鋰電正極材料行業(yè)深度報(bào)告-市場規(guī)模快速增長新技術(shù)有望規(guī)?；瘧?yīng)用動力電池中最關(guān)鍵的原材料從電池技術(shù)來看，正極材料決定電池性能正極材料為動力電池電化學(xué)體系提供鋰離子。動力電池作為鋰離子電池的一種產(chǎn)品形式，廣泛應(yīng)用于新能源汽車和電化學(xué)儲能領(lǐng)域。鋰離子電池依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間的移動來實(shí)現(xiàn)充放電，因此也被稱為“搖椅電池”。在充電過程中鋰離子從正極中脫出，嵌入到負(fù)極中；在放電過程鋰離子從負(fù)極中脫出，回到正極中，完成一次充放電過程。在組成鋰離子電池的原材料中，正極材料是鋰的化合物，為電池體系提供鋰離子。因此，從鋰離子電池的工作原理來看，正極材料是最關(guān)鍵的原材料。正極材料按照晶體結(jié)構(gòu)大致可以分為三類。正極材料根據(jù)材料晶體結(jié)構(gòu)可以分為橄欖石結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)和尖晶石結(jié)構(gòu)。LiFePO4是一種典型的橄欖石結(jié)構(gòu)，其晶體沒有連續(xù)的FeO6共邊八面體網(wǎng)絡(luò)，故不能形成電子導(dǎo)電，其導(dǎo)電性比較差。一般通過摻雜或包覆等手段來提升材料的電子導(dǎo)電性能。鈷酸鋰和三元材料是典型的層狀結(jié)構(gòu)的電極材料，LiCoO2在高電壓下有很好的循環(huán)性能，但是鈷具有毒性、成本比較高。因此在其基礎(chǔ)上采用鎳和錳替代鈷的方式發(fā)展出了三元材料，既能夠提升材料克容量，又能夠降低材料成本。LiMn2O4是典型的尖晶石結(jié)構(gòu)電極材料，具有成本低、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，但是該材料在高溫下的循環(huán)性能較差。正極材料性能對于電池性能影響較大。正極材料的克容量對于動力電池的能量密度影響較大。根據(jù)目前廣泛使用的幾種動力電池材料體系來看，在負(fù)極材料不變的情況下，磷酸鐵鋰做正極的電池能量密度較低；當(dāng)正極材料換做克容量較高的5系、6系三元材料后，電池的能量密度也隨之提升，達(dá)到200Wh/kg以上；當(dāng)正極材料采用克容量更高的NCM811材料后，電池能量密度能夠達(dá)到260Wh/kg。此外，正極材料還包括容量更高的高鎳材料，富鋰錳基等，搭配硅基負(fù)極后，其能量密度能夠進(jìn)一步提升到300Wh/kg以上。因此不同的正極材料選擇對于組成動力電池的性能影響較大。從電池成本來看，正極材料占比較高正極材料在動力電池原材料成本中占比最高。動力電池的組成主要有四大關(guān)鍵材料：正極、負(fù)極、隔膜、電解液。根據(jù)我們測算，在磷酸鐵鋰電池的成本組成中，正極、負(fù)極、隔膜、電解液的占比分別為40%、10%、8%、20%，在811三元電池中，占比分別為57%、7%、4%、13%?？梢钥闯觯瑹o論在磷酸鐵鋰電池還是三元電池，正極材料成本占比均最高。因此，正極材料的選擇對于動力電池價(jià)格的影響較大。從制備技術(shù)來看，正極材料制備存在較高技術(shù)壁壘磷酸鐵鋰制備主要采用固相法和液相法兩種。固相合成法是目前應(yīng)用最多、研究最為成熟的合成磷酸鐵鋰的方法，其中，碳熱還原法又是應(yīng)用較為廣泛的。固相合成法使用的鐵源一般為草酸亞鐵、氧化鐵、磷酸鐵等，鋰源一般為碳酸鋰、氫氧化鋰、乙酸鋰等，磷源一般為磷酸-二氫銨、磷酸氫二銨等。將上述原材料按化學(xué)計(jì)量比混合均勻后，在保護(hù)氣(N2、Ar等)下，首先在較低溫度下處理1-5h，使原材料預(yù)分解，然后再在高溫下(550-750℃)處理5-20h，由于原材料種類較多，因此該反應(yīng)方法的關(guān)鍵是原材料混合時(shí)必須均勻。液相法主要有水熱/溶劑熱法、溶膠凝膠法、共沉淀法等，在使初始原料在分子水平上的混合和獲得的前驅(qū)體更均勻，比起固相合成法有無可爭議的優(yōu)勢，但由于對生產(chǎn)條件控制的要求較高，其產(chǎn)業(yè)化相比固相合成法難度要大。其中，水熱/溶劑熱法是較為普及的液相合成法，其相對較為快捷且易操作，以化學(xué)計(jì)量比1:1:3的FeSO4、H3PO4和LiOH為原料，首先將FeSO4溶液和H3PO4溶液混合，然后將LiOH溶液加入混合物中，在120℃條件下進(jìn)行水熱反應(yīng)5h。此種方法在制備過程中，由于鋰/鐵的原子排布混亂，會使大概7%的鐵原子占據(jù)鋰的位臵，使得制備出的產(chǎn)品中磷酸鐵鋰容量不夠高。