高鎳、高電壓、單晶化的工藝應用，推動了三元正極材料在能量密度、安全性能、成本等方面的不斷優(yōu)化。而具有相應技術儲備的頂尖企業(yè)有望推動行業(yè)集中度的提升，如NCM811高鎳三元正極材料TOP5企業(yè)。

 

三元正極材料長期向好

動力電池的裝機容量不斷增加

全球汽車電動化趨勢明顯。據數據統(tǒng)計，全球新能源汽車滲透率穩(wěn)步提升，2021年全球滲透率達到8.3%，比2020年提高4.1個百分點。2022年第一季度，全球新能源汽車銷量達到206.1萬輛，其中，中國新能源汽車整體銷量達到125.7萬輛，同比增長142.7%，滲透率達到19.2%。

 

 

在汽車電動化的趨勢下，全球動力電池裝機量快速上升。受益于中國和歐洲市場汽車電動化的快速推進，2016年以來，全球新能源汽車銷量快速上升，動力電池裝機容量同步增長。2021年，全球動力電池裝機容量達到296.8GWh，同比增長102%；中國動力電池裝機容量達到154.5GWh，同比增長144%，高于全球平均增長速度，占全球電池裝機容量的一半以上。

 

三元與磷酸鐵鋰長期并存

中國市場三元電池裝機容量保持高速增長，磷酸鐵鋰裝機容量恢復。此前，三元正極材料憑借高能量密度的優(yōu)勢在新能源乘用車市場迅速崛起，在2019年和2020年占到動力電池裝機容量的60%以上。但隨著CATL CTP技術和比亞迪葉片電池的推出，加之中國財政補貼的下降，降低成本成為車企選擇動力電池的主要因素，帶動磷酸鐵鋰裝機容量的恢復。

 

 

2021年7月，磷酸鐵鋰月裝機量突破三元，2021年全年裝機量為79.8GWh，占比51.7%，是2018年以來其裝機量首次超過三元正極材料。2022年1-5月，我國動力電池累計裝機量為83.1GWh，同比增長100.8%；磷酸鐵鋰電池累計裝機量為49.0GWh，占比58.9%，較2021年增長17.6pct；三元電池累計裝機量為34.0GWh，同比增長186.1%，占比40.9%。

歐洲市場的動力電池裝機量以三元材料為主。2017年至2020年，歐洲動力電池裝機量從16.5GWh增加到98.1GWh，年復合增長率達到81.4%。其中，三元動力電池的裝機容量始終占據主導地位，2020年占比超過90%。2021年1-11月，歐洲動力電池裝機容量達到144.9GWh，同比增長92.1%。三元動力電池仍占主導地位，占比95.4%；8系三元裝機容量已達30.2GWh，同比增長495.2%，占比由6.7%大幅提升至20.9%。

受益于電動汽車需求的增加，三元材料的出貨量持續(xù)上升。2021年，全球三元正極材料出貨量為71.8萬噸，同比增長70.95%，2017-2021年復合增長率為48.66%；2021年，中國三元正極材料出貨量達到42.2萬噸，同比增長79.57%，2017-2021年復合增長率為41.25%。2021年，中國市場占全球的58.8%，成為推動全球三元材料市場增長的主要力量。

 

三元正極材料技術不斷迭代

三元正極材料格局仍相對分散

我國市場格局相對分散，頭部企業(yè)之間的差距并不明顯。據統(tǒng)計，2021年CR5/CR10的比例分別為52.6%和78.6%。從企業(yè)的角度來看，容百科技、巴莫和當升位列前三。2022年，CR5 / CR10達到55.7%。行業(yè)整體集中度提高，行業(yè)份額仍相對分散。

 

 

三元陰極材料技術促進要素不斷優(yōu)化

多種正極材料路線并存，不同材料體系的性能要素不同。目前，正極材料主要可分為四大類：氧化鈷鋰、氧化錳鋰、磷酸鐵鋰和三元材料，其中三元正極材料又可細分為鎳鈷錳酸鋰（NCM）和鎳鈷鋁酸鋰（NCA）。

