2021年鋰電池三元正極行業(yè)研究報告 _2021數(shù)據(jù)分析研究洞察完整版行業(yè)報告

1、2021年鋰電池三元正極行業(yè)研究報告1. 技術(shù)路線之爭：三元、鐵鋰未來滲透率研判1.1. 三元、鐵鋰正極結(jié)構(gòu)、性能對比在動力電池領(lǐng)域，三元正極和磷酸鐵鋰正極是當(dāng)前兩種主流應(yīng)用材料。因兩 種材料本身物理及化學(xué)結(jié)構(gòu)的差異帶來了材料性能差異，進(jìn)而決定了三元電池和 磷酸鐵鋰電池的性能差異和不同的應(yīng)用領(lǐng)域。三元正極性能占優(yōu)，鐵鋰勝在安全和低成本。三元材料因相同鋰離子數(shù)量下 更低的分子質(zhì)量，因而其比容量高于鐵鋰，組成電池后能量密度也更高。三元材 料晶體呈現(xiàn)層狀結(jié)構(gòu)，在充放電過程中，Li+在 MO6（Mn=Ni、Mn、Co）層間結(jié)構(gòu) 中脫嵌，隨著鎳含量提高，可脫嵌 Li+增加，三元材料的理論容量和電池能量密

2、度 隨之提高。磷酸鐵鋰晶體呈現(xiàn)三維空間網(wǎng)狀橄欖石結(jié)構(gòu)，形成一維 Li+傳輸通道， 限制 Li+的擴(kuò)散；同時，八面體 FeO6 共頂相連，導(dǎo)致電子遷移率相比三元的層狀 結(jié)構(gòu)慢 100-1000 倍。三元正極的鋰離子可以沿兩個不同方向移動，這造就了三元 電池相比鐵鋰具有更高的功率和充放電性能。然而，三元材料由于 Ni2+（0.069nm）和 Li+（0.076nm）半徑接近，隨著鎳 含量增加，三元材料在高溫?zé)Y(jié)制備時產(chǎn)生 Li、Ni 混排的概率迅速上升，使得 Li+ 脫嵌困難，導(dǎo)致材料比容量和循環(huán)性能降低且難以逆轉(zhuǎn)；此外，隨著鎳含量的增 加，材料中不穩(wěn)定的 Ni3+比例隨之提高，容易與空氣中水分和

3、二氧化碳發(fā)生反應(yīng)， 加劇比容量和循環(huán)性能的損失。與之相反，磷酸鐵鋰的 P-O 化學(xué)鍵較穩(wěn)固，溫度 達(dá)到 700-800 攝氏度才會發(fā)生分解，即使電池出現(xiàn)變形損壞也不會釋放氧分子發(fā) 生劇烈燃燒，因此鐵鋰電池具有更優(yōu)異的穩(wěn)定性和安全性能。量對比三元和鐵鋰的性能差異發(fā)現(xiàn)，三元正極除了活潑的層狀晶格結(jié)構(gòu)相對 鐵鋰的橄欖石結(jié)構(gòu)帶來的正極比容量和電池能量密度優(yōu)勢外，其低溫性能也優(yōu)于 鐵鋰，零下 20下電池釋放容量相比鐵鋰高 15pct，這一性能差異將使搭載三元 電池的汽車在冬季相比鐵鋰電池具備更好的續(xù)航里程。而鐵鋰材料因更為穩(wěn)定的 晶格結(jié)構(gòu)，在高溫條件下安全穩(wěn)定性明顯占優(yōu)。同時，鐵鋰穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)也帶來的 相

4、比三元更高的首效和和循環(huán)壽命。同時，鐵鋰材料因構(gòu)成元素主要為廉價的鐵、 磷，相比三元材料中更為稀缺的鎳鈷錳而言具備明顯價格和成本優(yōu)勢。此外，三元和鐵鋰材料在電化學(xué)性能差異還在于 SOC 曲線的不同。三元電池 的 SOC 曲線隨其電壓水平呈相對線性關(guān)系，而鐵鋰電池的 SOC 曲線由于其較長 的充放電平臺和平臺期后的電壓突變而無法輕易地通過其電壓變換來判斷電池剩 余電量。三元電池的 SOC 估計值偏離其實際值在 1-2以內(nèi)，而鐵鋰電池的 SOC 估計值則可能偏離其實際值 10左右。因 SOC 曲線的差異，三元電池車型更能 緊缺計算顯示剩余續(xù)航里程，而鐵鋰車型易出現(xiàn)續(xù)航里程顯示系數(shù)突降的情況， 進(jìn)而

