金屬及材料行業深度報告：高電壓三元優勢漸顯-220606（16頁）.pdf

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1、 敬請閱讀末頁的重要說明 證券研究報告 | 行業深度報告 2022 年 06月 06日 推薦推薦（維持）（維持） 行業深度報告行業深度報告 周期/金屬及材料 本文對高電壓三元正極材料的主要優勢、面臨的挑戰與解決路徑、產業化進程本文對高電壓三元正極材料的主要優勢、面臨的挑戰與解決路徑、產業化進程做了全面的梳理做了全面的梳理。 高電壓三元正極材料兼具高能量密度、高安全性、低成本等特性。高電壓三元正極材料兼具高能量密度、高安全性、低成本等特性。高電壓和高鎳為提升三元正極能量密度的兩條路徑，最終均為提升動力電池續航里程服務。1）能量密度：）能量密度：高電壓令更多的鋰脫出，從而實現更高的比容量，而平均放

2、電電壓也有所增加，使得能量密度的提升幅度較比容量更大。在4.5V充電截止電壓下NCM622的比容量和能量密度基本與4.3V的NCM811相當。2）首次效率：）首次效率：不會隨著電壓升高而明顯下降。3）熱穩定性：）熱穩定性：中鎳高電壓顯著高于高鎳常規電壓。4）原材料成本方面，）原材料成本方面，中鎳高電壓產品鎳鈷含量相對常用 Ni8 系產品更低，另外在鋰源上，中鎳高電壓產品可部分采用碳酸鋰作為原料，而高鎳產品由于燒結溫度不能太高，故僅能使用熔點更低的氫氧化鋰。根據我們測算，Ni68 高電壓產品單噸原材料成本約 29.2萬元/噸，較 Ni8 系常規電壓產品低 12%，約 4萬元/噸。5）加工成本方面

3、：）加工成本方面：高鎳產品對氧氣、濕度要求更為苛刻，須在純氧環境中生產，調漿加工過程中須嚴格控制濕度，加工成本相對更高。如果 Ni68 高電壓產品和高鎳 8系對標；則高電壓 Ni7系對標產品就是高鎳 9系。 高電壓三元材料面臨晶體結構穩定性、不可逆相變、材料與電解質的界面高電壓三元材料面臨晶體結構穩定性、不可逆相變、材料與電解質的界面副反應、釋氧等一系列問題，副反應、釋氧等一系列問題，最終可能導致材料循環壽命差、熱穩定性低、電解液消耗、界面膜增厚、安全性能下降等一系列宏觀電池失效行為。1）金屬離子摻雜金屬離子摻雜：是抑制 Li/Ni混排的一種手段，同時也可緩解晶體相變。2）表面包覆表面包覆：可

4、有效減少界面副反應，對抑制巖鹽相的形成和氧損失也有著重要的作用。3）高電壓電解液：）高電壓電解液：可使用比有機碳酸酯更加穩定的溶劑，從根本上拓寬電解液的氧化窗口，保證電解液即使在高電壓狀態下不發生分解，也可通過加入適量的功能電解液添加劑改善其穩定性，通過優先于有機溶劑發生分解反應，反應產物覆蓋在材料表面形成穩定的 SEI 膜，抑制材料與電解液之間的副反應。目前主要電解液生產廠商均已對高電壓電解液做了相關布局。 產業化進展方面，產業化進展方面，主要正極廠商均在高電壓三元有所布局，以廈鎢新能、長遠鋰科（電新）、振華新材（電新）為代表，廈鎢新能新款 4.4V高電壓6 系三元材料，預計今年實現萬噸級放

5、量。電池廠方面，中創新航和蜂巢能源主推中鎳高電壓產品，寧德時代在 2021 年報中首次提及高電壓三元產品的應用，領湃新能源和瑞普能源均已開發出中鎳高電壓三元產品。 風險提示：風險提示：新能源車銷量不及預期、技術路線變動、鈷鎳鋰價格大幅上行等新能源車銷量不及預期、技術路線變動、鈷鎳鋰價格大幅上行等 重點公司主要財務指標重點公司主要財務指標 股價股價 21EPS 22EPS 23EPS 22PE 23PE PB 評級評級 廈鎢新能 90.62 2.21 3.52 5.01 25.8 18.1 5.8 強烈推薦-A 長遠鋰科 18.75 0.36 0.70 1.01 26.9 18.6 5.5 -

