2022三元正極材料行業深度報告：三元正極技術篇深挖護城河-220520（50頁）.pdf

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1、三 元 正 極 技 術 篇 ： 深 挖 護 城 河2022三元正極材料行業深度報告證券研究報告電力設備與新能源行業/行業專題報告2022年5月20日分析師：張文臣登記編號： S1220522010003分析師：方杰登記編號： S1220522030001分析師：劉晶敏登記編號： S1220522010004分析師：周濤登記編號： S1220522010002聯系人：申文雯登記編號： S1220122030009P 2摘要正極材料是鋰電池的重要組成部分。正極材料對鋰電池的很多關鍵性能都有直接影響，包括容量、壽命、倍率、安全性等。三元電芯中，三元正極材料成本占比一般超過50%。三元正極材料呈現三大

2、發展趨勢。當前三元正極材料技術不斷迭代，推動鋰電池行業進一步向前發展?？傮w而言，三元正極材料主要有三大發展趨勢：單晶化、高電壓化、高鎳化。（1）單晶化，正極材料由多晶向單晶發展，可以提高壓實密度、循環壽命等。正極單晶化，對燒結工藝提出更高要求，并且更高溫度燒結容易加劇鋰鎳混排，單晶化也容易引起倍率性能降低。（2）高電壓化，提高鋰電池的充電截止電壓，可以提高正極材料的克容量，從而提高鋰電池的能量密度。但是提高充電電壓，容易引起正極材料表面結構重構、過渡金屬溶解并在負極表面沉積、電解液氧化等。另外，采用單晶正極，有利于提高正極材料的耐高電壓性能。（3）高鎳化，三元正極材料由中低鎳向高鎳（8系）、超

3、高鎳（9系）發展。高鎳化主要目的是為了提高克容量，但是二價鎳在空氣中難氧化，對鋰源、燒結氣氛、生產設備等提出更高要求。并且高鎳材料更活潑，熱穩定性降低，循環壽命下降，也容易與空氣中的水和氧氣反應等。在高鎳材料中，采用單晶也可以提高循環性能、安全性等。三大技術方向實現依賴多重因素。除了生產工藝迭代之外，還很大程度依賴摻雜、表面改性等，另外電解液配方優化也有助于正極性能發揮。目前國內三元正極企業推出中鎳高電壓、高鎳產品，海外推出核殼、NCMA等。三元正極材料下一代：無鈷或富鋰錳基等。隨著三元正極向著高電壓、超高鎳方向發展，層狀鎳錳酸鋰（中鎳無鈷）、超高鎳無鈷等在成本、循環性能等方面可能更有優勢。另

4、外富鋰錳基在克容量方面更有優勢。投資建議：三元正極技術門檻高，行業龍頭企業憑借技術優勢不斷推出新品，深挖護城河。新進入者很難實現超越。三元正極方向建議關注：容百科技、當升科技、長遠鋰科、振華新材、廈鎢新能、貝特瑞等。另外三元前驅體方面，我國已經處于全球領先位置，建議關注：中偉股份、格林美、華友鈷業、芳源股份等。風險提示：新能源汽車銷量不及預期； 上游資源價格繼續大幅上漲； 新技術應用不及預期等。oPoRrQpMxPrMmOtQxOsQmN9PdN6MnPrRnPtRjMoOsPkPsQtQaQnMoOuOqQpQvPpNmMP 3目錄1. 三元正極：鋰電池的核心2. 三元正極三大發展方向3.

5、三元正極下一代技術：無鈷、富鋰錳基等4. 三元正極產業鏈核心標的5. 投資建議與風險提示P 4正極材料是鋰電池的重要組成部分CABIA，方正證券研究所整理鋰電池主要由正極、負極、電解液和隔膜等四大主材組成。鋰電池按照形狀劃分，可以分為圓柱、方形、軟包等。另外也常以使用的正極材料種類進行劃分，包括鈷酸鋰電池、三元電池、磷酸鐵鋰電池等。2021年我國動力電池裝機量154.5GWh，主要以磷酸鐵鋰電池和三元電池為主。其中三元電池裝機量74.35GWh，占比48.1%。電池殼正極鋁箔隔膜負極銅箔鋰電池結構鋰電池微觀結構79.84 74.35 0.24 0.07 020406080100磷酸鐵鋰三元錳酸

6、鋰其他2021年我國動力電池裝機結構（GWh）正極隔膜負極AlCuP 5三元正極市場高速增長，方正證券研究所隨著新能源汽車銷量高速增長，以及電動工具等市場穩定增長，三元正極材料出貨量持續保持高速增長。2021年國內正極材料出貨量合計超過100萬噸，達到109.4萬噸，同比增長98.5%。2021年國內三元正極材料出貨量42.2萬噸，同比增長79.6%。39%42%10%10%三元磷酸鐵鋰鈷酸鋰錳酸鋰10.614.519.523.542.20%10%20%30%40%50%60%70%80%90%05101520253035404520172018201920202021出貨量（萬噸）同比（右軸