根據產品特性和下游應用場景，鈷酸鋰和錳酸鋰電池主要用于消費類電子產品，而磷酸鐵鋰和三元電池則主要用于新能源汽車。

降低成本和提高效率繼續(xù)推動研究和創(chuàng)新，三元正極材料在能量密度、安全性能和性價比方面不斷優(yōu)化。新能源汽車的智能化發(fā)展趨勢已成為主流。更加豐富的駕駛艙體驗和智能駕駛功能，都對動力電池提出了更長續(xù)航里程和更高能量密度的要求。同時，伴隨著更高的容量和更高的負載，對電池系統(tǒng)的安全性和性價比要求同樣剛性，催生了對三元陰極能量密度、安全性能和性價比的進一步探索。

 

● 能量密度升級：三元高鎳/高電壓趨勢明顯

解決射程焦慮，高鎳高電壓，提高三元正極材料的能量密度。目前，業(yè)界主要通過提高充電電壓上限（高電壓）和增加鎳含量（高鎳含量）來提高三元正極材料的能量密度。

高鎳8系列三元的比例逐漸增加，超高鎳進一步增強了高鎳三元的競爭力。三元正極材料的高鎳化是指增加三元材料中鎳元素的含量，從而提高能量密度，并相應地減少對鈷元素的依賴。

2021年，中國高鎳三元產量為15.2萬噸，同比增長110.2%，占三元正極材料總產量的38.3%。目前，業(yè)內頂尖的正極材料企業(yè)已逐步開發(fā)、驗證和生產出9個系列的超高鎳正極材料，進一步提高能量密度，解決電池輕量化問題，提升高鎳三元的競爭力。

隨著中鎳電壓平臺的興起，高壓路線的能量密度表現(xiàn)趨向于與高鎳三元一致。高壓路線提高了電池充電停止電壓，使正極材料在更高的電壓下去除更多的鋰離子，從而使容量和工作電壓同時提高，達到提高能量密度的目的。

● 安全性能的進一步提高：增加了三元單晶系統(tǒng)的應用

 

 

多晶型三元陰極體系成熟，單晶型三元陰極特征突出。從晶體結構上看，三元正極材料可分為單晶型和多晶型三元正極材料。單晶是指由一個晶核在各個方向平衡生長的晶體。它的內部結構基本上是一個完整的晶格，而多晶是由許多不同方向的單晶顆粒組成，整個晶體結構不由同一晶格，有規(guī)律的多晶型三元正極材料是以二次球形顆粒的形式聚集在一起。

單晶技術通過采用特殊的前驅體和燒結工藝，實現(xiàn)了三元正極材料晶體的特殊結構，在保持現(xiàn)有容量和充放電平臺的基礎上，試圖提高正極材料的單晶尺寸，從而提高振動密度，提高鋰電池的體積容量，并大大提高了鋰電池的安全性，使鋰電池的質量得到極大提高。

目前世界上主要是多晶三元技術，我國的單晶三元和多晶三元技術并行。單晶三元材料的研究由來已久，但由于早期的材料體系研發(fā)路線和專利儲備重點，日韓電池廠的主流三元材料主要是多晶三元材料，并由中國頭部正極材料企業(yè)逐步引入國內市場。2017年下半年，隨著寧德時代等頭部電池企業(yè)開始應用于動力電池，單晶材料在國內市場逐漸實現(xiàn)放量。

單晶三元正極材料穩(wěn)定性較好，可作為電壓較高的材料體系之一，在安全性能和循環(huán)性能方面具有一定優(yōu)勢。在高電壓下，隨著循環(huán)數內阻的增加，電池容量會迅速衰減，循環(huán)性能也會變差。

 

 

單晶三元陰極材料通常是由一個或幾個大顆粒（2~5米）的不規(guī)則塊狀顆粒直接組成，材料內部沒有晶界，微觀表面光滑，具有較好的結構穩(wěn)定性和耐高溫性。而且其材料經過壓實和高溫循環(huán)后，不易破碎，從而獲得更優(yōu)異的高溫循環(huán)穩(wěn)定性。因此，單晶三元正極材料具有更好的安全性能，可以更好地避免多晶三元正極材料的上述問題。

單晶三元正極材料的滲透率逐步提高。2018年以來，我國單晶三元材料產量快速增長，年產量躍升至4.9萬噸左右，其中90%以上的單晶三元材料應用于動力電池領域。隨著下游動力電池企業(yè)的逐步引入，2021年國內單晶三元材料總產量躍升至14.4萬噸，同比增長89.5%；預計2022年我國單晶三元材料的市場份額有望上升至40%以上。

