鉅大LARGE | 點擊量：368次 | 2022年10月19日
產量利用率分化，龍頭依托技術和客戶優勢壯大
正極：產能利用率分化，龍頭依托技術與客戶優勢壯大
2.1、正極材料是電池性能關鍵，低成本與高比容量是方向
正極材料作為鋰離子電池的重要組成部分，是電池材料中規模最大、產值最高的環節，占比電池完全成本約24%、占比材料成本約40-44%，正極材料對于下游動力電池與新能源車的成本影響巨大。
正極材料的關鍵指標包括比容量、循環性能（壽命）、成本、安全性等。正極材料作為電池的核心部件，對電池的能量密度和循環壽命等指標有重要影響，其容量大小直接影響鋰電池能量密度，循環性能直接影響電池的使用壽命。理想的鋰電池正極材料需要有較大的比容量、循環壽命長、出色的低溫和倍率特性、較高的安全性和環境友好度以及較低的成本等特性。
縱觀正極材料的發展歷史，低成本與高容量始終是突破的主要方向。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
（1）早期鈷酸鋰階段：最早的商業化正極材料，適用于消費電子，成本較高。最早的正極材料為日韓企業開發的大容量鈷酸鋰，其理論容量達到274mAh·g-1，同時壓實密度在產業化的正極材料中最高，制備的電池擁有較高的體積能量密度，因此在電池體積能量密度要求苛刻的消費電池市場具有較為成熟的應用。但其存在成本過高、高電壓下材料結構穩定性較差、實際比容量與理論比容量差距較大（實際容量僅約140mAh·g-1）等問題，無法滿足動力電池的要求。
（2）錳酸鋰和磷酸鐵鋰階段：降低成本，采用比容量稍低的材料。為了降低正極材料的成本，錳酸鋰和磷酸鐵鋰正極迎來發展。雖然在理論比容量上，錳酸鋰和磷酸鐵鋰均低于鈷酸鋰，但一方面其制備的電池能量密度能基本滿足下游要求，另一方面，兩者原材料來源豐富、成本低廉、安全性出色，對續航要求低、成本敏感的下游應用較為友好。其中錳酸鋰循環壽命較短，主要用于電動工具、混動電動車和電動自行車等領域；而磷酸鐵鋰綜合性能優于錳酸鋰，因此在新能源商用車動力電池和儲能電池領域占據主導地位。
（3）三元材料階段：容量提高，成本抬升。為了降低鈷酸鋰的成本，用鎳代替鈷的“鎳酸鋰”正極憑借更低的成本、更高的比容量開始得到應用，但其存在制備困難、材料結構不穩定、電池循環性能差等較難解決的問題，于是鈷和錳摻雜的NCM三元材料得到應用。另一方面，隨著消費者對于新能源車續航里程的要求日益提升，理論比容量更高的三元材料滲透率快速提升。與鈷酸鋰相比，由于鈷元素用量較少，三元材料成本較低；而與錳酸鋰、磷酸鐵鋰相比，其具有更高的比容量，逐漸成為新能源乘用車主流選擇，但其具有成本較高的劣勢。
2.2、三元材料與磷酸鐵鋰是主流，兩者各有優勢將長期共存
目前動力電池主流正極材料為磷酸鐵鋰和三元材料。隨著下游新能源車滲透率的提升，過去幾年正極材料的出貨量保持快速增長。2020年國內正極材料的出貨量達到51萬噸，同比增長26.2%，近5年的復合增長率達到35.2%。由于成本與比容量兼顧，磷酸鐵鋰和三元材料是目前主流正極材料。
三元材料憑高比容量占據主流，磷酸鐵鋰依托成本優勢出貨量回升。由于前期政策補貼傾向長續航里程的新能源車，比容量更有優勢的三元材料出貨量從2015年的3.65萬噸（占比32%）躍升至2020年的23.6萬噸（占比46%）。但隨著新能源車補貼退坡、電池企業降本壓力增大，以及儲能等領域的需求快速上升，2019-2020年低成本的磷酸鐵鋰出貨量占比在下跌三年后迎來持續回升，2020年出貨量達12.4萬噸（同比+40.9%），占比提升3pcts到25%。
