锂离子电池正极材料 头豹词条报告系列

锂离子电池正极材料行业分类 根据正极材料的成分分类，目前形成规模化商业应用的锂电池正极材料主要包括磷酸铁锂、三元材料、钴酸 锂和锰酸锂，不同正极材料在性能、安全性、成本等方面各有优劣，应用领域有所差异。 磷酸铁锂材料是一种无机化合物，属于正交晶系橄榄石结构，主要作为锂离子电池正极材料使用。磷酸铁锂材料的原料来源丰富、价格低廉，同时具备安全性好、热稳定性强、循环寿命长等诸多优势，缺陷是能量密度相对较低、低温性能差，适用于新能源纯电动商用车和储能领域。 磷酸铁锂 三元材料是一种多元金属复合氧化物，在锂离子电池正极材料中，指代以镍盐、钴盐、锰盐或镍盐、钴盐、铝盐为原料制成的三元复合正极材料，包括镍钴锰酸锂与镍钴铝酸锂。能量密度高，倍率性能好，缺陷是安全性相对较低，循环寿命短且成本较高，目前主要用于新能源纯电动乘用车动力电池，并在消费电子领域替代了部分钴酸锂的市场。 三元材料 锂离子电池正极材料分类 钴酸锂又称锂钴氧、锂钴复合氧化物，是一种层状结构的金属氧化物，是目前中小型锂离子电池领域中应用最广泛的正极材料，技术成熟，生产工艺简单，且能量密度高，缺陷是成本较高，安全性能低，并对环境有污染。 钴酸锂 锰酸锂是一种无机化合物，通常为尖晶石相，具有资源丰富、成本低、无污染、安全性好等优点，但其较差的储存性能、循环性能、电化学稳定性及低能量密度却大大限制了其产业化，主要应用于对能量密度要求相对不高的锂离子电池，例如一些低端3C数码产品及电动两轮车、共享电动车等微型电动车。 锰酸锂 锂离子电池正极材料行业特征 锂离子电池正极材料行业的进入门槛主要体现在客户渠道壁垒高、工艺技术壁垒高和人才壁垒高三个方面。 在客户渠道方面，锂离子电池生产厂商对供应商粘性较强，新企业要想进入这一领域，必须经过长期的市场开拓和认证过程。在工艺技术方面，锂离子电池正极材料的原材料配置、辅材应用、生产线布局及工艺设置等一系列 工序都需要经验、技术和时间的积累。在人才方面，行业大部分尖端人才集中在领先企业，新进入企业很难形成人才吸引力与完善的人才培养机制，行业内先发企业和新进入企业之间的人才差距不断扩大，形成显著的人才壁 垒。 客户渠道壁垒高 锂离子电池生产厂商对供应商粘性较强，正极材料客户渠道壁垒较高。 锂离子电池生产厂商对供应商在多个方面实行严格的认证机制，包括技术能力、物流能力、质量管理、财 务稳定性、环保能力等方面，检验期长且严格，通常送样到量产耗时数年时间。新企业要想进入这一领域，也必须经过长期的市场开拓和认证过程。一旦形成稳定的合作，客户不会轻易更换供应商。目前国内 锂离子电池行业愈发集中，锂离子电池生产厂商对合作供应商粘性较强，进而提高了锂离子电池正极材料行业壁垒。 工艺技术壁垒高 锂离子电池正极材料工艺技术壁垒较高。 持续研发能力、工艺技术复杂、控制成本能力均是进入锂离子电池正极材料行业的壁垒，此外还有周期 长、生产规模化等其他限制因素存在，使得在原材料配置、辅材应用、生产线布局及工艺设置等一系列工 序上，企业都需要经验、技术和时间的积累。目前国内锂离子电池正极材料各大主流厂商已基本形成了自身的工艺技术体系。近年来，三元正极材料不断往高安全性、高能量密度、高循环次数方向发展，工艺技 术壁垒也逐渐提高。 人才壁垒高 锂离子电池正极材料行业人才壁垒较高。 锂离子电池正极材料发展历程 基于下游应用市场的驱动，锂离子电池正极材料迄今经历三个发展阶段：在1992-2011年的萌芽期，锂离子电池实现产业化，被广泛用于各种产品，消费类3C产品需求扩大是驱动钴酸锂正极材料快速增长的重要因素， 国家政策重点布局纯电动汽车技术发展，锂离子电池开始被用于电动汽车相关用途。在2012-2016年的启动 期，国家政策推动新能源汽车产业化，磷酸铁锂电池行业显著受益，国家政策重视电池能量密度因素，三元材料 受到市场关注，并在新能源汽车领域逐渐广泛应用。