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2017年中國正極材料行業(yè)發(fā)展概況分析【圖】

正極材料 2018-01-17 06:47

鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈中，市場規(guī)模大、產(chǎn)值高的是正極材料，因其性能決定了電池的能量密度、壽命、安全性、使用領域等，成為鋰離子電池的核心關鍵材料，其占鋰離子電池生產(chǎn)成本的 28%，而市場上常用的鋰離子電池正極材料是鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰及三元材料等。

（1）各種正極材料性能比較

上述四種正極材料的性能各有優(yōu)劣（如下），對四種市場常用的鋰離子電池正極材料簡要分析如下

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

①鈷酸鋰

鈷酸鋰自從鋰離子電池商業(yè)化以來，一直作為正極材料的主流被應用，其主要技術發(fā)展發(fā)生在 2000 年前后的高密度化合成工藝，通過提高燒結(jié)溫度和增加燒結(jié)次數(shù)，合成出十幾微米以上的單晶一次晶粒，將鈷酸鋰電極的壓實密度提高到 4.0g/m 3 以上。

在實際鋰離子電池實際應用中，鈷酸鋰受限于制備成大容量鋰離子電池時，其熱穩(wěn)定性較差，同時生產(chǎn)成本較高，因此，鈷酸鋰主要應用于智能手機和平板電腦等消費類電子產(chǎn)品領域。

③ 錳酸鋰

錳酸鋰作為鋰離子電池正極材料的集中研發(fā)是在20世紀90年代初日本索尼公司推出商品化的鋰離子電池后，但其在高溫下較不穩(wěn)定，且在充放電過程中易向尖晶石結(jié)構轉(zhuǎn)變，導致容量衰減過快，高溫循環(huán)差的缺點一直限制著該材料在實際鋰離子電池中的使用。90 年代中后期，眾多學者發(fā)現(xiàn)采用元素摻雜可有效地改善錳酸鋰的高溫循環(huán)，尤其鋁（Al）的摻雜對錳酸鋰高溫電化學性能的改善最為有效，由此也推動了錳酸鋰產(chǎn)業(yè)化的進程。

但目前錳酸鋰的技術專利主要掌握在日本企業(yè)手中，如索尼、東芝、AESC、日立等，國內(nèi)很少可以制備出可供鋰離子動力電池使用的具有良好高溫循環(huán)與儲存性能的錳酸鋰材料，因此，國內(nèi)主要的新能源汽車很少使用該材料。

③磷酸鐵鋰

磷酸鐵鋰在 20 世紀 90 年代，由于被認為是電子絕緣體以及脫嵌鋰過程中的兩相反應導致鋰離子擴散速度等原因而沒有受到重視，但從 21 世紀初，部分學者利用碳包覆技術改善了它的電化學性能后，該材料成為鋰離子電池正極材料研發(fā)的熱點和重點。

磷酸鐵鋰具有結(jié)構穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性高、常溫循環(huán)性能優(yōu)異等特點，并且存在鐵（Fe）和磷（P）的資源豐富、對環(huán)境友好等優(yōu)勢，是最近幾年國內(nèi)普遍選擇磷酸鐵鋰作為鋰離子動力電池的發(fā)展方向。

④ 三元材料

三元材料的研究和應用可分為 3 個階段：

第一個階段在 20 世紀 90 年代，為了解決鎳酸鋰的熱穩(wěn)定性問題，部分學者將鈷和錳通過體相摻雜的方式引入到其晶體結(jié)構中，出現(xiàn)了最早的鎳鈷錳酸鋰三元化學組成，但鎳、鈷、錳難以在晶體結(jié)構中呈現(xiàn)原子水平的均一分布，導致電化學性能較差。

第二階段是在 21 世紀，部分學者利用共沉淀法制備出一系列鎳鈷錳的氫氧化物前驅(qū)體，解決了上述問題，但由于二價錳離子在堿性溶液中的易氧化性引起的前驅(qū)體過濾洗滌困難以及前驅(qū)體化學成分的不確定性，導致產(chǎn)品的一致性較差。

