鋰和磷是磷酸鐵鋰正極的主要原材料，而三元正極中除了鋰以外還要用到鈷、鎳、錳三種金屬。磷酸鐵鋰主要原材料為低成本的鐵和磷，無(wú)需價(jià)格較為昂貴的鈷鎳錳材料，因此磷酸鐵鋰的平均生產(chǎn)成本低于三元電池。鐵鋰電池還有安全性高、循環(huán)次數(shù)高的優(yōu)勢(shì)，但能量密度較低和低溫性能比三元電池要差。
不過(guò)當(dāng)鐵鋰電池連在一起，成組效率高85%以上，如Pack后的能量密度在130-140wh/kg。而三元雖然單體能量密度在200-250為主，但成組效率低一些，只有75-80%左右，Pack后的能量密度普遍在140-160wh/kg，高鎳三元在180wh/kg左右。但相比于成本優(yōu)勢(shì)，磷酸鐵鋰漲價(jià)了才60-70元/公斤，三元幾乎貴了三倍，要在180-190元/公斤，是它的3倍了。
我國(guó)在新能源汽車(chē)補(bǔ)貼驅(qū)動(dòng)階段，政策對(duì)于能量密度的要求，三元成為主要的技術(shù)路線。伴隨補(bǔ)貼的退坡以及鐵鋰電池CTP、刀片技術(shù)的應(yīng)用，鐵鋰電池呈現(xiàn)明顯回潮的趨勢(shì)。鐵鋰電池滲透率從2020年2月的13%增長(zhǎng)至2021年9月的61%。
目前鐵鋰基本達(dá)到理論能量密度上限，難以進(jìn)一步提升，主要應(yīng)用于中低端車(chē)型以及高端品牌標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航版本，比如特斯拉M3和MY的標(biāo)準(zhǔn)版都是鐵鋰正極，高配版普遍采用三元正極，尤其是能量密度更高的高鎳三元。在2021年的上海車(chē)展中，超過(guò)40款新能源汽車(chē)車(chē)型選擇高鎳三元技術(shù)路線，占比超過(guò)50%，包括奔馳、寶馬、奧迪、本田等知名品牌，高鎳三元材料憑借其突出的性能優(yōu)勢(shì)成為終端車(chē)企的重要技術(shù)路線選擇。
而未來(lái)伴隨新能源汽車(chē)智能化程度的提高，單車(chē)電耗將顯著增加，對(duì)于動(dòng)力電池高能量密度的追求將會(huì)持續(xù)，歐洲電動(dòng)車(chē)仍以三元正極為主。國(guó)內(nèi)鐵鋰電池滲透率已達(dá)上限，預(yù)計(jì)三元市占率將企穩(wěn)回升。
三元正極成本中原材料占比超過(guò)9成，主要由鋰、鎳、鈷、錳等金屬原料構(gòu)成。鋰源以氫氧化鋰作為前驅(qū)體，成本占比最高，鈷鎳接近，錳價(jià)值量較低。鎳含量提升可以增加電池的續(xù)航能力，鈷含量提升可以增強(qiáng)電池的穩(wěn)定性，錳含量提升可以保持電池的安全性，企業(yè)可以根據(jù)具體需求選擇添加比例。
根據(jù)鎳鈷錳在三元材料制備過(guò)程中的投放比例，可以將三元電池分為高鎳與低鎳兩類(lèi)， 高鎳電池包含 NCM811、NCM622 等，低鎳電池有 NCM523、NCM111 等，另外用鋁代替錳的鎳鈷鋁（NCA）三元電池也屬于高鎳電池的一種。
鈷是一種稀有金屬，2020年全球探明鈷礦儲(chǔ)量710萬(wàn)噸，其中剛果(金)儲(chǔ)量360萬(wàn)噸，占比50%； 目前中國(guó)已探明鈷儲(chǔ)量約8萬(wàn)噸，僅占全球總儲(chǔ)量約1%，高度依賴(lài)進(jìn)口。全球年產(chǎn)基本穩(wěn)定在15萬(wàn)噸，2021年全球鈷產(chǎn)量為17萬(wàn)噸，已經(jīng)創(chuàng)歷史新高，民主剛果是世界最大鈷生產(chǎn)國(guó)，占全球鈷產(chǎn)量的70%以上。2021年我國(guó)精煉鈷（包括電解鈷、鈷粉、鈷鹽等，折金屬量）產(chǎn)量12.8萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)26.7%；當(dāng)前國(guó)內(nèi)鈷金屬價(jià)格為50萬(wàn)元/噸，長(zhǎng)期看，鈷價(jià)和鎳價(jià)保持三倍的比例關(guān)系。