7、）國內三元正極材料出貨量2021年國內正極材料出貨量結構P 6三元正極材料占電芯成本比例過半正極材料是鋰電池的核心組成部分，對鋰電池的很多核心性能指標都有直接影響，包括容量、壽命、倍率、安全性等。通常鋰電池中的可脫嵌鋰離子，都源自正極活性物質。成本方面，正極占比過半。我們以5系三元電池為模型，并結合上海有色網的主要材料報價，對5系三元電池進行成本拆分。目前正極材料占電芯的成本達到60%左右。1GWh三元鋰電池成本結構三元鋰電池成本結構用量單位單價噸金額單位正極1600噸38萬元/噸60800萬元電解液1000噸13萬元/噸13000萬元負極1000噸6.5萬元/噸6500萬元隔膜2000萬平米

8、2元/平米4000萬元62%13%7%4%15%正極電解液負極隔膜其他P 7正極材料多技術路線并存，連線新能源、IBTE、方正證券研究所正極材料根據晶體結構，可以分為三大類：尖晶石、橄欖石和層狀結構。動力電池市場，磷酸鐵鋰、磷酸錳鐵鋰，以及寧德的新技術路線M3P正極都屬于橄欖石結構。動力電池市場商業化應用的NCM、NCA等都屬于層狀結構。從克容量指標來看，三元正極相對磷酸鐵鋰、錳酸鋰都有比較大的優勢。正極材料分類正極材料綜合性能晶體結構材料種類克容量 mah/g備注錳酸鋰110鎳錳酸鋰140研發階段，蜂巢實驗室水平磷酸鐵鋰150160磷酸錳鐵鋰-比磷酸鐵鋰電壓平臺高M3P-比磷酸鐵鋰電壓平臺高

9、鈷酸鋰150180主要用于手機等消費類市場NCM160220NCA190220NCMA228韓國漢陽大學實驗室結果鎳錳酸鋰-研發階段富鋰錳基-研發階段橄欖石層狀尖晶石P 8三元正極性能仍有較大提升空間2021年報，容百科技官網，方正證券研究所磷酸鐵鋰正極材料理論容量為170mAh/g，目前產業化已經能做到超過156mAh/g，實際值/理論值達到92%。磷酸鐵鋰將繼續精益求精。目前商業化的三元5系和6系，克容量可以達到180mAh/g左右，實際值/理論值僅有65%。目前商業化的三元8系正極克容量約為200mAh/g，實際值/理論值也僅有72%。正極材料理論克容量（mAh/g）產業化正極材料克容量

10、（mAh/g）148 170 278 278 277 275 050100150200250300錳酸鋰磷酸鐵鋰三元111三元523三元622三元811正極型號克容量單位高能量型156mAh/g儲能型156mAh/g5系180190mAh/g6系177187mAh/g8系204219mAh/g9系215235mAh/g湖南裕能磷酸鐵鋰當升科技三元P 9加速產品迭代三元正極材料企業在現有產品基礎上，不斷推陳出新。主營三元正極材料的企業中，2021年容百科技和當升科技的研發費用均超過3億元。主營磷酸鐵鋰的企業中，德方納米2021年研發費用為1.64億元。主要正極材料企業研發投入（億元）2.61 1

11、.46 1.48 1.02 0.52 0.65 4.52 3.60 3.36 2.87 1.64 1.49 012345廈鎢新能容百科技當升科技長遠鋰科德方納米振華新材20202021P 10目錄1. 三元正極：鋰電池的核心2. 三元正極三大發展方向3. 三元正極下一代技術：無鈷、富鋰錳基等4. 三元正極產業鏈核心標的5. 投資建議與風險提示P 11三元正極三大趨勢當前三元正極材料主要有三大發展趨勢：單晶化、高電壓化、高鎳化。發展單晶主要是為了提高電池的循環壽命，高鎳和高電壓主要是為了提高能量密度。單晶方向，代表性的正極材料企業有振華新材等，高電壓方向有廈鎢新能、長遠鋰科等，高鎳方向有容百科技

12、、當升科技等。各技術方向交叉發展，比如高鎳單晶，代表性企業容百科技等。三元正極高鎳高電壓單晶振華新材廈鎢新能長遠鋰科容百科技當升科技三元正極材料發展三大趨勢P 12趨勢一：單晶化（優點），方正證券研究所正極材料可以分為多晶和單晶。一般多晶材料是以微米級別的團聚體形式存在。團聚體內部存在大量晶界。在電池充放電過程中，由于各向異性的晶格變化，多晶材料容易出現晶界開裂，導致二次顆粒發生破碎。從而導致副反應快速增加，阻抗上升，性能快速下降等。采用單晶顆粒，可以減少晶界，減少副反應的發生，還能提高壓實密度，從而提高能量密度。與多晶相比，單晶材料的循環性能一般會好很多。多晶與單晶正極對比多晶與單晶正極循環