第三階段是近幾年，通過采用新型前驅(qū)體制備工藝和三維自由燒結(jié)技術，克服了上述問題，制備出的材料具有更加完整的晶體結(jié)構、較高的壓實密度和優(yōu)異的電極加工性能，其電極壓實密度可達 3.85g/cm3，接近鈷酸鋰的水平，由此，隨著生產(chǎn)技術的進一步完善，有望取代鈷酸鋰。

（2）正極材料市場發(fā)展現(xiàn)狀

①憑借過去的高速增長，中國成為全球正極材料的主要市場由下圖可以看到，2014 年中國正極材料同比增長 20.24%，占全球市場的43.77%，雖然相對于 2013 年，所占比重有所下降，但仍為全球正極材料的第一大供應國。

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

2014 年中國正極材料供應量占比的下滑，主要是因為在消費類電池方面，全球主要的鋰離子電池生產(chǎn)商三星SDI和LG化學一直通過采購中國企業(yè)的正極材料產(chǎn)品來降低成本，在經(jīng)歷的持續(xù)幾年不斷的壓價之后，中國企業(yè)已經(jīng)難以承受，在這種情況下，他們開始自己生產(chǎn)正極材料，以求進一步降低電池制造成本，由此導致中國正極材料供應量占比的下滑。

根據(jù)中國統(tǒng)計，2015 年中國正極材料產(chǎn)量為 10.65 萬噸，占全球產(chǎn)量的 47.67%，中國正極材料占比大幅提升，2016 年中國正極材料產(chǎn)量為 16.16萬噸，同比增長 51.74%，占比的大幅提升和產(chǎn)量的快速增長主要源于國內(nèi)新能源汽車爆發(fā)式增長，帶來磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰出貨量的快速增加。

③ 國內(nèi)外正極材料產(chǎn)品結(jié)構有所不同

在國外正極材料市場，由下圖來看，國外主要正極材料企業(yè)以生產(chǎn)三元材料為主，2015 年鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰等三元材料合計產(chǎn)量為 5.83 萬噸，占比49.87%，其次為鈷酸鋰，2015 年產(chǎn)量為 3.05 萬噸，占比 26.09%，而磷酸鐵鋰產(chǎn)量雖然是各正極材料中增長較快的，同比增長 86.14%，但占比仍較小，為 11.72%。

除中國外，全球各正極材料產(chǎn)量情況（萬噸）

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

在中國正極材料市場，由下圖來看，國內(nèi)主要正極材料企業(yè)以生產(chǎn)磷酸鐵鋰為主，2015 年產(chǎn)量為 3.58 萬噸，占比 33.62%，且其產(chǎn)量增速也是最快的，為165.19%；其次為鈷酸鋰，2015 年產(chǎn)量為 3.32 萬噸，占比 31.17%；三元材料中，以鎳鈷錳酸鋰為主，國內(nèi)在鎳鈷鋁酸鋰領域基本上處于空白的狀態(tài)。

中國各正極材料產(chǎn)量情況（萬噸）

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

A．鈷酸鋰

鈷酸鋰作為最早推出的鋰離子電池使用正極材料，在 1995 年鋰離子電池剛剛實現(xiàn)大批量生產(chǎn)時，占了全球正極材料市場 90%以上（數(shù)據(jù)來源：高工鋰電），目前主要應用于智能手機和平板電腦等消費類電子產(chǎn)品用電池中。最近幾年，由于大屏幕計算機、通信和消費類電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代，鈷酸鋰在工作電壓的缺陷難以通過摻雜元素進行彌補，正逐步被能量密度更高的三元材料所替代。2014 年鈷酸鋰全球產(chǎn)量為 5.81 萬噸，占正極材料總產(chǎn)量的 35.34%，2015年鈷酸鋰全球產(chǎn)量 6.38 萬噸，占正極材料總產(chǎn)量的 28.51%，占比進一步下滑。

此外，2015 年中國鈷酸鋰產(chǎn)量為 3.32 萬噸，占全球鈷酸鋰市場的 52.12%，是全球最重要的鈷酸鋰生產(chǎn)國，主要有湖南瑞翔新材料股份有限公司、湖南杉杉能源科技股份有限公司、天津巴莫科技股份有限公司、北京當升材料科技股份有限公司等企業(yè)。