高續(xù)航里程需求和成本控制的趨勢(shì)下，三元正極高鎳化是大勢(shì)所趨。若要提高電池的能量密度，提升車(chē)輛續(xù)駛里程，必須增加鎳含量，下降成本就要降低鈷含量。目前電池能量密度方面鎳鈷鋁酸鋰＞鎳鈷錳酸鋰811＞鎳鈷錳酸鋰622＞鎳鈷錳酸鋰523。理論上生產(chǎn)每 Gwh 的NCM523、NCM811需要的鈷金屬量分別為220和91 噸，需要的鎳金屬量分別為548和725噸。
三元材料逐漸從中低鎳往高鎳化發(fā)展，目前高鎳811材料體系已基本成熟，2021年國(guó)內(nèi)高鎳材料總產(chǎn)量達(dá)到15.23萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)222.4%，市場(chǎng)份額從2019年的12.5%快速提升至38.3%。2022年國(guó)內(nèi)高鎳三元正極材料的產(chǎn)量持同比翻倍增長(zhǎng)，在三元材料中的滲透率已經(jīng)達(dá)到45%。目前海外大廠例如LG幾乎只生產(chǎn)高鎳三元電池，松下的NCA電池技術(shù)成熟、出貨量占全部動(dòng)力電池的 60%，中國(guó)的高鎳三元市占率與海外大廠相比，還有較大的提升空間。
國(guó)內(nèi)磷酸鐵鋰產(chǎn)能急劇擴(kuò)張，由21年的64萬(wàn)噸/年，到24年產(chǎn)能將增至203萬(wàn)噸，相較而言，僅4家公司在21年發(fā)布了三元正極材料擴(kuò)產(chǎn)公告，預(yù)計(jì)24年，三元電池正極材料產(chǎn)能將增加33萬(wàn)噸，遠(yuǎn)低于磷酸鐵鋰產(chǎn)能增量。高鎳三元技術(shù)門(mén)檻高，在制備工藝及生產(chǎn)設(shè)備方面都有嚴(yán)格的要求，這給后續(xù)進(jìn)入者增加了難度。
高鎳三元材料要求燒結(jié)溫度不能高于800℃，碳酸鋰熔點(diǎn)過(guò)高，不易燒結(jié)，使用氫氧化鋰做原料可以使其在燒熔過(guò)程中與三元前驅(qū)體均勻充分的混合，所以氫氧化鋰為高鎳三元鋰離子電池的必然選擇。
氫氧化鋰生產(chǎn)主要分為鋰輝石制備氫氧化鋰和鹽湖制備氫氧化鋰兩種路線。鋰輝石可一步直接生產(chǎn)氫氧化鋰，鹽湖則需要先產(chǎn)出工業(yè)級(jí)碳酸鋰后再苛化生產(chǎn)氫氧化鋰。國(guó)內(nèi)企業(yè)主要使用鋰輝石通過(guò)硫酸酸化焙燒生產(chǎn)氫氧化鋰。三元正極材料應(yīng)用在高端車(chē)型，氫氧化鋰的認(rèn)證壁壘較高，中國(guó)已通過(guò)國(guó)外認(rèn)證的四家企業(yè)（贛鋒、天齊、盛新、雅化）均是通過(guò)使用自有礦山加通過(guò)長(zhǎng)協(xié)鎖定海外礦山的形式保證自己的鋰資源供給，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。部分通過(guò)碳酸鋰苛化制備氫氧化鋰的廠家，由于購(gòu)買(mǎi)的原料為工業(yè)級(jí)碳酸鋰，本身原料存在雜質(zhì)較多、原料來(lái)源不穩(wěn)定的情況，因此對(duì)后續(xù)除雜工藝的要求更為嚴(yán)苛，產(chǎn)品一致性較低，因此較難成為中國(guó)的主流生產(chǎn)工藝。
