鑽石舞台

正極材料占據電池行業的妥妥的C位！

正極材料作為動力電池的重要組成部分，是電池材料中規模最大、產值最高的環節，占比電池完全成本約 24%、占比材料成本約 40-44%。

鋰電池成本占比

正極材料是鋰電池的核心關鍵材料，其特性直接決定鋰電池的能量密度、循環壽命、安全性能等，進而影響電池的綜合性能。正極材料的關鍵指標包括比容量、循環性能（壽命）、成本、安全性等。理想的鋰電池正極材料需要有較大的比容量、循環壽命長、出色的低溫和倍率特性、較高的安全性和環境友好度以及較低的成本等特性。

鋰電池正極材料的關鍵指標

鋰電池按照正極材料體系來劃分，主要分為鈷酸鋰（LCO）、錳酸鋰（LMO）、磷酸鐵鋰（LFP）、三元材料（鎳鈷錳酸鋰（NCM）和鎳鈷鋁酸鋰（NCA））等技術路線。

近年受到鋰電池帶動，正極材料出貨量快速增長,目前動力電池主流正極材料為磷酸鐵鋰和三元材料。

2017年開始，新能源乘用車快速發展，增速遠超商用車，三元電池市場規模隨之擴大並於2018年成為市占率最高的正極材料，補貼額度與能量密度掛鈎以及對續航能力的需求也導致三元電池在乘用車領域進一步替代磷酸鐵鋰電池，三元材料出貨量由2016年的5.43萬噸上升至2020年的23.60萬噸。

2018年-2020年，國內磷酸鐵鋰電池的市場占比均落後於三元電池。

2021年，磷酸鐵鋰電池首次扭轉了連年落後的局面，以79.8 GWh的累計裝車量反超三元電池，市場占有率達51.7%。2021年上半年，三元材料（NCM）市場占比為40%，磷酸鐵鋰（LFP）占比37%，鈷酸鋰（LCO）占比11%，錳酸鋰（LMO）占比12%。2021年，鋰電池上游原料價格迅猛上漲，磷酸鐵鋰電池的正極材料由於不需要鈷、鎳等高價金屬，其成本相較於三元電池更具優勢。因此，即使在能量密度不及三元電池，無法為新能源車提供強續航能力的情況下，磷酸鐵鋰電池仍憑藉成本和安全優勢獲得特斯拉等多家新能源車企的青睞。

據高工產研鋰電研究所（GGII）數據顯示，2021年中國磷酸鐵鋰正極材料出貨量47萬噸，同比增長277%；據鑫欏資訊數據，2021年國內三元材料總產量為39.81萬噸，同比增長89.5%。整體來看，2021年，磷酸鐵鋰出貨量增速明顯高於三元材料。

經過十多年的發展，我國已經成為全球鋰電池正極材料行業主要的製造國之一。其中，我國在鈷酸鋰及錳酸鋰材料方面目前已成為世界最大出口國，磷酸鐵鋰及三元正極材料成為世界最大生產及使用國。

正極材料的產業鏈主要由上游大宗化學製品、中游正極材料製造企業、下游鋰電池生產廠商構成。

正極材料產業鏈

來源：高禾投資研究中心

上游

正極材料的主要原材料包括硫酸鎳、硫酸錳、硫酸鈷、金屬鎳、電池級碳酸鋰、電池級氫氧化鋰，主要輔料包括燒鹼、氨水、硫酸等，該等原輔材料主要為大宗化學製品，市場供應較為充足。值得關注的是，以上化學製品中硫酸鹽（硫酸鎳、硫酸鈷和硫酸錳）和鋰鹽（碳酸鋰和氫氧化鋰）的價格在過去浮動較大。

上游供應商包括格林美（002340.SZ）、必和必拓（BHP，澳大利亞）、丸紅（Marubeni，日本）、天齊鋰業等，其中格林美主要銷售硫酸鈷、硫酸鎳等硫酸鹽，必和必拓主要銷售金屬鎳粉，天齊鋰業主要銷售鋰鹽如碳酸鋰和氫氧化鋰。生產過程中耗用的主要能源為電力，由當地供電部門直接供應。

中游

目前正極材料製造企業主要包括當升科技（300073.SZ）、長遠鋰科（688779.SH）、振華新材料、廈門鎢業（600549.SH）、杉杉能源（835930.OC，杉杉股份（600884.SH）控股69%）、容百科技（688005.SH）等。

主要玩家中部分企業有央企背景，如當升科技為北京礦冶科技集團有限公司的下屬企業，長遠鋰科為中國五礦集團有限公司的下屬企業，振華新材料為中國電子信息產業集團有限公司的下屬企業。目前正極材料行業尚未形成寡頭壟斷的競爭格局，以上六個玩家所占市場份額相差不大。

下游

目前鋰電池知名企業包括：寧德時代（300750.SZ）、比亞迪（002594.SZ）、孚能科技（688567.SH）、新能源科技（ATK，香港）、松下電器（Panasonic，日本）、三星SDI（Samsung SDI Co，韓國）、LG化學（LG Chem，韓國）、天津力神、比克動力、遠景集團等。

從出貨量來分析，目前全球鋰電池行業呈中日韓三足鼎立的局面，國際巨頭企業為松下電器、三星SDI和LG化學，國內第一梯隊為寧德時代和比亞迪，第二梯隊為孚能科技、天津力神、比克動力、遠景集團等。