B．錳酸鋰

由于目前錳酸鋰的技術專利主要掌握在日韓企業(yè)手中，并未得到大規(guī)模的推廣運用，日韓企業(yè)的鋰離子動力電池普遍采用錳酸鋰為主并混入少量三元材料的技術路線，在此技術路線下，三元材料能夠彌補錳酸鋰能量密度偏低的不足，而錳酸鋰則能夠彌補三元材料在針刺和過充方面的缺陷。

2015 年錳酸鋰全球產(chǎn)量為 2.14 萬噸，占正極材料總產(chǎn)量的 9.58%，同比增長 3.38%，其中，由于中國企業(yè)較少采用錳酸鋰的技術路線，2015 年中國錳酸鋰產(chǎn)量為 0.70 萬噸，同比下降 17.65%。

C．磷酸鐵鋰

磷酸鐵鋰主要應用于新能源汽車鋰離子動力電池以及儲能電池等領域，在消費類電池市場中較少應用。受中國新能源汽車市場井噴的影響，且中國鋰離子動力電池生產(chǎn)企業(yè)大部分采用磷酸鐵鋰的技術路線，2015 年全球磷酸鐵鋰產(chǎn)量為4.95 萬噸，同比增長 136.84%，其中，中國市場是其主要驅(qū)動力，2015 年中國磷酸鐵鋰產(chǎn)量為 3.58 萬噸，占全球磷酸鐵鋰市場的 72.32%，同比增長 165.19%。

目前國內(nèi)主要供應商包括比亞迪、國軒高科等自產(chǎn)自用的鋰離子電池生產(chǎn)商及德方納米、北大先行科技產(chǎn)業(yè)有限公司、升華科技、臺灣立凱電能科技股份有限公司、貝特瑞等鋰離子電池正極材料生產(chǎn)商。

D．鎳鈷錳酸鋰

憑借高能量密度的優(yōu)勢，鎳鈷錳酸鋰在新能源汽車鋰離子動力電池中開始大規(guī)模應用，是國內(nèi)三元材料的主要類型。

2015 年，全球鎳鈷錳酸鋰的產(chǎn)量為 6.58 萬噸，占正極材料總產(chǎn)量的 29.54%，同比增長 31.08%，保持較為快速的增長，其中，中國鎳鈷錳酸鋰的產(chǎn)量為 3.05萬噸，占全球鎳鈷錳酸鋰市場的 46.35%，同比增長 45.24%，主要供應商包括湖南杉杉能源科技股份有限公司、寧波金和新材料股份有限公司、深圳市振華新材料股份有限公司等。

E．鎳鈷鋁酸鋰

鎳鈷鋁酸鋰離子電池的能量密度要高于鎳鈷錳酸鋰離子電池，但其安全性較差，對電池的監(jiān)控管理技術要求極高，目前，僅有國外的松下、三星 SDI 等少數(shù)動力電池企業(yè)在圓柱形電池中使用。

鎳鈷鋁酸鋰的第一大供應商是年產(chǎn)量約 7,000 噸的日本住友金屬株式會社，其和松下互為主要的客戶和供應商，韓國 ECOPRO 株式會社是第二大供應商，產(chǎn)量約 4000 噸，主要供應三星 SDI，而我國沒有生產(chǎn)鎳鈷鋁酸鋰的企業(yè)，但上市公司金瑞新材料科技股份有限公司和深圳市格林美高新技術股份有限公司分別向日本住友金屬和 ECOPRO 供應前驅(qū)體。2015 年，全球鎳鈷鋁酸鋰的產(chǎn)量為 2.3 萬噸，占正極材料總產(chǎn)量的 10.30%，同比增長 58.62%。

③在國內(nèi)正極材料市場，下游應用領域不同，產(chǎn)品結(jié)構亦有差別

A．純電動商用車：以磷酸鐵鋰為主

根據(jù)第 1-5 批新能源汽車推廣應用推薦車型目錄，共有 1,630 款純電動商用車入選，其中搭載磷酸鐵鋰電池的數(shù)量為 864 款車型，占53.01%的份額；2017 年發(fā)布的第 1-9 批新能源汽車推廣應用推薦車型目錄，共有 2,054 款純電動商用車入選，其中搭載磷酸鐵鋰電池的數(shù)量為 1,297 款車型，占 63.15%的份額。整體而言，出于安全性與性價比的考慮，目前中國純電動商用車以磷酸鐵鋰為主。

