2020年中國三元正極材料行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及未來發(fā)展前景分析：三元高鎳化不可阻擋[圖]

    一、三元電池脫穎而出，引領(lǐng)汽車電動化浪潮

    電動車要求電池具有比能量高、比功率大、自放電少、價格低廉、使用壽命長及安全性好等特性，相應(yīng)的正極材料也應(yīng)滿足相同的要求。正極材料是電池中鋰離子之源，其性能直接關(guān)系到電池性能，是鋰電能量密度的基礎(chǔ)，是鋰離子電池中關(guān)鍵的功能材料。鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈中，市場規(guī)模大、產(chǎn)值高的也是正極材料，其占鋰離子電池生產(chǎn)成本的30-40%。

正極材料參數(shù)與 電動汽車表現(xiàn)的對應(yīng)關(guān)系

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    鋰離子電池正極材料技術(shù)路線有很多，主要圍繞著磷酸鐵鋰、三元材料（NCM、NCA）、鈷酸鋰、錳酸鋰這四大類。

正極材料性能對比

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    智研咨詢發(fā)布的《2020-2026年中國正極材料產(chǎn)業(yè)運營現(xiàn)狀及發(fā)展前景分析報告》數(shù)據(jù)顯示：各種正極材料應(yīng)用領(lǐng)域各不相同，三元材料和磷酸鐵鋰主要用于動力電池領(lǐng)域。

    （1）三元材料是鎳鈷錳酸鋰和鎳鈷鋁酸鋰為代表的多元金屬復(fù)合氧化物，能夠充分發(fā)揮三種金屬的優(yōu)勢，電池能量密度較高，是動力電池主要正極材料之一，主要用于乘用車以及大部分物流車。（2）磷酸鐵鋰原材料低廉，循環(huán)性和安全性好，但能量密度較低，主要用于客車以及部分物流車。（3）錳酸鋰資源豐富，價格便宜，安全性好，但循環(huán)性差，高溫中衰減嚴重，少量用于動力電池中。（4）鈷酸鋰能量密度高，但價格高且安全性一般，目前主要用于3C產(chǎn)品數(shù)碼電池中。

正極材料性能對比

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    近年來國外動力電池企業(yè)主打三元正極材料路線，依靠先發(fā)優(yōu)勢技術(shù)積累明顯。在鋰離子電池技術(shù)路線選擇方面，國外動力電池企業(yè)并未大量采用磷酸鐵鋰電池，而是在錳酸鋰電池基礎(chǔ)上發(fā)展出錳酸鋰+三元摻混電池路線。隨著技術(shù)進步，三元材料摻混比例逐步提升，錳酸鋰材料摻混比例逐步降低，直至發(fā)展出純?nèi)姵亍?/p>

    我國動力電池逐步由磷酸鐵鋰電池轉(zhuǎn)向三元電池，乘用車領(lǐng)域尤為明顯。我國對動力電池的研究起步于“十五”科技部電動汽車重點專項，研究重點主要是鎳氫電池和錳酸鋰電池；到“十一五”時，研究重點轉(zhuǎn)向磷酸鐵鋰電池，從我國新能源汽車推廣示范開始,2010-2015年，磷酸鐵鋰電池一度在我國新能源汽車領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，后因為能量密度偏低的原因，在乘用車和專用車等領(lǐng)域逐步被三元電池所取代，現(xiàn)在主要用于客車等對安全性和循環(huán)壽命要求比較高的領(lǐng)域。到“十二五”，受能量密度驅(qū)使，動力鋰電池研發(fā)重心轉(zhuǎn)向了三元鋰離子電池。為進一步提升能量密度，2025年后技術(shù)路線有望轉(zhuǎn)向固態(tài)電池/鋰硫電池/金屬空氣電池等下一代電池。

動力電池技術(shù)發(fā)展趨勢

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    二、高能量密度代表電池未來發(fā)展方向，三元正極材料是關(guān)鍵

    1、補貼政策掛鉤能量密度，驅(qū)動高能量密度化

    從2009年國家開始新能源汽車推廣試點以來，我國一直推行新能源汽車補貼政策，隨著新能源汽車市場的發(fā)展，國家對補貼政策也有所調(diào)整。但總體來看，補貼政策呈現(xiàn)額度收緊，技術(shù)標準要求逐漸提高的趨勢，從2017年開始補貼政策與能量密度掛鉤。2018年補貼政策鼓勵高續(xù)航里程、高能量密度、低能耗的車型。續(xù)航里程和能量密度雙高的車型補貼不降反升，補貼政策開始向扶強扶優(yōu)轉(zhuǎn)變，有利于淘汰行業(yè)內(nèi)落后產(chǎn)能，促進行業(yè)龍頭企業(yè)業(yè)務(wù)發(fā)展。

