2022年三元正極材料行業(yè)產(chǎn)品介紹及發(fā)展方向分析

1、2022年三元正極材料行業(yè)產(chǎn)品介紹及發(fā)展方向分析1. 三元正極：鋰電池的核心正極材料是鋰電池的重要組成部分鋰電池主要由正極、負極、電解液和隔膜等四大主材組成。鋰電池按照形狀劃分，可以分為圓柱、方形、軟包等。另外也常以使用的正極材料種類進行劃分， 包括鈷酸鋰電池、三元電池、磷酸鐵鋰電池等。 2021年我國動力電池裝機量154.5GWh，主要以磷酸鐵鋰電池和三元電池為主。其中三元電池裝 機量74.35GWh，占比48.1%。三元正極市場高速增長隨著新能源汽車銷量高速增長，以及電動工具等市場穩(wěn)定增長，三元正極材料出貨量持續(xù)保持高 速增長。 2021年國內(nèi)正極材料出貨量合計超過100萬噸，達到109.

2、4萬噸，同比增長98.5%。 2021年國內(nèi)三元正極材料出貨量42.2萬噸，同比增長79.6%。三元正極材料占電芯成本比例過半正極材料是鋰電池的核心組成部分，對鋰電池的很多核心性能指標都有直接影響，包括容量、壽 命、倍率、安全性等。通常鋰電池中的可脫嵌鋰離子，都源自正極活性物質(zhì)。 成本方面，正極占比過半。我們以5系三元電池為模型，并結(jié)合上海有色網(wǎng)的主要材料報價，對5 系三元電池進行成本拆分。目前正極材料占電芯的成本達到60%左右。正極材料多技術(shù)路線并存正極材料根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)，可以分為三大類：尖晶石、橄欖石和層狀結(jié)構(gòu)。動力電池市場，磷酸鐵 鋰、磷酸錳鐵鋰，以及寧德的新技術(shù)路線M3P正極都屬于橄欖石

3、結(jié)構(gòu)。 動力電池市場商業(yè)化應(yīng)用的NCM、NCA等都屬于層狀結(jié)構(gòu)。 從克容量指標來看，三元正極相對磷酸鐵鋰、錳酸鋰都有比較大的優(yōu)勢。三元正極性能仍有較大提升空間磷酸鐵鋰正極材料理論容量為170mAh/g，目前產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)能做到超過156mAh/g，實際值/理論 值達到92%。磷酸鐵鋰將繼續(xù)精益求精。 目前商業(yè)化的三元5系和6系，克容量可以達到180mAh/g左右，實際值/理論值僅有65%。目前商業(yè)化的三元8系正極克容量約為200mAh/g，實際值/理論值也僅有72%。加速產(chǎn)品迭代三元正極材料企業(yè)在現(xiàn)有產(chǎn)品基礎(chǔ)上，不斷推陳出新。主營三元正極材料的企業(yè)中，2021年容百科技和當升科技的研發(fā)費用均超過3

4、億元。 主營磷酸鐵鋰的企業(yè)中，德方納米2021年研發(fā)費用為1.64億元。2. 三元正極三大發(fā)展方向三元正極三大趨勢趨勢一：單晶化（優(yōu)點）正極材料可以分為多晶和單晶。一般多晶材料是以微米級別的團聚體形式存在。團聚體內(nèi)部存在 大量晶界。在電池充放電過程中，由于各向異性的晶格變化，多晶材料容易出現(xiàn)晶界開裂，導(dǎo)致 二次顆粒發(fā)生破碎。從而導(dǎo)致副反應(yīng)快速增加，阻抗上升，性能快速下降等。采用單晶顆粒，可以減少晶界，減少副反應(yīng)的發(fā)生，還能提高壓實密度，從而提高能量密度。與多晶相比，單晶材料的循環(huán)性能一般會好很多。趨勢二：高電壓化（優(yōu)點）三元正極材料的第二個發(fā)展趨勢是高電壓化，相當于是提高鋰電池充電截止電壓。

5、一般三元電池的充電截止電壓為4.2V4.3V。國家標準GB/T 37201-2018指出，三元電池測試時 一般是以0.2C恒電流充至4.2V，再恒壓充電。以5系三元為例，當充電截止電壓由4.2V提高到4.4V時，正極材料放電克容量可以由158.4mAh/g 提高到188.6mAh/g，提高19%。并且充電截止電壓到4.5V時，正極克容量可以超過200mAh/g。趨勢三：高鎳化（優(yōu)點）三元正極的第三大趨勢：高鎳化。高鎳化的主要目的是為了提高能量密度。 從電子結(jié)構(gòu)來看，鈷（Co）的eg軌道為空軌道，t2g軌道與氧（O）的2p軌道有較大重疊，深度脫鋰時容 易析氧，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)塌陷。此外鈷的t2g軌道與氧