13、性能比較多晶單晶單晶多晶P 13趨勢一：單晶化（生產工藝），方正證券研究所生產單晶正極材料的主要方法是進行高溫燒結。制備方法可以分為三類：單步高溫法、多步高溫法和熔鹽輔助合成法。其中熔鹽輔助合成法需要引入熔鹽，燒結完后需要水洗。與制備多晶材料相比，制備單晶材料的燒結溫度一般高7080度。單晶材料在燒結過程中，一次顆粒會長大，二次顆粒也會粘連在一起，因此燒結完后需要進行研磨處理。單晶三元正極的制備方法單步高溫多步高溫熔鹽輔助P 14趨勢一：單晶化（挑戰）， Science，方正證券研究所正極從多晶向單晶方向發展，也帶來了一些挑戰。（1）制備工藝：如果燒結不充分，形成了準單晶，可能會達不到預期效果

14、。另外，單晶顆粒在充放電過程中會產生可逆滑移，一般晶粒尺寸不適宜超過3.5微米，也要防止過度燒結。（2）鋰鎳混排：制備單晶需要更高的燒結溫度，但是高溫容易引起鋰鎳的混排。單晶單晶準單晶多晶不同燒結工藝制備出的多晶、準單晶、單晶材料正極材料循環性能準單晶多晶P 15趨勢一：單晶化（挑戰），鑫欏資訊，方正證券研究所（3）倍率性能：由于多晶體系中鋰離子擴散系數高，采用單晶往往會犧牲倍率性能。當正極材料從多晶向單晶轉變的過程中，需要充分考慮正極材料的整體性能。實際應用中，也會將單晶材料與多晶材料摻混使用。從2021年國內單晶材料出貨量情況來看，處于領先地位的企業有振華新材、長遠鋰科和廈鎢新能等。單晶多

15、晶正極材料擴散系數國內單晶三元材料市場份額（2021年1-11月）振華新材26%長遠鋰科20%南通瑞翔14%廈鎢新能13%容百科技7%廣東邦普6%其他14%P 16趨勢二：高電壓化（優點）Journal of The Electrochemical Society，儲能及動力電池正極材料設計與制備技術，方正證券研究所三元正極材料的第二個發展趨勢是高電壓化，相當于是提高鋰電池充電截止電壓。一般三元電池的充電截止電壓為4.2V4.3V。國家標準GB/T 37201-2018指出，三元電池測試時一般是以0.2C恒電流充至4.2V，再恒壓充電。以5系三元為例，當充電截止電壓由4.2V提高到4.4V時，

16、正極材料放電克容量可以由158.4mAh/g提高到188.6mAh/g，提高19%。并且充電截止電壓到4.5V時，正極克容量可以超過200mAh/g。NCM551530克容量（mAh/g，0.2C充放）1001201401601802002204.2v4.3v4.4v4.5v4.6vNCM551530充放電曲線P 17趨勢二：高電壓化（挑戰），方正證券研究所提高充電截止電壓，雖然看起來簡單容易實現，但是對于鋰電池的綜合性能帶來了很大的挑戰。充電截止電壓越高，正極材料中的鋰離子深度脫出，正極材料結構穩定性會變差。（1）循環性能：從4.2V到4.4V，鋰電池的循環性能可能會大幅下降。（2）鋰電材料

17、體系惡化：正極材料表面結構重構（形成氧化鎳）、鎳鈷錳等過渡金屬溶解并在負極表面沉積、電解液氧化等。NCM811 循環性能鎳鈷錳元素在負極表面沉積P 18趨勢二：高電壓化（實現路徑），Journal of Materials Chemistry A，方正證券研究所高電壓體系下，正極材料失效機理主要有三種：正極析氧、相轉變與正極顆粒破碎、過渡金屬離子溶出。提高正極材料的高電壓性能，常用的方法主要分為兩類：包覆（氧化鋁等）、摻雜（Mg、Al）。另外，在高電壓體系下，單晶材料的性能表現要好于多晶。多晶材料在高電壓充放電后，容易出現材料粉化，并且性能衰減更快等。高電壓正極材料失效機理不同充電截止電壓下，

18、多晶與單晶正極循環性能比較多晶523單晶523P 19趨勢三：高鎳化（優點）， 儲能及動力電池正極材料設計與制備技術 ，方正證券研究所三元正極的第三大趨勢：高鎳化。高鎳化的主要目的是為了提高能量密度。從電子結構來看，鈷（Co）的eg軌道為空軌道，t2g軌道與氧（O）的2p軌道有較大重疊，深度脫鋰時容易析氧，出現結構塌陷。此外鈷的t2g軌道與氧的2p軌道形成鍵，作用力較弱，電子易轉移。鎳（Ni）的eg軌道與氧的2p軌道重疊非常小，因此理論上鎳的eg軌道上電子可以完全失去，鎳酸鋰的有效容量更高。對于錳，當鎳含量超過錳時，錳會轉變為4價形態存在，非常穩定。一般而言，在NCM體系中，鈷含量越高，倍率性

