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电动汽车时代新宠儿 一文读懂硫酸镍的前世今生

近几年,新能源汽车市场如火如荼,备受关注。高盛在2015年底的一份报告中表示,预计到2025年,整个电动车市值将达到2440亿美元。2016年底,中国新能源汽车的产量突破了50万辆,保有量超过了100万辆,在全球的占比达到了50%。在电动汽车领域领先的布局和庞大的消费群体将使得中国成为全球极为重要的电动汽车市场,众多车企对这一点毫不怀疑。戴姆勒、大众、特斯拉等外国车企都在加紧布局中国新能源汽车市场。随着电动汽车市场的迅速发展,动力电池对钴与硫酸镍的需求水涨船高。SMM预计,到2020年,新能源硫酸镍用量预计将达到13.2-15万吨。

新能源汽车取代燃油汽车的核心是提高性价比,所谓性价比就是里程成本比,及性能上提高续航里程,价格上降低材料成本和配套系统质量。但高能量密度电池现有的最大短板便是正极材料,目前市场主流的正极比容约为130-140mAh/g,远低于石墨负极的330-340mAh/g的比容。镍元素含量的多少,决定了正极材料的活性分子数量,以及正极材料的比容。正极材料由磷酸铁锂转向三元材料,由低镍三元转向高镍三元以及NCA发展,正是大势所趋。

今天,借着新能源汽车的东风,SMM也为大家详细梳理一下硫酸镍的产业链与未来发展前景。

硫酸镍的原料、冶炼、与生产情况

硫酸镍的分子式是NiSO4·6H2O,可以划归于原生镍中的镍盐部分,但不等同于镍盐,镍盐包含硫酸镍。硫酸镍有无水物、六水物和七水物三种形态,商品多是六水物形态。硫酸镍按照用途可以分为电镀级硫酸镍(镍22.2%,钴0.05%max)和电池级硫酸镍(镍22.2%,钴0.4%)两类,其中电镀级占比20%,电池级占比80%。在电镀工业中,硫酸镍是电镀镍和化学镍的主要镍盐,广泛应用于机器、仪器、仪表、医疗器械、家庭用具等制造工业。电池级硫酸镍是三元材料中镍金属的来源,而三元锂电池又是目前发展势头迅猛的新能源电动汽车的动力来源。由于三元锂电池含镍的高低,直接决定电池的带电容量,因此发展高镍的三元锂电池是大势所趋。

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硫酸镍的主要原料有高冰镍、镍湿法中间产品、镍豆/镍粉、废镍等。硫酸镍备制路径可以分为下几种:1)硫化镍矿经过火法冶炼、常压酸浸生产出高冰镍,进而制备硫酸镍;2)红土镍矿湿法冶炼中间品,比如冶炼出氢氧化镍钴,或者通过采购氢氧化镍,将其酸浸之后制得硫酸镍;3)纯镍(比如镍板、镍豆/镍粉)经过酸溶,结晶后得到粗制硫酸镍晶体,再经溶解除杂和浓缩备制得到电池级硫酸镍晶体;4)利用红土镍矿RKEF生产镍铁,而后转炉吹炼和加压酸浸,生产出高冰镍,进而制备硫酸镍。5)以废料为原料制取硫酸镍。含镍废料中电镀废料、催化剂、电池废料和废合金等均可用于回收镍。

目前国际主流工艺还是通过硫化镍矿冶炼高冰镍和红土镍矿湿法冶炼中间品两种方法备制硫酸镍,比如国内的吉恩镍业和金川集团就采用以硫化镍矿为原料生产硫酸镍的方式。然而,这两种方式都存在一定的问题,首先是硫化镍矿这块,地球上硫化镍矿资源本来就比较稀少,目前硫化镍矿基本上都是80年代之前发现的,80年代之后几乎都没有特别大型的硫化镍矿出现。随着镍冶炼技术的发展,硫化镍矿资源处于不断衰竭的过程中,甚至因为长期的低镍价逼停了国外一些小型硫化镍矿山。所以,后期硫化镍矿冶炼硫酸镍的工艺势必将受到原料紧张的制约。再看红土镍矿这块,虽然红土镍矿资源丰富,但HPAL技术和RKEF技术投资耗时耗力,比如某HPAL工厂的投资高达120亿人民币,而且耗时6年才建成初具规模的工厂。因此,短期硫酸镍想要通过镍矿实现大规模生产的可能性较小。但是这并不是意味着硫酸镍供应存在限制,由于精炼镍和硫酸镍之间存在比较容易转换的过程,镍豆可以直接用硫酸溶解成硫酸镍,电解镍板理论上也可以生产硫酸镍,但是溶解速度过慢。据统计,全球约200多万吨的镍产品中有50%的精炼镍适合生产硫酸镍,如果采用金属镍溶解生产硫酸镍,这其中约有40万吨合适的原料,包括镍豆、镍粉。如果硫酸镍的需求增加,促使其对电解镍的溢价到达一定程度,市场就会争先出现把电解镍、镍豆注解成硫酸镍的现象。

