2021—2035年全球硫酸镍供需形势分析

任 鑫，陈其慎，邢佳韵，张艳飞，葛建平，崔博京，王良晨

(1.中国地质大学(北京)，北京 100083；2.中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037)

硫酸镍是一种无机物，易溶于水，是镍矿产业链的中间产品，主要用于镍矿产业链下游的电池及电镀产业。近年来，全球新能源汽车产业快速发展，硫酸镍作为动力电池重要生产原料成为镍产业链中的热门产品，需求增速迅猛上升。各大矿业公司、电池企业纷纷开始投资硫酸镍项目，探索低成本生产硫酸镍的技术路径。许多学者也开展了关于硫酸镍供需的研究，张邦胜等[1]、杜光焱等[2]对2020年全球硫酸镍市场进行了研究，认为硫酸镍的需求将会持续增加，新能源汽车的增长速度和消费量将决定硫酸镍的溢价；邢佳韵等[3-4]对镍供需形势进行了研究，认为到2030年新能源汽车将会成为镍消费的第二大部门，其他领域的消费较为平稳；胡敏等[5]介绍了动力电池的发展情况和趋势，讨论了不同动力电池的发展方向。在此背景下，本文通过梳理硫酸镍的消费现状，分析硫酸镍各个消费部门的消费情况及未来发展态势，利用部门需求预测法，分情景判断未来硫酸镍消费形势；同时，对不同硫酸镍的生产原料和生产方式进行探讨，从硫酸镍的产量、生产方式、成本等不同方面讨论未来硫酸镍的供应形势。

1 硫酸镍的应用领域

硫酸镍是镍产业链的中游产品，是硫化镍或红土型镍矿经冶炼加工后得到的一种镍盐，其下游领域主要应用于新能源汽车动力电池行业和电镀行业。在电池领域中，硫酸镍是重要的原材料，主要用于生产镍钴锰、镍钴铝等三元电池的前驱体材料；同时，用于生产镍氢、镍镉二次电池正极材料。

2016—2020年，全球硫酸镍消费量由33万t增长到64万t。同期，伴随全球新能源汽车销量快速增长，三元电池需求量不断增加，使得三元电池领域消费量占硫酸镍消费总量比例由27%快速增长至59%，消费量由9万t增长到38万t，动力电池部门成为拉动全球硫酸镍需求的第一大部门。电镀行业是硫酸镍的第二大消费领域，2016—2020年电镀行业消费量由17万t增长至18万t，消费平稳增长，2020年该领域消费占总量的28%。此外，镍氢电池、催化剂、印染工业等领域对硫酸镍消费保持在8万t 左右，占比约为13%(图1)。

图1 2016—2020年硫酸镍的应用领域Fig.1 Application areas of nickel sulfatefrom 2016 to 2020(资料来源：北京安泰科信息股份有限公司；万得信息技术股份有限公司(Wind)。)

2 全球硫酸镍需求情况

2.1 动力电池领域硫酸镍需求预测

2.1.1 动力电池技术发展趋势

近年来，新能源汽车动力电池装机量不断攀升，动力电池逐渐呈现多元化格局。目前，世界主流的动力电池包括以镍钴锰为代表的三元电池和磷酸铁锂电池两大类。2020年以前，动力电池以三元电池为主。2020年至今，由于我国新能源汽车补贴政策的退出以及镍、钴等金属价格的上升，汽车企业开始使用成本相对较低的磷酸铁锂电池。2020年磷酸铁锂电池的装机率回升至33%，三元电池降低至66%。两种电池发展的技术趋势决定了该领域硫酸镍需求的高低。由表1可知，三元电池目前成本高于磷酸铁锂电池，但电池容量更大，续航里程更长，耐低温性能好，可以在温度较低状况下使用，但安全性相对一般[6-7]。

表1 三元电池与磷酸铁锂电池的对比Table 1 Comparison of ternary battery and Lithium iron phosphate battery

