杏彩体育:中金：锂电正极产能加速落地卡位新技术与国际化

　　认为：在全球锂电需求高增、行业产能加速落地、产业链加码国际化的背景下，高镍三元、磷酸锰铁锂等新技术领先或者具有国际化先发布局优势的正极材料企业有望迎来alpha成长机遇。

　　铁锂和三元材料占据主流，新型正极材料逐步实现产业化。磷酸铁锂凭借成本与安全性优势，近年来装机占比大幅提升，2022年装机占比近60%。高镍三元占比逐步提升，高镍化发展趋势明晰。同时，新型正极材料逐步实现产业化。近期磷酸锰铁锂产能加速落地，商业化进程快速推进。钠电池具备成本低、安全性高、低温性能好等特点，钠电正极材料有层状氧化物、普鲁士类似物与聚阴离子化合物三种技术路线，预计层状氧化物或将率先得到应用，其他路线紧随其后。

　　正极材料行业多强林立，部分采取一体化布局的战略。正极材料市场份额较为分散，竞争格局维持多强林立局面，2022年磷酸铁锂与三元材料行业CR5均在60%左右。考虑客户粘性与产品差异等因素，中金研究判断正极材料市场集中度中短期内仍将保持相对稳定。另一方面，出于平抑成本波动和稳定原材料供应的考虑，多家正极材料企业推进上游资源布局，行业一体化趋势或将持续演绎。

　　正极材料产能加速落地，产业链加码国际化。据不完全统计，2025年磷酸铁锂与三元材料名义年产能将达到438、307万吨，截至2022年，磷酸铁锂与三元材料产能分别为202、176万吨，正极材料产能有望加速落地。同时，海外需求崛起叠加政策驱动本土化建设的背景下，国内锂电产业链企业加速全球化之路，海外建厂主要集中于欧洲，大多产能规划于2023年后陆续落地。

　　全球需求有望保持高增。根据测算，2025年磷酸铁锂和三元正极材料需求量有望提升至184/142万吨，2022-2025年CAGR分别为43%/31%，预计正极材料全球需求仍具较大成长空间，行业规划产能在未来三年逐步释放，能够满足正极材料需求。

　　正极材料作为锂离子电池重要组成部分，对电池的能量密度、循环寿命、倍率、内阻等多方面性能有直接影响。电池充电过程中，锂离子在外接电源作用下从正极脱出通过电解质与隔膜迁移到电池负极并嵌入其中。电池放电时嵌入在负极的锂离子脱离负极反向移动至电池正极，同时电子在外接电路中定向移动形成电流。

　　►充当电池锂源：当前主流锂电池以正极材料作为锂源，这就要求正极材料在可逆的充放电过程中接收或释放锂离子；

　　►提供较高电极电位：作为电池高电势端，正极材料需提供较高电极电位且保持充放电过程中电压平台的稳定；

　　►结构稳定：材料体系较高的结构稳定性有助于提高电池的循环寿命，在电池充放电过程中正极材料须保持良好的结构稳定性；

　　当前锂离子电池商业化应用中，正极材料主要类型有正交橄榄石晶体结构的磷酸铁锂、层状结构的镍钴锰三元材料和钴酸锂、立方尖晶石结构的锰酸锂等。磷酸铁锂（LiFePO4）材料具备良好热稳定性与较高循环寿命，但放电平台、压实密度等性能较差，在实际应用中主要通过掺杂元素或材料包覆等手段来提升其导电性能，目前主要在中低续航要求的乘用车、商用车及对循环寿命要求高的储能领域有广泛应用。三元锂电池放电平台比磷酸铁锂电池高，理论比容量与压实密度也有较大提升，但放电过程中热稳定性比较差，主要在对续航里程要求高的中高端新能源车型中应用。钴酸锂电池在高比能量方面有出色性能，但在功率特性、安全性和循环寿命方面表现一般。锰酸锂具有成本低、储量丰富、高安全性等优点，但比容量与循环寿命较差限制了其发展，当前主要应用于轻型动力、物流车等对续航里程要求较低的微型乘用车领域。

　　注: NCM—LiNixMnyCo1−x−yO2 资料来源：李仲明等《锂离子电池正极材料研究进展》(2022)，CIAPS，中国科学院物理研究所，中国粉体网，中金公司研究部

　　磷酸铁锂合成所需主要原材料包括碳酸锂、磷酸铁等，当前主流合成方法有液相法和固相法，两者所需原材料基本相同，工艺流程相差较大。

　　►固相法：当前应用较为广泛，以草酸亚铁、氧化铁和磷酸铁为铁源，以碳酸锂、氢氧化锂和乙酸锂为锂源，按化学剂量配比混合后在保护气体中低温预分解，随后在550℃以上的高温中处理5-20小时。固相法的优点在于工艺流程较为简单，适合工业大规模化生产，但对材料混合环节要求较高，材料混合比例不当或颗粒大小不均会造成产品的一致性较差，会影响最终的电池性能。

　　►液相法：主要有水热/溶剂热法、溶胶凝胶法、共沉淀法等，其制备主要是以水为溶剂，在真空或惰性气体下将氢氧化锂、硫酸亚铁、磷酸按照一定的摩尔比例混合后，在120℃的温度下水热反应5小时，得到磷酸铁锂。液相法的优点在于易控制分子晶型和粒径，合成物的物相均一，循环次数高，缺点在于设备造价高、工艺较为复杂。

