随着我国绿色低碳产业快速发展，新能源汽车渗透率不断提升，储能电池快速增长，锂离子电池行业未来有望保持较高景气度。正极材料作为锂离子电池中锂离子的主要来源，决定着锂电池的性能、安全性、成本，是整个电池的核心。随着下游对锂电池性能要求不断提高，正极材料将迎来新一轮的技术迭代升级。
01
正极材料分类
锂电池按照正极材料体系一般可分为钴酸锂（LCO）、锰酸锂（LMO）、磷酸铁锂（LFP），以及以镍钴锰酸锂（NCM）、镍钴铝酸锂（NCA）为代表的三元材料。钴酸锂工作电压高、振实密度大，电化学性能好，主要应用于3C领域。但原料钴的全球储量十分有限，且钴价格较高，导致电池成本高；锰酸锂能量密度低，循环寿命短，主要应用于小功率及新能源专用车领域。磷酸铁锂和三元材料是目前动力电池使用的主流正极材料。其中，三元电池的比容量高于磷酸铁锂电池，但其安全性和稳定性不如磷酸铁锂电池。
三元材料是以锂镍钴锰氧化物、锂镍钴铝氧化物等为代表的多金属复合氧化物。三元材料凭借其重量能量密度高、循环稳定性好、安全性能好、性价比高等特点，被广泛应用于各类新能源汽车中。
根据镍含量的不同，目前行业主流的三元正极材料可分为低镍（以镍3系为主）、中镍（以镍5系为主）、中高镍（以镍6系为主）和高镍（以镍8系为主），其能量密度通过提高镍含量、充电电压上限、压实密度等手段不断提升，并随着电池端子结构优化的完善而不断提升。
锂电池上游正极材料为锂、钴、镍等矿物原料，与导电剂、粘结剂等混合制成前驱体，前驱体经过一定工艺合成生产出中游正极材料，应用于不同领域。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、安全性能起主导作用，正极材料成本也占比较高。
02
产业链分析
2.1
原材料和设备
正极材料主要原材料包括硫酸镍、硫酸锰、硫酸钴、金属镍、电池级碳酸锂、电池级氢氧化锂等，主要辅料包括烧碱、氨水、硫酸等。这些原辅材料主要为锂、钴、镍、锰、铁等金属资源。主要上游金属资源生产企业包括西藏矿业、天齐锂业等。原材料供应商包括格林美、必和必拓、丸红、天齐锂业等。其中，格林美主营硫酸钴、硫酸镍等硫酸盐，必和必拓主营金属镍粉，天齐锂业主营碳酸锂、氢氧化锂等锂盐。 各类设备上游供应商数量众多，代表企业有赢合科技、先锋智能等。此外，导电剂、胶粘剂等辅助材料也是锂电池正极材料的主要原材料，代表企业有上海惠普实业、三艾法等。
正极材料原材料成本占比较高，其价格受原材料价格影响较大。21年以来，受原材料价格影响，正极材料价格大幅上涨。近期随着采矿过程中新技术的应用以及新矿源的开发，矿山端采矿成本有望下降。中企在印尼布局的红土镍矿项目采矿成本低于传统硫化镍矿，且会有伴生钴产出。预计2022-2023年产能集中释放，将带来原材料端深度降本。预计23年起碳酸锂、氢氧化锂价格随着产能释放逐步下降。同时，电池回收技术的开发应用也能带来原材料端较大的降本空间，但短期内受限于回收渠道不完善、货源不稳定等因素，回收仍无法带来明显的降本效果。
2.2
三元材料
三元材料是以锂镍钴锰氧化物、锂镍钴铝氧化物等为代表的多金属复合氧化物。三元材料凭借其重量能量密度高、循环稳定性好、安全性能好、性价比高等特点，被广泛应用于各类新能源汽车中。
根据镍含量的不同，目前行业主流的三元正极材料可分为低镍（以镍3系为主）、中镍（以镍5系为主）、中高镍（以镍6系为主）和高镍（以镍8系为主），其能量密度通过提高镍含量、充电电压上限、压实密度等不断提升。随着电池末端结构优化的完善，如CTP技术的应用，采用三元正极材料生产的电池PACK能量密度有望进一步提升。