5、帶來車主使用體驗的差異。1.2. 未來滲透率：鐵鋰短期回升，三元長期向好回顧國內(nèi)三元和鐵鋰的歷史滲透率曲線，其變換可分為三個階段：1）14-15 年，國內(nèi)新能源車市場火爆，此 時補貼政策對于電池能量密度等指標(biāo)考核較 低，低成本且技術(shù)成熟的鐵鋰電池受到青睞，14-15 年的鐵鋰滲透率提升；2）16-19 年，補貼政策調(diào)整，高能量密度高續(xù)航的三元電池獲得超額補貼，三元滲透率 從 16 年的 50%提升到 19 年的 69%；3）2020 年，隨著補貼退坡放緩且補貼金 額已降至較低水平，低成本的鐵鋰電池相對優(yōu)勢凸顯，三元滲透率環(huán)比 19 年有所 下降。車企與補貼政策博弈，三元鐵鋰反復(fù)拉鋸。2019

6、年以前，300km 以上乘用車 單車補貼金額達(dá) 4 萬以上，同時對電池能量密度在 140wh/kg 的車型給與超額補 貼系數(shù)，這使得更多車企愿意選擇能量密度更高的三元電池來達(dá)到高續(xù)航進(jìn)而獲 得更多補貼。而 19 年之后補貼斷崖式退坡，400km 以上車型補貼金額僅在 2 萬 左右，占整車購置成本已較低。同時，國家為了防止車企冒進(jìn)追求高能量密度造 成安全風(fēng)險，不再進(jìn)一步提升電池能量密度考核門檻，三元相對鐵鋰在獲取補貼 能力上的相對優(yōu)勢削弱。隨著 20 年以來 CTP 和比亞迪刀片技術(shù)的推出，鐵鋰的潛力被進(jìn)一步挖掘， 電池包成組效率提升帶來能量密度改善，鐵鋰迎來回潮。雖然預(yù)計鐵鋰電池滲透 率仍有改

7、善空間，但相對于三元電池，磷酸鐵鋰發(fā)展面臨兩大瓶頸：續(xù)航瓶頸和 降本瓶頸。續(xù)航瓶頸：鐵鋰在刀片電池加持下體積利用率和能量密度改善，但仍無法解決 A級以下車型續(xù)航里程低的問題。2020 年寧德時代和比亞迪分別開始推廣 CTP 技術(shù)和刀片電池方案，在降低電池生產(chǎn)成本的同時，成組效率和體積利用率提升 帶來電池能量密度改善。2020 年比亞迪推出搭載刀片電池的漢，電池體積能量密度達(dá) 229Wh/L，續(xù)航 里程為 605km。比亞迪漢的軸距為 2.92 米，電池包的預(yù)留安裝空間較大，而普通 A、B 級車軸距分別為 2.3-2.5、2.6-2.7 米，電池包能量密度提升空間有限。根據(jù) 現(xiàn)有車型電池包電量和

8、續(xù)航參數(shù)，模擬其從傳統(tǒng)電池包切換為刀片鐵鋰電池包后 的帶電量和續(xù)航里程。以榮威ER6為例，傳統(tǒng)三元電池包模擬切換為鐵鋰刀片后， 雖然空間利用率提升，但因為鐵鋰相對較低的能量密度，導(dǎo)致續(xù)航降從 600km 下 降到 435km。因此，比亞迪漢刀片電池的成功更多是基于其 C 級車的設(shè)計基礎(chǔ)， 而在體積相對有限的 A 級車中，刀片鐵鋰仍難以讓其續(xù)航突破 500km，這會限制 一部分對續(xù)航里程偏好較高的 A 級車主的消費選擇，進(jìn)而影響車企對鐵鋰電池選 擇的遠(yuǎn)期滲透率。降本瓶頸：電池能量密度提升帶來的單位 wh 原材料消耗下降是電池持續(xù)降 本的根本。根據(jù)能量密度計算公式，分子端為電池正負(fù)極的電壓差，分母

9、端 Cca和 Can分別表示正極和負(fù)極的比容量（mah/g），其與電池能量密度呈正比?；仡欒F鋰和三元電池的價格變化，在能量密度提升、規(guī)模效應(yīng)的共同作用下， 其單價均持續(xù)下降。然后，鐵鋰電池受限于鐵鋰正極本身的比容量短板，預(yù)計電 芯在 200wh/kg 會達(dá)到瓶頸，目前主流鐵鋰電芯能量密度已接近極限，未來降本 空間主要取決于規(guī)模效應(yīng)及原材料單價下降。而三元電池因三元正極仍處于技術(shù) 迭代上升期，未來高鎳 8 系 9 系等材料改進(jìn)將持續(xù)推動電池能量密度提升，預(yù)計 三元電芯能量密度天花板在 300wh/kg 左右，相比現(xiàn)在 240wh/kg 的水平仍有 30% 提升空間。雖然目前鐵鋰電芯價格相比三元低

