新能源之磷化工投资分析

磷是一种重要的不可再生非金属矿资源，磷化工产业以磷矿石为原料，下游产品包括黄磷、磷酸及磷酸盐、磷肥、含磷农药及医药等，应用领域非常广泛。其中磷肥消费占比最大（63%%），其次是磷酸盐19%%）、黄磷10%%）和其他磷化物8%）。

磷与日常生活密切相关，传统磷化工产品主要用于农业领域。从产业链来看，磷化工产业链的上游起始于磷矿石，通过硫酸浸泡、加热等方式可制得中游产品磷酸以及黄磷等。这些产品最终将被制成磷酸一铵、磷酸二铵、草甘膦、磷酸铁锂等产品，分别应用于农业、工业等领域。其中磷化工产业链最大的下游领域为农业，据百川盈孚数据显示，目前用于制作磷肥（主要为磷酸一铵和磷酸二铵）的磷矿石占比约70.5%。

在全球磷矿储量和产量方面，根据美国地调局数据，截至2019年，摩洛哥与西撒哈拉地区拥有约500亿吨磷矿石，占全球磷矿石储量71.95 %，稳居世界第一，但其磷矿石产量仅占世界年度总产量的16.07 %。中国则拥有磷矿石储量32亿吨，占世界磷矿总储量的4.61%，位居世界第二，我国磷矿资源主要集中在云贵川领域以及湖北等地区。但我国磷矿产量和出口量已连续多年位居世界第一，然而如果长期保持高强度的磷矿石开采，我国的磷矿石资源很快就会被消耗殆尽，为了避免对磷矿资源的过度开采，我国政府出台了多项政策对磷矿开采进行了限制。此外，在环保方面，2019年4月，生态环境部印发《长江“三磷”专项排查整治行动实施方案》，针对磷矿、磷肥、含磷农药、黄磷和磷石膏库5类重点，对相关磷化工企业开展专项排查整治行动。

磷矿石为磷化工产业链的源头，其生产受政策严格控制，产量逐年下降。磷化工产业链各下游产品中所包含的磷元素主要来自于磷矿石。由于我国磷矿石长期以来存在着过度开采以及环境污染等问题，近年来政策对磷矿石的管制逐渐趋严，磷矿石在2020年的产量约为8917.2万吨，表观消费量约为8875.2万。与2016年相比，产量下降35.4%，表观消费量下降35.6%。

在磷化工方面，目前磷酸一铵（MAP）以及磷酸二铵（DAP）是传统磷化工最大的下游产品，市场规模整体收缩。用于生产MAP以及DAP的磷矿石占比分别约35.5%以及35.0%。近年来随着我国政策不断强调减肥增效，我国化肥产品的产量和消费量有了明显的下滑，2020年我国MAP和DAP的产量分别为1981.0万吨以及2529.0万吨，表观消费量分别为983.6万吨以及833.2万吨。与2016年相比产量分别下降了47.3%和23.4%；表观消费量分别下降了53.9%和27.6%。

磷化工产业集中度较高。磷化工是以磷矿石为原料，经过物理化学加工制得各种含磷制品的工业，产品主要包括磷肥、含磷农药、元素磷、磷酸、磷酸盐、有机磷化物等。根据中国磷复肥工业协会数据，国内磷肥产量中44%是磷酸二胺，41%是磷酸一铵，为主要磷肥。而国内磷肥一梯队龙头企业为Y公司和G公司，2019年的市占率分别为17.2%和15.8%。

磷酸铁锂是一种属于正交晶系，具有橄榄石晶体结构的正极材料，空间群为Pnma，从材料的微观结构上看，晶体结构中存在PO4四面体，位于FeO6之间，这样的位置分布会阻碍锂离子的扩散运动，并且FeO6八面体通过晶体结构的顶点连接，使材料具有相对较低的电子传导率。在充放电过程中，磷酸铁锂作为正极材料是处于FePO4/LiFePO4两相共存的状态，充电时，锂离子从LiFePO4中脱出，直到材料转变为FePO4，放电时，锂离子逐渐嵌入FePO4，直至完全转变为LiFePO4，由于FePO4与LiFePO4的结构与体积都很相近，所以在充放电过程材料的晶体结构不会发生大的改变以至于崩坏，因此磷酸铁锂作为正极材料在多