2021年，中國(guó)氫氧化鋰總產(chǎn)量為17.5萬(wàn)噸，同比上漲51%，國(guó)內(nèi)產(chǎn)能占全球一半以上，主要集中在贛鋒鋰業(yè)，雅化集團(tuán)，天宜鋰業(yè)（天華超凈），天齊企業(yè)等大廠中。全球動(dòng)力電池對(duì)氫氧化鋰的實(shí)際需求總量到2025年將達(dá)到58萬(wàn)噸。
除了使用熔點(diǎn)更低的氫氧化鋰作為原材料外，高鎳正極工藝條件更為苛刻。降低燒結(jié)溫度同時(shí)保證燒結(jié)質(zhì)量，則要增加燒結(jié)時(shí)間，一般相對(duì)中低鎳三元需要多次燒結(jié)，進(jìn)而增加了制造費(fèi)用和降低了單線產(chǎn)能。同時(shí)，高鎳良品率偏低意味著更多的原材料損耗，也會(huì)增加相應(yīng)成本。高鎳的原材料單噸成本漲幅小于中低鎳，故原材料差距逐步縮小，疊加資本開(kāi)支下降、技術(shù)工藝優(yōu)化改進(jìn)良品率提升，瓦時(shí)成本逐步降至中低鎳以下。
高鎳三元消耗的鋰鹽更多，因而在鋰鹽價(jià)格上漲時(shí)營(yíng)業(yè)成本承壓更大，但較高的加工費(fèi)帶動(dòng)高鎳三元毛利率均維持在較高水平，體現(xiàn)了較強(qiáng)的定價(jià)能力和盈利水平。高鎳帶來(lái)能量密度提升與整體車(chē)輛減重與降本的優(yōu)勢(shì)，因此三元正極企業(yè)紛紛加大高鎳布局，市場(chǎng)加速向高鎳化傾斜。
當(dāng)前國(guó)內(nèi)三元正極市場(chǎng)格局較為分散，2021年CR3市場(chǎng)份額約38%，CR5約56%，與負(fù)極、隔膜、電解液相比集中度處于最低水平。行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)較為激烈，第一梯隊(duì)企業(yè)之間市占率相差不大，暫時(shí)沒(méi)有絕對(duì)龍頭出現(xiàn)。
和磷酸鐵鋰相比，三元正極產(chǎn)品豐富、迭代速度快，資本開(kāi)支強(qiáng)度高，企業(yè)產(chǎn)能擴(kuò)張相對(duì)謹(jǐn)慎。各廠商產(chǎn)能較為平均，單一廠商無(wú)法滿足頭部電池廠的全部需求。頭部客戶為滿足需求和保障供應(yīng)鏈安全會(huì)將正極材料分給幾家供應(yīng)商一起供貨。雖然三元正極行業(yè)整體集中度較低，但是競(jìng)爭(zhēng)格局正逐步優(yōu)化，以容百科技、當(dāng)升科技、天津巴莫及長(zhǎng)遠(yuǎn)鋰科為代表的第一梯隊(duì)陣營(yíng)優(yōu)勢(shì)逐步擴(kuò)大。
結(jié)構(gòu)上看，三元正極行業(yè)特性以及較分散的格局決定了一線廠商基本滿產(chǎn)滿銷(xiāo)供不應(yīng)求，前期低端產(chǎn)能逐步淘汰，行業(yè)整體產(chǎn)能利用率逐步提升。2021 年國(guó)內(nèi)三元正極產(chǎn)能利用率為58%，國(guó)內(nèi)前五大企業(yè)產(chǎn)量占行業(yè)總供應(yīng)量的50%，平均產(chǎn)能利用率達(dá)91%。
在全球新能源汽車(chē)需求爆發(fā)的背景下，正極材料市場(chǎng)空間廣闊。經(jīng)測(cè)算，22/23年全球三元正極的需求達(dá)88/105萬(wàn)噸，25年預(yù)計(jì)高達(dá)196萬(wàn)噸；其中22/23年高鎳三元的需求達(dá) 49/69萬(wàn)噸，25年預(yù)計(jì)高達(dá)156萬(wàn)噸，5年復(fù)合增長(zhǎng)率46%。