10、約 20%+，但遠(yuǎn)期來看，三元電池能量密 度持續(xù)提升有望縮小三元和鐵鋰電池之間的成本差距，假設(shè)未來三元電芯價格年 化降幅 8%，鐵鋰年化降幅 5%，二者電芯價格有望 2025 年平價，而電池包的售 價因高能量密度帶來的更低成本公攤，有望相比電芯層級提前實現(xiàn)平價。動力電 池占新能源車的成本較高，三元和鐵鋰電池間的相對成本差異變化最終決定了消 費者的購買意愿和車企對電池類型裝配的選擇。從全球主要動力電池企業(yè)的電池類型布局來看，各家呈現(xiàn)較大差異。LG 和松 下聚焦高鎳三元產(chǎn)品，并正在向 NCMA 等更高鎳產(chǎn)品迭代；SKI、三星 SDI 和 CATL 產(chǎn)品布局相對均衡，其中 CATL 兼具三元 5 系

11、 8 系和鐵鋰，但各家也均在 高鎳產(chǎn)品上布局發(fā)力；BYD 相對特殊，隨著 2020 年刀片技術(shù)的推出，公司正在 從原來的三元鐵鋰均衡發(fā)展轉(zhuǎn)向為聚焦鐵鋰產(chǎn)品。從國內(nèi)自主、合資和海外車企 20 年以來的新車型規(guī)劃來看，各勢力在三元和 鐵鋰的選擇上差異較大。國內(nèi)自主車企比亞迪全系車型 All in 鐵鋰，其他自主車企 目前仍以三元為主，但部分車型如榮威、小鵬 P7 也配備了同款鐵鋰版作為低配版 供消費者選擇。對于定位中高端市場車型，無論國內(nèi)還是海外車企多采用三元高 鎳方案，潛在爆款新車包括大眾 ID4、寶馬 IX3、福特 Mach-E、極氪 001、智己 L7、北汽阿爾法 S 等。預(yù)計未來幾年，國內(nèi)

12、 400km 以下中低端車型有望廣泛推廣鐵鋰，三元 5 系+ 高電壓平臺在短期內(nèi)仍可滿足中高端車型的續(xù)航需求，但隨著高鎳技術(shù)的成熟帶 來的安全性能改善，預(yù)計三元高鎳會逐漸占領(lǐng)國內(nèi)自主和合資車企中高端車型。海外車企對技術(shù)路線的選擇較為堅定，全面堅持三元路線，多數(shù)中高端車型堅持 三元高鎳，但隨著 CTP 和刀片技術(shù)帶來鐵鋰潛力的進(jìn)一步挖掘，部分看中成本和 安全性的海外車企如雷諾和 PSA 也開始采用鐵鋰電池，預(yù)計鐵鋰在海外的滲透率 有望提升。2. 三元正極產(chǎn)品迭代：高鎳開啟長期窗口期2.1. 高鎳之后仍是高鎳：從 811、NCA 到 NCMA、NM三元正極的產(chǎn)品迭代引領(lǐng)電池的技術(shù)升級，三元正極已完

13、成從早期的 1 系到 目前的 8 系升級，隨著消費者對整車?yán)m(xù)航及成本要求的提升，電池能量密度的升 級和正極材料體系的迭代不會停歇。在現(xiàn)有三元 8 系基礎(chǔ)上，正極和電池廠商正 在研發(fā)推廣 9 系 NCMA、無鈷 NM 等產(chǎn)品。一直以來正極行業(yè)呈現(xiàn)多樣化的技術(shù)路線和分散的競爭格局，對新進(jìn)入者存 在著機(jī)遇，也存在著如容百科技重點發(fā)力突破技術(shù)難度更高的 8 系高鎳而獲得超 額收益和逆襲的故事。然而站在當(dāng)前時點，新進(jìn)入者完成逆襲的概率正在快速降 低。因為未來的技術(shù)迭代路線無論從正極材料體系還是電池體系上來看，高鎳的 潛能還有很大挖掘空間，預(yù)計產(chǎn)業(yè)后續(xù)將進(jìn)行從 8 系高鎳向 9 系 NCMA、NM 無 鈷