6、的2p軌道形成鍵，作用力較弱，電子易轉(zhuǎn)移。鎳（Ni）的eg軌道與氧的2p軌道重疊非常小，因此理論上鎳的eg軌道上電子可以完全失去，鎳酸鋰的有 效容量更高。對于錳，當鎳含量超過錳時，錳會轉(zhuǎn)變?yōu)?價形態(tài)存在，非常穩(wěn)定。一般而言，在NCM體系中，鈷含量越高，倍率性能越好；鎳含量越高，克容量越高；錳含量越高，結(jié)構(gòu) 越穩(wěn)定。一般8系三元的克容量可以做到超過200mAh/g。實現(xiàn)路徑：摻雜和表面改性對正極材料性能影響重大無論是普通的正極材料，還是在向單晶、高電壓、高鎳方向發(fā)展時，摻雜和表面改性，都是提高 正極材料綜合性能的有效方法。并且摻雜、改性的方法也是正極材料企業(yè)的核心競爭力之一。摻雜元素包括Al、M

7、g、Cr等，提高機理包括穩(wěn)定主結(jié)構(gòu)、增加鋰離子層間距、在晶界處偏析等。常用的包覆劑包括Al2O3、V2O5、ZnO、ZrO2、TiO2、MgO等。僅以氧化鋁包覆方法為例，第一 代技術(shù)用有機體系的異丙醇鋁，第二代用水系的硝酸鋁或羧酸鋁，第三代用納米級的氧化鋁或氫 氧化鋁。國內(nèi)兩大方向?qū)Ρ龋褐墟嚫唠妷?、高鎳國?nèi)三元正極的兩個發(fā)展方向存在一定的競爭：中鎳高電壓和高鎳（常規(guī)電壓）。從能量密度指標上來看，對于中鎳高電壓6系產(chǎn)品，充電截止電壓4.4V，6系正極材料的能量密度 可以做到接近鎳83的水平。 從熱穩(wěn)定性指標上來看，中鎳高電壓產(chǎn)品一般好于高鎳。622充電電壓到4.5V，熱分解溫度比811 高，放熱

8、量比811小。海外：核殼結(jié)構(gòu)+NCMA三元正極除了國內(nèi)常規(guī)的單晶、中鎳高電壓、高鎳等，海外也在推核殼結(jié)構(gòu)和四元NCMA。 正極材料表面改性一般是包覆，但是普通的包覆容易損失克容量，可以升級為核殼結(jié)構(gòu)，也可進 一步升級為梯度材料。新的結(jié)構(gòu)體系，對于生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)成本提出了更高的要求。 LG推出NCMA。根據(jù)韓國漢陽大學(xué)發(fā)布的結(jié)果來看，（1）從NCA89到NCM90，鈷含量由10% 下降到5%，循環(huán)性能更好。（2）NCMA89可以理解為對NCM90進行改性，鋁摻雜比例為1%。3. 三元正極下一代技術(shù)：無鈷、富鋰錳基等三元正極下一代技術(shù)三元正極方向技術(shù)不斷迭代。隨著三元正極材料在高電壓、高鎳方向技術(shù)

9、成熟，三元正極下一代 產(chǎn)品可能是無鈷，或者富鋰錳基等。無鈷：鎳錳酸鋰（NM，尖晶石型 + 層狀結(jié)構(gòu)）鎳錳酸鋰從晶體結(jié)構(gòu)上來分，可以分為兩類：尖晶石型和層狀結(jié)構(gòu)。 第一種：對尖晶石型的錳酸鋰（LiMn2O4）進行鎳摻雜，可以形成尖晶石型的鎳錳酸鋰，其常見的 化學(xué)式結(jié)構(gòu)為LiNi0.5Mn1.5O4。與錳酸鋰相比，理論克容量不變，并且需要高電壓發(fā)揮性能。 另外一種鎳錳酸鋰是層狀結(jié)構(gòu)，相當于在現(xiàn)有三元NCM正極制備過程中不加入鈷源，包括中鎳無 鈷、高鎳無鈷、超高鎳無鈷等。富鋰錳基：更高的克容量（層狀結(jié)構(gòu)）富鋰錳基克容量更高，可以超過250mAh/g。晶體結(jié)構(gòu)主要為層狀相，鋰離子進一步取代過渡金 屬層

10、中的元素。其成分可以理解為Li2MnO3與三元正極NCM的混合（固溶體/納米尺度混合）。制備工藝：富鋰錳基與現(xiàn)有三元正極類似，前驅(qū)體+高溫?zé)Y(jié)。挑戰(zhàn)：（1）首效低， Li2MnO3組分激活需要首充電壓超過4.4V，Li和O以Li2O和O2的形式脫出， 放電時只有一個Li+嵌回，并且晶格氧的氧化還原反應(yīng)難控制。（2）倍率性能低。（3）放電電壓 平臺衰減更快。（4）高電壓，充電電壓高于4.6V，當前商用電解液的分解電壓通常在4.4V以下。4. 三元正極產(chǎn)業(yè)鏈重點公司分析三元正極行業(yè)高速發(fā)展，技術(shù)迭代，龍頭占優(yōu)由于三元正極能量密度高，在新能源車市場穩(wěn)穩(wěn)占據(jù)中高端市場。2021年國內(nèi)三元正極材料產(chǎn)量