次充放电过程中会比较稳定，组装成电池后就会反映出有良好的循坏性能和安全性能。

电池是一个体系概念，单独谈磷酸铁锂材料本身是不完善的，磷酸铁锂作为正极对应不同的负极材料，能够产生的电池能量密度是不一致的，通过提升正负极材料的性能，可以有效提升全电池的能量密度。

上图是SI-C1000 （分子式）负极与不同正极材料电芯、单体能量密度，其中LCO-220电芯能量密度为492W•h／kg，单体电池能量密度为416W•h／kg；LMO电芯能量密度为275W•h／kg，单体电池能量密度为233W•h／kg；NCM811电芯能量密度为399W•h／kg，单体电池能量密度为338W•h／kg；NCA一220电芯能量密度为398W•h／kg，单体电池能量密度为337W•h／kg；LNM电芯能量密度为336W•h／kg，单体电池能量密度为284W•h／k，磷酸铁锂配合SI-C1000（分子式）的能量密度可以达到240 W•h／kg，考虑到目前商用的磷酸铁锂电池能量密度在140-160 W•h／kg，换句话说，磷酸铁锂电池仍有较长的生命周期和提升空间。

另外动力电池市场的快速增长，带动相关产业链需求不断提升，需求规模的提升，大化工的成本控制、工艺优化的优势逐渐显现。大化工中具备磷化工能力，并且磷化工一般需要氟化工能力进行配套，对于生产锂电池中游的磷酸铁锂和六氟磷酸锂均具有成本性价比优势。

大化工已经长期的发展，已经成为国民经济的基础产业，相关产业的增速长期保持中低速增长，函需一个比较好的增长点去进行覆盖，而新能源产业经过多年发展，已经在性价比和市场接受度方面逐渐被市场所接受，相关产业链的需求也开始快速增长，需求工程量级已经从十万吨级向百万吨级继续迈进，而这是大化工企业的强项和优势所在。

未来磷酸铁锂行业竞争以成本为核心。磷酸铁锂材料相较三元材料技术难度较低，投产周期较短，随着下游电池厂商推动行业供给出清，行业竞争逐渐以成本为核心，高效益、低成本的产品才能拥有终极竞争力。

磷酸铁锂趋势成长，五年十五倍需求空间。动力应用方面，磷酸铁锂电池凭借成本优势，结合CTP、刀片、JTM等技术创新不断突破上限，全球范围内进一步打开应用空间，打造销量爆款。非动力领域，2020年受5G基站建设加快以及国外家储市场增长带动，储能锂电池出货同比增长超50%，预计未来五年仍处于高速发展期，复合增速68%。预计2025年磷酸铁锂材料总需求量可达210万吨，五年复合增速76%。

磷化工企业做磷酸铁锂的前驱体磷酸铁具备良好的成本优势，当磷酸铁成为大宗品后，由于磷酸铁的技术和工艺是成熟的，那一定是让拥有上游资源的材料制造企业生产成本最低。磷酸铁制备工艺本质是磷源和铁源的反应，目前主流的工艺根据铁源的来源可以大致分为两类工艺路线：零价铁（铁粉）和二价铁（硫酸亚铁）。零价铁工艺的优点是没有副产，纯度高，后处理方便，没有废水，产物性能好，但是缺点是非均相反应，反应时间长且不均匀；铁粉成本高。而二价铁工艺的优点是使用了均相反应体系，反应时间短且均匀，成本较低，缺点是反应产物纯度稍差，单吨产物大致需要20吨废水，但综合算下来，二价铁工艺成本更低，将成为未来的主流工艺。