兩種方法各有優(yōu)劣。固相合成法最大的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備和工藝簡單，制備條件容易控制，較為適合工業(yè)化生產(chǎn)。其缺點(diǎn)是原材料固相不均勻，化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物顆粒較大，粒度分布范圍寬，產(chǎn)品批次一致性較差，對產(chǎn)品導(dǎo)電性、安全性等產(chǎn)生不利影響。液相合成法的優(yōu)點(diǎn)是容易控制晶型和粒徑，物相均一，粉體粒徑小，過程簡單。但其缺點(diǎn)也很明顯：需要高溫高壓設(shè)備，設(shè)備造價(jià)高，工藝復(fù)雜。液相法存在較高技術(shù)壁壘。制備高性能的磷酸鐵鋰還是需采用液相合成法，只是在實(shí)際生產(chǎn)過程中要想辦法優(yōu)化工藝，降低成本。磷酸鐵鋰龍頭企業(yè)德方納米就是采用的液相合成法——“自熱蒸發(fā)液相合成納米磷酸鐵鋰技術(shù)”。該技術(shù)綜合了自熱蒸發(fā)液相合成法、非連續(xù)石墨烯包覆等技術(shù)，在常溫常壓下，通過將原料鋰源、鐵源、磷源和輔料混合后即可自發(fā)反應(yīng)，反應(yīng)放熱后快速蒸發(fā)水分而自動停止反應(yīng)，得到納米磷酸鐵鋰的前驅(qū)體，而后在燒結(jié)過程中加入碳源，進(jìn)行兩次的高溫分解，得到非連續(xù)的石墨烯包覆磷酸鐵鋰顆粒。兩種方法各有優(yōu)劣。固相合成法最大的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備和工藝簡單，制備條件容易控制，較為適合工業(yè)化生產(chǎn)。其缺點(diǎn)是原材料固相不均勻，化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物顆粒較大，粒度分布范圍寬，產(chǎn)品批次一致性較差，對產(chǎn)品導(dǎo)電性、安全性等產(chǎn)生不利影響。液相合成法的優(yōu)點(diǎn)是容易控制晶型和粒徑，物相均一，粉體粒徑小，過程簡單。但其缺點(diǎn)也很明顯：需要高溫高壓設(shè)備，設(shè)備造價(jià)高，工藝復(fù)雜。液相法存在較高技術(shù)壁壘。制備高性能的磷酸鐵鋰還是需采用液相合成法，只是在實(shí)際生產(chǎn)過程中要想辦法優(yōu)化工藝，降低成本。磷酸鐵鋰龍頭企業(yè)德方納米就是采用的液相合成法——“自熱蒸發(fā)液相合成納米磷酸鐵鋰技術(shù)”。該技術(shù)綜合了自熱蒸發(fā)液相合成法、非連續(xù)石墨烯包覆等技術(shù)，在常溫常壓下，通過將原料鋰源、鐵源、磷源和輔料混合后即可自發(fā)反應(yīng)，反應(yīng)放熱后快速蒸發(fā)水分而自動停止反應(yīng)，得到納米磷酸鐵鋰的前驅(qū)體，而后在燒結(jié)過程中加入碳源，進(jìn)行兩次的高溫分解，得到非連續(xù)的石墨烯包覆磷酸鐵鋰顆粒。市場格局或仍有變數(shù)，技術(shù)壁壘將成未來競爭關(guān)鍵出貨量保持增長，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變化正極材料整體出貨量增速較快。正極材料近幾年的出貨量增長較快，2016年出貨量為16.1萬噸，到2021年增長至109.4萬噸，年均復(fù)合增速為46.70%。2021年正極材料出貨量同比大幅增長98.5%，增速創(chuàng)歷史新高。其中磷酸鐵鋰出貨量從2016年的5.56萬噸增長到2021年的45.5萬噸，年均復(fù)合增速為52.26%；三元材料出貨量則從5.4萬噸增長到42.2萬噸，年均復(fù)合增速為50.86%?？梢钥闯?，近6年磷酸鐵鋰的增長速度較快。三元材料出貨量增速穩(wěn)定，高鎳趨勢明確。2016-2020年，國內(nèi)三元材料出貨量由5.4萬噸增長至23.5萬噸，年均復(fù)合增速為44.43%。其中，高鎳三元正極材料出貨量占三元材料的比重從1%提高到24%，三元材料高鎳趨勢顯著。2021年，受益于國內(nèi)外新能源汽車市場蓬勃發(fā)展，根據(jù)EVTank統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，全球三元材料出貨量達(dá)到71.8萬噸，同比增長70.9%；國內(nèi)三元材料出貨量達(dá)到42.2萬噸，同比增長79.6%。根據(jù)EVTank數(shù)據(jù)，2021年高鎳三元占三元材料出貨比重超過36%，高鎳趨勢進(jìn)一步明確。材料價(jià)格呈現(xiàn)大幅增長。