11、為39.81萬噸，同比增長89.5%；全球產(chǎn)量為72.97萬噸，同比增長79.3%。隨著三元正極材料進一步向單晶、高電壓、高鎳方向發(fā)展，行業(yè)技術(shù)門檻不斷提高。行業(yè)龍頭公 司憑借技術(shù)實力，不斷推出新品，保持領(lǐng)先優(yōu)勢。而新進入者很難撼動行業(yè)龍頭公司地位。容百科技：三元高鎳龍頭容百科技是國內(nèi)高鎳三元正極材料的龍頭企業(yè)。2021年公司出貨量中高鎳占比達到90%。公司高 鎳產(chǎn)品市占率已連續(xù)多年位居全國第一。目前公司高鎳9系前驅(qū)體和9系單晶正極均已實現(xiàn)量產(chǎn)。產(chǎn)能方面，公司預(yù)計到今年年底擴產(chǎn)到25萬噸，相對于年初的12萬噸，增長一倍多。隨著公司進 一步高速擴張，公司在三元正極材料市場有望穩(wěn)居全球第一。當升科

12、技：海外市場占優(yōu)當升科技主要產(chǎn)品是三元正極，以出口海外為主。公司國際客戶主要包括SK on、LG化學(xué)、AESC、 Northvolt 等動力電池企業(yè)和車企，公司產(chǎn)品出口到日本、韓國、歐洲和美國。公司國內(nèi)客戶包括 億緯、中航、蜂巢等。與國內(nèi)市場相比，海外認證周期更長，對產(chǎn)品的質(zhì)量、穩(wěn)定性等要求更高。并且海外認證通過后， 在出貨量和盈利方面也更有保障。公司高鎳產(chǎn)品在行業(yè)中處于領(lǐng)先位置，團聚型高鎳快速放量，單晶型高鎳進入多個車型評測，團 聚單晶復(fù)合型高鎳持續(xù)迭代，超高鎳Ni95完成國際客戶認證。長遠鋰科：一體化打造核心優(yōu)勢長遠鋰科主要產(chǎn)品是三元正極材料，并且前驅(qū)體自供比例較高。21年公司三元前驅(qū)體產(chǎn)

13、量2.89萬 噸，全部自用，三元正極材料產(chǎn)量4.47萬噸，相當于前驅(qū)體自供比例65%。公司中鎳高電壓產(chǎn)品在行業(yè)處于領(lǐng)先位置。公司新一代中鎳高電壓65 系單晶產(chǎn)品采用低成本粗顆 粒鋰源，可以降低成本，并提高生產(chǎn)效率。高鎳方面，公司新一代鎳83單晶產(chǎn)品已經(jīng)通過寧德時 代噸級樣品測試。公司超高鎳 9 系單晶產(chǎn)品，下游客戶已經(jīng)進入噸級試產(chǎn)階段。振華新材：三燒工藝行業(yè)領(lǐng)先振華新材主營三元正極材料。公司在單晶正極方面有著非常深入的研究。公司早在2009年就推出第一代 5系單晶產(chǎn)品。從2018年開始，公司逐步推出6系和8系單晶產(chǎn)品。公司單晶產(chǎn)品以三次燒結(jié)工藝為主。三燒工藝在前驅(qū)體選擇、高鎳材料制備等方面均具

14、備一定優(yōu)勢。2021年公司高鎳8系產(chǎn)品實現(xiàn)批量供貨，8系產(chǎn)品營收占比達到38.08%。并且公司超高鎳9系三元正極材 料已于2021年開始向部分客戶進行噸級送樣。廈鎢新能：全球鈷酸鋰龍頭，中鎳高電壓快速推進廈鎢新能是全球鈷酸鋰正極材料龍頭企業(yè)。21年公司鈷酸鋰銷量4.5萬噸，同增35%。公司高電壓 4.48V鈷酸鋰產(chǎn)品從2020年開始大批量出貨。 根據(jù)鑫欏資訊統(tǒng)計，21年公司鈷酸鋰產(chǎn)品全球市占率達到42%，同比提升8.5pct。 三元正極方面，公司開發(fā)的新一代中鎳高電壓6系產(chǎn)品，已經(jīng)成功應(yīng)用到續(xù)航里程超過1千公里的 電動車上。高鎳方面，公司8系多晶與單晶產(chǎn)品均已經(jīng)量產(chǎn)，9系處于量試階段。貝特瑞：全球負極龍頭，三元正極開始放量貝特瑞是全球負極材料的龍頭企業(yè)。21年公司負極材料銷量16.6萬噸，同比增長121%。根據(jù)鑫欏 資訊統(tǒng)計， 21年公司負極材料全球市占率19%，穩(wěn)居全球第一。 公司研發(fā)投入高。21年公司研發(fā)費用5.9億元，占營收比例5.6%。 正極方面，21年公司三元正極銷量1.83萬噸，同比增長452