产品循环优势明显

    从技术层面掌握竞争优势,德方工艺壁垒深厚。

    从制造业长期竞争维度,我们认为各家企业的壁垒优势可以分为三类:人无我有(我能做而其他人不能做);人有我精(我能做得比别人好);人精我廉(我能做得比别人更有成本优势)。也即从技术、工艺与成本端我们可以对锂电材料乃至于整个制造业做划分。

    独创液相法合成技术,处于国际领先水平。

    公司独创的自热蒸发液相合成纳米磷酸铁锂技术,综合了自热蒸发液相合成法、非连续石墨烯包覆等技术,在常温常压下,通过将原料锂源、铁源、磷源和辅料混合后即可自发反应,反应放热后快速蒸发水分而自动停止反应,得到纳米磷酸铁锂的前驱体,而后在烧结过程中加入碳源,进行两次的高温分解,得到非连续的石墨烯包覆磷酸铁锂颗粒。

    据德方纳米招股说明书披露,经以国家最高科学技术奖获得者、素有“中国材料学之父”之称的两院院士师昌绪先生为组长的国家纳米科学中心专家组鉴定,公司的液相法合成技术处于国际领先水平,具有能耗低、产品性能优异、批次稳定性好、生产成本低等优点。

    多年设备与技术积累,产线迭代与积淀铸就壁垒。

    公司于2007年成立,获得自热蒸发液相法专利授权,从科研端正式向商业化迈进。

    经过 7 年时间的设备、工艺、良率的摸索,直到2014年公司才正式开始批量向宁德时代大规模出货。

    2014年至今,公司持续在设备选型、工艺控制、流程优化等方面推进技改,形成从配方到工艺再到生产的全流程壁垒,令竞争对手短期难以模仿追赶。

    根据我们测算,预计公司2021年H1直接材料成本占比为76%。直接材料包括锂源、磷源、铁源、电力等,其中锂源成本最高,2018年公司锂源成本达2.4万元/吨,主要系Li2CO3价格较高(2018年约10万元/吨);

    我们测算2021H1公司锂源成本约1.6万元/吨。此外由于烧结等环节需大量电能,目前公司单吨电费成本可达约0.4万元/吨。

    公司液相法拓展原料体系,有望带来成本下降

    公司掌握自研的自热蒸发液相合成法技术,是业内唯一采用此液相法路线的企业。

    公司于2019年末和2020年初申请了两项技术专利,专利内容主要包括采用锂磷铝石制备磷酸锂,采用低纯度磷酸锂制备成品纳米磷酸铁锂的方法,有望通过原材料创新降本。

    专利 1:锂磷铝石制备磷酸锂的方法

    专利简介:采用矿石为主要原材料生产较高纯度磷酸锂。此前公司已经通过子公司山东德方实现铁源的制备,公司目前也在积极布局磷酸锂原材料的制备。

    从专利说明书来看,该发明可采用成本较低的天然锂磷铝矿石为主要原料,通过碱浸溶出锂元素,得到主要成分为磷酸锂的固形物,进而采用价格低廉的聚丙烯酰胺除杂,吸附硅酸盐、铝酸盐等杂质,并进一步纯化。

    据公司测算,该方法对锂元素的回收率为96%以上,所得磷酸锂的纯度为97%以上,并且可显著降低磷酸锂的生产成本。

    制备流程:反应主要发生在溶液中,并经杂质分离纯化磷酸锂。

    磷锂铝石的主要成分是五氧化二磷(P2O5)、氧化锂(Li2O)以及氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)等杂质。

    首先将磷锂铝石粉碎成磷锂铝粉;并将其与碱混合反应,固液分离后得到主成分为磷酸锂的固形物;将固形物与酸混合溶解,固液分离后得到含锂溶液 I;将含锂溶液 I 与聚丙烯酰胺混合,使聚丙烯酰胺吸附其中硅酸盐等杂质,并固液分离得到含锂溶液 II;将含锂溶液 II 的 pH 调至碱性,固液分离后可得到较高纯度的磷酸锂固体和无机盐溶液。

    专利优势:低成本获取锂源,产物纯度较高。

    生产电池材料需要用高纯度的碳酸锂原材料,以纯度为99.5%的国产电池级碳酸锂为例,其2021年初价格仅为5万元/吨;此后价格一路上涨,尤其是2021年三季度以来价格大幅飙升,目前高达20万元/吨。

    即使不 考虑损耗,生产 1 吨磷酸铁锂也需要约0.25吨碳酸锂,因此锂源成本即达到5万元/吨。

    而锂磷铝矿石(含氧化锂6%)市场采购价大幅低于碳酸锂(但需额外加工费用)。

    采用公司新专利技术,可望降低锂源成本,且产物纯度达到97%以上。

    专利优势:锂离子利用率高,磷酸铁锂产物性能优良。

    该发明以粗制磷酸锂为原料,通过分布沉淀等步骤使锂的利用率达到 99%以上,且滤液可作为原料或去离子水循环使用,进一步降低锂的损失,具有成本低、操作简单、可重复性好的优点。