6、振華新材 55.00 0.93 1.88 2.65 29.2 20.7 7.7 - 資料來源：公司數據、招商證券 注：長遠鋰科和振華新材為 wind 一致預期 行業規模行業規模 占比 股票家數（只） 205 4.4 總市值（億元） 36826 4.7 流通市值（億元） 32294 5.0 行業指數行業指數 % 1m 6m 12m 絕對表現 -9.6 58.6 119.5 相對表現 -10.7 62.0 117.0 資料來源：公司數據、招商證券 相關報告相關報告 1、廈鎢新能（688778.SH）：高電壓 技 術 打 造 差 異 化 競 爭 優 勢 2022-05-22 劉文平劉文平 S1090

7、517030002 劉偉潔劉偉潔 S1090519040002 賴如川賴如川 研究助理 -40-20020406080Jun/21Sep/21Jan/22May/22(%)金屬及材料滬深300高電壓三元高電壓三元優勢漸顯優勢漸顯 敬請閱讀末頁的重要說明 2 行業深度報告 正文目錄正文目錄 一、 高電壓三元正極材料：兼具高能量密度、高安全性、低成本 . 4 1、 高電壓&高鎳提升能量密度殊途同歸 . 4 2、 高電壓不顯著影響首效，熱穩定性優于高鎳 . 5 3、 成本優勢凸顯 . 6 二、 高電壓三元正極材料的挑戰與解決路徑 . 8 1、 高電壓電化學性能衰減機理 . 8 2、 解決路徑：體相摻

8、雜&表面包覆&高電壓電解液等 . 10 三、 高電壓三元產業化進程與重點公司 . 13 1、 廈鎢新能 . 13 2、 長遠鋰科（電新） . 14 3、 振華新材（電新） . 14 四、 風險提示 . 15 圖表目錄圖表目錄 圖 1：NCM 正極典型產品理論克比容量（mAh/g） . 4 圖 2：NCM55/15/30 不同充電電壓下比容量和能量密度 . 4 圖 3：NCM551530 不同電壓下 0.2C 首次充放電曲線 . 5 圖 4：高壓 Ni6 系與常規電壓 Ni8 系比容量基本相當 . 5 圖 5：NCM551530 不同充電電壓下首效表現 . 5 圖 6：NCM622 與 NCM8

9、11 不同電壓下 DSC 曲線 . 6 圖 7：NCM622 與 811 放熱峰峰值溫度與放熱量 . 6 圖 8：純相 NCM523 不同截止電壓下 1C 循環性能 . 8 圖 9：層狀 NCM 的有序-無序相及結構轉變 . 9 圖 10：循環后 NCM523 材料的相變 . 10 圖 11：NCM 三元材料表面變化示意圖 . 10 qRpQnMsRxPqNnPmPyRtRmNbRcM9PtRrRpNsQeRoOtNlOrRqP8OrRxOwMnMuMNZnRnP 敬請閱讀末頁的重要說明 3 行業深度報告 圖 12：Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)1-xZrxO2 在 3.0-4.6V

10、下 1C 倍率循環性能 . 11 圖 13：基體 NCM523 與不同 Li2ZrO3 包覆量樣品 100 次循環曲線 . 11 圖 14：廈鎢新能正極材料產銷量數據（單位：萬噸） . 14 圖 15：廈鎢新能不同型號三元產品銷售收入占比 . 14 圖 16：振華新材與行業大單晶材料發展時間對比圖 . 14 表 1：NCM551530 不同電壓下 0.2C 比容量、能量密度和首次效率 . 5 表 2：各型號單噸前驅體所含元素質量理論值（噸） . 6 表 3：Ni6 系高電壓（4.4V）與 Ni8 系常規電壓三元材料對比 . 7 表 4：純相 NCM523 不同截止電壓下 1C100 次循環后容

11、量保持率 . 8 表 5：高電壓三元產業化進展 . 13 敬請閱讀末頁的重要說明 4 行業深度報告 一、一、高電壓三元正極材料高電壓三元正極材料：兼具：兼具高能量密度、高安全性高能量密度、高安全性、低成本、低成本 由于高電壓三元正極的 Ni 含量相對較低，Mn含量相對較高，生產工藝不如 Ni8系復雜，因此高電壓化正極材料在提升能量密度的同時兼具了高安全性、和低成本等特性，已經成功應用到續航里程超過 1,000公里的電動車上并已開始大批量出貨。 1、高電壓高電壓&高鎳高鎳提升提升能量密度能量密度殊途同歸殊途同歸 高電壓和高鎳為提升三元正極能量密度的兩條路徑，最終均為提升動力電池續航里程服務。 各