2021 年下游強(qiáng)勁需求帶動(dòng)高鎳三元應(yīng)用提速，長(zhǎng)遠(yuǎn)鋰科、振華新材等企業(yè)依托前期的技術(shù)儲(chǔ)備，通過(guò)資本市場(chǎng)融資加快產(chǎn)能建設(shè)，快速搶占高鎳市場(chǎng)份額，市場(chǎng)集中度出現(xiàn)一定下滑。
容百科技，2021 年三元正極出貨5.23萬(wàn)噸，其中高鎳占比超過(guò)90%，位居國(guó)內(nèi)第一、全球第二。公司主要客戶包括CATL、孚能科技、蜂巢能源、SK、億緯鋰能等國(guó)內(nèi)外知名電池廠商，22-25 年將成為CATL三元正極粉料第一供應(yīng)商，凸顯強(qiáng)大綜合實(shí)力。21年年底公司建成三元正極產(chǎn)能12萬(wàn)噸，預(yù)計(jì)22年底建成產(chǎn)能可超25萬(wàn)噸，到25年，公司將擴(kuò)大高鎳正極產(chǎn)能至60萬(wàn)噸以上規(guī)模，競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步擴(kuò)大。
當(dāng)升科技多年來(lái)積極開(kāi)拓國(guó)際市場(chǎng)， 業(yè)務(wù)范圍涵蓋日韓、歐洲和美國(guó)，目前海外營(yíng)收占比超過(guò)37%。公司通過(guò)與SK、LG 等頭部電池廠緊密合作成功進(jìn)入一線車(chē)企供應(yīng)鏈，預(yù)計(jì)2022年高鎳三元出貨占比提升至30%。預(yù)計(jì)2022年高鎳三元出貨占比提升至30%，2022年三元正極有效產(chǎn)能預(yù)計(jì)達(dá)到9萬(wàn)噸，2023年預(yù)計(jì)達(dá)到13萬(wàn)噸。
華友鈷業(yè)，收購(gòu)天津巴莫38.6%股權(quán)且完成并表，成功躋身三元正極第一梯隊(duì)，形成從上游鎳鈷資源及冶煉、前驅(qū)體、正極材料到回收利用的產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán)。
三元正極前驅(qū)體是制造三元正極的原材料，2021年全球三元前驅(qū)體材料總產(chǎn)量達(dá)75萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)80%，預(yù)計(jì)2022年全球三元前驅(qū)體產(chǎn)量103萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)38%。國(guó)內(nèi)三元前驅(qū)體行業(yè)產(chǎn)量 CR4 集中度高達(dá)62%，分別是中偉股份、格林美、華友鈷業(yè)和湖南邦普其中，中偉股份市占率提升至26%，保持行業(yè)第一。
中偉股份的主要客戶為L(zhǎng)G化學(xué)、廈門(mén)鎢業(yè)、特斯拉，20年?duì)I收累計(jì)占比在 73%，其中LG 化學(xué)是中偉股份的最大客戶，占公司營(yíng)收三成。電池廠商對(duì)于正極材料及正極材料前驅(qū)體廠商的驗(yàn)證周期較長(zhǎng)，一般需要1-2年，全球領(lǐng)先的鋰離子電池廠商驗(yàn)證周期更長(zhǎng)。