中鎳領域的單晶高壓技術迭代，高鎳領域的單晶引進速度加快。2022年第一季度，中鎳5系列和中高鎳6系列三元材料中，單晶材料體系占比超過50%。目前，高鎳8系列三元材料仍以多晶體系為主，但由于8系列三元材料中高鎳單晶的市場滲透率較高，我國頭部動力電池企業(yè)在2021年開始引入高鎳單晶。

 

●性價比再次突破：三元瓦時成本有望下降

近年來，中國新能源汽車產業(yè)補貼呈現(xiàn)整體下降趨勢，之前高能量密度帶來的政策補貼優(yōu)勢已經被削弱。在此背景下，中國車企重新考慮成本和收益，在保證高能量密度和性價比之間進行平衡，并結合產品的實際成本和收益合理選擇電池配置。

 

 

三元高鎳/高電壓推動瓦特小時成本下降。從成本端來看，高鎳三元正極材料向超高鎳發(fā)展，減少了金屬鈷的使用，而高壓三元正極材料依托更高的電壓平臺可以實現(xiàn)在同一鎳材料成本體系下的能量密度，既在進一步提高電池能量密度的同時，也帶來了三元鋰電池瓦時成本的有效降低。

 

● 技術迭代難度加大，市場細分集中度更高

從目前的技術水平和產品應用來看，高鎳、高電壓、單晶驅動的三元正極材料產業(yè)技術迭代，也給三元正極材料企業(yè)提出了更高的工藝難度：

在高鎳轉化方向上，在相同電壓條件下，鎳含量越高，比容量越大，但鎳離子與鋰離子的半徑接近，其結構中陽離子混合的可能性越大，容易降低材料的比容量。比容量性能減弱，材料表面穩(wěn)定性降低，更容易造成安全問題。同時，8系以上高鎳三元陰極材料的工藝對窯爐設備、箱碗、反應氣氛等有特殊要求，較難保證產品的批次穩(wěn)定性和一致性。

 

 

在單晶方向，大單晶三元正極材料的生產和合成需要克服大單晶對容量和功率性能的負面影響，還需要解決直流內阻大的問題。目前，業(yè)界主要通過摻雜和表面改性技術，來降低產品的游離鋰，提高材料漿料的調整穩(wěn)定性，降低直流內阻，提高單晶三元材料在高溫、高鎳和高壓環(huán)境下的循環(huán)穩(wěn)定性。

在高壓方向，雖然高壓三元正極材料能有效提高材料的能量密度，但在4.4V及以上電壓的應用場景中，面臨著晶體結構穩(wěn)定性、相變、界面副反應、氧釋放等一系列挑戰(zhàn)，這使得材料開發(fā)具有極高的技術壁壘。

高鎳單晶三元正極材料的市場集中度高于三元產業(yè)的整體集中度。2020-2021年，CR3/CR5分別為35%/52%和38%/55%，相比之下，CR3/CR5/93.6%和68.6%，CR3/CR5分別為53.5%/73.8%和53.9%/73.4%，集中度比整體競爭格局更高。

 

三元正極龍頭企業(yè)引領行業(yè)發(fā)展

振華新材：大單晶技術的三元單晶領導者，單晶出貨量第一的三元正極材料企業(yè)。

廈門廈鎢：高壓系列產品積累了豐富的經驗，在正極材料領域處于行業(yè)領先地位。在三元材料方面，公司充分借鑒在鈷酸鋰領域形成的高壓電池技術研發(fā)優(yōu)勢，積極與下游電池廠商合作開發(fā)高壓三元材料，使主要產品在提高能量密度的同時兼具安全性和成本優(yōu)勢。

當升科技：全球布局的龍頭三元材料供應商，具有全球客戶卡位優(yōu)勢的龍頭三元正極材料企業(yè)。公司業(yè)務范圍覆蓋全球，成為國內為數不多的同時向日本、韓國、歐洲和美國銷售三元正極材料的企業(yè)。

容百科技：專注于高鎳三元正極材料的領導者，中國三元正極領導者，專注于高鎳三元正極材料。

五礦集團：產業(yè)鏈整合優(yōu)勢突出的三元正極頭部企業(yè)。公司自2011年進入三元正極材料領域，已具備NCM523、NCM622、NCM811和NCA等三元正極材料的量產能力。