    受補貼下滑影響，2019年下半年起國內(nèi)新能源汽車單月銷量同比持續(xù)下滑。2019年1-10月，我國新能源汽車產(chǎn)銷量分別為98.3和94.7萬輛，同比增長11.7%和10.1%。10月我國新能源汽車銷量7.5萬輛，同比下滑45.6%，環(huán)比下滑5.9%，產(chǎn)量為9.5萬輛，同比下滑35.4%，環(huán)比增長6.2%。其中，新能源乘用車產(chǎn)銷量分別為8.3和6.6萬輛，同比分別下滑34.5%和45.0%，產(chǎn)量環(huán)比增長3%，銷量環(huán)比下滑8.9%。新能源商用車產(chǎn)銷量分別為1.2和0.9萬輛，同比分別下滑41%和49.4%，環(huán)比增長35.8%和24.1%。

新能源汽車月度銷量及增速（萬臺）

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    雙積分修正征求意見稿發(fā)布，保障新能源汽車長期發(fā)展。7月9日，工信部發(fā)布《乘用車企業(yè)平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法》修正案（征求意見稿），要點如下：（1）鼓勵發(fā)展低油耗乘用車：計算乘用車企業(yè)新能源汽車積分達標值時，低油耗乘用車的生產(chǎn)量或者進口量按照其數(shù)量的0.2倍計算。（2）修改純電動乘用車積分計算方法，降低單車積分上限值（純電動乘用車積分上限從5分下調(diào)至3.4分，插電混動積分從2分下調(diào)至1.6分）。（3）新能源汽車積分比例的期限延長2021-2023新能源汽車積分比例要求為14%、16%、18%。新的積分測算方式將引導(dǎo)行業(yè)向節(jié)能減排方向發(fā)展，單車積分上限的降低也有望從供需結(jié)構(gòu)變化修正新能源積分價值，從長效機制上保障行業(yè)中長期的快速發(fā)展。

    工信部正編制《2021-2035年新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，征求意見稿提出2030年新能源汽車占比40%。工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)司副司長羅俊杰11月7日在第二屆中國國際進口博覽會“中國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇”透露，工信部會同20多個部門牽頭編制的《2021-2035年新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》正處在征求意見階段。征求意見稿提出了兩個階段性目標：到2025年，新能源汽車競爭力明顯提高，銷量占當年汽車總銷量的20%，到2030年，新能源汽車形成市場競爭優(yōu)勢，銷量占當年汽車總銷量的40%。

    2019年補貼政策調(diào)整，續(xù)航里程和能量密度門檻進一步提高。2019年新的補貼政策里程分類由2018年的5段，變?yōu)?50≤R＜400km和R≥400km兩種。補貼金額續(xù)航里程R≥400km從5萬元下降至2.5萬元，300≤R＜400km從4.5萬元下降至3萬元。最低續(xù)航區(qū)間150≤R<200km將不再補貼。2019年補貼標準也提高了對能量密度的要求，取消了對125wh/kg以下的電池的補貼，并對其余各級別的能量密度系數(shù)下調(diào)了0.2。達到160wh/kg的能量密度成為標準要求。在新的補貼標準下，部分車企繼續(xù)提升新車型的續(xù)航和能量密度，也有部分車企轉(zhuǎn)向低續(xù)航的低成本路線。

2018年與2019年新能源乘用車補貼標準對比

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2018年與2019年的能量密度要求對比

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    乘用車部分車型探索磷酸鐵鋰低成本路線，續(xù)航里程分布也呈現(xiàn)兩極分化。從工信部車型公告數(shù)據(jù)來看，部分乘用車企今年探索磷酸鐵鋰的低成本路線，過渡期之后，今年第7、8、9批次推廣目錄中，純電動乘用車采用磷酸鐵鋰電池的車型數(shù)分別為6、7、5款。而從續(xù)航里程上來看，過渡期之后的3批目錄中較低續(xù)航車型數(shù)也有所上升。在第9批的25款純電動乘用車中，300公里續(xù)航以下車型數(shù)為11款，有2款車型的續(xù)航里程在150公里以下，4款在150-200公里，也有車企推出600公里以上續(xù)航車型，預(yù)計明年乘用車續(xù)航里程仍將呈現(xiàn)兩級分化。

乘用車車電池種類分布趨勢

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乘用車續(xù)駛里程分布趨勢

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    2、高能量密度提升關(guān)鍵在于正極材料，高鎳化趨勢已定