B．插電式混合動力商用車：以磷酸鐵鋰與錳酸鋰為主

根據(jù)工信部 2016 年發(fā)布的第 1-5 批新能源汽車推廣應用推薦車型目錄，共有 347 款插電式混合動力商用車入選，其中搭載磷酸鐵鋰電池的車型占比約為33.14%，錳酸鋰占比 41.50%，三元材料占比 8.36%，鎳氫電池占比 2.02%，未披露電池型號占比 14.72%；2017 年發(fā)布的第 1-9 批新能源汽車推廣應用推薦車型目錄，共有 403 款插電式混合動力商用車入選，其中搭載磷酸鐵鋰電池的車型占比約為 33.00%，錳酸鋰占比 63.28%，三元材料占比 2.23%，未披露電池型號占比 1.24%。

C．純電動乘用車：以三元材料為主，但安全性仍需重點關注

在純電動乘用車方面，其對電池能量密度要求較高，且未來政策補貼上也與續(xù)航里程有關，三元材料的使用量快速增長，根據(jù)工信部 2016 年發(fā)布的第 1-5批新能源汽車推廣應用推薦車型目錄，共有 166 款純電動乘用車入選，其中三元材料占比 57.23%，磷酸鐵鋰占比 16.26%；2017 年發(fā)布的第 1-9 批新能源汽車推廣應用推薦車型目錄，共有287款純電動乘用車入選，其中三元材料占比71.43%，磷酸鐵鋰占比 10.45%。

但由下表可以看到，目前搭載磷酸鐵鋰的新能源乘用車在續(xù)駛里程、電池能量等基本參數(shù)上與搭載三元材料的并無太大差距，部分車型甚至要優(yōu)于三元材料的車型，主要原因在于三元材料的能量密度取決于鎳含量的多少，鎳含量越高則能量密度越高，但鎳含量過高后，其結(jié)構的穩(wěn)定性和安全性都會變差，要保持較好的安全性，不僅需要較高的生產(chǎn)工藝技術，還需要極高的電池監(jiān)控管理體系，因此，在綜合各方面考慮，目前國內(nèi)難以實現(xiàn)高鎳三元材料的大規(guī)模生產(chǎn)，未來較長的一段時間內(nèi)，新能源乘用車市場將呈現(xiàn)磷酸鐵鋰、三元材料等多種技術路線共存。

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D．插電式混合動力乘用車：以三元材料為主

根據(jù)統(tǒng)計，根據(jù)工信部 2016 年發(fā)布的第 1-5 批新能源汽車推廣應用推薦車型目錄，共有 45 款插電式混合動力乘用車入選，其中磷酸鐵鋰占比 26.67%，三元材料占比 55.56%；2017 年發(fā)布的第 1-9 批新能源汽車推廣應用推薦車型目錄，共有 31 款插電式混合動力乘用車入選，其中磷酸鐵鋰占比12.90%，三元材料占比 83.87%。

④ 未來，新能源汽車的進一步大規(guī)模普及還依賴于正極材料性能的提升

在近幾年的發(fā)展過程中，新能源汽車關鍵技術指標有著明顯進步，推進了新能源汽車的普及。從目前各大廠商紛紛推出新車型以及現(xiàn)有車型的升級換代來看，相比上一代車型，其續(xù)駛里程、百公里耗電量、最高車速等關鍵指標水平都有明顯提升，整車實用性能提高，如下表中的江淮 iEV、北汽 E 系列和比亞迪E6。

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

但在未來補貼逐步退坡成為趨勢的局面下，下游新能源汽車的進一步大規(guī)模普及，不僅依賴于鋰離子電池價格的持續(xù)下滑，更依賴于鋰離子動力電池能量密度的提高，以較大幅度提高新能源汽車的性價比。一般而言，電動汽車單次行駛里程要達到 500 公里以上，與傳統(tǒng)燃油車相當，電池單體能量密度需達到300Wh/kg，而目前鋰離子動力電池的能量密度為 100-250Wh/kg。

本文采編：CY334