三元电池包括镍钴锰电池、镍钴铝电池等多种类型，其中镍钴锰电池占三元电池市场份额超90%。而镍钴锰电池中，根据镍含量的高低，分为NMC111、NMC433、NMC523、NMC622、NMC811等多个类型。鉴于市场对于钴供应链稳定性和高价格的担忧，三元镍钴锰电池呈现明显的“高镍低钴”态势。2020年高镍电池在三元电池内部的市场份额由2019年的11%提升至22%，未来该趋势将进一步持续。

2.1.2 未来动力电池领域硫酸镍需求量预测

根据国际能源署(以下简称“IEA”)、彭博新能源财经(以下简称“BloombergNEF”)等机构的预测，2035年全球新能源汽车的销量将比2020年增长1 308%，达到4 400万辆，占全球汽车总销量的47%[6]。基于上述对不同类型电池技术的分析，考虑各类电池技术的发展仍具有诸多不确定性，本文设置了3种不同情景，分析动力电池领域的硫酸镍发展趋势。

1) 高镍情景：三元电池技术在成本、安全性和能量密度等方面大大提升，同时原料的价格出现下降，各种车型均采用三元电池，其市场占有率迅速提升，占据电池市场的主流；2035年三元电池在电动汽车市场占有率达到90%。

2) 低镍情景：磷酸铁锂电池技术取得重大突破，抗低温性能以及续航里程等大大提升，三元电池与其相比优势大大减弱，磷酸铁锂电池成为主流发展趋势；三元电池的市场份额不断缩减，到2035年三元电池市场份额占30%左右。

3) 参考情景：三元电池与磷酸铁锂电池技术各有突破，但始终难以完全取代对方，市场结合不同电池的特点，针对不同车型对各项指标的需求使用不同电池。三元电池和磷酸铁锂电池实现分级消费，并行发展[7-10]。2035年三元电池的市场份额将会达到65%左右[6,11]；在三元电池内部，电池高镍化已成为产业趋势，2035年高镍811电池在三元电池内占比70%～80%。电池容量方面，由于使用者对新能源汽车续航里程的要求提高，电池容量将不断提升，根据中国地质科学院矿产资源研究所研究[12]，到2030年纯电动汽车动力电池容量由现在的30～80 kW·h提高到100～120 kW·h，2035年最高将增长至140 kW·h；到2030年插电式混合动力汽车的平均电池容量达到15 kW·h左右，2035年将会达到18 kW·h左右。

因此，根据全球新能源汽车的增长量、不同三元电池中的含镍量(表2)、未来不同三元电池的市场份额及未来新能源汽车的电池容量等多方面预测：高镍情景下，动力电池领域的硫酸镍需求将由2020年的38万t增长至500万t；低镍情景下，2035年动力电池领域硫酸镍需求增长至约133万t，增速较缓；参考情景下，动力电池领域硫酸镍需求增长至289万t(表3)。

表2 三元电池中的硫酸镍用量Table 2 Amount of nickel sulfate in ternary battery

表3 不同情景下三元电池市场份额预测Table 3 Forecast of the market share of ternary batteryin different scenarios 单位：%

2.2 镍氢电池行业镍需求仍较保持较快增长

2020年，全球镍氢电池领域硫酸镍消费量为8万t 左右，主要用于混合动力汽车(混合动力汽车采用传统的内燃机、电动机和蓄电池作为动力源)。2020年全球混合动力汽车产量344万辆，占全球汽车市场的4.7%[6]。在环境保护压力及全球电气化的趋势下，新能源汽车市场不断上升，考虑到目前新能源汽车技术问题及充电设施的不完善，混合动力汽车是一个更加可行的过渡方案。因此，长期来看混合动力汽车的发展前景十分广阔[13]。根据BloombergNEF的预测，到2035年全球混合动力汽车的产量将会达到2 547万辆，占全球汽车市场份额的比例提升至27%。