    純電動汽車續(xù)航里程一直是核心買點和消費者核心關(guān)注點，持續(xù)增加的續(xù)航里程也是影響車型終端銷量的重點要素之一。動力電池容量大小直接關(guān)系到純電動汽車的續(xù)航里程，現(xiàn)代汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計基本保持固定不變，即使開發(fā)專門的純電動汽車平臺，預(yù)留給動力電池的布局空間也僅僅是前后軸之間的固定位臵。在無法改變布局空間的前提下，提升電池整體容量便是解決續(xù)航問題的基礎(chǔ)。從2013年開始至今，國產(chǎn)純電動汽車的續(xù)航里程，已經(jīng)從150公里快速提升至400公里左右，部分高端車型已邁向500公里續(xù)航里程。動力電池以更輕的整備質(zhì)量以及更高的能量密度，獲得更大的電池容量，作為核心升級的便是電池能量密度。
提高電池包能量密度，主要有兩大途徑：一是采用更高能量密度的電芯，二是提高成組效率。現(xiàn)階段主流方形電芯成組效率已經(jīng)在75%左右，在現(xiàn)有技術(shù)條件下可提升空間相對有限，未來有較大發(fā)展空間的是從提升電芯能量密度出發(fā)，進而提升電池包整體的能量密度。

    高能量密度電池是各國政府及領(lǐng)先電池企業(yè)競相布局、重點研發(fā)的方向。日本政府早在2009年就提出了高能量密度電池的研發(fā)目標，2020年，純電動汽車用動力電池電芯能量密度為250Wh/kg，2030年達到500Wh/kg，2030年以后發(fā)展到700Wh/kg。美國政府在2015年11月將2020年電芯能量密度目標提升為350Wh/kg。

1990-2030年鋰離子電池能量密度發(fā)展路線

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現(xiàn)有動力電池的技術(shù)指標以及未來的發(fā)展目標

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    2017年3月，國家發(fā)改委、財政部、工信部和科技部四部委聯(lián)合發(fā)布了《促進汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案》，提出到2020年，新型鋰離子動力電池單體比能量超過300Wh/kg，系統(tǒng)比能量力爭達到260Wh/kg；到2025年，新體系動力電池技術(shù)取得突破性進展，單體比能量達500Wh/kg。2017年5月，工信部、國家發(fā)改委和科技部三部委聯(lián)合發(fā)布的《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》再一次提出到2020年，動力電池單體比能量達到300Wh/kg以上，力爭實現(xiàn)350Wh/kg，系統(tǒng)比能量力爭達到260Wh/kg，到2025年，動力電池系統(tǒng)比能量達到350Wh/kg。

    2019年方形電芯將主推能量密度230-240Wh/kg的產(chǎn)品，軟包主推240-260Wh/kg產(chǎn)品，18650電芯將推出3.2-3.4Ah的產(chǎn)品、21700電芯將推出4.8-5.0Ah的產(chǎn)品。

國內(nèi)主流電池廠商能量密度匯總

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    國內(nèi)部分主流電池廠商均計劃在2020年達到300Wh/kg。

四大鋰電企業(yè)對未來技術(shù)的規(guī)劃

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    綜合前面提到的主流電池廠商技術(shù)路線，要實現(xiàn)2020年動力電池單體能量密度達到300Wh/kg、電動汽車長續(xù)航里程和較低成本的目標，因磷酸鐵鋰能量密度存在瓶頸，可挖掘潛力有限，在現(xiàn)有技術(shù)體系下，三元材料成為技術(shù)發(fā)展主流線路。國內(nèi)市場上常見的三元材料主要是鎳鈷錳酸鋰NCM，其通式為LiNi1-x-yCoxMnyO2,其綜合了LiCoO2、LiNiO2和LiMnO2三種材料的優(yōu)點，由于Ni、Co和Mn之間存在明顯的協(xié)同效應(yīng)，因此NCM的性能好于單一組分層狀正極材料，是目前最具發(fā)展?jié)摿Φ恼龢O材料之一。三種元素對材料電化學(xué)性能的影響也不一樣，一般而言，Co主要起穩(wěn)定三元材料層狀結(jié)構(gòu)，提高材料的電子導(dǎo)電性和改善循環(huán)性能；Mn的存在能降低成本，改善材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性；Ni有助于提高材料容量，但Ni含量過高將會與Li+產(chǎn)生混排效應(yīng)而導(dǎo)致循環(huán)性能和倍率性能惡化，而且高鎳材料的pH值過高影響實際使用。Ni、Co和Mn三種元素不同配比可以獲得不同性能的NCM材料，主流型號包括NCM333、NCM523、NCM622和NCM811。

NCM的放電容量、熱穩(wěn)定性和容量保持率關(guān)系圖

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    正極材料比容量與電池單體能量密度直接相關(guān)。從LFP到NCM333、NCM523、NCM622，目前正在向NCM811、NCA發(fā)展，隨著正極材料的發(fā)展，電池能量密度也在不斷提升，2020年單體能量密度有望達到300Wh/kg。

