鋰電池高鎳三元正極行業(yè)研究心馳神往漸入佳境

鋰電池高鎳三元正極行業(yè)研究-心馳神往漸入佳境趨勢(shì)研判：高鎳三元滲透率提升確定性強(qiáng)動(dòng)力電池正極材料趨勢(shì)：鐵鋰、三元各有所長(zhǎng)，長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)共存正極材料對(duì)電池性能影響重大，正極克容量往往決定電池能量密度天花板，當(dāng)前動(dòng)力領(lǐng)域鐵鋰、三元正極各有優(yōu)劣勢(shì)，長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)共存；

因三元和鐵鋰正極晶體結(jié)構(gòu)差異，三元正極在容量和能量密度、低溫性能、快充和倍率性能等方面具備優(yōu)勢(shì)，鐵鋰在成本、循環(huán)壽命和安全性能方面占優(yōu)，另外三元SOC曲線變化平緩，實(shí)際偏離值較小更易于掌握實(shí)際電量，帶來更佳用車感受。動(dòng)力電池正極材料趨勢(shì)：晶體結(jié)構(gòu)差異帶來材料性能和應(yīng)用差異三元正極與磷酸鐵鋰正極的性能差異來自其結(jié)構(gòu)差異，即三元層狀氧化物結(jié)構(gòu)和磷酸鐵鋰正極橄欖石結(jié)構(gòu)，三元材料依托分子質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)以及二維鋰離子通道結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)更好的性能，但鐵鋰依托廉價(jià)原材料和更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)在成本和安全性上占優(yōu)。滲透率復(fù)盤：政策驅(qū)動(dòng)+技術(shù)進(jìn)步曲線差異導(dǎo)致三元鐵鋰周期波動(dòng)復(fù)盤三元電池滲透率，2020年以前與政策關(guān)聯(lián)度較高，如2017年開始的補(bǔ)貼傾向?qū)е氯姵匾劳心芰棵芏葍?yōu)勢(shì)持續(xù)擴(kuò)大滲透率，2020年以后政策效力減弱，鐵鋰依托CTP、刀片等技術(shù)縮小與三元能量密度差距，迎來滲透率提升；

三元預(yù)計(jì)隨著22H2鎳價(jià)下跌帶來成本劣勢(shì)縮小+23年開始4680電池放量增強(qiáng)能量密度優(yōu)勢(shì)而逐步進(jìn)入滲透率上升周期。新能源選車邏輯中，續(xù)航里程和經(jīng)濟(jì)性是兩大重要考量，三元、鐵鋰各有優(yōu)勢(shì)消費(fèi)者在選車過程中，就性能方面看，續(xù)航里程和經(jīng)濟(jì)性是最重要的兩大考量因素，三元和鐵鋰在兩大方面具備機(jī)理上優(yōu)勢(shì)，但近年來鐵鋰通過CTP等成組技術(shù)進(jìn)行續(xù)航的提升，三元也通過成分調(diào)整和比能量的提升實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化；

同時(shí)動(dòng)力性能（考驗(yàn)倍率性能等）、安全性和低溫性能同樣是重要的考量因素，三元鐵鋰各有優(yōu)劣。高鎳比容量顯著提升，是推進(jìn)電池性能提升、成本下降的主要方向Ni—般為+2和+3混合價(jià)態(tài)，Co為+3價(jià)，Ｍｎ為+4價(jià)。在充電過程中，Ni2+先氧化成Ni3+，Ni3+再氧化為Ni4+，且這個(gè)過程優(yōu)先于Co3+的氧化，也就是相同充電范圍內(nèi)，Ni含量越多，轉(zhuǎn)移電子也就越多，釋放的容量越多。目前量產(chǎn)8系產(chǎn)品較5系產(chǎn)品克容量提升30mAh左右，對(duì)電池能量密度提升顯著，三元正極材料高鎳發(fā)展趨勢(shì)確定。高鎳三元為何脆弱：三元正極的層狀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較弱，高鎳正極性能刀尖起舞三元正極材料屬于層狀結(jié)構(gòu)，充放電過程中，隨著鋰離子嵌入脫出，材料會(huì)發(fā)生一系列相變，導(dǎo)致晶格常數(shù)出現(xiàn)變化，產(chǎn)生應(yīng)力，而層狀結(jié)構(gòu)與鐵鋰的橄欖石結(jié)構(gòu)不同，層間不具備強(qiáng)共價(jià)鍵，故更容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)坍塌導(dǎo)致材料失效；

對(duì)鎳基層狀結(jié)構(gòu)而言，Ni多價(jià)態(tài)性質(zhì)（比容量來源）會(huì)在循環(huán)中帶來更多反應(yīng)，Ni比例越高反應(yīng)越劇烈：1）表面相變，一方面Ni+2混排導(dǎo)致Li+遷移受阻及活性鋰的損失，另一方面材料表面堿性高，易與空氣發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)LiOH易吸水導(dǎo)致6F生成HF；2）界面副反應(yīng)：高價(jià)態(tài)Ni+4易氧化電解液，產(chǎn)氣、放熱并形成酸性物質(zhì)毀壞電池體系。高鎳三元結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、表面不穩(wěn)定及界面副反應(yīng)導(dǎo)致容量衰減和穩(wěn)定性下降。市場(chǎng)空間：高鎳持續(xù)提升，是最高增速細(xì)分賽道全球主流電池廠積極推進(jìn)高鎳應(yīng)用全球主流電池企業(yè)積極推進(jìn)高鎳應(yīng)用，松下進(jìn)度最早，主要用于特斯拉，寧德時(shí)代緊隨其后，高鎳電池已完成海外和國(guó)內(nèi)眾多主流車企定點(diǎn)，SKI、LGES和三星SDI同樣積極推進(jìn)高鎳產(chǎn)品。全球新能源車需求共振，2025年預(yù)計(jì)需求超過2000萬輛根據(jù)當(dāng)前各車廠對(duì)新能源汽車的展望，預(yù)計(jì)2025年全球?qū)崿F(xiàn)新能源乘用車需求2000萬輛（產(chǎn)量口徑），2021年至2025年年均復(fù)合增速36%，中國(guó)銷量860萬輛，歐洲銷量563萬輛，美國(guó)銷量440萬輛。預(yù)計(jì)2030年中國(guó)乘用車高鎳電池滲透率40%，海外80%我們根據(jù)全球各國(guó)對(duì)電池能量密度的要求以及技術(shù)迭代的節(jié)奏測(cè)算，至2030年預(yù)計(jì)中國(guó)乘用車中高鎳電池滲透率40%，海外高鎳電池滲透率至80%；小動(dòng)力高鎳滲透率預(yù)計(jì)至35%左右，主要用于無人機(jī)等高端領(lǐng)域。預(yù)計(jì)2022年全球高鎳三元正極需求超40萬噸，2025年至150萬噸依據(jù)上述數(shù)據(jù)測(cè)算2022年全球高鎳三元正極需求超過40萬噸，其中國(guó)內(nèi)超過10萬噸，海外超過30萬噸，乘