在2017年至今的高速发展期，政策补贴退坡致使整车企业的控本需求强烈，磷酸铁锂电池在中低端车型中渗透率快速提升，安全性能、循环性能及成本成为行业关注的重 点问题，磷酸铁锂未来渗透率有望进一步上行。 萌芽期 1992-2011 世界上第一款产业化锂离子电池是由Goodenough发明的钴酸锂正极、A.Yoshino提出的焦炭负极组合而成，配合LiPF6的碳酸丙烯酯与碳酸二乙酯混合溶剂电解液，SONY公司于1992年实现量产，电 池比能量为80Wh/kg。中国电子科技集团公司第十八研究所于1992年也在国内率先开展锂离子电池研究，1994年推出了第一只AA尺寸电池，采用自主开发的人工石墨负极，容量和比能量分别达到 500mAh和94Wh/kg。1997年，中国建成第一条18650锂离子电池生产示范线(C/LiCoO2)，2000年建成天津力神电池公司大生产线。与此同时，中科院物理所等研究机构和诸如比亚迪、华光、光宇 等一批企业单位全力投入锂离子电池技术研究和产业化发展。2001年中国“电动汽车”重大科技专项开始启动，确立了以纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车为“三纵”和电池、电机、电控为 “三横”的“三纵三横”研发布局，纯电动汽车技术作为“三纵”之一得到重点研发部署。2006年 后的ET（Environment & Energy）革命推动了电动汽车需求高涨，具有适合电压高、能量密度大等汽车用二次电池性能的锂离子电池也开始被用于电动汽车相关用途。 中国自主研发成功第一只锂离子电池并建成生产线，研究机构与企业单位合力推进锂离子电池技术研究与产业发展，锂离子电池被广泛用于各种产品，实现产业化，消费类3C产品需求扩大是驱动钴酸 启动期 2012年，国务院出台《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）》，明确提出重点推进纯 电动汽车与插电式混合动力汽车的产业化。同年，工业和信息化部发布《关于组织申报2012年度新能源汽车产业技术创新工程项目的通知》，提出创新目标为2015年电池单体的能量密度达到每公斤 180Wh以上。2013年一季度，使用三元锂离子电池的特斯拉宣布盈利，三元材料优势开始受到市场 关注。2016年，三元材料逐渐广泛应用于新能源汽车。 国家政策推动新能源汽车产业化，磷酸铁锂电池行业显著受益。由于早期政策偏向商用车，国有机构 大量采购商用新能源车，磷酸铁锂电池借助安全性高、循环寿命长及成本低廉的优势在商用车中渗透率极高，出货量迅速增长，同时也开始应用于储能领域。国家政策重视电池能量密度因素，三元材料 受到市场关注，并在新能源汽车领域逐渐广泛应用。 高速发展期 2017-至今 2017年起，国家首次将电池系统的能量密度纳入考核标准，高能量密度、长续航里程成为新能源汽车企业获取补贴的重要考核指标，动力电池企业转向开发高能量密度的三元锂电池，高镍三元材料成 为主流的技术方向，磷酸铁锂市场份额大幅下滑。2019年，《产业结构调整指导目录（2019年 本）》将锂离子电池用三元和多元、磷酸铁锂等正极材料、中间相炭微球和硅碳等负极材料、单层与 三层复合锂离子电池隔膜、氟代碳酸乙烯酯（FEC）等电解质与添加剂列入鼓励类产业范畴。2020年，新能源汽车补贴退坡20%。2021年，新能源汽车补贴在2020年的基础上退坡30%，新能源汽车 市场逐步由政策驱动转向市场驱动。同年《锂离子电池行业规范条件（2021年本）》对正极材料的比容量性能指标参数进行了详细说明，利于进一步加强锂离子电池行业管理，促进锂离子电池行业健 康发展。 在此期间，侧重磷酸铁锂电池业务的企业业绩出现明显下滑，同时由于对于电池能量密度的过度追求 而出现较多电池事故，进而电池的安全性能逐渐引起行业重视。电池企业陆续推出电池结构优化方 案，搭载磷酸铁锂电池的爆款车型进入市场。