2020年正極材料均價處下滑態勢，需求向好帶動當前價格回升。由于正極材料生產成本下降，同時補貼退坡導致的新能源車全產業鏈面臨降本壓力向上游傳導；另一方面，正極材料集中度較低，與下游議價能力相對較弱，2020年全年正極材料均價呈現下滑態勢。2020年Q4以來，受終端新能源車旺盛的需求驅動，正極材料供需趨緊，價格從底部回升。
2.2.1磷酸鐵鋰：成本低廉、循環壽命長、安全性較高
磷酸鐵鋰具有成本低廉、安全性高、循環壽命可以達到與車輛運行生命周期相當等諸多優勢，一度被認為是理想的電動車正極材料，但其能量密度的上限較低，導致其應用受到一定程度的限制。
磷酸鐵鋰制備工藝主要采用高溫固相法合成。從制備工藝來看，磷酸鐵鋰的制備有高溫固相反應法、碳熱還原法、噴霧熱解法、水熱法等，其中高溫固相反應法是目前發展最為成熟也是使用最廣泛的方法。通過將磷酸鐵、鋰源和包覆劑混合研磨并在氮氣中燒制后，經后處理得到產物磷酸鐵鋰。高溫固相法合成工藝簡單，制備條件易控制，但存在晶體尺寸較大、粒徑不易控制、分布不均勻、形貌不規則等缺點，導致產品倍率特性較差。
磷酸鐵鋰的原材料成本大幅低于三元材料。正極材料的產品定價模式較為成熟，一般采用“原材料成本＋其他制造成本＋正極材料企業毛利”的定價模式，其中原材料的成本占比約90%，因此原材料成本很大程度決定了正極材料的成本。
對比來看，磷酸鐵鋰的原材料主要由鋰源（碳酸鋰）、鐵源（亞鐵鹽）和磷源（磷酸鹽）構成，主要原材料價格均較低。常規三元材料（如NCM111，NCM523和NCM622）的鋰源也是碳酸鋰，而高鎳三元材料（NCM811）的鋰源則是一水合氫氧化鋰；三元材料的其他原材料主要包括鎳鹽、鈷鹽和錳鹽,其中硫酸鎳和硫酸錳價格較低且波動穩定，但硫酸鈷的價格較高且波動大，對三元材料成本影響較大，直接導致使用三元材料成本大幅高于磷酸鐵鋰。
自燃溫度較高，燃燒速度緩慢，磷酸鐵鋰安全性能領先。一般而言，磷酸鐵鋰自燃溫度高達800℃，除極端情況外，發生自燃概率相對較低。此外，磷酸鐵鋰高溫分解不會釋放氧氣，因此即使發生自燃，燃燒速度也較緩慢。而三元電池的自燃溫度為200℃，且分解時會釋放氧氣，與電池里可燃的電解液、碳材料一同被點燃，加劇材料燃燒，甚至引發爆炸。對比來看，磷酸鐵鋰電池的自燃像是“煤”的燃燒，三元電池的自燃像是“火藥”的爆炸，磷酸鐵鋰安全性能更高。
磷酸鐵鋰材料穩定，理論循環壽命較長。由于磷酸鐵鋰晶體中的P-O鍵穩定性好，鋰離子的嵌入和脫出對晶格的影響不大，故而具有良好的可逆性，理論循環壽命較長。另一方面，國內的磷酸鐵鋰廠商已擁有成熟的制造工藝，可最大限度地發揮其優勢，實現電池在實際使用中也具有較長的循環壽命。
2.2.2三元材料：高理論比容量帶來相關電池能量密度優勢明顯
三元正極材料分為NCM（鎳鈷錳）和NCA（鎳鈷鋁）兩個體系，其中國內三元材料以NCM為主，日韓以NCA為主。NCM材料中，根據鎳鈷錳三種金屬含量的比例不同，主要分為NCM333、NCM523、NCM622和NCM811，其中NCM811與NCA屬于高鎳三元材料。理論上，材料中鎳的含量越高，材料比容量越大，相同條件下，對應電池的能量密度也越高。
從制備工藝來看，三元前驅體的制備技術壁壘相對較高。三元正極材料的生產主要包括前驅體制備、燒結、包裝等工序，其中前驅體的性能直接決定了燒結后三元材料的理化指標。目前三元前驅體的制備主要采用氫氧化物共沉淀法，通過將硫酸鈷、硫酸鎳、硫酸錳、氫氧化鈉、氨水等原料按一定比例置于反應釜中，使鹽、堿發生中和反應生成三元前驅體晶核并長大。由于在反應過程中需控制鹽、堿、氨水的濃度、原料加入速率、反應溫度、PH、攪拌速率、反應時間、漿料固含量等多個指標，因此前驅體制備是三元材料制備過程中壁壘較高的環節。