19、能越好；鎳含量越高，克容量越高；錳含量越高，結構越穩定。一般8系三元的克容量可以做到超過200mAh/g。正極材料中主要元素的相對能級示意圖三元正極材料克容量（mAh/g）100120140160180200220LCONCM111NCM523NCM622NCM811P 20趨勢三：高鎳化（優點），方正證券研究所與中低鎳材料相比，三元高鎳材料的鈷含量逐步減少，但是在導電性、鋰離子擴散性能等方面，也可以做的很好。電導率方面：NCM523為4.910-7s/cm，811可以做到1.710-5s/cm。鋰離子擴散系數：5系可以做到10-10級別，8系可以做到10-8級別。三元正極材料電導率三元正極材

20、料鋰離子擴散系數P 21趨勢三：高鎳化（挑戰），方正證券研究所與普通三元相比，高鎳三元材料性能更活潑，在應用中也帶來許多新的挑戰。（1）隨著鎳含量上升，三元正極材料熱穩定性下降。（2）循環壽命下降。同樣的電解液配方體系等，高鎳三元循環性能可能會衰減的更快。（3）高鎳材料在制備與存儲過程中，更容易與空氣中的水和CO2反應，生產LiOH和Li2CO3。進一步影響：正極漿料粘度大，涂布不均勻；與電解液反應；正極電阻增加等。三元正極材料NCM綜合性能三元正極材料表面鋰殘留量（ppm）P 22趨勢三：高鎳化（制備工藝） ， Nature Energy ，方正證券研究所高鎳中的鎳主要以三價形態存在。鎳從鎳

21、鹽到前驅體，都是以二價形態存在。在三元NCM材料中，當錳的含量較高時，Ni3+Mn3+Ni2+Mn4+，大部分鎳是以2價形式存在（LiNi0.5Mn0.5O2）。但是在高鎳材料中，鎳主要以三價存在（ LiNiO2 ）。二價鎳在空氣中難以被氧化成三價，帶來影響：（1）高鎳材料需要在氧氣的氣氛下燒結。（2）碳酸鋰高溫燒結會分解產生CO2，影響二價鎳氧化。（3）鋰源換成氫氧化鋰后對設備腐蝕大。高鎳材料，鎳含量越高，適宜的燒結溫度越低。金屬離子價態金屬氧化物標準生成吉布斯自由能+2NiO-211.7 CoO-214.2 MnO-362.9 +3Ni2O3-489.5 +2，+3Co3O4-774.0

22、+3Mn2O3-881.1 +4MnO2-465.1 +3，+4Mn3O4-1,283.2 主要金屬氧化物標準生成吉布斯自由能（kJ/mol）不同三元正極材料適宜燒結溫度與氣氛P 23趨勢三：高鎳化（制備工藝），方正證券研究所高鎳三元正極的主要制備流程和普通三元一樣，上游的前驅體制備，然后混料、燒結、破碎、表面處理等。高鎳三元制備中，前驅體共沉淀時需要堿性更強，鋰源一般用氫氧化鋰，燒結溫度更低，燒結氣氛氧氣，燒結完以后需要水洗和表面包覆等。水洗包覆前驅體原材料燒結破碎等表面處理等三元正極材料制備工藝P 24趨勢三：高鎳化（高鎳單晶）， Advanced Energy Materials ，方正

23、證券研究所與高電壓化趨勢相同，在高鎳材料體系中，采用單晶顆粒，也非常具有潛力。（1）高鎳單晶，一般循環性能更好。（2）可以提高安全性。當鋰電池過充時，在晶界處會大量產生氧氣。采用單晶可以減少產氧，提高安全性。過充對鋰電池循環性能影響單晶多晶單晶多晶高鎳正極循環性能（NCM831106）多晶過充多晶單晶單晶過充P 25趨勢三：高鎳化（高鎳高電壓）無論是高電壓方向，還是高鎳方向，主要目標都是為了提高正極材料的克容量。若將兩者結合，理論上正極材料的克容量可以達到更高的水平，但是在實際應用中可能面臨更大的挑戰。高鎳高電壓更難實現。高鎳三元材料在高電壓體系下，不僅僅只是晶體結構的表面性能發生惡化，甚至晶

24、體內部的結構也會發生惡化。三元正極材料充放電后晶體結構變化示意圖P 26趨勢三：高鎳化（國內進展）年報，方正證券研究所產品方面：國內目前正處于由高鎳（8系）向超高鎳（9系）推進。8系產品中的Ni83多晶、Ni83單晶，國內部分企業已經能夠做的比較成熟。產線方面，新建產線基本采取兼容方式。比如容百科技新投產線可以兼容生產NCM811、Ni90及以上超高鎳、NCA、NCMA等。超高鎳進展：2021年容百科技9系超高鎳產品開始批量出貨。當升科技Ni95產品已完成國際客戶驗證，Ni98正在開展海外認證。國內主要正極材料企業高鎳進展高鎳（8系）與超高鎳（9系）進展容百科技國內首家實現高鎳NCM811大規

