2024中国电池展锂电池正极材料行业现状及未来发展方向分析
锂电池制造行业的上游为镍、钴、锰、锂等金属盐、添加材料及其他辅料供应商，中游为正极材料、负极材料、隔膜、电解液等材料制造商及锂电池制造商，行业下游为锂电池的终端应用领域，主要为以电动汽车为代表的动力锂电池领域、智能手机为代表的3C锂电池领域以及通信基站为代表的储能锂电池等三大领域。
正极材料的性能直接决定了电池的能量密度、寿命、安全性、使用领域 等，其在锂离子电池中成本占比最高。
正极材料是锂离子电池最为关键的原材料，锂电池正极材料上游为锂、钴、镍等矿物原材料，结合导电剂、粘结剂等制成前驱体。前驱体经过一定工艺合成后制得正极材料，应用于不同的领域。锂电池正极材料是锂电池电化学性能的决定性因素，对电池的能量密度及安全性能起主导作用，且正极材料的成本占比也较高。下游锂电池制造领域主要分为动力锂电池、消费锂电池与储能锂电池，最终应用于新能源汽车、手机、便捷式电脑与储电站等领域。
目前，锂、钴、镍、锰、铁等金属资源是锂电池正极最主要的原材料，主要的生产企业包括西藏矿业、天齐锂业等，上游涉及多种设备的供应厂商数量较多，代表企业有赢合科技、先导智能等。另外，导电剂、粘合剂等辅材也是锂电正极材料的主要原材料，代表企业有上海汇普工业与三爱富等;在中游，当升科技、容百科技与厦钨新能等是锂电池正极材料行业的龙头企业;下游锂电池行业的企业中，宁德时代在动力电池、3C消费电池和储能电池领域均有布局，市场份额较大。
钴酸锂作为第一代商品化的锂电池正极材料，具有振实密度大、充放电 稳定、工作电压高的优势，在小型充电电池中应用广泛。但钴酸锂正极材料成本高（金 属钴价格昂贵）、循环性能差、安全性能差，近年来被三元正极材料替代部分市场份额。在超薄电子产品领域，因钴酸锂正极材料体积能量密度及倍率性能好等优势还无法实现替代。预计未来钴酸锂正极材料会朝高电压方向发展。
受上半年高端数码销量不佳的影响，主流电池厂的开工率高峰时恢复到6-7成的水平，去年增长较快的电子烟市场，今年需求增长势头也趋缓，这都在很大程度上抑制了今年上半年钴酸锂产能的释放。今年一季度受下游电池厂库存相对较高以及对原料价格的观望，钴酸锂出货缓慢，直至4月下旬在原料出现快速回升后，下游补库需求的拉动，钴酸锂的出货量得到了明显放大，而6月中旬以后，下游的需求又开始减弱，进入传统的淡季。据统计，2023年H1中国钴酸锂的产量为3.06万吨，同比减少23.3%。
从市场格局来看，钴酸锂行业CR5没有出现变化，保持在87.5%的高集中度，厦钨新能继续以超过40%的市占率禅联第一，公司4.45V以上高电压产品深受主流电池厂的青睐；第二、第三梯队依旧是巴莫科技、巴斯夫杉杉、天津盟固利、江门科恒。
锰酸锂是除钴酸锂之外研究最早的锂电池正极材料，具有资源丰富、成本低、安全性能好等优点；但其较低的比容量、较差的循环性能，特别是高温循环性能使其应用受到了较大的限制。锰酸锂电池将主要在物流车，以及在注重成本、对续航里 程要求相对低的微型乘用车领域具有一定市场份额。
2023年上半年，锰酸锂市场增长迅速。根据数据统计，2023年H1国内锰酸锂出货量41400吨，同比增长32.3%。原因主要是以容量型为主的数码市场需求有了明显提升，带动了以弘力、程疆、恒一为代表的电芯企业增加了对锰酸锂的采购。具体来看，一季度因为汽车及储能两大主要市场需求不足，导致碳酸锂价格急跌，而锰酸锂价格以跟随碳酸锂为主，这导致锰酸锂上下游均担心存货跌价损失，产销均偏谨慎。4月下半月开始碳酸锂价格开始止跌回升，市场迅速回暖，下游担心错过低价货源，积极补库备货，更有部分电芯企业把后面几个月的采购订单都提前锁定，这导致二季度尤其是5月份锰酸锂产销量急剧增加，而部分锰酸锂企业为快速提高产量，把锰源也从四锰切换成了二锰。
根据统计，2023年上半年，博石高科、新乡弘力、广西立劲、赣州捷兴材料位居锰酸锂出货量前四名，市占率超过60%。其中，博石高科依然位居行业第一，市占率超过30%；而赣州捷兴材料虽然在今年3月份才开始投产出货，但依靠优秀的经营管理能力快速起量，单月出货量突破1000吨，上半年就攀升至行业第四位。