磷酸鐵鋰和三元材料性能

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    近年來，三元正極材料逐漸向高比容量、高壓實、高電壓、低成本方向發(fā)展，在此過程中合理設(shè)計材料的結(jié)構(gòu)至關(guān)重要，通過不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以有效解決相應(yīng)問題。目前三元正極材料結(jié)構(gòu)設(shè)計的改進方向主要包括：類單晶型結(jié)構(gòu)、放射狀結(jié)構(gòu)、核殼結(jié)構(gòu)和梯度材料結(jié)構(gòu)等。類單晶型結(jié)構(gòu)能夠提升正極材料的壓實密度、顆粒強度、電壓等；放射狀結(jié)構(gòu)能夠提升正極材料的比容量和循環(huán)穩(wěn)定性等；核殼結(jié)構(gòu)和梯度材料結(jié)構(gòu)適用于高鎳三元材料，能夠充分發(fā)揮正極材料的比容量，提升截止電壓和循環(huán)穩(wěn)定性等。所以，未來應(yīng)該根據(jù)電池的使用要求，深入分析正極材料的性能特點，通過合理設(shè)計材料結(jié)構(gòu)，結(jié)合三元正極材料的其他改性手段，開發(fā)綜合性能優(yōu)異的三元正極材料。

三元正極材料結(jié)構(gòu)設(shè)計改進方向

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    三、2020年后技術(shù)迭代速度變慢，高鎳三元大有可為

    相比NCM333逐步提升到NCM523、NCM622，技術(shù)難度提升相對比較平緩，NCM811/NCA技術(shù)門檻明顯提升，在制備工藝、設(shè)備以及生產(chǎn)環(huán)境等方面的要求明顯高于普通三元材料。NCA技術(shù)壁壘高，幾乎被日韓企業(yè)壟斷，主要供應(yīng)商有日本的住友金屬、日本化學(xué)和戶田化學(xué)，韓國的ECOPRO和GSEM。由于NCA對生產(chǎn)環(huán)境和制造工藝的要求更高，同時由于NCM811與之前的NCM333/523/622等同屬于鎳鈷錳結(jié)構(gòu)，與它們的生產(chǎn)工藝也更為接近，而NCA加入鋁元素，合成工藝上會有區(qū)別。國內(nèi)企業(yè)多數(shù)偏向于NCM811。擁有技術(shù)先發(fā)優(yōu)勢的正極企業(yè)盈利能力將顯著提升。NCM811正極材料含鈷量僅為6.1%，相比NCM523/622下降50%；如果考慮到每KWhNCM811電池所需要的正極質(zhì)量為1.44kg，每KWhNCM523電池所需要的正極質(zhì)量為1.89kg，每KWhNCM811電池鈷用量僅為NCM523的40.5%。在高鎳正極體系下，正極燒結(jié)環(huán)節(jié)的技術(shù)含量也顯著增加，在以加工費定價的模式下，NCM811正極材料的毛利率也將高于目前NCM523產(chǎn)品。

    高鎳三元正極，尤其是高鎳NCM811有效產(chǎn)能釋放難度非常高。一方面是生產(chǎn)工藝方面，高鎳三元材料在前驅(qū)體燒結(jié)和材料生產(chǎn)環(huán)境方面的要求都較為苛刻，產(chǎn)品在存儲使用過程中容易吸潮成果凍狀，不易調(diào)漿和極片涂布，因此正極材料企業(yè)對窯爐等生產(chǎn)設(shè)備的各項性能要求都比較高；另一方面，高鎳三元的安全性更差，因此合格供應(yīng)商的認證難度較高、所需時間較長。此外，整車廠對上游零部件供應(yīng)商有較高的門檻要求和長時間的認證測試，程序更復(fù)雜，時間也更長。目前，國內(nèi)僅當升科技、容百鋰電、杉杉股份等少數(shù)幾家公司具備量產(chǎn)高鎳三元材料能力，但產(chǎn)品性能和一致性仍需進一步提高，關(guān)鍵設(shè)備的技術(shù)水平和可靠性與國外存在一定的差距。要實現(xiàn)突破，就要研究包覆元素種類、包覆量對材料表面殘余堿含量及電化學(xué)性能的影響，確定有利于降低殘余堿含量，提高材料電化學(xué)性能的最佳包覆參數(shù)組合，提高關(guān)鍵設(shè)備如氧氣氣氛焙燒設(shè)備的技術(shù)水平和可靠性。隨著高鎳三元材料滲透率以及技術(shù)門檻的提升，少數(shù)具備量產(chǎn)技術(shù)的龍頭企業(yè)市場份額有望提升，國內(nèi)正極材料分散競爭格局有望得以改善，工藝技術(shù)水平過硬、成本管控優(yōu)異的正極龍頭企業(yè)有望“殺出重圍”。