    根据国家专利局专利信息披露,通过该技术制备得到的磷酸铁锂为纳米级,其0.1C放电克容量可达157mAh/g以上,1C放电克容量可达138mAh/g,中值电压3.35V 以上,具有良好的性能。

    新专利契合公司液相法路线,有望降低生产成本

    磷酸铁锂制备工艺多样,分为固相法和液相法两大类。

    磷酸铁锂制备方法较多,主要分为固相法和液相法。其中固相法是目前最为成熟且大规模商业化应用的方法,根据关键原材料不同可分为草酸亚铁、磷酸铁(钠法)和磷酸铁(氨法)三大类。

    固相合成法设备和工艺简单,制备条件容易控制,适合工业化生产;但原材料固相不均匀,化学反应产物颗粒较大,粒度分布范围宽,从而对产品导电性和安全性等产生不利影响。

    目前具备量产化能力的主要为德方纳米的自热蒸发液相法,这种合成法使得初始原料在分子水平上的混合和获得的前驱体更均匀,但对生产条件控制的要求较高,此外压实密度等方面存在一定劣势。

    专利简介:制备正极补锂材料铁酸锂,产品纯度超过95%。

    公司专利技术涉及的补锂剂为正极补锂剂材料铁酸锂(Li5FeO4),现有的铁酸锂制备方法多采用固相法,具体是采用Fe2O3和LiOH(或Li2O)按照一定摩尔比进行固相混合,再进行多次烧结得到,固相法要求Fe2O3的粒径足够小,且存在需要多次烧结、烧结时间长、产物杂质含量高的问题。

    专利优势:

    1)铁酸锂补锂剂:材料价格低廉、补锂安全性高;

    2)制备工艺简单易行,适合工业化生产:由液相法制备出的前驱体溶液中的氢氧化铁胶体的粒径较小,比表面积较大,干燥后仅需一次烧结处理即可得到纯度较高的铁酸锂,解决了传统固相法需要多次烧结、烧结反应不充分、烧结时间长、杂质含量高的问题;

    3)产品纯度高:据公司测算,采用该专利技术制备出的铁酸锂在三次实例中的纯度分别为95%、98%、97%。

    原料需求测算:单吨铁酸锂消耗1.2吨碳酸锂。

    根据公司专利披露,生产补锂剂铁酸锂所需的原材料来源丰富,锂源可以是LiCH3COO、Li2CO3、LiNO3、Li2C2O4中任意一种,铁源可以是Fe(NO3)3-9H2O、FeCl3-6H2O、Fe2(SO4)3中的任意一种,有机酸可以是草酸、醋酸、丁二酸、抗坏血酸中的至少一种。

    我们假设锂源采用Li2CO3,铁源采用Fe(NO3)3-9H2O,经测算,理论上生产 1 吨铁酸锂补锂剂材料需要消耗大约1.2吨Li2CO3和2.38吨Fe(NO3)3-9H2O。

    产能布局:率先开启补锂剂项目产业化进程

    投建2.5万吨产能,开启补锂剂产业化进程。

    9月29日公司公告与曲靖市人民政府、曲靖经开区管委会签订了《年产2.5万吨补锂剂项目投资协议》,公司拟在曲靖经济技术开发区建设“年产2.5万吨补锂剂项目”,项目计划总投资约人民币35亿元,对应单吨投资额14亿元/万吨。

    公司在2021年中报中披露,该补锂添加剂是一款正极补锂材料,可适用于各种体系的锂离子电池正极,显著提升电池的能量密度,同时大幅改善循环性能,可兼容现有电芯产线,安全性以及成本方面对比其他补锂方式均具有明显优势。

    公司加速布局新型添加剂,拓展新的业务领域,将有望进一步打开下游客户市场空间,继续夯实头部企业地位。

    曲靖华祥专利:废旧磷酸铁锂电池正极材料的回收方法

    专利背景:现有废旧磷酸铁锂正极材料的回收方法,通常是先将废旧磷酸铁锂正极材料加酸溶解,再加入氧化剂来氧化溶液中的亚铁离子制备磷酸铁,但通常存在氧化剂的用量较大、亚铁离子氧化不完全及制得的磷酸铁纯度较低等问题。

    专利简介:从废旧磷酸铁锂电池中回收高纯磷酸铁。从专利说明书来看,公司通过拆解磷酸铁锂电池得到正极片,经过分离集流体、酸溶、过滤、加热氧化、二次加热过滤、剪切乳化泵洗涤等步骤得到高纯磷酸铁。