以二价铁工艺为例，由于在磷酸铁产品中磷源成本占总成本53%，铁源占比仅为6%，因此磷化工企业制备磷酸铁更有成本优势，申万证券测算三类企业的成本：1.磷源和铁源均外购的中游电池材料生产企业成本预计在9989元/吨；2. 铁源自备企业如钛白粉企业的副产硫酸亚铁自备的情况下，硫酸亚铁成本为0，预计总成本为9389元/吨；3. 磷源自备企业以自产净化磷酸成本为3500元/吨测算成本约为7643元/吨。（因为目前净化磷酸市场售价约为6000元/吨，企业制备成本约为4000元/吨不到），低于行业平均成本约2500-3000元/吨。

磷化工企业可以凭借磷-氟综合开发带来的成本优势，向下延伸产业链拓展磷酸铁锂业务。磷矿石含氟量约2%-4%，磷肥生产过程产生的大量含氟气体（主要是四氟化硅）会产生巨大的环境污染，将四氟化硅气体用水吸收生成氟硅酸，也仅仅是把废气转化成废水。少数有实力的磷肥企业能将氟硅酸转化成氟硅酸钠，然而副产低浓度盐酸又形成了二次污染。磷化工配套氟化工则可以较好地解决这个问题，比如D公司开发的氟硅酸钠法制冰晶石联产优质白炭黑生产技术，该技术以氟硅酸为原料生产高分子冰晶石，可以同时解决氟化工资源瓶颈和磷化工的环保问题，降低磷化工企业的综合成本，使其得以用更低的磷源成本向下延伸产业链，开发磷酸铁锂材料。磷-氟化工配套建设的模式已经在多家企业验证，比如贵州瓮福引入瑞士技术，回收氟硅酸加工成无水氟化氢，Y公司拟与D公司投资3亿设立合资公司，生产无水氢氟酸（中间产品）联产优质白炭黑、六氟磷酸锂和电子级氢氟酸生产装置及配套设施。

从我国现有磷酸铁锂产能分布情况来看，目前磷酸铁锂行业集中度相对较为分散。据百川盈孚数据显示，目前国内合计产能为49.9万吨，排名第一的德方纳米产能仅为12万吨，占有率为24%。而从目前的磷化工企业及其他领域企业跨界转产磷酸铁锂规划的产能体量来看，未来随着磷酸铁锂需求量持续的强劲增长，磷酸铁锂行业格局存在发生剧变的可能性。

磷矿石终端产品主要为化肥、农药等农化产品，短期景气上行需求旺盛，长期维持刚需水平。从磷肥及磷化工指数与农产品指数走势拟合度，以及磷酸一铵、磷酸二铵与玉米价格走势拟合度可以看出，农业景气度将对磷肥及磷化工产业链上下游产品需求及产品价格走势产生正向影响。2020年新冠疫情大面积爆发起，世界粮食安全紧迫性上升，推动农产品久违地进入景气上行周期，农作物价格快速上涨有效带动了农户耕种积极性，从而提高了对于农药、化肥的需求。叠加上游磷矿石、黄磷等供应缩紧成本端受压，磷肥、复合肥主要原材料磷酸一铵、磷酸二铵价格及价差同步增长。

磷酸铁锂电池仍有较长的生命周期和提升空间，市场低估了其潜力，未来随着新能源汽车的渗透率不断提升，动力电池需求也处在上升通道，动力电池相关原材料也从十万吨级逐渐向百万吨级进行演进，大化工企业的成本控制、工艺优化的优势逐渐显现；并且磷化工企业在磷-氟化工的综合利用优势，传统磷化工处于涨价周期，磷矿供给侧改革，磷化工的景气度延续度增强。

资料来源/参考：卓创资讯、国盛证券研究所、百川盈孚、东亚前海证券研究所、iFinD、广发证券发展研究中心、万联证券研究所、工信部、真锂研究、中国化工制造网等