12、技術路徑均無法本質上改變材料理論容量。各技術路徑均無法本質上改變材料理論容量。各類型 NCM三元正極材料的理論容量基本無差異，是由材料自身的結構特性決定，與技術路徑無關，基本在 270-280mAh/g 范圍內。 圖圖 1：NCM 正極正極典型產品理論典型產品理論克比克比容量容量（mAh/g） 資料來源：廈鎢新能公告、招商證券 通過提高電壓通過提高電壓，令更多的鋰脫出令更多的鋰脫出，從而實現更高的比容量從而實現更高的比容量，而而平均放電電壓也有所增加平均放電電壓也有所增加，使得能量密度的提升幅度較使得能量密度的提升幅度較比容量更大比容量更大。 行業內普遍認為常規電壓 （充電截止電壓） 為 4.

13、2V、 4.25V， 而高電壓化材料是指能夠在高于 4.35V （含）的充電電壓下發揮出較好電化學性能的正極材料。NCM551530 隨著充電電壓由 4.2V 增加至 4.6V，比容量從158.4mAh/g 提升至 207.2mAh/g，增幅 30.8%，正極材料能量密度由 605.2Wh/kg提升至 816.4Wh/kg，增幅 34.9%。 在在 4.5V 充電截止電壓下充電截止電壓下 NCM622 的比容量的比容量和能量密度和能量密度基本與基本與 4.3V 的的 NCM811 相當相當。前者 0.2C 放電比容量約203mAh/g，平均放電電壓約 3.89V，正極材料能量密度約 789.7

14、Wh/kg，后者 0.2C 放電比容量約 205.9mAh/g，平均放電電壓約 3.83V，正極材料能量密度約 788.6Wh/kg。 圖圖 2：NCM55/15/30 不同充電電壓下比容量和能量密度不同充電電壓下比容量和能量密度 資料來源：儲能及動力電池正極材料設計與制備技術、招商證券 276.4277.4272275.1274.80100200300NCM55/15/30NCM65/7/28NCM72/5/23NCM83/11/6NCM92/5/3158.4173.7188.6200.9207.2605.1668.6733.7787.4816.40100200300400500600700

15、8009000501001502002504.24.34.44.54.6比容量（mAh/g）正極能量密度（Wh/kg） 敬請閱讀末頁的重要說明 5 行業深度報告 圖圖3：NCM551530 不同電壓下不同電壓下 0.2C 首次充放電曲線首次充放電曲線 圖圖4：高壓：高壓 Ni6 系與常規電壓系與常規電壓 Ni8 系比容量基本相當系比容量基本相當 資料來源：儲能及動力電池正極材料設計與制備技術、招商證券 資料來源：儲能及動力電池正極材料設計與制備技術、招商證券 表表 1：NCM551530 不同電壓下不同電壓下 0.2C 比容量比容量、能量密度和首次效率能量密度和首次效率 充電限制電壓充電限制電

16、壓 比容量（比容量（mAh/g） 平均放電電壓平均放電電壓 正極能量密度正極能量密度 比容量增加比容量增加 能量密度增加能量密度增加 V 充電充電 放電放電 V （Wh/kg） % % 4.2 179.1 158.4 3.82 605.1 0.0 0.0 4.3 195.3 173.7 3.85 668.6 9.7 10.5 4.4 213 188.6 3.89 733.7 19.1 21.3 4.5 226.5 200.9 3.92 787.4 26.8 30.1 4.6 235.5 207.2 3.94 816.4 30.8 34.9 資料來源：儲能及動力電池正極材料設計與制備技術、招商證

17、券 2、高電壓高電壓不顯著不顯著影響影響首效，熱穩定性優于高鎳首效，熱穩定性優于高鎳 首次效率并不會隨著電壓升高而首次效率并不會隨著電壓升高而明顯明顯下降下降。隨著電壓從 4.2V升至 4.5V，NCM551530 首效甚至小幅提升，由 88.4%增至 88.7%，當電壓進一步提升至 4.6V 時，降至 88%。 圖圖 5：NCM551530 不同充電電壓下首效表現不同充電電壓下首效表現 資料來源：儲能及動力電池正極材料設計與制備技術、招商證券 充電電壓提升和鎳含量均會導致熱穩定性變差充電電壓提升和鎳含量均會導致熱穩定性變差。高電壓使得更多的鋰脫出后正極材料本身的結構穩定性會變差，而Ni 含量