磷酸铁锂的出现是锂电池正极材料的一项重大突破，低廉的价格、环境友好、较高的安全性能、较好的高温性能，使其已形成了较广泛的市场应用。但其能量密度较低、低温性能较差，目前主要使用在商用车（客车）领域，在下游乘用车动力电池领域的应用不及能量密度更高的三元正极材料。
根据数据显示，2023年上半年，下游需求不及预期，整个锂电产业链高库存，多数电池企业订单量下降，开始去库存、降产能，传到至产业链上游，一季度锂电板块业绩大幅下滑，扩产项目停滞、投产率低等问题突出。磷酸铁锂项目众多，引发产能过剩担忧。
2023年上半年国内磷酸铁锂产量67.5万吨，同比增长50.5%，与2022年全年132.3%的增速相比出现明显下滑。增速不高的原因主要是因为1-4月份市场刚需不佳，叠加电池企业、车企等去库操作，需求下滑严重。上半年磷酸铁锂市场呈现出强者恒强的态势，湖南裕能、德方纳米继续霸榜Top2，市占率约45%；湖北万润、融通高科、常州锂源依然占据着Top3-5的位置，三企业市占率合计超过20%；友山科技凭借着中创新航等客户的支持，市占率快速提升，并且有望进一步提升；金堂时代、山东丰元分别依靠宁德时代、比亚迪，市占率也提升明显。
三元正极材料的一般分子式为 Li（NiaCobXc）O2，其中a+b+c=1， 具体材料的命名通常根据三种元素的相对含量而定。其中，当 X 为 Mn 时，指的是镍钴锰（NCM）三元材料；当 X 为 Al 时，指的是镍钴铝（NCA）三元材料。三种元素的不同配比使得三元正极材料产生不同的性能，满足多样化的应用需求。镍钴锰三元材料综合钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂三类正极材料的优米乐 登录入口点，存在明显的三元协同效应。相较磷酸铁锂、锰酸锂等正极材料，三元材料的能量密度更高、续航里程更长。
伴随着国家新能源补贴政策的退出以及产业链高位库存的消化需求影响，2023年上半年国内动力电池市场增量表现较预期偏弱，导致开年后三元材料需求转淡明显，低迷情绪延续至4月末，5、6月在数码消费及部分动力项目放量的带动下，行业开工率有所回升；相较之下，海外需求则整体相对平稳，受此影响国内外三元材料在上半年表现出一定差异。根据统计数据显示，2023年1-6月国内三元材料产量为26.1万吨，同比下滑1.8%；全球三元材料产量为46.1万吨，同比下滑0.3%。
从具体细分市场来看，高镍方面受益于海外需求的支撑，同比表现优于行业平均水平。根据相关统计数据显示，2023年1-6月国内高镍材料产量达到13.7万吨，同比增长18.9%，其中容百科技和巴莫科技在各自下游客户供应链放量的带动下，产量CR2较2022年进一步提升。
单晶材料方面，2023上半年国内动力需求偏弱对其出货预期影响较为明显，根据鑫相关统计数据显示，2023年1-6月国内单晶材料产量达到9.5万吨，同比下滑9.4%，其中5系单晶占比较去年同期下滑较多，6系单晶渗透率从31.6%提升至38.1%，以南通瑞翔、长远锂科等企业出货带动较为显著。
综合来看，现阶段三元材料市场仍处于群雄逐鹿状态，但行业集中度不断提高，2023年H1中国三元材料产量CR5集中度较去年同期提升约7个百分点，CR10集中度突破90%，头部企业依靠各自的产品技术、客户资源等优势，在不同的细分市场均具备一定话语权，竞争趋于白热化。
从能量密度上来看，磷酸铁锂的理论比容量低于三元材料，但由于三元材料电池需要较为复杂的电池管理系统，这两种材料制成电池模组后其能量密度的差异有所减小。根据工信部于2021年发布的 3批新能源车型目录，搭载磷酸铁锂电池的新能源乘用车，平均模组能量密度可达 151.3Wh/kg；搭载三元材料电池的新能源乘用车，平均模组能量密度可达164.7Wh/kg。