    该方法在对第一滤液的直接加热时就可将亚铁离子完全氧化而无需再加入氧化剂,进而再转变成高纯磷酸铁。

    根据公司测算,该方法操作简单,成本低廉,环境友好,所得的磷酸铁产品纯度极高,约为 99.9%,后续可直接用于合成磷酸铁锂。

    制备流程:采用加热法氧化亚铁离子,无须添加氧化剂且氧化效果充分。

    从废旧磷酸铁锂电池拆解得到正极片,加入有机溶剂溶解掉粘结剂后,分离出集流体,收集得到废旧正极材料;将所述废旧正极材料采用硝酸溶解,经过滤,得到第一滤液;将所述第一滤液在50-90℃下加热1-4h,以将所述第一滤液中的亚铁离子完全氧化,之后加入氨水调节体系pH至1-2,并在60-90℃下继续加热1-4h,经过滤得到第一滤渣和含锂滤液;采用剪切乳化泵对所述第一滤渣进行多次洗涤,得到高纯磷酸铁。

    专利优势:产物磷酸铁纯度极高且杂质含量较少。

    根据曲靖华祥披露的专利信息,通过该方法制成的磷酸铁产品纯度极高,约为99.9%,且所含杂质离子的含量均控制在100ppm以下,后续可直接用于合成磷酸铁锂。

    相较于市场现有的回收方法,该方法在对第一滤液的直接加热时就可将亚铁离子完全氧化而无需再加入氧化剂,操作简单,成本低廉,环境友好,同时解决了现有技术中对废旧磷酸铁锂正极材料中铁、磷元素的回收效果不好的问题。

    综上所述,我们认为,公司是一家具有极强技术创新能力的磷酸铁锂龙头生产企业,无论是在磷酸铁锂的制备工艺还是循环回收方面,公司技术路线丰富、专利储备充足、技术壁垒牢固,未来有望通过多路径降低生产成本,提升盈利水平,同时公司在正极材料补锂剂方面的布局,有望拓展新业务领域,打开长期成长空间。

    风险因素

    新能源汽车行业景气度不及预期;行业竞争加剧;新技术投产不及预期。

    盈利预测及估值

    关键假设

    产能:根据公司2021年半年报披露,公司目前已建设完成的磷酸铁锂产能约12万吨/年,正在建设的宜宾德方时代项目和曲靖德枋亿纬项目的规划磷酸铁锂产能合计为18万吨/年,预计上述项目建成后公司磷酸铁锂产能将超过30万吨/年。

    此外,公司于11月10日发布定增预案,拟定增募资不超过32亿元,用于建设年产11万吨新型磷酸盐系正极材料项目,有望进一步扩大产能。

    我们预计,公司2021/2022/2023年磷酸铁锂正极材料产能合计分别为13万/42万/47万吨。

    出货量:2020年以前公司主营业务包括纳米磷酸铁锂和碳纳米管导电液两部分,2021年公司剥离碳纳米管导电液业务,因此这里我们对碳纳米管导电液业务不作考虑。

    随着新能源汽车及储能行业景气度不断提升,动力、储能电池增长拉动磷酸铁锂材料需求提升,我们预计2021/2022/2023年磷酸铁锂正极材料行业整体出货量约35万/70万/120万吨,同比 182%/ 100%/ 71.4%,行业保持高速成长。

    公司作为磷酸铁锂正极材料行业龙头,随着产能快速释放,料市场份额将稳步提升。

    预计公司2021/2022/2023年磷酸铁锂正极材料出货量分别为9.2万/19.3万/38.0万吨,实现收入分别为39.4亿/84.9亿/176亿元,同比 334%/ 116%/108%。

    盈利预测

    考虑到公司新型磷酸盐产能释放节奏加快与补锂添加剂新产品放量,以及股权激励费用在2022年的摊销情况,维持公司2021年盈利预测为3.7亿元,下调公司2022年盈利预测为8.18亿元(原预测为9.08亿元),上调公司2023年盈利预测为17.93亿元(原预测为15.11亿元),对应2021/22/23年EPS预测分别为4.14/9.17/20.09元(原预测为4.15/10.17/16.93元),现价对应2021/22/23年153/69/32倍PE。

    公司是磷酸铁锂材料龙头,产品和技术领先、成本优势明显,深度绑定优质客户,且产能扩张计划明确。

    动力、储能电池增长拉动磷酸铁锂材料需求提升,随着公司新型磷酸盐正极产能释放以及新型补锂添加剂等新产品投产,公司业绩有望继续高增长,同时公司关联企业积极布局铁锂电池回收,有望打开公司长期成长曲线。

    参考行业可比公司估值情况,同时考虑公司新型磷酸盐正极与补锂添加剂两块新业务带来的二次成长,公司未来两年成长确定性高,给予公司2023年45倍PE,对应目标市值为810亿元,对应2023年目标价908元/股。

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