18、升高則更容易發生陽離子混排和相變，使得穩定性更差。 但中鎳高電壓正極的熱穩定性仍顯著高于高鎳常規電壓但中鎳高電壓正極的熱穩定性仍顯著高于高鎳常規電壓。4.3V 下 NCM811僅為 218.8，相比之下，4.5V 下 NCM622放熱峰值溫度延后 46.9至 265.7，放熱量減少 26%至 670.7J/g。 88.488.988.588.7880204060801004.24.34.44.54.6首次效率（%） 敬請閱讀末頁的重要說明 6 行業深度報告 圖圖6：NCM622 與與 NCM811 不同電壓下不同電壓下 DSC 曲線曲線 圖圖7：NCM622 與與 811 放熱峰峰值溫度放熱峰

19、峰值溫度與放熱量與放熱量 資料來源：儲能及動力電池正極材料設計與制備技術、招商證券 資料來源：儲能及動力電池正極材料設計與制備技術、招商證券 2020 年底年底欣旺達欣旺達發布“只冒煙、不起火”動力電池解決方案發布“只冒煙、不起火”動力電池解決方案，該方案采用高電壓中鎳三元材料體系。，該方案采用高電壓中鎳三元材料體系。在“加熱觸發電芯熱失控實驗” 中， 單個電芯在被觸發發生熱失控之后， 整個電池包只冒煙不起火， 系統自始至終都保持安全狀態。該方案采用鎳 5X三元材料體系，相比同行的同等能量密度的正極材料，產熱比多晶三元材料低至少 20%，正極釋氧溫度高 30%，能量密度比當時高鎳體系接近，材料

20、安全性更具優勢。 中航鋰電的高電壓三元電池包產品中航鋰電的高電壓三元電池包產品已經通過中國汽車技術研究中心有限公司的針刺和熱擴散試驗， 為行業內首次通過三元鋰電池系統針刺不起火試驗。 3、成本優勢凸顯成本優勢凸顯 原材料成本方面，中鎳高電壓產品鎳鈷含量相對常用 Ni8系產品更低，前者 Ni/Co/Mn 典型配比為 65/7/28，后者典型配比為 83/11/6，另外在鋰源上，中鎳高電壓產品可部分采用碳酸鋰作為原料，而高鎳產品由于燒結溫度不能太高，故僅能使用熔點更低的氫氧化鋰。因此綜合上述原因，Ni68 高電壓產品原材料成本相比高鎳產品優勢明顯，根據最新原材料價格測算，Ni6系高電壓產品單噸原材

21、料成本約 29.2萬元/噸，較 Ni8 系常規電壓產品低 12%，約 4萬元/噸。 加工成本方面，高鎳產品對氧氣、濕度要求更為苛刻，須在純氧環境中生產，調漿加工過程中須嚴格控制濕度，其加工成本較中鎳高電壓產品多 8000 元/噸左右。 表表 2：各型號單噸前驅體所含元素質量理論值（噸）：各型號單噸前驅體所含元素質量理論值（噸） 項目項目 Ni5 系系 Ni6 系系 Ni7 系系 Ni8 系系 Ni9 系系 常規電壓常規電壓 高電壓高電壓 常規電壓常規電壓 高電壓高電壓 典型摩爾比（Ni/Co/Mn) 55/15/30 65/7/28 72/5/23 83/11/6 92/5/3 理論克比容量（

22、mAh/g） 276.4 277.4 272 275.1 274.8 當前實際克比容量（mAh/g） 170 180 180 195 200 202 214 充電電壓（V） 4.25 4.35 4.25 4.4 4.35 4.2 4.2 放電電壓（V) 3.71 3.78 3.72 3.77 3.75 3.66 3.66 當前應用能量密度（Wh/kg） 631 680 670 735 750 739 783 目前開發中的下一代產品的預計充電電壓（V) - 4.45 4.45 4.25 4.25 目前開發中的下一代產品的潛在應用能量密度（Wh/kg） - 767.6 809.8 769.6 81

23、0.3 單噸原材料成本（萬元/噸） 29.0 29.2 30.6 33.2 32.4 單 Wh 原材料成本（元/Wh) 0.46 0.43 0.44 0.40 0.41 0.45 0.41 資料來源：廈鎢新能公告、招商證券 備注：以 2022-6-2價格為基準。假設 Ni5系使用碳酸鋰，Ni6 系使用氫氧化鋰和碳酸鋰各一半，Ni8系及以上使用氫氧化鋰作為鋰源 286.8281.2265.7218.8105.8366.9670.7906.402004006008001000NCM622-4.3VNCM622-4.4VNCM622-4.5VNCM811-4.3V放熱峰峰值溫度（）放熱量（J/g）