从安全性上来看，三元材料通常在180摄氏度以上会出现自加热，在约200摄氏度发生分解并释放出氧气，在高温下电解液迅速燃烧，发生加剧连锁反应。磷酸铁锂的安全性能相对较好，在250摄氏度以上才会出现热现象，在700-800摄氏度时才会发生分解，且分解时不会释放氧分子，燃烧不如三元材料剧烈。因此，磷酸铁锂正极材料安全性较高。
从制造成本来看，钴盐、镍盐和锂盐是制备三元材料的主要原材料，其中钴盐、镍盐在我国的可开采储量较小，供应较为紧张，导致三元材料的生产成本较高。对于磷酸铁锂而言，主要原材料为锂源、铁源、磷源，由于铁源和磷源资源较为丰富，磷酸铁锂具有成本优势。
基于上述各自特点，在新能源汽车领域，磷酸铁锂正极材料早期主要应用于新能源商用车领域。三元材料能量密度相对较高，主要应用于新能源乘用车。
随着下游对锂电性能要求不断提升，正极材料将迎来一轮新的技术迭代和升级，磷酸锰铁锂和高镍三元为代表的两条技术路径最为明确，磷酸锰铁锂电池预计明年开始商业应用，高镍三元在三元电池中的占比也将持续提升。
磷酸铁锂电池的能量密度已经接近“天花板”。磷酸锰铁锂（LMFP)作为磷酸铁锂的升级版，磷酸锰铁锂(LiMnxFe1-xPO4)是在磷酸铁锂（LiFePO4）的基础上掺杂一定比例的锰（Mn）而形成的新型磷酸盐类锂离子电池正极材料。通过锰元素的掺杂，一方面使得铁和锰两种元素的优势特点能够有效结合，而另一方面锰和铁的掺杂不会明显影响原有的结构。高能量密度是磷酸锰铁锂相较磷酸铁锂的核心优势。磷酸铁锂和磷酸锰铁锂理论克容量(170mAh/g)一样，但放电平台却不同；磷酸锰铁锂中锰离子开路电压放电平台为4.1V，磷酸锰铁锂总体放电平台3.8V-4.1V；磷酸铁锂理论放电平台是3.4V，实际水平3.2-3.3V。磷酸锰铁锂对比磷酸铁锂具有更高的电压平台，能量密度可以比其高出15%左右，且保留了磷酸铁锂电芯的安全性及低成本特性。
磷酸锰铁锂过去受限于其较低的导电性能与倍率性能，商业化的进程缓慢。随着碳包覆、纳米化、补锂技术等改性技术的进步，一定程度改善了其导电性，磷酸锰铁锂产业化进程开始加速。磷酸锰铁锂制备工艺与现有磷酸铁锂生产体系区别不大，主要需要通过包覆、掺杂、纳米化等改性技术来解决其电导率较低的问题，两者成本差异也在可接受范围之内。多重优势使磷酸锰铁锂愈发受到市场青睐。
目前，电池企业、正极材料厂商正积极布局磷酸锰铁锂产能，经历一两年左右的认证周期和生产放量后，磷酸锰铁锂将步入产业化进程。随着国内多个磷酸锰铁锂材料项目的建成投产，以及头部电池企业应用带动，国内有材料企业预计，最晚2023年国内会稳定批量生产，并规模化应用到电动汽车领域。
动力电池企业方面，目前拥有磷酸锰铁锂技术储备的电池厂商包括：宁德时代、比亚迪、国轩高科等，主要以专利技术研发、投资布局为主。宁德时代、欣旺达及亿纬锂能的磷酸锰铁锂电池已在今年上半年通过电池中试环节，正在送样品给车企测试。宁德时代计划于今年下半年量产该产品。当下已在磷酸锰铁锂有所布局的正极厂商包括：德方纳米、鹏欣资源、当升科技、中贝新材料、天津斯特兰等。
据测，磷酸锰铁锂单吨锰用量约0.2－0.3吨。未来随着磷酸锰铁锂放量，电池级锰源需求有望迎来新一轮高增长。目前与锰产业相关企业包括红星发展、南方锰业、湘潭电化、中钢天源等。
Ni 元素比例在60%及以上的称为高镍三元材料。高镍化三元将持续成长为长续航车型的主流技术，随着相关技术发展以及整车平台功能整合，未来新能源汽车将持续向更高能量密度、更长续航里程发展，高镍化三元锂电池的发展趋势愈加明显。根据SMM上海有色金属网数据，2021年国内三元正极材料仍以高电压Ni5系产品为主，占比46%，其次为Ni8系高镍产品，占比为36%，Ni6系产品占比为16%。
从技术端来看，高镍三元相较于其他正极材料技术壁垒更高，不仅需要较高的研发技术门槛，还需要更高效稳定的工程技术能力及更精细的生产管理水平。
从能量密度端来看，在导入超高镍正极材料后，电芯的能量密度已达到300-400Wh/kg，拉大与磷酸铁锂电芯的差距，可以更好地满足新能源汽车轻量化、智能化的发展要求。