    展望未來，從目前的三元材料技術(shù)來看，通過降低電芯中非活性物質(zhì)的質(zhì)量比來提高電池的能量密度，幾乎已經(jīng)達到了技術(shù)的極限，采用具有更高比容量的正負極材料是提高電池能量密度更為有效的技術(shù)途徑。富鋰錳基正極+硅碳負極被視為下一代鋰動力電池的理想之選。雖然富鋰錳基正極材料具有高放電比容量的優(yōu)勢，但當前仍面臨著結(jié)構(gòu)復(fù)雜問題，充放電機理還存在爭議，其首次放電效率、倍率性能、高溫性能、全電池性能、長期循環(huán)性能和充放電過程中放電電壓平臺衰減方面的問題有待解決。目前解決這種材料問題的手段很多：包覆、酸處理、摻雜、預(yù)循環(huán)、熱處理等方法，但是這些方法只能在某些方面提升材料的性能，實現(xiàn)富鋰錳基動力電池產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用相對比較困難，據(jù)推測到2025年才有大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的可能。從目前至富鋰錳基正極材料產(chǎn)業(yè)化之間，未來6-7年正極材料性能提升主要是依托NCM811/NCA技術(shù)路線，正極材料技術(shù)迭代速度在逐步變慢。隨著能量密度提升，單車帶電量有望隨之提升，2020年純電動乘用車平均續(xù)航里程有望達到400公里，部分車型甚至?xí)_到500公里以上；如果將時間拉長到2025年，屆時受益于電池成本的降低以及NCM811/NCA體系的進一步技術(shù)挖掘帶來的能量密度提升，單車帶電量有望進一步提升，純電動乘用車續(xù)航里程有望接近甚至超過燃油車，“里程焦慮”將成為過去式。目前圓柱型動力電池已率先實現(xiàn)NCM811/NCA量產(chǎn)，方形、軟包電池有望在2019年迎來高鎳產(chǎn)品量產(chǎn)，國內(nèi)動力電池龍頭寧德時代和比亞迪均計劃在2019年推出NCM811動力電池。NCM811/NCA技術(shù)路線產(chǎn)品生命周期有望延續(xù)到2025年。

    四、新能源汽車開啟1-10階段

    全球新能源汽車市場：2017年告別0-1階段，2018年開啟1-10新階段。2017年全球新能源汽車銷量超過122.3萬輛，滲透率首次超過1%。按照產(chǎn)業(yè)發(fā)展的規(guī)律，一般情況下，當產(chǎn)品滲透率超過1%，意味著市場導(dǎo)入期結(jié)束，并將迎來快速發(fā)展的成長期。2017年，全球鋰電池的總出貨量達到148.1GWh，其中動力電池的總出貨量達到62.35GWh。2014-2017年，動力電池的年復(fù)合增速達到80%；同期，傳統(tǒng)消費類電池的復(fù)合增速僅有7%，鋰電池行業(yè)的新增需求動力由消費電池逐步轉(zhuǎn)向動力電池驅(qū)動。

    國外傳統(tǒng)汽車巨頭發(fā)力新能源汽車，全球市場有望大規(guī)模放量。傳統(tǒng)汽車巨頭憑借成熟的供應(yīng)鏈體系、穩(wěn)定的銷售渠道以及品牌優(yōu)勢，將會推動全球新能源汽車滲透率提升。多家汽車巨頭提出2025年新能源汽車銷量占比達到15%-25%，憑借傳統(tǒng)汽車巨頭的號召力，新能源汽車認可度將大大提升，屆時全球新能源汽車市場將步入千萬輛級別，整個產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模效應(yīng)盡顯，從而加快新能源汽車成本的下降以及滲透率進一步提升。

    我國是全球最大的新能源汽車市場，也是增長最快的市場，是推動全球新能源車市增長的主要動力。2017年，我國新能源汽車滲透率已達到2.69%，2018年有望超4%。這一數(shù)據(jù)提升的背后，顯示出汽車產(chǎn)業(yè)新舊動能的加速轉(zhuǎn)換和中國汽車工業(yè)的加速轉(zhuǎn)型，汽車電動化趨勢日趨明朗。2018年1-11月我國新能源汽車產(chǎn)銷量分別達到105.4和103萬輛，同比增長63.6%和68.0%。根據(jù)我們的測算，2018-2020年我國新能源汽車的產(chǎn)量有望達123、169和234萬輛，動力電池需求可達53.43GWh、75.17GWh和107.63GWh。

我國新能源汽車產(chǎn)量及動力電池需求預(yù)測

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    五、電池黃金時代降臨，高鎳三元正極有望迎來快速增長期

    動力電池是鋰離子電池需求增長的主要驅(qū)動力。2017年全球鋰離子電池的出貨量達到143.5Gwh，其中汽車動力鋰電池的出貨量達到58.1Gwh，儲能鋰電池出貨量達到11.0Gwh，其他傳統(tǒng)領(lǐng)域鋰電池出貨量達到74.4Gwh。基于對汽車動力鋰電池發(fā)展前景的持續(xù)看好，2020年全球鋰離子電池出貨量有望達到265GWh，其中汽車動力鋰電池出貨量有望達到156GWh，占比近60%。