24、敬請閱讀末頁的重要說明 7 行業深度報告 表表 3：Ni6 系高電壓系高電壓（4.4V）與與 Ni8 系常規電壓三元材料對比系常規電壓三元材料對比 Ni6 系高電壓系高電壓 Ni8 系常規電壓系常規電壓 元素配比（Ni/Co/Mn） 68/7/25 83/11/6 克比容量（mAh/g） 200 202 首次效率 87% 87% 熱穩定性 一般隨 Ni 含量變高而變差 循環次數（次80%） 2000 2000 充電電壓 4.4 4.2 放電電壓 3.77 3.66 正極材料能量密度（Wh/kg） 754 739 單噸原材料成本（萬元/噸） 29.5 33.2 單 Wh 原材料成本（元/Wh)

25、0.39 0.45 加工成本 6 系高電壓約低 8000 元/噸 資料來源：廈鎢新能公告、招商證券 敬請閱讀末頁的重要說明 8 行業深度報告 二、二、高電壓三元正極材料的高電壓三元正極材料的挑戰挑戰與解決路徑與解決路徑 高電壓下，三元鋰電材料面臨著晶體結構穩定性、不可逆相變、材料與電解質的界面副反應、釋氧等一系列問題，最終可能導致材料循環壽命差、熱穩定性低、電解液消耗、界面膜增厚、安全性能下降等一系列宏觀電池失效行為。 下圖為 NCM523正極材料在不同電壓范圍內 1C倍率下循環曲線，可以明顯看到隨著充電截止電壓升高，材料容量保持率快速下降。充電截止電壓 4.4V 時，材料 100 周后容量保

26、持率 94.8%，4.6V 下容量保持率為 69.4%，4.8V 下僅為50.3%。 圖圖 8：純相：純相 NCM523 不同不同截止電壓下截止電壓下 1C 循環性能循環性能 資料來源：鋰離子電池高電壓三元正極材料的合成與改性、招商證券 表表 4：純相：純相 NCM523 不同不同截止電壓下截止電壓下 1C100 次循環后容量保持率次循環后容量保持率 電壓范圍（電壓范圍（V） 1C100 次循環后容量保持率次循環后容量保持率（%） 3.0-4.4 94.8 3.0-4.6 69.4 3.0-4.8 50.3 資料來源：鋰離子電池高電壓三元正極材料的合成與改性、招商證券 另外前文也提到，隨著電壓

27、升高，放熱峰峰值溫度小幅降低，放熱量有較大程度升高，表面熱穩定性下降。此處不再另外前文也提到，隨著電壓升高，放熱峰峰值溫度小幅降低，放熱量有較大程度升高，表面熱穩定性下降。此處不再贅述贅述。 1、高電壓電化學性能衰減機理高電壓電化學性能衰減機理 Li/Ni 混排混排 充電 Li+脫出將形成鋰位空缺，2個相鄰的氧層之間產生排斥作用，驅使 Ni2+遷移到鋰空位，引發 Li/Ni混排，隨著混排程度加劇，后期可能演變為層狀結構向巖鹽相轉變。 更高的電壓使得更多更高的電壓使得更多 Li+脫出，脫出，提升了容量但同時會提升了容量但同時會加劇陽離子混排的現象。加劇陽離子混排的現象。研究發現 NCM622 材

28、料在 4.3V 截止電壓下循環 50 次后，主體結構仍然保持了良好的層狀結構，但部分區域會出現過渡金屬離子混排的現象，當截止電壓提高到 4.5V 和 4.7WhV后材料的晶體結構衰降變得更加嚴重，在高的截止電壓下過多的 Li+脫出導致金屬陽離子進入到 Li層，這會阻擋 Li的擴散通道，減少 Li的活性點位，導致界面電荷交換阻抗的增加和可逆容量的衰降。 敬請閱讀末頁的重要說明 9 行業深度報告 圖圖 9：層狀層狀 NCM 的有序的有序-無序相及結構轉變無序相及結構轉變 資料來源：層狀鎳鈷錳酸鋰三元正極材料的研究進展、招商證券 不可逆不可逆相變相變 循環過程中正極材料會與電解液接觸發生晶體相變，原