磷酸鐵鋰技術升級：磷酸錳鐵鋰打破能量密度瓶頸

目前，磷酸鐵鋰能量密度幾乎已達上限，磷酸錳鐵鋰技術正在打破瓶頸。

磷酸錳鐵鋰是在磷酸鐵鋰的基礎上摻雜一定比例的錳所得到的一種新型磷酸鹽。錳的高電壓特性使得磷酸錳鐵鋰相比磷酸鐵鋰具備更高的電壓平台，由此打破目前電池能量密度上限。

磷酸錳鐵鋰相比磷酸鐵鋰具備高電壓、高能量密度以及更好的低溫性能。磷酸錳鐵鋰和磷酸鐵鋰理論容量相同（170mAh/g），但磷酸鐵鋰的電壓平台只有 3.4V，而磷酸錳鐵鋰最高可達4.1V，且位於有機電解液體系的穩定電化學窗口，這也使磷酸錳鐵鋰具備更高的能量密度上限。

低溫性能方面，以德方納米的產品為例，其各類納米磷酸鐵鋰產品在-20℃時容量保持率平均約在 67%，但其磷酸錳鐵鋰在-20℃下容量保持率約為 71%，與質量占比 15%的三元材料混合時-20℃容量保持率可以達到 74%左右。

磷酸錳鐵鋰相比三元材料具備更低的成本、更高的循環次數以及更穩定的結構。三元材料的主要原材料包括鈷、鎳、錳三種元素，而磷酸錳鐵鋰的主要元素為錳和鐵，鈷和鎳的市場價格遠高於錳元素。

另外磷酸錳鐵鋰的循環壽命高達 2000 次，而三元材料的循環壽命僅在 800 次-2000 次之間，差距較為明顯。

但磷酸錳鐵鋰的結構特性決定了其導電性差和鋰離子擴散速率低的缺點，進而影響其倍率性能，目前改進技術仍在推進中。

磷酸錳鐵鋰技術改進概述

國內正極和電池廠商隨着市場不斷發展紛紛開始布局磷酸錳鐵鋰。正極廠商包括德方納米、當升科技、力泰鋰能等公司均已開始開發磷酸錳鐵鋰材料，電池廠商寧德時代也開始布局相關投資。

三元材料技術變革：高鎳+單晶

三元材料的一般分子式為Li(Ni𝑎Co𝑏X𝑐)O2，其中a+b+c=1，三元材料的具體命名根據三種元素的相對含量而定。其中，當X為Mn時，指的是鎳鈷錳酸鋰（NCM）；當X為Al時，指的是鎳鈷鋁酸鋰（NCA）。

在三元材料中，根據鎳鈷錳三種元素的配比，可搭配出不同型號的三元材料。

三元材料中，鈷的作用在於可以穩定材料的層狀結構,而且可以提高材料的循環和倍率性能，但鈷價高企且波動大，降低三元材料中鈷的含量對正極廠商的整體成本控制至關重要。

鎳的作用在於提高增加材料的體積能量密度，但鎳含量高也會導致鋰鎳混排，從而造成析鋰，循環性能會變差。所以在穩定材料性能、保持安全性循環特性的前提下，減少鈷用量，不斷增大鎳用量，一方面降低鈷帶來的成本波動，另一方面利於提高能量密度。

2016年國內開始補貼政策傾向更高能量密度動力電池、長續航車型，帶來三元材料擴張機遇。三元材料迎合新能源乘用車對續航里程以及能量密度的高要求，2016 年以來正極材料廠商先後轉向三元路線。

長里程發展需求催生了技術變革。

三元正極能量密度的提高主要有兩條途徑：一種是通過增加活性物質鎳的含量以提高材料比容量，對應高鎳化路線；另一種是提高材料電壓，對應單晶化路線。

高鎳三元

增強材料活性與放電比容量。三元電池通過增加電池正極材料鎳的占比可使得正極材料活性與放電比容量增強，從而有效提高電池能量密度，滿足乘用車緊湊空間內更低重量的高續航需求。

目前，在電池廠商逐步量產成熟的進步過程中，車企針對車型定位選擇高鎳的布局下，高鎳電池占比也穩步提升。2021 年國內高鎳材料（NCM811 及NCA）總產量達到15.23 萬噸，同比增長 222.4%，市場份額從 2019 年的 12.5%快速提升至 38.3%，增長迅速。未來隨着材料性能及成本方面的潛力不斷釋放，高鎳三元核心地位將繼續提升。

2020-2021年高鎳三元競爭格局變化

單晶三元

提高電壓提升電池能量密度。單晶表示整個三維方向由同一空間格子構成，排列取向一致；多晶表示眾多取向晶粒的單晶的集合，排列沒有規則。鋰離子充放電時，鋰離子進出使單個晶體膨脹和收縮，在晶界中產生應力，造成晶界撕裂，從而使晶體分解，而單晶正極材料中，因為內部排列取向一致，因此循環性能更好，熱安全性能更優，高電壓時更穩定，可通過提高電壓提升能量密度。

高鎳三元通過不斷提高鎳含量增加材料比容量，但隨着超高鎳產品的研發推出，鎳含量的進一步提高有其天花板；另一方面，單晶高電壓通過提高工作電壓來實現能量密度的提升，但也面臨着晶體結構弱穩定性、相變、界面副反應、釋氧等一系列挑戰，因此也存在明顯的技術瓶頸。

高鎳與單晶高電壓的結合既可以有效提高材料能量密度，同時也可以改善電池循環壽命和安全性能，兩者並行發展乃大勢所趨。

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