LG 化學(xué)動(dòng)力電池裝機(jī)量在全球市占率約為 20%，是特斯拉、大眾的電池供應(yīng)商。21年1月LG新能源上市，宣布將產(chǎn)能2021年末前將電池年產(chǎn)能增加到156GWh，預(yù)計(jì)到2023年進(jìn)一步提升到260GWh，到2025年實(shí)現(xiàn)430GWh的產(chǎn)能。按照LG在 2023年 260Gwh的產(chǎn)能，大約需要前驅(qū)體產(chǎn)能約40萬(wàn)噸，這是中偉股份20年底11萬(wàn)噸三元前驅(qū)體產(chǎn)能的3.6倍，假設(shè)公司大約占據(jù)LG前驅(qū)體供應(yīng)比例在30%，對(duì)應(yīng)為12萬(wàn)噸的產(chǎn)能需求。中偉公司在2020 年3月與特斯拉達(dá)成銷(xiāo)售協(xié)議，合同期限為三年，公司將為特斯拉提供三元前驅(qū)體，特斯拉自產(chǎn)電池計(jì)劃有望帶動(dòng)中偉股份的成長(zhǎng)。
為了提升能量密度和降低成本，電池尺寸越做越大。從18650電池到2170電池，體積提升46%，能量提升50%；從 2170電池到4680 電池，體積提升448%，能量提升400%。比亞迪和寧德時(shí)代都走的方形封裝路線，特斯拉的4680則屬于圓柱型。圓柱型是最為成熟的技術(shù)路徑，從消費(fèi)電子開(kāi)始，采用鋼鋁把圓柱的電池包裝起來(lái)，一直是生活中最常見(jiàn)的電池。
特斯拉4680電池通過(guò)電池設(shè)計(jì)、正負(fù)極材料、生產(chǎn)工藝和系統(tǒng)集成等方面的優(yōu)化和創(chuàng)新，解決了動(dòng)力電池高成本的痛點(diǎn)，成本下降56%；能量密度提高至300Wh/kg，續(xù)航達(dá)到750km左右，解決了短續(xù)航的痛點(diǎn)；最大充電電流6C，15min充70%的電量，解決了充電慢的痛點(diǎn)。圓弧形設(shè)計(jì)降低了電池間熱擴(kuò)散的概率，電池更安全。這意味著更少電芯數(shù)量，更高成組率。比如同樣用于75kWh的電動(dòng)車(chē)?yán)?，需?400個(gè)2170的電芯，若換為4680電芯僅需要950個(gè)；同時(shí)，更少的電芯數(shù)量降低了組裝時(shí)間，提升成組效率，帶來(lái)了成本優(yōu)勢(shì)。
綜合來(lái)說(shuō)，4680是一款有潛力成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)品的電池，它的材料體系應(yīng)用激進(jìn)，采取了超高鎳低鈷正極+硅碳負(fù)極的方案，疊加CTC提升布置效率，節(jié)省了370個(gè)零部件，為車(chē)身減重10%，將每千瓦時(shí)的電池成本降低7%，增加14%的續(xù)航，彰顯了特斯拉的野心。
預(yù)測(cè)2025年后，4680電池將成為中高端車(chē)型電池的主流選擇。預(yù)計(jì)特斯拉2025年銷(xiāo)量達(dá)到380萬(wàn)輛，預(yù)計(jì)60%車(chē)型搭載4680電池，4680電池的需求將達(dá)到236GWh。4680電池的組件上的幾個(gè)特點(diǎn)：正極為高鎳三元正極材料，負(fù)極材料為含硅的硅碳復(fù)合材料，以及適用了更安全、更穩(wěn)定的含有LIFSI的新電解液。特斯拉4680自有產(chǎn)能不能滿足整車(chē)需求，松下和LG有望繼2170電池后，繼續(xù)供貨4680 電池。億緯鋰能布局4680較早，擁有多年圓柱項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，億緯鋰能有望憑借4680實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)突破，提升自身市場(chǎng)占比。
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