    鋰離子電池需求快速提升帶動正極材料出貨量持續(xù)成長，2017年全球鋰電正極材料出貨量為36.5萬噸，同比增長20%。

全球鋰電正極材料出貨量預(yù)測（噸/年）

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    我國正極材料全球份額呈上升趨勢。受新能源汽車行業(yè)快速發(fā)展帶動影響，全球正極材料行業(yè)發(fā)展一直穩(wěn)步提升，2011-2017年全球正極材料復(fù)合增速為35%。由于國內(nèi)政策傾斜疊加國內(nèi)新能源汽車市場高速發(fā)展，我國正極材料的發(fā)展速度相比其他國家提升速度更快，2011-2017年我國正極材料出貨量復(fù)合增速為43%，明顯高于全球正極材料出貨量復(fù)合增速。從2015年起我國全球市占率逐年遞增，年平均增速達到7.2%。

    我國三元正極材料市場占比逐步提升。2017年我國正極材料出貨量為20.80萬噸，同比增長29.53%；2018年Q1-Q3正極材料出貨量為18.43萬噸，同比增長19.8%。受新能源汽車動力電池需求持續(xù)拉動，同時在補貼政策與電池能量密度掛鉤等刺激下，三元材料需求大增，2018年Q1-Q3三元材料出貨量為9.25萬噸，同比增長52%。2018年我國鋰電正極材料產(chǎn)量將突破25萬噸，其中三元材料仍將是市場最大需求產(chǎn)品。主要原因有：新能源汽車補貼政策高能量密度要求；以LFP為主的電池企業(yè)大批量轉(zhuǎn)型三元；LCO價格較高，消費電子企業(yè)為節(jié)省成本將逐步改用高鎳三元材料。

    受碳酸鋰和金屬鈷價格下降影響，正極材料全線降價。鈷價和鋰價受累于供應(yīng)端的快速增加，我們預(yù)計2019年整體呈現(xiàn)下跌走勢，從而帶動三元正極材料價格下行。

    受補貼政策推出時間影響，新能源汽車銷量呈前低后高，一般每年Q4銷量為全年單季度最大，電池裝機量也是此趨勢。考慮汽車銷量季度性變化以及提前備貨的影響，NCM、LFP正極材料同樣呈現(xiàn)前低后高，下半年多為出貨量放量時間點。

    正極材料技術(shù)路線和細分領(lǐng)域較多，我國正極材料市場整體集中度仍然相對分散。2017年我國正極材料CR5為32.5%，CR10為53.6%；2018年Q1-Q3我國正極材料CR5為35.7%，CR10為57.1%，市場集中度有所提升。

    三元材料競爭激烈，沒有明顯龍頭，當升科技市占率提升明顯。2017年我國三元材料CR5為49.7%，CR10為75.8%；2018年Q1-Q3國內(nèi)三元材料CR5為47.2%，CR10為74.1%，市場集中度略有下降。其中當升科技、容百鋰電、長遠鋰科市占率均超過10%，尤其是當升科技，在三元材料白熱化競爭中能取得份額的提升實屬不易。

    在中游四大材料中，三元正極材料競爭最為激烈，行業(yè)集中度最低。沒有一家企業(yè)市占率超過15%，CR2、CR3、CR5、CR10等指標明顯低于其他三大材料。

鋰電中游材料行業(yè)集中度對比

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    我們預(yù)計2018-2020年我國正極材料需求量分別為25.5、31和40.2萬噸，其中三元材料仍將是市場最大需求產(chǎn)品，2018-2020年需求量分別為12.7、16.8和23.8萬噸，三元材料市場份額分比為49.8%、54.2%和59.2%。主要原因有：（1）新能源汽車補貼政策高能量密度要求；（2）以磷酸鐵鋰為主的電池企業(yè)批量轉(zhuǎn)型三元；（3）鈷酸鋰價格較高，消費電子企業(yè)為節(jié)省成本將逐步改用高鎳三元材料。2019年寧德時代和比亞迪均計劃推出NCM811電池，開啟811新時代，由于811正極材料單價和毛利率均高于523/622，NCM811滲透率提升有望改善正極材料企業(yè)盈利狀況。

我國正極材料需求預(yù)測

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    分高鎳三元滲透率偏悲觀、偏中性、偏樂觀三種情況對我國動力電池所需三元正極材料進行測算。按三元滲透率偏中性估計下，2018-2020年我國動力電池對應(yīng)三元正極總需求分別為5.32、8.78和14.42萬噸，其中高鎳三元正極總需求分別為1.59、4.16和9.75萬噸，高鎳三元正極滲透率分別為29.94%、47.32%和67.58%。