14、高鎳材料的迭代來提升電池性能，這仍舊屬于在高鎳材料體系內(nèi)的迭代，因此 屬于漸進(jìn)式創(chuàng)新而非顛覆式創(chuàng)新，需要在前期 8 系高鎳的基礎(chǔ)上小幅迭代積累， 后來者直接切入而顛覆行業(yè)的概率極低。2.1.1. NCMA：神秘性不大，實用性很強(qiáng)NCMA 四元材料由韓國漢陽大學(xué) Un-Hyuck Kim 在 2016 年提出，其本質(zhì)上 并不是一項全新的材料體系，而是基于目前兩大主流三元高鎳材料 NCM 與 NCA 混合而成。通過在 NCM 三元材料中摻雜 Al 粒子得到的，本質(zhì)是用 Al 替代 Co。NCMA 的鎳含量已達(dá)到 90%，鈷含量降低至 5%以下，在提升鎳含量提高比容量 的同時兼顧了降本和材料穩(wěn)定性。

15、NCMA 過渡金屬鋁元素的加入所形成的 Al-O 化學(xué)鍵強(qiáng)度遠(yuǎn)大于 Ni(Co，Mn)- O 化學(xué)鍵，從化學(xué)性質(zhì)上增強(qiáng)了正極的穩(wěn)定性。NCMA 四元正極材料在多輪充放 電循環(huán)后，不可逆相變電壓保持穩(wěn)定，材料內(nèi)部微裂紋較少，正極材料中過渡金 屬的溶解情況不明顯。除了 Al-O 強(qiáng)化學(xué)鍵帶來的 NCMA 較好的形貌穩(wěn)定性外，NCMA 的循環(huán)性能 也明顯優(yōu)于比容量相似的 NCM 和 NCA。Un-Hyuck Kim 團(tuán)隊對 2032 組電池對比 發(fā)現(xiàn)，無論是 30下的 100 周循環(huán)，還是 25下的 1000 周循環(huán)，NCMA 的容 量保持率高于 NCM 和 NCA 約 10pct。NCMA 的應(yīng)用

16、開發(fā)方面，2020 年 3 月通用汽車宣布與 LG 化學(xué)一同推出一款 新的電池產(chǎn)品 Ultium，采用 NCMA 材料，預(yù)計 2022 年量產(chǎn)。同時，LG 化學(xué) 2021 年將會在特斯拉上應(yīng)用 NCMA。2020 年浦項化學(xué)宣布其 NCMA 正極材料將鎳含 量增加到 80%以上，采用獨立研發(fā)的鋁摻雜工藝，很快將進(jìn)入商業(yè)化。Cosmo AM&T 與 LG 化學(xué)合作較多，NCMA 鎳含量達(dá)到 92%，正極比容量為 228mAh/g。國內(nèi)方面，蜂巢能源在行業(yè)內(nèi)率先成功研發(fā) NCMA 四元正極材料，預(yù)計 2021 年 正式量產(chǎn)。國內(nèi)龍頭材料廠商格林美、中偉股份等也在 NCMA 方面深入布局。2.1.2

17、. NM 無鈷：材料改性手段與傳統(tǒng)高鎳類似鈷在 NCM 三元體系存在的重要在于，鈷的增加能有效減少陽離子混排，降低 阻抗值，提高電導(dǎo)率和改善充放電循環(huán)性能。然而，全球鈷儲量相對較小，且易受 地緣政治影響導(dǎo)致價格波動，隨著電動車銷量逐年提升，研發(fā)無鈷或低鈷正極保 證鈷原料供應(yīng)安全和降本具有戰(zhàn)略意義。Jeff Dahn 團(tuán)隊是無鈷材料的研發(fā)先驅(qū)， 其通過將三元體系中的鈷替換成 Al、Mg 等元素證明了去鈷化的可行性。其開發(fā) 的 Al、Mg 替代的無鈷材料表現(xiàn)出相比 NCA 類似穩(wěn)定的電化學(xué)性能。在產(chǎn)業(yè)界，特斯拉是無鈷電池的踐行者。從 2016 年開始，其與 Jeff Dahn 團(tuán) 隊簽訂了為期 5