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硫酸镍的具体生产一般分为以下几种:

1、金属镍制备硫酸镍:

用硫酸溶解金属镍,结晶后得到粗制硫酸镍晶体,晶体溶解,经除杂再浓缩,得到电池级硫酸镍晶体。

2、铜电解中所含杂质镍在阳极中溶解为硫酸镍。

经除杂浓缩,得到电池级硫酸镍晶体。

3、氧化镍、氢氧化镍和碳酸镍等镍中间品溶于硫酸制得。

4、钴生产中的含镍溶液制得。

5、由含镍废料制备。

目前国外主要使用金属镍作为原料制备硫酸镍,包括加拿大、日本、韩国以及中国台湾地区等。优点是:原料纯,原料来源稳定,品质和数量有保证,杂质少,制备的硫酸镍晶体品质等级高,生产过程清洁,对环境污染最小。缺点是:生产成本高。

我国目前主要以金属镍原料外的其它方式制备硫酸镍。优点是:原料来源多样,我们贫镍尽可能全面的吸收镍原料,变废为宝,生产成本低。缺点是:生产过程不清洁,对环境影响较大,环评不易通过,需要企业有一定的实力。面对国家越来越严厉的环保要求,我国硫酸镍制备原料,有向金属镍原料转型的趋势。部分企业,已开始实操。

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硫酸镍的供、需情况

电池级硫酸镍需求

据盖世汽车提供的数据显示,2016年电池级硫酸镍产量为7.4万吨。2016年我国三元正极材料产量为5.43万吨,其中NCM333占比为13%,NCM532占比为76%,NCM622占比为11%,对应硫酸镍的需求为7.4万吨左右。2016年我国三元动力电池产量为8.3Gwh,所需三元正极材料为1.5万吨,其他3.9万吨三元正极材料则流向了消费电池(主要是低端),对应约为22Gwh电池。

2017年电池级硫酸镍需求为12.6万吨,增幅70%。假设2017年动力三元增长幅度为150%,由2016年的8.3Gwh增长到20Gwh,消费电池中由于钴酸锂价格过高,更多的电池采用三元,且消费电池本身也有一定增长,预计2017年消费电池为30Gwh(增幅40%),合计2017年三元电池总产量为55Gwh,并假设大部分切换为NCM622,对应三元正极需求为6.2万吨。这样2016年三元正极材料合计8.4万吨,需求硫酸镍为12.6万吨,增幅为70%。

2018-2019年电池级硫酸镍需求分别为16万吨、20万吨,复合增速可达30%。一方面高镍三元电池需求增长,且含镍量不断提高,1吨NCM111、NCM523、NCM522、NCM811需要硫酸镍分别为0.81吨、1.36吨、1.61吨、2.15吨,增幅可观。

硫酸镍总需求是多少

预计2017-2019年硫酸镍总需求分别为23万、29万、36万吨。分析2015-2016年数据,电镀硫酸镍也取得了50%增长,假设后续增幅为20%左右,加上前面计算的电池级硫酸镍,预计2017-2019年需求分比为23万、29万、36万吨。

硫酸镍产量、产能情况

硫酸镍扩产存在瓶颈,供需将由过剩转向短缺2017年,全球约有50万吨硫酸镍产量,国内产量占60%,海外产量占40%。

2017年中国硫酸镍产能为44万吨,硫酸镍产量32.6万吨,同比增长50%,产能利用率74%。

国内硫酸镍产量集中度高,金川集团5万吨,吉恩镍业4.5万吨,江门长优5万吨,格林美4万吨以及广西银亿3万吨,这五家企业产量合计占比达到66%。海外方面,2017年产能24万吨,产量约20万吨,产能利用率83%。产量包括日本住友6.5万吨,俄镍5万吨和优美科2.5万吨。

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国内外硫酸镍产能扩张是存在瓶颈的。硫酸镍被列入危险化学品目录,所以新建的硫酸镍产能需要接受长周期的安全和环境评估,时间周期在2-3年。

而对于已经拥有硫酸镍产能的企业而言,这个时间可以大大缩短。硫酸镍产能投放时间平均约10-24个月,如果使用镍豆溶解设备,产能投放时间可缩短至6个月以内。

目前硫酸镍产能的扩张主要来自于现有生产企业。

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