从市场端来看，众多跨国车企选择高镍动力电池技术路线，作为实现高端应用场景、高续航里程的商业化方案，加快了高镍动力电池技术路线的推广和普及。宝马、大众、戴姆勒、现代、通用、福特等国际主机厂加速电气化转型，纷纷推出多款中高端乘用车车型，电池技术路线向高镍电池倾斜，进而对高镍电池产生强劲需求。
从成本端来看，高镍三元正极材料使用更少的钴金属，降低了原材料成本，带来高镍化三元锂电池单位成本下降，有利于新能源汽车的普及。因此，在高镍三元趋势更加明确的背景下，竞争格局更加清晰，龙头企业将进一步受益。
在高镍电池赛道上，宁德时代、松下、LG能源、三星SDI、SKI等头部选手已经大规模量产供应镍含量超过80%的NCM和NCA电池，并将目标瞄准了镍含量90%以上的超高镍电池。国内真正能够实现高镍三元材料批量出货的企业并不多，出货量较高的企业主要为容百、巴莫、贝特瑞以及邦普。容百高镍产量占比70%左右，处于高镍三元行业龙头地位，巴莫、贝特瑞与邦普则处于行业第二梯队，当升科技、长远锂科、杉杉股份、振华新材等企业距离TOP4都有一定的差距，处于行业第三梯队。
其具有能量密度高、成本低和环境友好等特点，是未来可能的一种正极材料发展方向，其比容量高达300mAh/g，远高于当前商业化应用磷酸铁锂和三元材料等正极材料放电比容量，是动力锂电池能量密度突破400Wh/kg的技术关键。同时富锂锰基材料以较便宜的锰元素为主，贵重金属含量少，与常用的钴酸锂和镍钴锰三元系正极材料相比，不仅成本更低，而且安全性更好。
目前产业界中鲜有富锂锰基的应用案例，各电池及材料厂商尚未给出明确时间表。容百科技、当升科技具有布局富锂锰基正极材料开发；容百科技所制低钴材料扣电池常温0.33C电流密度下放电比容量≥245mAh/g；低成本高容量，适用于液态电池，目前样品已送样国内外多家电芯企业进行测试。当升科技20年报称将推进固态锂电、富锂锰基、钠离子电池战略新产品的开发，完善知识产权战略布局，加强专利风险防御及保护机制，抢占下一代锂电正极材料的技术高地。
其平台电压约为4.7V(负级为锂)，比磷酸铁锂高约40%，比三元材料高约25%，理论比容量为146.7 mAh/g，可逆比容量可达140 mAh/g，能量密度达650 Wh/kg。并且它不含钴，主要是锰和镍，且镍的含量也较低，具有低成本的优势。高电压镍锰酸锂三维的锂离子通道和稳固的尖晶石结构，使其具有优异的低温性能、倍率性能和安全性能，可满足动力电池快速充放电和全气候使用条件的要求。
在锂资源利用率方面，镍锰酸锂在充电态锂离子几乎完全脱出，锂离子利用率接近100%，以其取代目前动力市场上应用的第二代的磷酸铁锂和三元动力电池将为全球分别节省30%和50%的锂资源。因此镍锰酸锂是理想的下一代安全、低成本、高比能量的动力电池正极材料。
容百科技拟开发出高能量密度、低成本、长循环的高电压镍锰二元产品，容量140mAh/g，循环2000次，倍率性能优异，性价比高，以代替中低镍和磷酸铁锂材料。现已制备的正极材料软包全电容量135mAh/g，成本低，循环性能有待进一步改善。
主流钠离子材料包括金属氧化物、聚阴离子型化合物、以及普鲁士蓝类化合物。其中商业化价值最大的正极材料为金属氧化物与普鲁士蓝类化合物。
金属氧化物具有成本低、较高比容量等优势，但由于金属氧化物结构稳定性较差，循环过程中容易发生结构无定型化，电池的循环稳定性与倍率性较差。
普鲁士蓝类化合物具有三维立体开放结构和有利的间隙位置，允许碱离子的可逆脱嵌，具有成本低、稳定性高、电化学性能好的优点，但制备过程中存在配位水含量难以控制等问题。
由于钠离子电池具有成本低、安全性高、低温情况下表现好等优势，目前已初步应用于储能和低速动力领域，如：储能电站、5G通讯基站、低速四轮车、电动两轮车。随着钠离子电池的大规模产业化后，有望进一步对目前磷酸铁锂和铅酸电池应用广泛的上述领域进行替代。
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