25、模量產，公司高鎳正極材料率先通過國內外多家主流鋰電池廠商的認證程序，并通過寶馬、奔馳等國際知名終端車企的跨級審核，2021年公司9系超高鎳產品開始批量出貨當升科技團聚型高鎳產品持續向國際高端客戶供貨，并快速放量。單晶型高鎳產品獲得國際大客戶認可，產品進入多個車型評測階段。團聚單晶復合型高鎳產品持續迭代開發，批量導入國際客戶新一代高端車型。超高鎳Ni95產品已完成國際客戶驗證，產品性能達到國際領先水平；Ni98正在開展客戶認證工作，性能指標獲海外客戶高度認可振華新材高鎳8系開始大批量出貨，超高鎳9系開始向部分客戶進行噸級送樣長遠鋰科高鎳8系單晶導入國內外多家動力、數碼客戶。超高鎳9系單晶產品率先

26、完成設計開發，客戶進入噸級試產階段廈鎢新能高鎳8系多晶、單晶已經量產，超高鎳9系處于量試階段貝特瑞超高鎳正極材料已完成小試階段開發，進入中試階段P 27實現路徑：摻雜和表面改性對正極材料性能影響重大，Energy Storage Materials， 儲能及動力電池正極材料設計與制備技術，方正證券研究所無論是普通的正極材料，還是在向單晶、高電壓、高鎳方向發展時，摻雜和表面改性，都是提高正極材料綜合性能的有效方法。并且摻雜、改性的方法也是正極材料企業的核心競爭力之一。摻雜元素包括Al、Mg、Cr等，提高機理包括穩定主結構、增加鋰離子層間距、在晶界處偏析等。常用的包覆劑包括Al2O3、V2O5、Z

27、nO、ZrO2、TiO2、MgO等。僅以氧化鋁包覆方法為例，第一代技術用有機體系的異丙醇鋁，第二代用水系的硝酸鋁或羧酸鋁，第三代用納米級的氧化鋁或氫氧化鋁。正極材料表面包覆效果正極材料不斷迭代（高鎳迭代+機理分析+摻雜包覆改性）P 28實現路徑：正極材料性能發揮需要合適電解液配方，EVTank，伊維智庫，方正證券研究所鋰電池在充放電過程中，正極材料與電解液直接接觸。正極材料的性能發揮，一般與電解液的配方有著密切的關系。常見的碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯等電解液體系，在高電壓下容易被氧化分解，并產生氣體。但是添加適量碳酸乙烯酯（VC）、氟代碳酸乙烯酯（FEC）等，可以有效提高電池耐高壓性能。龍頭電池企

28、業掌握電解液配方，正極材料企業形成先發優勢。不同電解液體系下高電壓循環性能華盛鋰電20.89%海外企業13.92%瀚康化工12.85%蘇州華一6.93%青木高新5.07%浙江天碩4.80%中國其他35.54%2020年全球電解液添加劑市場格局P 29國內兩大方向對比：中鎳高電壓、高鎳儲能及動力電池正極材料設計與制備技術 ，方正證券研究所國內三元正極的兩個發展方向存在一定的競爭：中鎳高電壓和高鎳（常規電壓）。從能量密度指標上來看，對于中鎳高電壓6系產品，充電截止電壓4.4V，6系正極材料的能量密度可以做到接近鎳83的水平。從熱穩定性指標上來看，中鎳高電壓產品一般好于高鎳。622充電電壓到4.5V

29、，熱分解溫度比811高，放熱量比811小。三元正極性能對比中鎳高電壓與高鎳熱穩定性比較產品5系6系8系9系備注NCM比例55-15-3065-7-2883-11-692-5-3常規電壓充電截止電壓4.254.254.24.2V克容量170180202214mAh/g平均放電電壓3.713.723.663.66V正極能量密度630.7669.6739.32783.24Wh/kg高電壓充電截止電壓4.354.4V克容量180195mAh/g平均放電電壓3.783.77V正極能量密度680.4735.15Wh/kg02004006008001000050100150200250300350622-4

30、.3v622-4.4v622-4.5v811-4.3v熱分解峰值溫度（）放熱量（J/g，右坐標)P 30海外：核殼結構+NCMA ，方正證券研究所三元正極除了國內常規的單晶、中鎳高電壓、高鎳等，海外也在推核殼結構和四元NCMA。正極材料表面改性一般是包覆，但是普通的包覆容易損失克容量，可以升級為核殼結構，也可進一步升級為梯度材料。新的結構體系，對于生產工藝和生產成本提出了更高的要求。LG推出NCMA。根據韓國漢陽大學發布的結果來看，（1）從NCA89到NCM90，鈷含量由10%下降到5%，循環性能更好。（2）NCMA89可以理解為對NCM90進行改性，鋁摻雜比例為1%。NCMANCMNCA綜合

31、性能比較循環性能比較熱穩定性比較P 31目錄1. 三元正極：鋰電池的核心2. 三元正極三大發展方向3. 三元正極下一代技術：無鈷、富鋰錳基等4. 三元正極產業鏈核心標的5. 投資建議與風險提示P 32三元正極下一代技術三元正極方向技術不斷迭代。隨著三元正極材料在高電壓、高鎳方向技術成熟，三元正極下一代產品可能是無鈷，或者富鋰錳基等。三元正極材料進一步迭代的可能方向P 33無鈷：鎳錳酸鋰（NM，尖晶石型 + 層狀結構），ACS Applied Materials & Interfaces，方正證券研究所鎳錳酸鋰從晶體結構上來分，可以分為兩類：尖晶石型和層狀結構。第一種：對尖晶石型的錳酸鋰（LiM