29、始層狀結構轉變為尖晶石相和巖鹽相，這兩種結構具有較低的鋰離子傳導率，大倍率條件下或者長時間循環下使得極化增大，容量快速衰減。 有研究表明，不可逆相變的不可逆相變的轉轉換程度取決于截止電壓范圍，換程度取決于截止電壓范圍，而且在高電壓(4.8V)下更易形成鹽巖相，這是因為高氧化環境引發了材料表面結構的氧損失，巖鹽相的存在導致鋰離子傳輸更為緩慢，從而使容量快速衰減。 敬請閱讀末頁的重要說明 10 行業深度報告 圖圖 10：循環后循環后 NCM523 材料的相變材料的相變 資料來源：三元層狀正極材料失效機理及改性研究進展、招商證券 界面副反應界面副反應 有機電解液在高電壓下會在高氧化活性的過渡金屬離子

30、催化下自行分解， 尤其當電荷截止電壓超過有機電解液的穩定尤其當電荷截止電壓超過有機電解液的穩定極限時極限時，會發生電解液氧化會發生電解液氧化，并伴隨著氣體的并伴隨著氣體的產生產生。電解液分解物附著在材料表面，會阻礙鋰離子在活性物質表面的遷移，界面阻抗激增，導致電池電化學性能惡化。 圖圖 11：NCM 三元材料表面變化示意圖三元材料表面變化示意圖 資料來源：鋰離子電池高電壓三元正極材料的合成與改性、招商證券 2、解決路徑：解決路徑：體相體相摻雜摻雜&表面表面包覆包覆&高電壓電解液高電壓電解液等等 高電壓三元材料的改性方法與高電壓鈷酸鋰類似，通常為體相摻雜和表面包覆，但二者側重點有所差別。高電壓L

31、iCoO2 材料的改性通常以摻雜改性為主， 表面包覆為輔材料的改性通常以摻雜改性為主， 表面包覆為輔， 重點提高重點提高 LiCoO2 材料在高壓下的晶體結構及化學穩定性材料在高壓下的晶體結構及化學穩定性，而高壓三元材料的改性則是摻雜和表面包覆并重。而高壓三元材料的改性則是摻雜和表面包覆并重。 體相摻雜體相摻雜 金屬金屬離子摻雜是抑制離子摻雜是抑制 Li/Ni 混排的一種手段，混排的一種手段， 同時也可緩解晶體相變。同時也可緩解晶體相變。 摻入鋰位點的陰陽離子， 例如 Al3+、 Zr4+、 Ti4+、 敬請閱讀末頁的重要說明 11 行業深度報告 Mn4+、F-、PO43-等，可通過優先占據鋰

32、位點來抑制 Ni2+的遷移，摻入 TM 位點的高價陽離子，可以平衡由 Ni2+帶來的反位缺陷，從而通過抑制 Ni2+遷移來抑制 Li/Ni混排。此外，通過高價陽離子摻雜，形成強力金屬-氧鍵，從而抑制金屬溶解和氧空位形成，可以緩解巖鹽相形成以及氧損失。 但大部分的離子摻雜均會取代一定量的 Ni，不參與充放電過程的氧化還原反應，因此會損失部分容量，故需要嚴格控制用量，在抑制 Li/Ni混排與維持電極容量之間達到平衡。 圖圖 12：Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)1-xZrxO2在在 3.0-4.6V 下下 1C 倍率循環性能倍率循環性能 資料來源：鋰離子電池高電壓三元正極材料的合成與改性、招

33、商證券 表面包覆表面包覆 表面包覆表面包覆可有效減少界面副反應，可有效減少界面副反應， 對抑制巖鹽相的形成和氧損失也有著重要的作用對抑制巖鹽相的形成和氧損失也有著重要的作用。 表面包覆主要目的是作為保護層,減少主體材料與電解液之間的副反應， 提高材料的循環性能,充放電過程即便形成了微裂紋， 也不會被電解液腐蝕而進一步擴大。常見包覆層有 ALD法的金屬氧化物、無定形的 B 或 Al等包覆、有機包覆層等 圖圖 13：基體基體 NCM523 與不同與不同 Li2ZrO3包覆量樣品包覆量樣品 100 次循環曲線次循環曲線 資料來源：鋰離子電池高電壓三元正極材料的合成與改性、招商證券 敬請閱讀末頁的重要