　　磷酸铁锂具备成本与安全性优势。成本方面，根据6月1日CIAPS市场报价测算，三元材料NCM523、NCM811成本分别为0.636元/Wh和0.596元/Wh，磷酸铁锂正极材料单价为0.545元/Wh，低于三元正极材料。从安全性来看，三元锂电池更为活跃，而磷酸铁锂电池热稳定性更高，磷酸铁锂晶体中的P-O键在达到700℃以上才会发生分解，在猛烈撞击、针刺和短路的情况下也不易释放大量氧分子，从而大幅降低了剧烈燃烧或爆炸的概率。

　　注：锂电材料价格参考截至2023年6月1日公开市场报价； 资料来源：CIAPS，中金公司研究部

　　凭借成本和安全性的优势，近三年磷酸铁锂电池装机占比逐年提高。磷酸铁锂电池出货占比自2019年7月的25%提升至2023年6月的70%，市场份额大幅提升。如前文所述，根据测算，磷酸铁锂正极材料在单位成本上具有优势。在综合考虑安全性和经济性的基础上，磷酸铁锂更容易受到国内中低端新能源汽车消费者的偏好，中金研究认为未来随着新能源车渗透率提升，新能源车下乡等推广政策或将进一步推动磷酸铁锂出货量增长。

　　三元正极材料是层状镍钴锰（铝）酸锂复合材料。按照镍、钴、锰（铝）的大致构成比例，可分为NCM333、NCM523、NCM622、NCM811、NCA等型号，能量密度与比容量会随镍含量增加而提升。

　　三元锂电池具备能量密度优势。据中国科学院物理所官网，三元锂电池的理论能量密度约为200-350Wh/kg，高于其他正极材料，高能量密度使其更适配长续航里程场景，满足新能源汽车中远程出行需求。《动力电池产业高质量发展行动方案（2023-2025）》[1]显示，2022年我国纯电动乘用车单车平均带电量提升至50.9kWh，续航400公里以上车型占比提升至70.7%。根据乘联会数据，2023年1-6月，中高能量密度电动车型占比有明显提升，125-140Wh/kg区间电池占比大幅提升至39%。

　　三元电池在低温性能方面仍具突出优势。根据研究[2]，在55℃、25℃、-20℃下测试磷酸铁锂电池与三元锂电池的放电电压、容量以及与25℃常规容量的相对值，发现磷酸铁锂电池在容量和放电电压绝对值方面整体低于三元电池。在-20℃放电环境下磷酸铁锂电池放电电压下降至为2.87V，而三元电池仅微幅下降至3.41V。磷酸铁锂电池容量在-20℃环境下迅速衰减至4.32Ah，仅为25℃条件下容量的54.94%，三元电池则为70.14%。

　　高镍三元占比逐步提升，高镍化发展趋势明晰。三元高镍化路线可显著降低材料成本并保证高比容量，得益于更具竞争力的单瓦时成本以及持续涌现的锂电池结构创新技术，作为国内外主机厂高端车型、长续航车型的主流选择，高镍电池市场应用领域长期扩大的趋势明晰，NCM811自2020年6月的17.8%提升至2022年9月的42.5%。

　　#1 锂源选择：高镍三元在烧结中温度过高会影响倍率性能，氢氧化锂相较碳酸锂熔点较低，仅为470℃，可以在相对较低温度下与三元前驱体充分熔融混合，故高镍三元正极材料制备更适合选用氢氧化锂，有利于减少锂残留，提升材料放电比容量。

　　#2 生产流程：高镍工艺流程增加了洗涤（去离子水）、脱水、干燥三个环节。在核心材料煅烧环节，由于高镍三元具有较强吸水性，煅烧环境须保证10%以下湿度，煅烧温度不宜过高以防二次结晶。此外，在一、二次烧结中均注入氧气而非空气，成品批混包装也须使用线 设备选择：

　　注：虚线框内为高镍三元特有工艺流程 资料来源：容百科技招股说明书，鑫椤资讯，中金公司研究部

　　认为NCM811、NCA等镍含量较高的材料体系符合未来下游市场对动力电池能量密度的要求，是驱动新能源车里程普遍提升至600km以上的重要技术路径，有望成为未来大规模商业化应用的方向。新型正极材料有望逐步实现产业化

　　磷酸锰铁锂（LiMn1－xFexPO4）是在磷酸铁锂中掺杂一定比例的锰而形成的新型磷酸盐正极材料，Mn掺杂能够细化材料晶粒，从而明显改善材料的电化学嵌脱锂能力。磷酸锰铁锂材料可改善磷酸铁锂材料的低温性能，具有制备成本低、环境友好、能量密度高、热稳定和循环稳定等优点，具备较好的应用前景。

　　磷酸锰铁锂商业化应用的主要阻碍在于LMFP电子电导率和Li+扩散率相对较低，循环性能差。当产物尺寸过大时，会增加Li+离子的扩散路径，从而降低锂离子的迁移速率，影响材料的倍率性能。碳包裹通过将碳涂层均匀地包覆在材料表面，可有效构建快速导电网。