我國動力電池對三元正極材料需求測算

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    六、從發(fā)展時間和專利角度看三元正極材料

    國外鋰電池公司商業(yè)化時間較早，具有比較明顯的先發(fā)優(yōu)勢。國外動力電池三巨頭：（1）松下于1994年開始研發(fā)可充電鋰離子電池。1998年松下開始量產(chǎn)筆記本電腦專用的圓柱形鋰離子電池，并建成了業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的鋰離子電池生產(chǎn)線。2008年，松下與特斯拉首次展開合作，18650鈷酸鋰電池被特斯拉首款車型Roadster采納。（2）LG化學(xué)于1998年正式開始研發(fā)鋰離子電池；2009年，LG化學(xué)正式進入動力電池市場，與韓國現(xiàn)代起亞合作，首次將鋰電池產(chǎn)品應(yīng)用于商用混合動力車。（3）三星SDI于1999年開始進入鋰離子電池領(lǐng)域；2008年，三星SDI和博世合資成立了動力電池公司SBLimotive，進軍動力電池市場。總結(jié)來看，松下、LG化學(xué)和三星SDI于20世紀90年代即開始研發(fā)鋰離子電池，并在2008-2009年相繼進入動力電池市場，屬于車用動力電池先行者。

    受益國外電池廠商起步早，其配套正極企業(yè)技術(shù)積累深厚，研發(fā)歷史長，享有技術(shù)先發(fā)優(yōu)勢，尤其是在三元材料專利方面優(yōu)勢較為明顯。最早的三元材料是日本電池株式會社于1997年9月9日申請的NiCoAl三元材料，其采用共沉淀法制備。之后，日本中央電氣工業(yè)株式會社于1999年11月5日申請了共沉淀法制備陽離子摻雜的NiCoMn三元材料。2001年美國IIionTechnology公司申請了且優(yōu)先權(quán)日為2000年9月14日的采用固相法制備NiCoMn三元材料的專利，從而使三元材料的制備方法從共沉淀法擴展到固相法。隨后，開始出現(xiàn)原子摻雜改性三元材料的專利申請，如2000年12月11日申請的F原子摻雜改性，之后原子摻雜也發(fā)展迅速，成為改性三元材料的重要手段。2005年11月15日3M公司獲得的、優(yōu)先權(quán)日為2001年4月27日的關(guān)于NiCoMn三元材料授權(quán)的美國專利US6964828B2及其同族專利CN100403585C等，其主要限定了進一步提高三元材料的電化學(xué)性能、安全性能等。其后針對三元材料的改性方面的專利申請也開始逐漸增加。

    目前三元正極材料兩大核心基礎(chǔ)專利主要來自3M公司和美國阿貢國家實驗室。美國3M公司和ANL均在2001年申請了三元材料的相關(guān)專利，但兩者的側(cè)重點并不一致。國際鋰電池界普遍認為化學(xué)計量比的常規(guī)三元材料NCM專利（首次提出了組合物具有通式Li(NiyCo1-2yMny)O2，其中0.083＜y＜0.5）由美國3M公司擁有，而層狀富鋰高錳材料專利則是美國阿貢實驗室申請的。一般而言，業(yè)內(nèi)普遍認為3M的專利更具實際產(chǎn)業(yè)價值，因此大多數(shù)企業(yè)都是向3M購買三元材料專利授權(quán)。

三元正極材料兩大核心基礎(chǔ)專利情況

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    國外三元材料的專利申請起步較早。在1990-1999年處于緩慢起步階段，在2000-2009年處于平穩(wěn)增長期，在此期間專利申請量的幅度波動不大；在2009-2013年間，申請量出現(xiàn)了飛躍，進入快速發(fā)展階段。日本和韓國的企業(yè)，如豐田、三星、清美、三洋等早在2000年以前就有關(guān)于三元材料的相關(guān)研發(fā)，起步早，三星早在1997年就有關(guān)于三元材料的相關(guān)專利申請，并且隨著年份的推進，豐田、LG、三星和ASAHI旭金屬的申請量穩(wěn)中有升，研發(fā)結(jié)構(gòu)配臵合理。比如LG從2005年開始大規(guī)模的出現(xiàn)關(guān)于三元材料的專利申請，每年都有多項專利申請，說明其關(guān)于三元材料正在網(wǎng)絡(luò)式布局。

    相對于全球三元材料的發(fā)展趨勢，我國的三元專利布局較晚，與我國動力電池開發(fā)轉(zhuǎn)向三元電池密切相關(guān)。動力電池技術(shù)一路發(fā)展而來，核心是正極材料的開發(fā)。我國動力電池開發(fā)歷程：2001-2005年是鈷酸鋰和錳酸鋰動力電池開發(fā)，2006-2008年是錳酸鋰和磷酸鐵鋰電池開發(fā)，2008-2010年是能量型功率型電池開發(fā)并進的狀態(tài)，2010年以后基本以三元電池的開發(fā)為主。與技術(shù)路線相對應(yīng)，我國三元材料專利申請量在1996-2008年期間發(fā)展相對緩慢，與全球?qū)＠纳暾堏厔菹啾?，發(fā)展相對滯后。2009-2013年期間，由于磷酸鐵鋰的能量密度已經(jīng)不能滿足日漸發(fā)展的電動車的需求，受全球三元材料市場的影響，我國三元材料的專利申請量進入快速增長階段。同時發(fā)現(xiàn)2009-2013年間，相比于國內(nèi)申請量的大幅增加，國外來華的申請量并沒有出現(xiàn)大幅度增加，其中可能與國外申請人在三元材料的安全性問題上還沒有得到有效突破有關(guān)，因此，新的核心基礎(chǔ)專利并沒有出現(xiàn)，在我國相應(yīng)的布局還沒有完全展開。2013年之后由于部分專利尚未公開，統(tǒng)計數(shù)量略有下降。與國外企業(yè)相比，國內(nèi)企業(yè)在三元材料上并沒有掌握核心專利，且由于日韓企業(yè)、3M公司等國外重要申請人布局早，同時掌握核心專利，國內(nèi)申請人在三元材料上的專利申請基本都是外圍申請，且方法類專利申請偏多。