18、 年的獨家合同，Jeff 主要為特斯拉提供提高鋰電池的能量密度和 使用壽命，降低成本相關(guān)研究。在 2020 年特斯拉電池日上，官方公告的未來產(chǎn)品 矩陣中無鈷電池將在特斯拉中高端車型上應(yīng)用。國內(nèi)廠商中，蜂巢能源是第一個將無鈷電池裝車路試的動力電池企業(yè)。其無 鈷材料獲 40+項專利，主要是通過陽離子摻雜技術(shù)、單晶技術(shù)和納米網(wǎng)絡(luò)化包覆 三項技術(shù)解決無鈷的三元層狀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問題，兩款無鈷產(chǎn)品預(yù)計 2021 年正式量 產(chǎn)。蜂巢能源針對無鈷材料的改性方案與 8 系高鎳材料常用的摻雜、包覆、單晶 化改性方案本質(zhì)相同，由此可見，無鈷材料的突破仍是在傳統(tǒng) 8 系高鎳基礎(chǔ)上的 小步迭代，具備 8 系高鎳基礎(chǔ)的材料廠

19、向無鈷更具優(yōu)勢。2.2. 富鋰錳基具備一定顛覆性，但產(chǎn)業(yè)化較遠(yuǎn)富鋰錳基層狀氧化物（LMLOs）可認(rèn)為由 Li2MnO3 與 LiMO2 (M=Ni，Co，Mn) 兩種組分構(gòu)成，其中氧元素是立方緊密堆積，鋰離子和過渡金屬離子占據(jù)氧八面 體的間隙。相對于高鎳材料，富鋰錳基材料具有顯著的能量密度和比容量優(yōu)勢：（1）富鋰錳基材料具有超過 250mAh/g 的高比容量，在電壓范圍為 2-4.8V、電流 密度為 10mA/g 的情況下，首次放電比容量可達(dá)到 400mAh/g，遠(yuǎn)高于 NCM9 系 材料的 227mAh/g；（2）富鋰錳基能量密度為 300 Wh/kg，高于 NCM9 系的 280 Wh/k

20、g。然而，富鋰錳基材料存在首次庫倫比較低和能量衰減嚴(yán)重的問題，嚴(yán)重制約 其產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用：（1）富鋰錳基首次庫倫比僅 75%，遠(yuǎn)低于 NCM9 系（87%） 和 NCMA（91%），主要原因富鋰錳基在首次放電過程中，高于 4.5V 電壓平臺的 鋰離子脫出是不可逆的，導(dǎo)致脫離的鋰元素不能全部嵌入到正極材料的晶格中， 造成首次不可逆容量較高，即首次庫倫效率較低。（2）富鋰錳基正極材料的電壓 衰減是晶粒表面化學(xué)反應(yīng)和內(nèi)部擴(kuò)散共同作用的結(jié)果；在超長周期循環(huán)后，富鋰 錳基材料晶體結(jié)構(gòu)由層狀逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榧饩癄?，且相變過程是不可逆的；同時除 過渡金屬粒子之外，富鋰錳基正極材料中的晶格氧負(fù)離子在電化學(xué)反應(yīng)過

21、程中也 和電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)釋放氧氣，從而導(dǎo)致富鋰錳基材料電壓嚴(yán)重衰減。針對上述問題，目前的解決方案仍主要是包覆、摻雜、晶面控制等傳統(tǒng)的材 料改性工藝。包覆能夠一定程度阻止電解液對材料的腐蝕，改善材料與電解液之 間的界面反應(yīng)；摻雜穩(wěn)定了材料的晶格結(jié)構(gòu)，抑制了材料的不可逆相轉(zhuǎn)變和氧釋 放；晶面調(diào)控以及表面集成結(jié)構(gòu)主要加快了 Li+擴(kuò)散動力學(xué)和減少過渡金屬離子溶 解等。然而，基于富鋰錳基更為復(fù)雜和活潑的晶體結(jié)構(gòu)，僅憑傳統(tǒng)的材料改性工 藝做到全面產(chǎn)業(yè)化仍有很長路要走，亟需更多新的工藝手段突破。目前產(chǎn)業(yè)界中 鮮有富鋰錳基的應(yīng)用案例，各電池及材料廠商尚未給出明確時間表，僅 2018 年工 信部新車公示中出現(xiàn)

22、搭載由浙江遨優(yōu)動力提供富鋰錳基電池的新能源汽車陸 地方舟牌和新日牌純電動運輸車。2.3. 未來固態(tài)電池推出，仍適配三元高鎳正極體系固態(tài)電池能量密度和熱穩(wěn)定性能顯著優(yōu)于液體鋰離子電池，具有遠(yuǎn)期商業(yè)化 前景。固態(tài)鋰電池主要由正極、負(fù)極、固態(tài)電解質(zhì)構(gòu)成，相對于液態(tài)鋰電池，固態(tài) 電池的優(yōu)勢：（1）使用固態(tài)電解質(zhì)替代液體電解質(zhì)和隔膜，固態(tài)電解質(zhì)燃點非常 高，提高電池?zé)岱€(wěn)定性能；（2）固態(tài)電池的電壓平臺是 5V，高于液態(tài)電池的 4.3V， 能夠匹配高壓電極材料，電池能量密度和比容量優(yōu)于液態(tài)電池；（3）固態(tài)電解質(zhì) 不具有流動性，因此不存在漏液現(xiàn)象，簡化電池成組設(shè)計，降低電池的重量和體 積，能量密度有望突破