以混合动力汽车销量较高的丰田普锐斯为例，镍氢电池中，硫酸镍含量占55%，稀土占32%，其他是钴、锰及铝等金属矿产。此外，镍氢电池同样可以用于消费类电子产品，如早期的手机、笔记本电脑等，但随着锂电池技术不断进步，手机、笔记本电脑等电子产品采用的电池逐渐转向锂电池，但在需要瞬时大放电领域，例如医疗设备、应急设备、电动工具等行业中，镍氢电池仍优于锂离子电池，未来镍氢电池在这些产品中仍将保持较高的应用份额[13]。综合上述分析认为，2035年镍氢电池领域对硫酸镍需求将比2020年增长613%，需求量约达57万t。

2.3 电镀行业镍需求总体保持稳定

2020年全球电镀领域硫酸镍表观消费量达到18万t左右，用量较小。电镀在高端领域可以用于航空航天、电子、能源、核工业等领域，在低端消费中用于五金、汽车配件、文具等产品，未来低端消费领域的需求量不会出现明显的增幅，主要增长点在高端电镀领域，因此，预计未来电镀行业的硫酸镍需求量年均增速为1%～2%[3]，到2035年全球电镀行业的硫酸镍需求量将达到21万～23万t。

综合以上分析：参考情景下，2035年全球硫酸镍需求量将由当前的64万t增长至367万t，增长了473%，三元电池领域消费量由2020年的38万t增长至2035年的289万t，消费占比也由59%增长至79%；电镀、镍氢电池行业发展较为平稳，消费占比分别达到6%、15%；高镍情景下，2035年全球硫酸镍需求量将增长至579万t，增长了804%；低镍情景下，2035年全球硫酸镍需求量将增长至212万t，增长了231%(图2)。

图2 2016—2035年全球硫酸镍需求预测Fig.2 Consumption of nickel sulfate in globalfrom 2016 to 2035(资料来源：历史数据引自北京安泰科信息股份有限公司。)

3 全球硫酸镍供应情况

3.1 全球硫酸镍生产主要集中在中国、日本等少数国家

2013年以前，全球硫酸镍的产量相对稳定，保持在20万t左右；随着2014年之后新能源汽车产量大幅增长，硫酸镍产量持续攀升，2020年全球生产硫酸镍88万t左右，产量主要集中在中国、日本、韩国、中国台湾、欧洲等国家和地区，其中，中国硫酸镍产量占全球产量的一半以上(图3)，其他地区的产量较为稳定。

图3 2015—2020年全球硫酸镍产量Fig.3 Production of nickel sulfate in globalfrom 2015 to 2020(资料来源：麦肯锡咨询公司。)

3.2 红土镍矿生产硫酸镍将逐步成为供应主流，印度尼西亚等相关资源国镍投资将受到高度关注

目前通过镍矿生产硫酸镍的方式主要有4种：①通过硫化镍矿火法冶炼生产高冰镍生产硫酸镍；②硫化镍矿火法冶炼生产电解镍后酸溶生产硫酸镍；③通过红土镍型矿湿法冶炼镍中间品生产硫酸镍；④红土型镍矿火法冶炼镍铁生产高冰镍进一步加工成硫酸镍[1](图4)。

图4 硫酸镍产业链Fig.4 Industry chain of nickel sulfate

近年来，硫酸镍的生产主要采用高冰镍(此处主要指通过硫化镍矿生产得到的高冰镍)、镍中间品和电解镍等原料，高冰镍的使用比例从2013年的24%下降至2020年的17%，同期，镍中间品的比例不断提高，由2013年的26%增长至2020年的38%，镍中间品逐渐成为生产硫酸镍不可或缺的原料(图5)。

图5 2013—2020年硫酸镍的原料占比Fig.5 Proportion of raw material of nickel sulfatefrom 2013 to 2020(资料来源：北京安泰科信息股份有限公司。)

