【深度解析】详解磷酸铁锂电池成本组成

阳光工匠学社_编辑部

1. 锂电主要原材料及成本构成
锂电的五大直接材料分别为：
■ 正极材料：主要以正极材料不同分为磷酸铁锂电池和三元电池，储能电池目前国内几乎均为磷酸铁锂电池。
■ 负极材料：主要包括人造石墨和天然石墨，人造石墨可用于动力电池和储能电池（成本相对较低）。
■  电解液：主要由电解质（一般使用六氟磷酸锂）和溶剂组成。
■  隔膜：即隔离膜，顾名思义，就是隔离正、负极。并使电池内部的电子不能自由穿过，只允许电解质液中的离子自由通过。
■   锂电铜箔：为电解铜箔，用于锂电负极集流体。
根据网络/券商研报可知锂电的大致材料成本占比如（图1）：

此图并未区分电池类型是三元锂还是磷酸铁锂，同时材料价格一直在波动，也无法了解到锂电池的具体原材料使用情况。下面我们将结合电池的材料组成，详细分析电池系统成本构成。

1.1  磷酸铁锂正极材料组成及价格分析

磷酸铁锂正极材料主要由碳酸锂及磷酸铁化学合成，主流合成方法为液相法和固相法，两种方式各有优异，但所需原材料基本一致。
根据方正证券调研报告《动力电池专题报告：从生产工艺角度详解磷酸铁锂》可知，1吨磷酸铁锂需要用到0.24吨碳酸锂和0.85吨磷酸铁锂。
根据上市公司富临精工在投资者互动平台表示：1GWh电池需要磷酸铁锂正极材料2200-2500吨左右。每吨磷酸铁锂大约需要0.25吨碳酸锂，材料消耗量各家差距不大。
根据其他途径获知，1吨磷酸铁锂需要0.25吨碳酸锂和0.96吨磷酸铁，1GWh需要2500吨磷酸铁锂。
根据材料价格可知，2023/4/6日，磷酸铁锂材料单价为：8.8万元/吨；电池级碳酸锂材料单价为：21.9万元/吨；磷酸铁材料单价为2.2万元/吨。
根据其他渠道调研可知，主要正极材料上市公司毛利率均在10%左右（注：取贝特瑞2021年正极材料毛利13.98%）,材料制造费用占比2%左右。
根据2023/4/6材料单价及材料费用占比、公司毛利情况，可大致推算出磷酸铁锂正极材料的原材料构成：
1吨磷酸铁锂=0.25吨碳酸锂+0.87吨磷酸铁。
1.2  三元锂正极材料组成及价格分析

全称：三元聚合物锂电池，三元聚合物锂电池是指正极材料使用镍钴锰酸锂（Li（NiCoMn）O2）三元正极材料的锂电池，三元复合正极材料前驱体产品。
三元正极材料合成一般用镍钴矿、氧化锰、氢氧化锂（主要合成材料为碳酸锂），一般用氢氧化锂较多，为了方便测算，都换算成碳酸锂当量，1GWh需要1500-1800吨三元系材料，每吨三元系材料需要0.38~0.41吨碳酸锂（811系高镍三元），可以推算出1GWh需要碳酸锂：570-738吨，取中间值：654吨。
  
1.3  电解液

磷酸铁锂电池：
1GWh磷酸铁锂需要电解液1400吨左右，1吨碳酸锂可以产32吨电解液（1吨LCE -> 4吨6F -> 32吨电解液 ），故1GWh磷酸铁锂需要碳酸锂：43.75吨。
三元锂电池：
1GWh三元锂电池需要电解液800-900吨左右，1吨碳酸锂可以产32吨电解液（1吨LCE -> 4吨6F -> 32吨电解液），故1GWh三元锂电池需要碳酸锂：26.56吨。

1.4  负极材料与隔膜
根据某公司的动力电池环评报告及其他渠道搜集资料，可知：
磷酸铁锂电池：单GWh磷酸铁锂电池负极材料的单位用量为1400吨，隔膜用量在1600万㎡；
三元锂电池：单GWh的的负极材料石墨用量为1094吨，隔膜用量为1078万㎡；

1.5  锂电铜箔

目前8微米铜箔锂电单位铜用量为800吨/GWh，6微米和4.5微米铜箔单位电量铜的用量降低为620吨/GWh和450吨/GWh，无论是成本上，还是提高电池性能方面，采用薄铜箔的益处显而易见。为此，我国锂电铜箔尤其是动力锂电铜箔向轻薄化方向发展。
铜箔价格=铜线价+加工费。