2.3
三元前驱体
硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰（氢氧化铝）是三元前驱体的主要原料，占总成本的比例非常高。根据2020年年报，行业三大公司格林美、华友钴业、中威股份分别占三元前驱体原料成本的86%、87%、93%。在技术方面，前驱体的壁垒主要体现在其非标性比较显著，决定前驱体性能的参数如氨水浓度、pH值、反应时间、反应温度、固含量、流量控制、搅拌强度、杂质等都会导致最终产品的差异。
三元前驱体行业市场集中度较高，头部效应明显，龙头企业中威股份产量遥遥领先，市场占有率达26%，紧随其后的是格林美、华友钴业、湖南邦普，四家企业在制备技术、原料资源、客户绑定等方面均具有明显优势。
03
主流技术路线
高镍、高电压、单晶是三元材料未来的技术升级路径。在新的产业周期中，对电池能量密度、安全性能等的要求越来越严格，同时随着锂电池原材料价格的飙升，降本增效的呼声越来越高，促使三元正极的能量密度、安全性能、性价比被进一步探索。根据能量密度公式，在同等质量下，为实现能量密度的提升，三元正极材料主要通过提高材料充电电压上限（高电压）和提高镍含量（高镍）来提升能量密度。同时，单晶可以提高锂电池的体积容量，提高锂电池的安全性。高镍、高电压、单晶已成为三元材料未来的发展趋势。
3.1
高镍
高镍三元工艺复杂，技术壁垒高。从制备工艺上看，三元正极材料主要通过烧结制备，得到中间产品三元前驱体后，添加锂盐，经过混料、烧结、破碎、筛分、除铁等步骤制成三元正极产品。高镍三元材料相较于低镍、中低镍三元材料，以8系前驱体和氢氧化锂为原料，需经过三次烧结，生产一吨耗时128工时，原料要求和工艺复杂度均高于低镍、中低镍三元材料。
高镍化趋势下，三元材料企业积极布局高镍三元领域，目前高镍产品销售市场主要被海外住友金属矿业、韩国日亚化学、国内NCM技术占据，国内部分企业能够实现8系NCM、NCA正极材料量产，代表企业有容百科技、巴莫科技、当盛科技、杉杉能源、长源锂电等。海外企业有住友金属矿业、韩国日亚化学、韩国L&F等，其中住友和容百科技同在万吨级规模，其余企业均在千吨级。
从高镍含量来看，镍含量越高，相同电压条件下比容量越高，但镍离子半径与锂离子接近，其结构中发生阳离子混入的可能性也较高，容易导致材料比容量下降、倍率性能减弱，材料表面稳定性降低，更容易引发安全问题。同时，8系以上高镍三元正极材料的工艺流程对窑炉设备、匣钵、反应气氛等有特殊要求，往往涉及多次烧结，更难以保证产品的批次稳定性和一致性。目前行业主要通过掺杂、表面包覆等技术手段对材料进行改性，使高镍三元材料热稳定性增强的同时减少应用过程中发生的副反应。
3.2
高压力
高压路线以中镍三元材料为主，通过提高其电压平台，使正极材料在更高的电压下释放出更多的锂离子，从而获得更高的比容量和平均放电电压，进而达到提高能量密度的目的。从目前实际应用的主流产品来看，高压Ni6系典型产品（Ni65）的实际能量密度为735.15Wh/kg，与Ni8系典型产品的739.32Wh/kg比较接近。同时由于高压材料镍含量相对较低，生产工艺相对高镍三元材料没有那么复杂，高压正极材料在提高能量密度的同时，还有一定的安全性提升。