三元材料理論比容量較大，對應電池體系能量密度更高。一般而言，三元材料NCM的理論比容量在278mAh·g-1左右，實際比容量根據Ni含量不同在150-220mAh·g-1之間，且受限技術成熟度的限制，國內三元材料出貨仍以NCM523為主，因此其理論性能極限遠未到達。磷酸鐵鋰理論比容量為170mAh·g-1，實際比容量在140-160mAh·g-1，對應電池的能量密度在130-150Wh·kg-1，提升空間相對有限。
2.2.3三元與磷酸鐵鋰將并存，長期來看三元能量密度潛力更大
優勢各顯，國內磷酸鐵鋰和三元材料將并存發展。當前動力電池正極材料的應用來看，在商用車和專用車動力電池領域，磷酸鐵鋰憑借成本優勢與安全性牢牢占據主流；三元材料電池的能量密度更高，對應電動車的續航里程更長，但其成本高于磷酸鐵鋰，安全性與電池壽命也遜色于磷酸鐵鋰，因此在對續航要求較高、價格敏感度相對較低的乘用車領域占比較高。
由于目前國內三元材料的主要出貨產品為NCM523，能量密度優勢相對磷酸鐵鋰較小；且部分電池廠商通過改進電池設計方案等方式提升磷酸鐵鋰電池實際能量密度，如比亞迪的刀片電池技術、寧德時代的CTP技術、國軒高科的JTM技術等，有效縮小了磷酸鐵鋰電池三元電池在能量密度上的差距。我們認為，在動力電池領域，在當前下游補貼退坡成本敏感度提升、高鎳三元技術尚未完全成熟的情況下，磷酸鐵鋰將與三元材料并存發展。
長期看，三元材料理論性能更優，高鎳無鈷化趨勢下，未來發展空間更大。由于磷酸鐵鋰的理論比容量上限較低，目前實際比容量已經接近理論上限，未來提升有限。而近年來三元材料高鎳無鈷化技術不斷優化，高鎳化通過增加鎳元素含量提升材料的比容量，以提升電池能量密度（如寧德時代的第二代NCM811電池能量密度已到達304Wh·kg-1）；無鈷化通過降低鈷含量，有效降低材料成本。隨著三元材料高鎳無鈷化，電池能量密度及生產成本將持續優化，我們認為長期來看三元材料在動力電池領域發展空間更大。
2.3、正極材料當下格局分散，領先企業有望脫穎而出
正極材料進入門檻較低導致行業競爭激烈、集中度分散。一方面，由于正極材料在鋰電池中的成本占比較高，是四大電池材料中市場空間最大的品種；另一方面，低端正極材料的工藝成熟，進入門檻較低，因此國內正極材料行業競爭激烈，行業內企業較多，上游鋰、鈷企業和下游的電池企業等新進入者也在競相布局，導致行業集中度較低。2018年整體正極市場的CR5為34%，CR10為57%。
磷酸鐵鋰行業格局好于三元材料。正極材料中，磷酸鐵鋰由于先前供給過剩價格下跌，行業經歷洗牌，行業內企業數量較少，頭部企業在技術、規模、成本和客戶粘性上均更具優勢。2019年磷酸鐵鋰行業出貨量CR5已達到83%。相比于磷酸鐵鋰，三元材料行業的集中度較低，領先企業優勢不明顯，2019年的出貨量CR5為44%，行業主要企業超過15家。
正極材料產品差異化，行業格局優化。一方面，由于正極材料對于鋰電池性能的影響巨大，隨著國內鋰電池技術的發展，下游客戶對正極材料的性能要求越來越高，高電壓、高倍率等技術領先的產品需求持續增長。另一方面，隨著高鎳無鈷化趨勢以及領先企業的高電壓、高倍率等產品逐步成熟，正極材料的行業競爭格局正在逐步分化，高低端產能的產能利用率差距拉大。
具體來看，領先企業產品產銷更有保障，其依托技術優勢綁定寧德時代、比亞迪、LG、松下等下游電池大客戶，市占率也隨著電池行業的馬太效應而逐步提升。技術領先優勢與大客戶優勢帶動高端正極材料產能接近滿產滿銷，而同質化競爭的低端產能則出現過剩情況，產能利用率相對較低，頭部企業有望脫穎而出。