32、n2O4）進行鎳摻雜，可以形成尖晶石型的鎳錳酸鋰，其常見的化學式結構為LiNi0.5Mn1.5O4。與錳酸鋰相比，理論克容量不變，并且需要高電壓發揮性能。另外一種鎳錳酸鋰是層狀結構，相當于在現有三元NCM正極制備過程中不加入鈷源，包括中鎳無鈷、高鎳無鈷、超高鎳無鈷等。尖晶石型錳酸鋰與鎳錳酸鋰充電曲線錳酸鋰鎳錳酸鋰層狀鎳錳酸鋰綜合性能P 34無鈷：中鎳無鈷（層狀結構），方正證券研究所在三元NCM材料中，鈷的作用主要有兩點：（1）減少鋰鎳混排，（2）降低相變，穩定結構。隨著中鎳向高電壓方向發展，在高電壓體系下，無鈷材料可能部分性能會更好。含鈷材料在充放電過程中，可能晶格變化更大，容易出現微裂紋；另

33、外晶格中的氧更容易發生不可逆的氧化還原反應。正極充電過程中晶格C軸方向變化幅度充電截止電壓4.5V時循環性能NC64NM642021P 35無鈷：超高鎳無鈷（層狀結構）Advanced Energy Materials，方正證券研究所隨著三元由高鎳向超高鎳發展，鈷的重要性可能大幅下降，甚至可以被其他元素（ Al、Mg、Mn等）取代，發展成四元化合物或者更多元化合物。超高鎳無鈷材料的循環性能可能更好。102030405060鈷 Co024682019-01-022020-01-022021-01-022022-01-02鎂 Mg鋁 Al錳 Mn主要金屬價格（萬元/噸）高鎳無鈷正極材料循環性能20

34、192021P 36富鋰錳基：更高的克容量（層狀結構），方正證券研究所富鋰錳基克容量更高，可以超過250mAh/g。晶體結構主要為層狀相，鋰離子進一步取代過渡金屬層中的元素。其成分可以理解為Li2MnO3與三元正極NCM的混合（固溶體/納米尺度混合）。制備工藝：富鋰錳基與現有三元正極類似，前驅體+高溫燒結。挑戰：（1）首效低， Li2MnO3組分激活需要首充電壓超過4.4V，Li和O以Li2O和O2的形式脫出，放電時只有一個Li+嵌回，并且晶格氧的氧化還原反應難控制。（2）倍率性能低。（3）放電電壓平臺衰減更快。（4）高電壓，充電電壓高于4.6V，當前商用電解液的分解電壓通常在4.4V以下。富

35、鋰錳基晶體結構與性能富鋰錳基充放電機理過渡金屬層過渡金屬層鋰層P 37目錄1. 三元正極：鋰電池的核心2. 三元正極三大發展方向3. 三元正極下一代技術：無鈷、富鋰錳基等4. 三元正極產業鏈核心標的5. 投資建議與風險提示P 38三元正極行業高速發展，技術迭代，龍頭占優由于三元正極能量密度高，在新能源車市場穩穩占據中高端市場。2021年國內三元正極材料產量為39.81萬噸，同比增長89.5%；全球產量為72.97萬噸，同比增長79.3%。隨著三元正極材料進一步向單晶、高電壓、高鎳方向發展，行業技術門檻不斷提高。行業龍頭公司憑借技術實力，不斷推出新品，保持領先優勢。而新進入者很難撼動行業龍頭公司

36、地位。2021年三元正極出貨量位居國內前十的企業有：容百科技、當升科技、長遠鋰科、振華新材、廈鎢新能等。另外，貝特瑞也在大力布局三元正極材料。9%8%7%7%7%7%5%5%5%5%35%LGC容百科技Ecopro巴斯夫住友金屬當升科技天津巴莫長遠鋰科LF振華新材其他14%12%12%9%8%7%6%32%容百科技當升科技天津巴莫長遠鋰科振華新材南通瑞翔廈鎢新能其他2021年全球三元材料企業市占率分布2021年國內三元材料企業市占率分布P 39容百科技：三元高鎳龍頭2021年報，wind，方正證券研究所容百科技是國內高鎳三元正極材料的龍頭企業。2021年公司出貨量中高鎳占比達到90%。公司高鎳

37、產品市占率已連續多年位居全國第一。目前公司高鎳9系前驅體和9系單晶正極均已實現量產。產能方面，公司預計到今年年底擴產到25萬噸，相對于年初的12萬噸，增長一倍多。隨著公司進一步高速擴張，公司在三元正極材料市場有望穩居全球第一。0.98 1.36 2.19 2.63 5.23 0%20%40%60%80%100%120%012345620172018201920202021出貨量（萬噸）同比容百科技正極材料出貨量項目名稱項目進展擬達到目標NCM90前驅體開發量產開發高容量、高循環壽命、高安全性的NCM前驅體產品（Ni90%）高鎳單晶型Ni90量產開發出高分散性、高溫循環、高安全性能的單晶Ni90