34、說明 12 行業深度報告 高電壓電解液高電壓電解液 高電壓三元正極材料需要配套高電壓電解液。 高電壓電解液：1）可使用比有機碳酸酯更加穩定的溶劑，從根本上拓寬電解液的氧化窗口，保證電解液即使在高電壓狀態下不發生分解；2）可通過加入適量的功能電解液添加劑改善其穩定性，通過優先于有機溶劑發生分解反應，反應產物覆蓋在材料表面形成穩定的 SEI 膜，抑制材料與電解液之間的副反應，高電壓電解液添加劑大致可分為無機添加劑和有機添加劑兩類，按照化學組成可分為含磷類、含硼類、鋰鹽類等。 目前主要電解液生產廠商均已對高電壓電解液做了相關布局。 新宙邦新宙邦：已開發出匹配高電壓三元體系的電解液產品，滿足動力電池對

35、于循環和高溫存儲的要求，兼顧低溫功率，已通過部分中高端客戶的認證并批量供應。 配備公司高電壓三元系列電解液產品的鋰離子電池能達到常溫循環 2000 圈，高溫循環 1500 圈以上的循環壽命，滿足國內外電池廠商需求，且產品一致性水平較高。溶劑、鋰鹽和添加劑的含量占比分別約為 80-88%、10-14%、2-6%。 天賜材料天賜材料：三元高電壓電解液開發項目已完成，可滿足市場關于高能量密度 4.35V 及以上電壓的需求， 欣旺達欣旺達：正在研發一種中鎳高電壓體系的電解液，目前開發進入收尾階段。該電解液體系旨在實現寬工作電壓窗口，提升三元高電壓動力鋰離子電池的界面穩定性，解決三元高電壓動力鋰離子電池

36、面臨的高溫性能和壽命性能，匹配三元高電壓正極材料。 國軒高科國軒高科：收購美國巴斯夫電解液實驗室及相關專利，為高電壓高能量密度電池做技術儲備 敬請閱讀末頁的重要說明 13 行業深度報告 三、三、高電壓三元產業化進程高電壓三元產業化進程與重點公司與重點公司 表表 5：高電壓三元高電壓三元產業化進展產業化進展 種類種類 公司公司 高電壓三元布局高電壓三元布局 正極廠正極廠 廈鎢新能 目前出貨主要為 4.35V 高電壓產品，2021 年開發出了新款 4.4V 高電壓 6 系三元材料，預計今年大幅放量，新產品能量密度略超高鎳 8 系，目前已成功應用到續航里程超過 1000 公里的電動車上。4.45V

37、的 Ni7 系產品正在研發中，預計能量密度可對標 Ni9 系產品 長遠鋰科 高電壓 4.3VWh 和 Wh4.35VWh 三元正極材料已批量用于動力電池領域，4.4VWh 三元正極材料及鈷酸鋰正極材料逐步應用于數碼電池領域 振華新材 2018 年推出第一代中高鎳低鈷一次顆粒大單晶產品 ZH6000A，將鈷用量由 NCM523 的 20mol.%降低到 10mol.%，同時其 4.35V 能量密度優于同電壓下的 NCM523，比容量提高 5-8mAh/g，調漿加工過程中無須高鎳材料所需的嚴格濕度控制，從而為下游客戶提供相對于 NCM523 而言性價比更高的選擇 當升科技 生產 4.4V 高電壓型

38、 Ni5 系產品，Ni6 系產品目前做到 4.3V 容百科技 4.35V Ni6 系產品處于產線調試階段 巴莫科技 生產 4.35V 高電壓型 NCM523 電池廠電池廠 寧德時代 2021年報中提到“高電壓三元產品在 700km續航以內的乘用車上得到大規模應用”，此為公司上市以來首次在公告中提及“高電壓” 中創新航 主打高電壓三元電池產品。 公司高電壓三元電池具有高能量密度、 長壽命及優異安全性的特點，成為乘用車的最佳電池系統解決方案之一，并實現大規模裝機。2020年在全球率先采用高電壓三元電池材料技術量產 590模組電池，并安裝在主要客戶廣汽埃安設計的 Aion-LX車型上，成為國內首款續

39、航里程超過 600公里的 SUV電動車型之一。 另外公司開發了 100kWh的電池系統產品，能量密度達到 225Wh/kg，屬于業內首創 蜂巢能源 主推高電壓 NCMA四元材料較 8系 NCM性價比突出，可承受 4.35V高電壓，屬于中鎳材料，具有安全、性價比高的特點：1）能量密度：達到 265WH/kg，0.1C和 1C放電容量分別為 203和 188mAh/g，接近 NCM811水平（分別 205和 190mAh/g）；2）DSC熱穩定性：放電分解溫度較 NCM811高 20以上（248 VS 225）；3）高溫產氣：降低 25%以上；4）循環性能：具備 50次無容量衰減循環（99.5%）