1.6  锂电原材料成本总结

根据上述分析，总结如下（表1、表2）：

注：上述材料单价取自有色金属网2023/4/6日公开均值数据。

1.7  生产及制造

根据XX公司2022年上市招股书数据（表2-表5）：

注：该公司主营业务包含三元锂和磷酸铁锂，为计算方便，制造及人工费用不区分电池类型。
为便于计算单Wh生产及制造费用，将上面三个表数据合并如下（表6）：

需要注意的是：该份招股书体现的制造费用是偏高的，主要系报告期内公司为扩充产能持续加大固定资产等资本性投入，折旧规模持续提升，同时随着生产规模扩大，车间生产辅助人员人工支出及间接材料成本亦有所提高，综合导致制造费用整体上升。
根据某公司50GWh 280Ah电芯产线投资成本为130亿元，每GWh投资成本约2.6亿元，按8年折算可得设备折旧单价为0.0325元/Wh;
根据信达证券研发中心测算，考虑设备折旧和其他制造费用，折合单价为0.0522元/Wh。
从我们分析来看，该研发中心测算数据较为合理，以该数据替换XX公司招股书内制造费用单价，可得锂电池生产及制造总成本为： 0.1382元/Wh。

1.8  锂电成本明细总结

根据上述分析，我们可以得到磷酸铁锂与三元锂电池的成本组成明细，如下（表7、表8、 图2、图3）：

2.  市场价格分析
为便于分析市场价格，取国内主流电池企业毛利率数据如下（表9）：

2022年毛利率下滑主要原因为原材料特别是碳酸锂价格大幅上涨，而进入2023年以来，碳酸锂价格已大幅下跌，为便于分析，我们取2019~2022年1-6月毛利均值计算，均值为：18.73%。
根据上述磷酸铁锂电池成本及毛利率可知，2023/4/6日磷酸铁锂电芯市场价格约为：0.679元/Wh。
下面我们再来佐证下该数据是否准确：
根据上海有色金属网数据显示，2023/3/31与2023/4/7日，磷酸铁锂电芯（动力型）价格范围为0.70元/Wh~0.78元/Wh，均价为0.74元/Wh。
我们在做上述成本测算的时候取的是2023/4/6日材料价格；若取2023/3/31日材料价格，则相应磷酸铁锂电池成本为：0.56元/Wh，按同等毛利计算，市场价格约0.689元/Wh，低于上海有色金属网报价单价。

由于碳酸锂是锂电的主要组成原料，正极材料和电解液均需要碳酸锂材料，业内普遍将磷酸铁锂报价单价与碳酸锂材料价格联系在一起。如：
1、蔚来汽车CEO李斌介绍说，碳酸锂价格每变动10 万元，会影响蔚来汽车大约两个点的毛利率；
2、极氪CEO安聪慧明确道，碳酸锂每降低1万块钱，对极氪的贡献就是575元，毛利的贡献为0.2%；
3、零跑汽车董事长朱江明也在2022年财报电话会上坦言，碳酸锂价格每下降10万元，电池每度电便可以减少50元成本，以70度电池包为例，就可以节省3500元。
下面我们来论证一下碳酸锂材料价格变化对磷酸铁锂价格变化的影响：
方案一：
根据章节1.1和章节1.3可知，1GWh电池碳酸锂材料用量约为：2350吨磷酸铁锂*1/4+43.75吨=631.25吨。
2023/4/6日电池级碳酸锂材料单价为：21.9万元/吨，折算成每Wh碳酸锂成本为0.1382元；2023/3/31日碳酸锂材料单价为23.8万元/吨，折算成每Wh碳酸锂成本为0.1502元，成本上涨幅度为0.012元/Wh；按上述计算可知，若碳酸锂材料每变化1万元/吨，磷酸铁锂成本变化0.0063元/Wh。
方案二：
根据我们对磷酸铁锂电池价格测算，可知碳酸锂材料每变化1万元/吨，磷酸铁锂报价变化0.0053元/Wh（表10）。

综上，我们的方案测算相对合理，符合市场主流电池企业报价情况，取方案一和方案二的均值，即：若碳酸锂材料每变化1万元/吨，磷酸铁锂价格变化0.0058元/Wh。

最后，基于2023/4/6日磷酸铁锂电芯测算价格0.679元/Wh（对应21.9万元/吨碳酸锂价格）、碳酸锂材料涨跌对应的磷酸铁锂价格变化比例，可清晰测算出磷酸铁锂电芯实际市场价格，供各位参考。

如碳酸锂材料单价为50万元/吨时，磷酸铁锂电芯价格为0.842元/Wh。

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