38、產品（Ni90%）Ni90高鎳新品開發試生產現有量產的NCM811產品基礎上提升能量密度6%，采用低鈷化路線，降低成本8%，實現高鎳產品的迭代Ni96新品開發產線調試開發出高容量，低成本，高溫循環優異的超高鎳多晶產品（Ni92%）多元高能量密度NCMA產線調試制備出容量高、結構穩定的NCMA正極材料容百科技部分研發項目P 40當升科技：海外市場占優2021年報，wind，方正證券研究所當升科技主要產品是三元正極，以出口海外為主。公司國際客戶主要包括SK on、LG化學、AESC、Northvolt 等動力電池企業和車企，公司產品出口到日本、韓國、歐洲和美國。公司國內客戶包括億緯、中航、蜂巢等。

39、與國內市場相比，海外認證周期更長，對產品的質量、穩定性等要求更高。并且海外認證通過后，在出貨量和盈利方面也更有保障。公司高鎳產品在行業中處于領先位置，團聚型高鎳快速放量，單晶型高鎳進入多個車型評測，團聚單晶復合型高鎳持續迭代，超高鎳Ni95完成國際客戶認證。項目名稱項目進展擬達到目標多元-新品23進一步擴產開發第二代高容量高鎳多元產品多元-新品25批量供應國際動力電池客戶開發單晶型高鎳多元產品多元-新品26量產開發單晶型中鎳高電壓多元產品多元-新品30完成中試開發超高功率多元產品多元-新品32實現噸級供貨開發單晶型超高鎳多元產品當升科技部分研發項目0.98 1.55 1.52 2.40 4.7

40、2 -20%0%20%40%60%80%100%120%01234520172018201920202021正極銷量（萬噸）同比（右軸）當升科技正極材料出貨量P 41長遠鋰科：一體化打造核心優勢2021年報，wind，方正證券研究所長遠鋰科主要產品是三元正極材料，并且前驅體自供比例較高。21年公司三元前驅體產量2.89萬噸，全部自用，三元正極材料產量4.47萬噸，相當于前驅體自供比例65%。公司中鎳高電壓產品在行業處于領先位置。公司新一代中鎳高電壓65 系單晶產品采用低成本粗顆粒鋰源，可以降低成本，并提高生產效率。高鎳方面，公司新一代鎳83單晶產品已經通過寧德時代噸級樣品測試。公司超高鎳 9

41、系單晶產品，下游客戶已經進入噸級試產階段。0.64 1.17 2.07 1.86 4.54 -50%0%50%100%150%200%01234520172018201920202021電池材料銷量（萬噸）同比長遠鋰科電池材料出貨量序號項目名稱進度1動力用高功率三元正極材料開發試產2高鎳Ni88 單晶正極材料的開發試產3高鎳Ni88 單晶前驅體及正極材料的開發試產4成本型高鎳多晶產品開發小試5高鎳高壓實體系正極材料開發小試6超高鎳層狀正極材料開發小試長遠鋰科部分研發項目P 42振華新材：三燒工藝行業領先2021年報， wind，方正證券研究所振華新材主營三元正極材料。公司在單晶正極方面有著非常

42、深入的研究。公司早在2009年就推出第一代5系單晶產品。從2018年開始，公司逐步推出6系和8系單晶產品。公司單晶產品以三次燒結工藝為主。三燒工藝在前驅體選擇、高鎳材料制備等方面均具備一定優勢。2021年公司高鎳8系產品實現批量供貨，8系產品營收占比達到38.08%。并且公司超高鎳9系三元正極材料已于2021年開始向部分客戶進行噸級送樣。振華新材與同行業單晶正極材料發展時間對比圖振華新材0.77 1.53 1.82 0.90 3.41 -100%-50%0%50%100%150%200%250%300%0123420172018201920202021正極銷量（萬噸）同比（右軸）振華新材正極材

43、料銷量（萬噸）P 43廈鎢新能：全球鈷酸鋰龍頭，中鎳高電壓快速推進2021年報， 鑫欏資訊，wind，方正證券研究所廈鎢新能是全球鈷酸鋰正極材料龍頭企業。21年公司鈷酸鋰銷量4.5萬噸，同增35%。公司高電壓4.48V鈷酸鋰產品從2020年開始大批量出貨。根據鑫欏資訊統計，21年公司鈷酸鋰產品全球市占率達到42%，同比提升8.5pct。三元正極方面，公司開發的新一代中鎳高電壓6系產品，已經成功應用到續航里程超過1千公里的電動車上。高鎳方面，公司8系多晶與單晶產品均已經量產，9系處于量試階段。1.03 1.34 2.19 3.35 4.51 0.58 1.07 1.76 1.59 2.71 01