正極材料價(jià)格受上游原材料影響較大，近幾年上行趨勢較為顯著。2021年，電池級碳酸鋰價(jià)格由5.15萬元/噸上升至27.75萬元/噸，漲幅超過400%。2022年3月以來，碳酸鋰價(jià)格已突破50萬元/噸。作為正極材料成本的重要組成部分，碳酸鋰價(jià)格高漲給下游企業(yè)造成較大壓力，磷酸鐵鋰材料價(jià)格在一年內(nèi)由4.85萬元/噸上漲至16.8萬元/噸，漲幅達(dá)到246%。對于三元材料，其成本還受到鎳、鈷、錳材料的影響，價(jià)格呈現(xiàn)大幅增長趨勢。鐵鋰材料市場份額逐步走高。2017-2021年，磷酸鐵鋰出貨占比從21.72%提升至41.59%，市場份額多年來首次超過三元材料，主要得益于原材料價(jià)格高漲背景下，磷酸鐵鋰成本優(yōu)勢進(jìn)一步顯現(xiàn)。同時(shí)伴隨補(bǔ)貼政策退坡，市場對高能量密度的三元材料需求增速放緩。刀片電池、CTP等技術(shù)的逐步成熟也將帶動磷酸鐵鋰電池成組效率提高，能量密度有所改善。未來隨著磷酸鐵鋰產(chǎn)能持續(xù)擴(kuò)張，其市場份額有望進(jìn)一步提升。正極材料市場受新能源汽車補(bǔ)貼影響較大。2013年以來，我國逐步調(diào)整補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)，對續(xù)航里程、能量密度等指標(biāo)提出更高要求，帶動能量密度更高的三元材料相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈快速發(fā)展。隨著補(bǔ)貼政策逐步退坡，成本更低、安全性更高的磷酸鐵鋰技術(shù)路線回歸市場，帶動市場格局進(jìn)一步轉(zhuǎn)變。為促進(jìn)新能源汽車市場發(fā)展，我國補(bǔ)貼政策實(shí)行平緩?fù)似拢?020-2022年補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)分別在上一年基礎(chǔ)上退坡10%、20%、30%。2021年12月31日，四部委印發(fā)《關(guān)于2022年新能源汽車推廣應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)貼政策的通知》，明確2022年底終止補(bǔ)貼政策。由于正極材料在動力電池成本中占比最高，受到影響較大，下游補(bǔ)貼紅利的逐步消退將對正極材料價(jià)格帶來下行壓力。市場格局尚未穩(wěn)定，新進(jìn)入者增加正極材料市場集中度處于較低水平。正極材料為動力電池產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，新進(jìn)入者眾多。一方面下游動力電池廠商出于產(chǎn)品質(zhì)量、供應(yīng)鏈保障等考慮，會自產(chǎn)部分正極材料；另一方面，上游原材料廠商和回收企業(yè)具有資源優(yōu)勢，也會向下布局，一定程度上擠占正極材料廠商的市場空間。目前磷酸鐵鋰成本優(yōu)勢顯現(xiàn)、三元材料向高鎳低鈷趨勢發(fā)展、新型材料逐漸受到市場關(guān)注，不同技術(shù)路線均有其應(yīng)用領(lǐng)域，正極材料市場格局有待重塑。2016年以來，中國正極材料市場競爭較為激烈，行業(yè)集中度處于較低水平，CR3基本維持在22%左右，CR5未超過35%。根據(jù)EVTank數(shù)據(jù)，2021年正極材料整體市場集中度仍然較低，前十名企業(yè)市場份額低于50%，市場格局尚未形成。三元材料市場格局相對分散。三元材料近年來市場格局變化不大，CR3基本保持在30%-35%，CR5基本保持在50%左右。隨著三元材料高鎳化趨勢進(jìn)一步明確，以8系、9系產(chǎn)品為主的三元材料廠商市場份額逐步提高。其中容百科技為高鎳龍頭，出貨量連續(xù)3年位于行業(yè)首位。此外，行業(yè)前十名廠商排序存在較明顯波動，且每年都有新企業(yè)進(jìn)入市場，競爭較為激烈。陸續(xù)有企業(yè)進(jìn)入磷酸鐵鋰行業(yè)。2020年下半年以來，新能源汽車行業(yè)持續(xù)升溫，磷酸鐵鋰市場需求回暖，疊加磷酸鐵鋰行業(yè)壁壘不高等因素，各行業(yè)廠商加入擴(kuò)產(chǎn)熱潮。傳統(tǒng)廠商德方納米、湖南裕能加速擴(kuò)產(chǎn)進(jìn)程，設(shè)計(jì)產(chǎn)能合計(jì)近百萬噸；湖北萬潤、富臨精工等企業(yè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，規(guī)劃產(chǎn)能均超20萬噸。當(dāng)升