凭借优越的综合性能，高压三元材料市场逐渐打开，各大正极厂商及部分电池企业纷纷进入该领域并加速应用。正极厂商方面，厦钨新能源开发出全新4.4V高压6系三元材料，并成功应用于续航里程1000公里以上的电动汽车;长源锂业高压4.3V、4.35V三元正极材料已批量应用于动力电池领域，4.4V三元正极材料正逐步应用于数码电池领域。电池厂商方面，中信航空于2020年在全球率先采用高压三元电池材料技术量产590模组电池; 其高压快充三元锂电池电芯也将搭载在智能精灵1号上，能量密度达到250Wh/kg以上的行业领先水平，支持150kW超级快充、100kW快充和7.2kW慢充，在80%容量保持的情况下可支持10年30万公里的使用寿命。
但高电压三元正极材料仍面临一系列挑战。在高电压下，由于锂离子大量释放，三元正极材料容易出现晶体结构稳定性差、离子混排、不可逆相变等一系列问题，导致电池循环寿命短、热稳定性低、电解液消耗大等宏观电池失效行为。以上一系列问题需要通过金属离子掺杂、人工包覆层的构建、高电压电解液及添加剂的匹配等手段进行抑制。
三元电池的高镍/高电压拉低瓦时成本。从成本角度看，高镍三元正极材料向超高镍方向发展，减少钴金属的使用，而高压三元正极材料则依靠更高的电压平台，在同样的中镍材料成本体系下实现能量密度的提升。二者在进一步提升电池能量密度的同时，也有效降低了三元锂电池的瓦时成本。
3.3
单晶
从晶体结构来看，三元正极材料可分为单晶和多晶三元正极材料。单晶是指由一个晶核向各个方向均匀生长的晶体，其内部结构基本为完整的晶格，而多晶则由众多取向不同的单晶颗粒组成，其整个晶体结构并非由同一晶格贯穿。常规多晶三元正极材料以二次球形颗粒团聚的形式存在。单晶技术是利用特殊的前驱体和烧结工艺，实现三元正极材料所形成的晶体的特殊结构，在保持现有容量和充放电平台的基础上，试图增加正极材料单晶颗粒尺寸，从而提高其振实密度，提高锂电池体积容量，同时大大提高锂电池的安全性，使锂电池的品质大幅提升。
单晶有两条发展路线，第一是中低镍单晶路线，大单晶产品负载电压更高，部分国产中低镍单晶材料通过高电压可以达到与多晶高镍能量密度相当的水平，Ni55等产品贵金属含量更低，产品在满足能量密度要求的同时，性价比更高。第二是高镍单晶路线，三元材料在高镍环境下不稳定，单晶化学性质稳定，循环性能更佳，相应掺杂可以提高高镍三元材料的安全性能。
单晶化打破了能量密度高、热稳定性差的困境。与团聚颗粒相比，单晶颗粒比表面积小、压实密度高，即使经过多次充放电循环也不会像团聚材料那样出现破裂，因此电池循环寿命长、稳定性好，解决了高镍材料热稳定性差的问题。另外，单晶材料与电解液的界面反应少，高电压下团聚材料的产气问题明显改善。电池产气造成鼓胀变形，也会使极片贴合不紧密，导致电池性能下降，影响循环寿命。
单晶三元正极材料渗透率逐步提升，2020年比亚迪6系全系切换磷酸铁锂刀片电池，单晶三元材料市占率下降。随着下游动力电池企业逐步引入，2021年国内单晶三元材料总产量跃升至14.4万吨，同比增长89.5%。未来随着单晶颗粒制备工艺的不断突破，其倍率性能及容量短板或将得到解决，单晶三元材料有望继续放量。
3.4
磷酸铁锂
磷酸铁锂在安全性、生产成本、循环性能等方面均优于三元材料。磷酸铁锂是一种具有橄榄石结构的磷酸盐。与三元材料相比，在安全性方面，磷酸铁锂的分解温度高于三元材料，且分解时不产生氧气，燃烧没有三元材料剧烈；在生产成本方面，三元材料的原料钴盐和镍盐在我国可开采储量较少，且供应不足，而磷酸铁锂的主要原料铁源和磷源在我国相对丰富，使得磷酸铁锂表现出明显的成本优势；在循环性能方面，磷酸铁锂的晶格结构比三元材料稳定，锂离子的嵌入和脱出对晶格的影响很小，因此具有良好的可逆性。 磷酸铁锂电池单体电芯循环寿命达3000次以上，而三元材料电池单体电芯循环寿命仅为1500次以上。