44、234520172018201920202021鈷酸鋰NCM三元廈鎢新能正極材料銷量（萬噸）項目名稱項目進展擬達到目標高鎳正極材料開發量產研究粒度窄分布的氫氧化物前驅體制備工藝，并通過與單晶材料搭配，開發高壓實密度、低產氣的NCM811高鎳正極材料高鎳單晶材料開發量產開發NCM811單晶產品，包括前驅體+正極材料Ni9系高鎳正極材料開發量試開發Ni9系NCM多晶產品，包括前驅體+正極材料Ni9系單晶材料開發量試開發Ni9的NCM單晶產品，包括前驅體+正極材料4.4V高電壓三元材料的開發中試通過選擇不同的包覆材料，提高材料的導電率以及通過多次包覆同時提高導電率，從而顯著地提高電化學性能廈鎢新能部

45、分研發項目P 44貝特瑞：全球負極龍頭，三元正極開始放量年報，鑫欏資訊， wind，方正證券研究所貝特瑞是全球負極材料的龍頭企業。21年公司負極材料銷量16.6萬噸，同比增長121%。根據鑫欏資訊統計， 21年公司負極材料全球市占率19%，穩居全球第一。公司研發投入高。21年公司研發費用5.9億元，占營收比例5.6%。正極方面，21年公司三元正極銷量1.83萬噸，同比增長452%，實現突破性進展。并且公司超高鎳正極材料開發項目，已經完成小試，進入中試階段。19%11%11%10%8%7%34%貝特瑞杉杉股份璞泰來凱金尚太科技中科電氣其他2021年全球負極材料企業市占率1.3 1.8 2.4 2

46、.5 5.9 0%1%2%3%4%5%6%0123456720172018201920202021研發費用（億元）占營收比例（右軸）P 45三元前驅體：三元正極材料性能實現的關鍵原材料2021年報，方正證券研究所三元正極向單晶、高電壓、高鎳方向發展，上游原材料三元前驅體對三元正極材料的最終性能也有重要影響。目前我國在三元前驅體研發與生產方面，已經處于全球領先地位。2021年全球三元前驅體產量中，中偉股份、格林美和華友鈷業位居全球前三。另外芳源股份前驅體產品主要供應松下、貝特瑞、當升科技等，技術實力在行業中也是處于領先位置。21%12%9%9%6%43%中偉股份格林美華友鈷業湖南邦普住友金屬其他

47、2021年全球三元前驅體產量排名進展中偉股份2021年公司無鈷單晶產品、多款7系產品、8系產品及9系產品均取得突破，其中無鈷單晶完成批量認證和審廠格林美2021年公司9系三元前驅體產品出貨量3.66萬噸，同比增長103%華友鈷業公司已經開發并量產多款8系、9系前驅體，儲備多款高鎳、 NCMA前驅體新品。并實現 9 系超高鎳 NCMA 正極材料達到月產千噸級芳源股份公司在2019年底開始向松下批量供應9系三元前驅NCA91，公司其他高鎳三元前驅體產品包括NCM83、NCM88等主要三元前驅體公司9系前驅體進展P 46目錄1. 三元正極：鋰電池的核心2. 三元正極三大發展方向3. 三元正極下一代技

48、術：無鈷、富鋰錳基等4. 三元正極產業鏈核心標的5. 投資建議與風險提示P 47投資建議與風險提示三元正極技術門檻高，行業龍頭企業憑借技術優勢不斷推出新品，深挖護城河。新進入者很難實現超越。三元正極方向建議關注：容百科技、當升科技、長遠鋰科、振華新材、廈鎢新能、貝特瑞等。三元前驅體方面，我國已經處于全球領先位置，建議關注：中偉股份、格林美、華友鈷業、芳源股份等。風險提示：新能源汽車銷量不及預期，上游資源價格繼續大幅上漲，新技術應用不及預期等。三元正極產業鏈主要公司盈利預測與估值20212022E2023E2024E2022E2023E2024E688005.SH容百科技436.49.1119.

49、9330.2240.6321.9014.4410.74300073.SZ當升科技365.310.9115.2420.9027.9523.9717.4813.07688779.SH長遠鋰科315.47.0113.5519.4924.7223.2816.1812.76688707.SH振華新材226.14.138.3311.7515.3827.1319.2414.70688778.SH廈鎢新能196.15.559.5014.2419.3020.6413.7710.16835185.BJ貝特瑞486.414.4123.3432.5742.1620.8414.9311.54300919.SZ中偉股份6

50、46.29.3919.6833.5646.0632.8319.2514.03002340.SZ格林美365.09.2315.6122.6529.4823.3816.1212.38603799.SH華友鈷業1,127.238.9857.3477.28108.5719.6614.5910.38688148.SH芳源股份88.70.672.536.267.3235.0214.1812.12三元前驅體備注：盈利預測部分均采用wind一致預期，截止日期2022年5月20日歸母凈利潤（億元）PE公司名稱股票代碼市值（億元）三元正極分析師聲明作者具有中國證券業協會授予的證券投資咨詢執業資格，保證報告所采用的