1) 硫化镍矿火法冶炼硫酸镍。硫化镍矿在硫酸镍原料中的占比不断下降，从2013年的49%下降至2020年的38%。采用硫化镍生产硫酸镍的项目主要集中在加拿大、俄罗斯、中国等硫化镍矿相对丰富的国家(表4)，主要供应企业大部分来自诺里尔斯克镍业(Norilsk)、淡水河谷(Vale)、必和必拓(BHP)、金川集团、嘉能可(Glencore)等。相比于红土镍矿，全球硫化镍的储量仅占40%[14-17]，且基本都是20世纪之前发现的，根据标普(S&P Global Market Intelligence)统计数据，近30年来新发现的硫化镍储量181万t，仅占同期新发现镍矿储量的18%，2012年以后没有新发现的硫化镍资源[18]，因此，若未来仍然没有发现大规模硫化镍矿，采用硫化镍矿生产硫酸镍的产量或将逐步下降。

表4 全球主要硫化镍生产硫酸镍项目Table 4 Major nickel sulfide production nickelsulfate projects in global

2) 红土型镍矿湿法冶炼生产硫酸镍。在硫酸镍的生产原料中，湿法冶炼镍中间品(HPAL)占比不断上升，从2013年占比26%增长至2020年的38%。全球镍中间品生产主要集中在印度尼西亚、菲律宾、巴布亚新几内亚、古巴、土耳其、澳大利亚、新喀里多尼亚和芬兰等地(表5)。其中，印度尼西亚是全球镍中间品第一大生产国，2020年产量7.2万t。印度尼西亚红土型镍矿资源丰富，储量占全球近1/3[16]，根据各公司年报和生产计划，2021—2022年印度尼西亚将会有更多项目投产，产量将会增长至20万t左右。由于镍铁产品附加值比硫酸镍低，印度尼西亚能源和矿产资源部提出将鼓励企业在当地生产附加值更高的硫酸镍产品。若未来相应利好政策落地，在当地投资硫酸镍项目将进一步增加。菲律宾是全球镍中间品的第二大生产国，2020年产量为4.97万t左右，其产量主要来自日本住友公司在当地Taganito和Coral Bay的两个HPAL项目。巴布亚新几内亚是全球镍中间品第三大生产国，其产量主要来源于中冶瑞木项目，2020年产量为3.37万t，生产较为稳定。

表5 全球主要国家镍中间品产量Table 5 Nickel intermediate production in major countries

3) 红土型镍矿火法冶炼生产硫酸镍。红土镍还可采用火法冶炼工艺生产镍铁，再由镍铁进行硫化生产高冰镍，由高冰镍进一步生产硫酸镍。全球红土镍矿火法冶炼生产硫酸镍项目主要集中在印度尼西亚(表6)，其中淡水河谷(Vale)的Sorowako项目生产路径是在火法冶炼过程中先得到低冰镍，再加工成高冰镍，冶炼过程不产生镍铁；华友高冰镍项目及友山镍业印度尼西亚项目则是采用红土镍矿-镍铁-高冰镍-硫酸镍的生产方式。

表6 全球红土型镍矿生产高冰镍项目Table 6 Nickel matte production projects from lateritenickel mines in global