目前量产工艺分为固相法和液相法两大类，固相法根据前驱体的不同分为磷酸铁法、草酸亚铁法和铁红法，磷酸铁法根据调节pH值的试剂不同分为氨法（氨水）和钠法（氢氧化钠）。固相法和液相法各有优缺点，固相法主要优点是工艺步骤简单，制品压制密度高，但烧结温度高，能耗高，且由于原料是固态研磨混合，制品的均匀性和一致性相对较差。液相法将原料在溶液中以分子水平进行混合，制品的均匀性和一致性较好，批次稳定性好；但工艺较为复杂，控制难度较大。国内磷酸铁锂厂家中，固相法的代表有龙蟠科技、湖南云能等； 液相法的代表是德方纳米。
成本方面，液相法对原料纯度要求较低、能耗低、排放成本低，原料成本和尾矿处理成本较低；磷酸铁法在固相法中建设成本和原料成本较低，氨法经济性较好且成本略低于钠法尾矿。产品性能方面，液相法生产反应过程更均匀，颗粒尺寸更均匀，且颗粒尺寸更容易控制，因此更容易调控产品的电化学性能；固相法产品的性能主要由前驱体的纯度、颗粒尺寸等因素决定，并受到混合烧结工艺一定影响。磷酸铁法因压实密度高、前驱体和烧结工艺成熟、产能建设成本低、周期短等优势而被广泛应用；草酸亚铁法和铁红法因电化学性能差、能量密度低，应用较少。
目前市场现有参与者可分为三类，即目前以磷酸铁锂为主的专业化产能、下游电池厂向后整合的产能、锂电池中游企业横向布局的产能、磷化工与钛白粉化工向前整合的产能。专业化产能目前主要有德方纳米、湖南云能、江西圣华、重庆特瑞、湖北万润、斯特兰以及一些小型产能。电池企业向后整合产能典型产能有北大首创旗下湖南雅城从事正极材料业务，比亚迪、国轩高科自建磷酸铁锂材料产能等。磷化工与钛白粉化工协同业务发展有磷化工起家的安达科技转主营磷酸铁锂，主营钛白粉的龙柏集团、中核钛白布局磷酸铁锂产能发挥协同优势等。
3.5
磷酸铁锰锂
目前磷酸铁锂与三元正极材料无法同时兼顾低成本、高安全性、长循环寿命和高能量密度，业界也在不断探索新型正极材料，以同时兼顾这些优势。磷酸锰铁锂（LMFP）作为磷酸铁锂的升级版，是在磷酸铁锂的基础上掺杂一定比例的锰（Mn）而形成的新型磷酸盐锂离子电池正极材料。与磷酸铁锂相比，磷酸锰铁锂拥有更高的电压平台，能量密度可比磷酸铁锂高出约15%，同时保留了磷酸铁锂电池的安全性和低成本特性。
磷酸锰铁锂兼具磷酸铁锂和三元材料的优点，且生产工艺与磷酸铁锂相似，生产企业学习成本低。随着产能释放、工艺优化及改性技术发展，磷酸锰铁锂竞争优势不断强化，通过替代部分磷酸铁锂需求、与三元材料形成复合材料等方式，渗透率不断提升。磷酸锰铁锂需求主要来自电动两轮车、中低端电动车、储能等领域。
多重优势让磷酸铁锰锂越来越受到市场的青睐。目前，电池企业和正极材料厂商都在积极布局磷酸铁锰锂产能，经过一两年左右的认证周期和产能扩张，磷酸铁锰锂将进入产业化进程。动力电池企业方面，目前拥有磷酸铁锰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和投资布局为主。
04
十强企业
锂电池正极材料十大企业：
宁波容百新能源科技有限公司：
容霸科技专注于锂电池正极材料的研发、生产和销售，由在锂电池正极材料行业拥有20多年成功创业经验的中韩团队联合创立。公司于2019年7月22日在上交所科创板上市。2022年，公司实现营业收入301.23亿元，同比增长193.62%；实现归属于上市公司净利润13.53亿元，同比增长48.54%。