23、300Wh/kg。界面問題和電導(dǎo)率低制約全固態(tài)電池應(yīng)用。（1）固態(tài)電池導(dǎo)電率較低，快充 性能較差。（2）物理接觸差影響使用壽命，液態(tài)電解液具有流動性，有限填充隔 膜及電極 IDE 孔隙，賦予電極材料良好的離子通路，而固態(tài)電解質(zhì)和金屬鋰均不 具有流動性，其接觸面存在很多微孔，造成較高的界面抗阻，對固態(tài)電池的電化 學(xué)性能產(chǎn)生較大的影響，降低固態(tài)電池的使用壽命。半固態(tài)電池可緩解界面接觸和電導(dǎo)率低問題，從現(xiàn)有半固態(tài)電池量產(chǎn)情況來 看，三元高鎳正極仍是主要適配的正極材料。雖然固態(tài)電池因為其較好的安全穩(wěn) 定性可以適配鋰硫等更活潑的材料體系，但因全固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化困難重重，半 固態(tài)電池是權(quán)宜之計。目前北京衛(wèi)

24、藍(lán)、江蘇清陶等已開始半固態(tài)的小規(guī)模應(yīng)用， 而三元高鎳正極仍是各家所選擇的正極材料。3. 競爭格局：高鎳趨勢下的集中度提升3.1. 什么導(dǎo)致了現(xiàn)有三元正極格局相對分散目前中國三元正極材料市場競爭格局較分散，CR3 和 CR5 分別為 35%、52%， 容百、巴莫、長遠(yuǎn)鋰科等前幾名公司市占率差距不大。相對于鋰電池其他材料，正 極材料無論是 CR3 還是 CR5 均遠(yuǎn)低于負(fù)極、隔膜和電解液。第一，三元正極原材料成本占比高，導(dǎo)致各家成本差異較小。中游材料作為 典型的制造業(yè)，龍頭的低成本優(yōu)勢是驅(qū)動行業(yè)集中度提升的重要因素。對于三元 正極而言，三元正極原材料成本占比在 90%左右，遠(yuǎn)高于負(fù)極（43%）和隔

25、膜（30%）。正極原材料鋰、鈷、鎳各家采購價格差異小，同時較低的制造和人工成本占比導(dǎo) 致各家難以通過規(guī)模效應(yīng)和工藝差異在制造及人工成本方面拉開差距。因此三元 正極各家營業(yè)成本差異小，龍頭公司難以通過低成本優(yōu)勢提升份額。第二，正極材料總產(chǎn)值最大，是地方政府招商引資重點。鋰電正極材料是電池最重要的組成部分，鋰、鈷、鎳等稀貴金屬導(dǎo)致正極材 料單價高于負(fù)極、電解液等其他環(huán)節(jié)。同時正極單耗在鋰電四大主材中最高， 1GWh 鋰電池約消耗 1800 噸三元材料，約是負(fù)極和電解液的 2 倍。在高單價和 高單耗的共同作用下，正極材料成為產(chǎn)值最大的鋰電池材料，2019 年正極材料產(chǎn) 值達(dá) 737 億元，分別是負(fù)極

26、材料、隔膜、電解液的 7.7、9.6、20.7 倍。近年來各地方政府響應(yīng)新能源政策號召，通過招商引資興建各類鋰電產(chǎn)業(yè)基 地，作為鋰電材料中產(chǎn)值最大的正極材料自然是引入重點。目前正極產(chǎn)能投資在 國內(nèi)各省多點開花，包括具有電力價格優(yōu)勢的貴州、寧夏、四川等以及產(chǎn)業(yè)鏈上 下游配套完備的江蘇、浙江和福建等。第三，正極對電池性能影響大，電池廠商縱向一體化布局正極搶奪市場。作 為電池中鋰離子的來源，正極材料對鋰電池能量密度、循環(huán)壽命、安全性能和成 本等影響重大。電池龍頭廠商有意愿和能力投資正極產(chǎn)能，一方面是提升其對正 極工藝研發(fā)的理解，進(jìn)而有利于電池性能的優(yōu)化，另一方面保證正極材料質(zhì)量和 供應(yīng)的穩(wěn)定性，降低