由于采用红土镍矿火法冶炼硫酸镍投产项目较少，因此本文进一步对这种方式的可行性进行分析。首先，采用红土镍矿生产高冰镍具有很大的灵活性，可根据市场的需求情况转变生产产品。当硫酸镍及下游需求旺盛时，可以延长现有镍铁产业链生产高冰镍；当不锈钢(镍铁的主要下游产品)需求旺盛时，则继续生产镍铁。在当下硫酸镍供需逐渐紧张的形势下，高冰镍作为连通镍铁和硫酸镍两大市场的产品，能够协调两大市场供需，通过改造产线使镍铁的过剩产能转移到硫酸镍市场，缓解硫酸镍供应紧缺状况。其次，镍铁与硫酸镍之间的利润差价决定了再生产高冰镍的动力是否充分。 以目前的项目成本及销售价格来看，镍铁加工成硫酸镍利润为3万～5万元，而直接销售镍铁的利润为2.5万～3.5万元[16]，在这种情况下加工成硫酸镍是更有前景的生产方式。根据这种方式计算，硫酸镍的价格至少要高于2.53万元/t才能够有生产的动力，以我国为例，近几年的硫酸镍价格基本在2.5万～4万元/t之间，因此，尽管镍铁生产高冰镍的投资项目较少，但在硫酸镍价格持续走高的前提下，高冰镍项目的投资率或将不断升高[19]。

4) 硫酸镍不同生产方式成本对比分析。对于不同生产方式的硫酸镍，原料生产成本是衡量各生产路径是否可行的重要方面。根据生产项目的成本及各公司公告测算，硫酸镍两个重要原料来源镍中间品和金属镍之间的成本差价在2 120元/t左右(图6)，同时，红土型镍矿的两种生产方式中，湿法冶炼的生产成本在20 500元/t左右，而高冰镍的成本则在22 000元/t左右，相对来说，采用湿法冶炼更加经济，这也为未来湿法冶炼提供更加广阔的发展空间。除此之外，镍废料的成本为21 230元/t，但市场上采用镍废料再生产尚未规模化，后续可能有下降空间[19]。

图6 不同原料生产硫酸镍的成本Fig.6 Cost of producing nickel sulfate withdifferent raw materials(资料来源：北京安泰科信息股份有限公司。)

因此，通过不同角度对比上述三种硫酸镍的生产方式，对于传统的硫化镍原料而言，未来在没有新矿床被发现的前提下，硫化镍原料日渐紧张，硫化镍生产硫酸镍的比例将会不断下降；红土型镍矿火法冶炼镍铁再生产高冰镍形式灵活，但是工艺及技术仍不成熟，投资项目较少，短期内很难成为硫酸镍供应的主要方式；而红土型镍矿湿法冶镍中间品的项目投资不断增加，且具有原料充足、成本较低等优势，与其他方式相比，镍中间品将会成为未来几年满足需求的重要生产路径。

结合上文对硫酸镍需求分析，在参考情景下，2035年全球硫酸镍需求相比2020年新增303万t，折合红土型镍矿为5 000万～8 000万t，将极大地拉动对红土型镍矿的开发。

4 结 论

1) 全球硫酸镍需求将快速增长。预计2020—2035年，在参考情景下，全球硫酸镍需求将由64万t增长至367万t，三元电池作为最大的消费部门消费占比由59%飞速增长至79%；电镀、镍氢电池领域平稳发展，消费占比由2020年28%、13%变化至6%、15%。

2) 红土型镍矿将成为硫酸镍供应主流。2020年硫酸镍的原料供应中，红土型镍矿生产的镍中间品是最大来源，占比38%；硫化镍在硫酸镍的生产中以高冰镍和电解镍形式出现，合计占比38%。随着湿法冶炼技术的成熟，未来几年内，镍中间品将会成为硫酸镍生产的主要贡献力量，同时由镍铁转化的高冰镍在硫酸镍中的使用量也会持续增长。

3) 2020年，全球硫酸镍产量为88万t，其中中国产量最高，占一半以上。近年来印度尼西亚加速开发红土镍生产硫酸镍产业链，或将成为全球硫酸镍供应的最重要增长来源。

4) 随着我国新能源汽车及动力电池产业快速发展，我国硫酸镍需求进入爆发式增长期，红土型镍矿生产电池级硫酸镍已证明可行。在这种情况下，建议国内相关企业加速开展海外红土型镍矿-硫酸镍生产线投资，抢占市场先机。