在补贴退坡的背景下，整车企业的控本需求强烈，磷酸铁锂电池相较于三元电池具备显著的成本优势，在中低端车型中渗透率快速提升，同时特斯拉、小鹏 等车企推出配套磷酸铁锂电池的中高端车型。宁德时代、比亚迪、国轩高科分别推出CTP、刀片电池及JTM技术，从提升系统空间利用率的角落提升整体的能量密度，缓解磷酸铁锂电池的能量密度劣 势。安全性能、循环性能及成本成为行业关注的重点问题，磷酸铁锂未来渗透率将进一步上行。 锂离子电池正极材料产业链分析 锂离子电池正极材料产业链上游为大宗化学制品，生产正极材料的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，主要辅料包括烧碱、氨水、硫酸等，这些原辅材料为大宗化学制品，整体市场供应较为充足，但近两年来硫酸盐（硫酸镍、硫酸钴和硫酸锰）和锂盐（碳酸锂和氢氧化锂）的需 求大幅增长，价格浮动较大。上游代表性参与企业有格林美、天齐锂业、雅化集团等。产业链中游为锂离子电池正极材料制造企业，近年来正极材料出货规模持续增长，竞争格局尚未形成寡头垄断。中游代表性参与企业有容 百科技、巴莫科技、当升科技等。产业链下游为锂离子电池生产厂商，目前全球锂离子电池行业呈中日韩三足鼎立的局面，国际巨头企业有松下电器、三星SDI和LG化学，国内第一梯队为宁德时代和比亚迪，从发展趋势看， 锂离子电池未来在消费、动力与储能领域的市场需求将持续攀升。 锂离子电池正极材料产业链上游原辅材料链路较为复杂，近年来随着新能源汽车产销快速增长，应用于电池 正极材料中的锂盐产品逐渐呈现供不应求态势，价格大幅攀升，头部企业如天齐锂业2021年锂化合物及衍生品 毛利率高达61.9%，议价权较强。长期来看，锂盐价格取决于矿端产能释放情况，而拥有自主可控锂资源的企业有望持续享受红利，锂盐的供给与价格可能成为产业发展的制约因素。中游锂离子电池正极材料平均销售毛利率 较低，光华科技2021年锂电池材料毛利率为11.1%，头部企业如容百科技2021年正极材料毛利率也仅为 15.5%，企业议价权较弱。下游为产业链的核心价值环节，在新能源汽车渗透率提升、储能技术多元化发展、物 联网智能终端更新迭代加速的驱动下，锂离子电池在动力、储能与消费领域的应用增长空间巨大，其高速扩张的 [5] 市场需求将成为刺激上游、中游产业发展的重要动力。 [6 上 产业链上游 生产制造端 大宗化学制品 上游厂商 格林美股份有限公司 天齐锂业股份有限公司 四川雅化实业集团股份有限公司 查看全部 产业链上游说明 正极材料的产业链上游为大宗化学制品。生产正极材料的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，主要辅料包括烧碱、氨水、硫酸等，这些原辅材料为大宗化学制品，整体来看市场供应较为充足。值得关注的是，以上化学制品中硫酸盐（硫酸镍、硫酸钴和 硫酸锰）和锂盐（碳酸锂和氢氧化锂）的价格过去浮动较大。在新能源汽车产销高速增长背景下，上游锂盐产品量价齐升，相关企业业绩大幅增长，近两年来，以碳酸锂为代表的锂盐产品逐渐呈现供不 应求态势，价格大幅攀升，电池级碳酸锂在2022年一度涨至近60万元/吨，较2021年初涨幅超10倍。不过，2023年初电池级碳酸锂价格有所下行，较前期高点已下跌近20%。短期来看锂盐供给仍 然偏紧，仍会维持高位，整体呈缓跌格局；长期来看，锂盐价格取决于矿端产能释放情况，而拥有自主可控锂资源的企业有望持续享受红利。硫酸作为全球产量最大的工业化学品之一，预计2020-2035 年化工行业对硫酸的需求将以年均2.9%速度持续增长。硫酸主要用于生产磷酸盐和硫酸盐，2020年全球硫酸消费总计约2.69亿吨，2021年全球硫酸需求激增至3.13亿吨，其中化工行业硫酸消费量增长 至约1.25亿吨，占总需求的39%。全球脱碳运动刺激了新能源汽车市场对镍和钴等电池金属的需求，从而推动对浸出用途硫酸的需求增长。工业及化学部门使用约3,600万吨硫酸进行金属浸出，约占该 板块硫酸需求的29%。上游供应商包括格林美、必和必拓（