27、原材料成本。比亞迪、國軒高科、寧德時代、LG 化學(xué)、億緯 鋰能均通過合資或自建的方式實施產(chǎn)業(yè)鏈一體化布局策略，投產(chǎn)三元正極材料， 這也加劇了行業(yè)競爭。3.2. 高鎳化+一體化有望重塑三元正極格局3.2.1. 高鎳三元提升行業(yè)壁壘，工藝能力和成本差異決定龍頭地位根據(jù) NCM 三元體系相圖，Ni 能夠提高材料活性，提高電池密度，同時增加 Li/Ni 混排的概率，降低放電容量和熱穩(wěn)定性；Co 既能穩(wěn)定層狀結(jié)構(gòu)，又能減少 Li/Ni 混排，提高放電容量，但是采購成本較高；Mn 和 Al 主要為電池的充放電過 程提供穩(wěn)定性，提高材料的循環(huán)性能。高鎳正極因高克容量及對電池能量密度的 提升作用受到產(chǎn)業(yè)青睞，

28、而如何在提高鎳含量降低鈷含量的同時保證材料結(jié)構(gòu)穩(wěn) 定及電池的安全性能和循環(huán)壽命是考驗各正極廠商的難題。上述技術(shù)難點導(dǎo)致三元高鎳材料生產(chǎn)壁壘較高，市場競爭格局較集中，2020 年容百科技和天津巴莫在高鎳三元材料市占率分別為 49%、36%，集中度遠(yuǎn)高于 中低鎳三元正極材料。相對于低鎳材料，高鎳材料的生產(chǎn)流程更為復(fù)雜，對工藝、 設(shè)備和成本控制都提出了新的要求和挑戰(zhàn)。高鎳三元正極在大致工藝流程上與中低鎳三元類似，包括前道工序（鋰化混 合、裝缽）、 燒結(jié)工序、后道工序（破碎、篩分、除鐵等）三大部分，但工藝細(xì)節(jié) 上存在諸多差異。因高鎳正極晶格穩(wěn)定性差，高燒結(jié)溫度將導(dǎo)致鋰鎳混排現(xiàn)象， 降低實際放電比容量，

29、需要在 700-800的較低溫度燒結(jié)，因而 471熔點氫氧 化鋰成為高鎳正極的鋰源，取代了中低鎳三元正極常用的 720熔點的碳酸鋰。對于高鎳材料，在降低燒結(jié)溫度同時保證燒結(jié)質(zhì)量，則要增加燒結(jié)時間，一 般相對中低鎳三元需要多次燒結(jié)，進(jìn)而增加了制造費用和降低了單線產(chǎn)能。燒結(jié) 是正極制備的核心環(huán)節(jié)，燒結(jié)溫度和燒結(jié)環(huán)境對高鎳材料的結(jié)構(gòu)、電化學(xué)性質(zhì)、 粒度等產(chǎn)生較大的影響，更為復(fù)雜的燒結(jié)工序增加了高鎳三元的制備難度。相對于中低鎳三元的空氣氣氛燒結(jié)，高鎳三元正極的燒結(jié)氣氛需要采用氧氣。在氧氣條件下，陽離子混排程度較低，顆粒粒徑一致性較好，緊密結(jié)合形成均一 且表面光滑的二次顆粒。而在空氣中制備材料，陽離子混

30、排程度較高，一次顆粒 較大，結(jié)晶程度較低，二次顆粒粒徑較小，出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，導(dǎo)致振實密度較小。其他工藝差別方面，氫氧化鋰堿性相對碳酸鋰更強(qiáng)，表面殘堿會吸潮進(jìn)而影 響正極漿料涂布環(huán)節(jié)，因此水洗需要在一次燒結(jié)后增加水洗環(huán)節(jié)。此外，高鎳三元晶格結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性需要對其進(jìn)行包覆摻雜等改性工藝，這是提升技術(shù)壁壘和 決定各家差異的重要因素，第四章將重點闡述。產(chǎn)線設(shè)備方面，三元高鎳產(chǎn)線的環(huán)境濕度控制也相對中低鎳三元要求更為嚴(yán) 格。此外，高鎳三元的窯爐控溫精度要求更高，以保證多次燒結(jié)的產(chǎn)品一致性，同 時需要對爐膛內(nèi)襯材料進(jìn)行升級，使其耐堿性環(huán)境和氧氣燒結(jié)腐蝕。對比拆解中低鎳和高鎳三元材料成本，8 系高鎳制造費用比