    三元材料主要存在的問題包括：（1）循環(huán)性能不高：主要由于隨著Ni含量增加，在充放電過程中發(fā)生多次相變；（2）產(chǎn)氣現(xiàn)象較嚴重，安全性不高：主要由于三元材料表面碳酸鋰和氫氧化鋰的存在與電解液發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生氣體；（3）相對于錳酸鋰和磷酸鐵鋰，三元材料成本較高；（4）倍率性能和首次充放電性能不高等。目前，解決上述問題的主要手段有原子摻雜、表面包覆、與其它種類活性材料混用、改進制備方法等手段。在改性手段方面，摻雜和包覆的改性方法在三元材料的專利申請中占據(jù)絕對主流地位，將不同種類正極材料復(fù)合或混用以實現(xiàn)功能互補也有一定的申請量。

三元材料技術(shù)功效專利數(shù)量圖

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    七、從產(chǎn)能角度看三元正極材料

    全球正極材料生產(chǎn)主要集中在中、日、韓三國，2017年我國全球市占率達到66%。日韓廠商占據(jù)大部分高端產(chǎn)品市場，比利時優(yōu)美科，韓國L&F，日本日亞化學(xué)、戶田工業(yè)、住友，德國巴斯夫是國際上主要的三元材料生產(chǎn)廠家。松下、三星SDI、LG化學(xué)等電池企業(yè)均擁有部分自有產(chǎn)能?，F(xiàn)階段各大正極廠商均推出較大規(guī)模的擴產(chǎn)計劃，應(yīng)對快速增加的正極需求。

主流正極公司擴產(chǎn)計劃

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    目前我國正極材料企業(yè)主要有三種情況：（1）原主營業(yè)務(wù)為正極的企業(yè)，如杉杉股份、當升科技；（2）采用前向一體化戰(zhàn)略的上游資源類企業(yè)，向正極延伸產(chǎn)業(yè)鏈，如華友鈷業(yè)；（3）采用后向一體化戰(zhàn)略的下游電池企業(yè)，布局三元正極著力降本提效，如比亞迪、CATL、國軒高科。隨著高鎳三元材料滲透率以及技術(shù)門檻的提升，少數(shù)具備量產(chǎn)技術(shù)的龍頭企業(yè)市場份額有望提升，國內(nèi)正極材料分散競爭格局有望得以改善，工藝技術(shù)水平過硬、成本管控優(yōu)異的正極企業(yè)有望“殺出重圍”。受新能源汽車快速發(fā)展帶來的動力電池材料產(chǎn)業(yè)確定性機會影響，資本大量涌入，正極行業(yè)持續(xù)擴產(chǎn)，尤其是2015年后加碼NCM正極材料，NCM產(chǎn)能占比隨之提升。2016年后隨著新建產(chǎn)能逐步投產(chǎn)，正極行業(yè)整體呈現(xiàn)產(chǎn)能過剩，產(chǎn)能利用率呈下降趨勢。

    目前NCM811電池導(dǎo)入呈現(xiàn)“外冷內(nèi)熱”，國內(nèi)高鎳正極材料擴產(chǎn)力度會比較大。國際動力電池企業(yè)NCM811導(dǎo)入“遇冷”，受國家新能源補貼政策對高能量密度、長續(xù)航里程的鼓勵所影響，國內(nèi)動力電池企業(yè)龍頭加速布局高鎳三元電池，寧德時代和比亞迪均表示將在2019年量產(chǎn)NCM811動力電池。

國內(nèi)外電池企業(yè)NCM811/NCA進展

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我國NCM811/NCA正極材料進展

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    布局上游資源，減少資源漲跌對盈利能力的影響。正極材料價格與上游鋰鈷鎳價格有比較密切的關(guān)聯(lián)，為保證原材料穩(wěn)定供應(yīng)，搶占資源話語權(quán)，減少資源漲跌對盈利能力的影響，正極材料企業(yè)紛紛向上游資源進行布局。主要有電池回收資源、控制/間接控制礦產(chǎn)冶煉和簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議等方式。

全球部分正極材料企業(yè)上游資源來源

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