天津巴莫科技有限公司：
天津巴莫科技成立于2002年8月，为华友钴业全资子公司，主要产品包括三元正极材料、钴酸锂正极材料。2022年，公司主要生产基地位于四川省金堂县，由其全资子公司成都巴莫科技有限公司运营。公司正极材料年产能10.5万吨，其中钴酸锂1.35万吨，三元材料9.3万吨。此外，广西巴莫科技有限公司10万吨高镍动力三元前驱体和5万吨高镍动力三元正极材料产线正在建设中，第一条2.5万吨正极产线将于2023年2月正式下线。
北京当盛材料科技有限公司：
当圣科技起源于央企矿冶科技集团有限公司科研组，2010年在创业板上市，是中国第一家以锂电池正极材料为主营业务的上市企业。2022年当圣科技多元化材料产能4.7万吨/年，产量6.3万吨，产能利用率达133.1%，同时还有5万吨产能在建，主要生产基地位于江苏常州、南通海门。
湖南长源锂电科技有限公司：
公司自2002年成立以来一直从事高效电池正极材料的研发和生产，2011年公司正式进入三元正极材料领域，是国内最早从事三元正极材料研发和生产的公司之一，也是国内最早具备三元正极材料量产能力的公司之一。2022年公司实现营业总收入179.8亿元，同比增长162.75%。2023年4月3日，长源锂电公告，2022年三元正极材料总出货量约6.6万~6.8万吨，公司每吨产品净利润约2.2万元，出货产品以中高镍产品为主，合计占比超过80%。
贵州振华新材料有限公司：
公司于2021年9月14日在上交所科创板上市。公司自成立以来专注于锂离子电池正极材料的研发、生产和销售，目前公司拥有两大生产基地，分别位于贵阳和贵西南州义龙新区。截至2022年底，公司已建成年产6.2万吨正极材料生产线，同时募资45亿元，计划新建年产10万吨正极材料生产线，主要生产高镍、中高镍、中镍三元正极材料，并兼容钠离子电池正极材料生产。
2022年，公司实现营业收入139.4亿元，同比增长152.69%；实现营业利润14.5亿元，同比增长212.93%。
贝特瑞新材料集团有限公司：
BTR是中国的最大电极材料制造商，目前会产生磷酸锂业务，并在2022年被剥离。所有高尼克产品均在2022年生产。
BASF 电池材料有限公司：
霍南·尚尚（Hunan ）的新材料有限公司（Ltd. Basf 位于的中心，其全资子公司Basf 电池材料（）有限公司，截至2022年底，Basf 材料的总生产能力为70,000吨材料。
新材料有限公司：
它成立于2006年（由Hunan New Co.，Ltd.投资和建造），位于江苏省 City的经济和技术发展区，主要生产 和Lithe 材料的第二阶段。在生产中，该公司的三元阴极材料的年产能在2022年将超过60,000吨。
New Co.，Ltd。：
New 是 Co.，Ltd。的全资子公司，该公司是行业的世界领导者，这是世界上最大的市场份额。三元材料和磷酸锂。2016年12月20日，新的能源材料业务与 的母公司分开，以建立 New Co.，Ltd。
2022年，该公司的三元材料的销售额达到了46,400吨，同比增长了71.3％，同时，氧化锂的销售额为33,200吨，仍保持其领先地位，该公司在2022年的运营率为2840亿年。每年增加93.3％。
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