31、 5 系高近一倍，8 系高鎳龍頭公司的技術(shù) know-how 優(yōu)勢帶來的良率提升可進(jìn)一步降本，高鎳公司 之間的成本差距會拉開，因此未來可以通過低成本優(yōu)勢提升集中度，這是在之前 中低鎳三元時代所看不到的。隨著 NCM9 系、NCMA、無鈷 NM 等高鎳產(chǎn)品實現(xiàn) 產(chǎn)業(yè)化，高鎳產(chǎn)品技術(shù)壁壘和成本優(yōu)勢將更加凸顯，有利于行業(yè)構(gòu)筑寬深護(hù)城河， 市場集中度有望得到改善。3.2.2. 產(chǎn)業(yè)鏈一體化將促進(jìn)行業(yè)集中度的提升正極毛利率遠(yuǎn)低于負(fù)極、電解質(zhì)和隔膜的毛利率，目前正極毛利率維持在 15% 左右，且各公司間毛利率差距小于負(fù)極、隔膜和電解液。在鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈降本趨 勢下，正極龍頭生產(chǎn)商主要通過產(chǎn)業(yè)鏈一體化布局縱向

32、拓展前驅(qū)體和電池材料回 收降低原材料生產(chǎn)成本，有利于拉開一二線的盈利差距。三元前驅(qū)體是定制化程度較高的產(chǎn)品，三元前驅(qū)體性能直接影響三元正極和 鋰電池的電化學(xué)性能，是三元正極最重要的原材料。目前正極企業(yè)獲得三元前驅(qū) 體有兩種途徑：外購和自制。根據(jù)測算，三元前驅(qū)體的外購成本約占正極材料生 產(chǎn)成本的 70%，前驅(qū)體毛利率約 9%-14%，假設(shè)前驅(qū)體毛利率為 12%，企業(yè)自制 前驅(qū)體可在保證高質(zhì)量和供應(yīng)穩(wěn)定的情況下，同時具有顯著的成本優(yōu)勢。除正極企業(yè)的一體化布局向上游拓展外，上游鈷鎳資源公司向下游拓展企業(yè)， 比如華友鈷業(yè)通過打造“鈷鎳礦開采三元前驅(qū)體三元正極”產(chǎn)業(yè)鏈也是一體 化的另一重要方向。龍頭公司

33、的資金優(yōu)勢有助于其快速完成一體化，這也是未來 正極環(huán)節(jié)比拼的重要方向。動力鋰電池循環(huán)再利用有助于企業(yè)控制原材料成本，同時保證原材料供應(yīng)體 系的穩(wěn)定性。目前華友鈷業(yè)、廣東邦普、優(yōu)美科、容百科技均有電池循環(huán)回收布 局：（1）2018 年華友鈷業(yè)再生利用專用生產(chǎn)線投產(chǎn)，構(gòu)建產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán)，年處理廢 舊動力蓄電池 64680 噸，每年可綜合回收鈷 5783 噸（金屬量）、鎳 9432 噸（金 屬量）、鋰 2050 噸（金屬量）。（2）自 2007 年邦普始終致力于電池循環(huán)產(chǎn)能擴(kuò)展 建設(shè)，目前年產(chǎn)量達(dá) 2 萬噸。（3）2011 年優(yōu)美科建立第一條電池回收生產(chǎn)線，目 前回收電池能力為 7000 噸。（4）容百掌握鎳鈷鋰回收關(guān)鍵技術(shù)，公司 TMR 株式 會社已實現(xiàn)了鋰電池廢料回收的成熟應(yīng)用。鋰電池濕法回收工藝繁雜，且對工藝 設(shè)備要求較高，存在較高的技術(shù)壁壘，龍頭和二線廠商有望形成成本差異，市場 競爭格局將持續(xù)改善。目前各正極廠商毛利率較為接近，多在 10-20%之間，未來隨著高鎳化高端產(chǎn) 品溢價及一體化降本趨勢，龍頭公司有望相對二線廠商拉開盈利差距，重塑競爭 格局。4. 專利、研發(fā)角度對比三元正極公司差異4.1. 正極改性工藝非標(biāo)屬性強(qiáng)，專利積累構(gòu)筑產(chǎn)品品質(zhì)差異由于三元正極材料結(jié)構(gòu)特點，隨著鎳含量的提高，能量密度提升，但循環(huán)穩(wěn) 定性和熱穩(wěn)定性變差，如何做到能量密度和循環(huán)性能、熱穩(wěn)定性的兼