40、，NCM811為 97.5% 孚能科技 中鎳高電壓產品在 2021年持續出貨 領湃新能源 2021年 3月發布了一款高電壓中鎳 VDA355電池產品，能量密度達 222Wh/kg以上，可滿足目前主流的 500-600公里長續航車型要求，循環壽命達 1800次 瑞浦能源 瑞浦能源開發的第三代高比能三元電池產品，容量 190Ah（260Wh/Kg），為 523中鎳高電壓體系， 將取代目前第二代 VDA高比能電池 177Ah （250Wh/Kg） ， 預計續駛里程可以直接提升 20%，在不改變電池 PACK設計排布的前提下，可以實現 600km以上續駛里程 資料來源：公司公告、公司官網、招商證券 1

41、、廈鎢新能廈鎢新能 高電壓鈷酸鋰證明公司技術實力高電壓鈷酸鋰證明公司技術實力。鈷酸鋰是充分市場競爭的市場，終端客戶均為世界知名消費電子企業，對技術和品質要求較高，鈷酸鋰產品的技術發展一直集中于高電壓、高容量，公司通過持續不斷的努力，在 4.4V 這一代產品憑借自己技術、品質上的優勢趕上并超越海內外先進對手，4.45V 以后的產品，公司一直處于領先位置，市場占有率不斷得到提升，目前已成為全球龍頭。公司由以 4.40V 系列產品為主快速切換為以 4.45V、4.48V 系列產品為主，相應的克比容量由 176mAh/g 提升至 190mAh/g 以上。目前公司 4.5V 鈷酸鋰產品也已開始批量供貨，

42、4.55V 系列產品正處于研發進程中。 公司三元材料基本以高電壓（公司三元材料基本以高電壓（4.35V+）產品為主。）產品為主。公司目前出貨主要為 4.35V 高電壓產品，2021 年公司開發出了新年公司開發出了新款款 4.4V 高電壓高電壓 6 系三元材料，預計今年實現萬噸級放系三元材料，預計今年實現萬噸級放量，量，新產品能量密度略超高鎳 8 系，目前已成功應用到續航里程超過 1000 公里的電動車上。4.45V 的的 Ni7 系產品正在研發中系產品正在研發中，預計能量密度可對標預計能量密度可對標 Ni9 系系產品產品。 敬請閱讀末頁的重要說明 14 行業深度報告 圖圖 14：廈鎢新能正極材

43、料產銷量數據（單位：萬噸）廈鎢新能正極材料產銷量數據（單位：萬噸） 圖圖 15：廈鎢新能不同型號三元產品銷售收入占比廈鎢新能不同型號三元產品銷售收入占比 資料來源：廈鎢新能招股說明書、招商證券 資料來源：廈鎢新能招股說明書、招商證券 2、長遠鋰科（電新）長遠鋰科（電新） 公司公司高電壓高電壓 4.35V 和和 4.4V 三元正極材料已批量用于動力電池領域。三元正極材料已批量用于動力電池領域。公司通過使用特殊材料對正極材料粉末進行均勻包覆，可以實現優化產品加工性能、提高產品容量、增強產品電化學穩定性等目的，有效改善產品特性。與基體體相摻雜結合以改善產品穩定性，減緩循環和存儲過程中電極材料界面副反

44、應，抑制高溫高電壓下產氣。技術革新有效降技術革新有效降本。本。 公司新一代 65 系高電壓單晶降鈷產品打破傳統工藝， 采用低成本粗顆粒鋰源， 在成本降低的同時產能大幅提升。 高鎳方面，高鎳方面，公司新一代高鎳低鈷 Ni83 單晶產品，較第一代產品成本顯著降低，噸級樣品已通過寧德時代測試。高鎳Ni88 單晶前驅體及正極材料的開發已進入試產階段，更高鎳 9 系單晶產品率先完成設計開發，客戶進入噸級試產階段。且 NCA 材料開發進展順利，噸級樣品導入國際電動工具龍頭企業。 3、振華新材（電新）振華新材（電新） 專注單晶三元領域。專注單晶三元領域。一般來說中鎳高電壓產品均為單晶，公司 2009 年推出

45、第一代一次顆粒大單晶 NCM523，屬于國內外較早完成 NCM 正極材料一次顆粒大單晶材料的研發及生產的企業。 2018 年起陸續開發一次顆粒大單晶中高鎳低鈷 6系等產品，4.35V 下能量密度優于同電壓下的 NCM523，比容量提高 5-8mAh/g，研發并儲備的中高鎳低鈷一次顆粒大單晶材料合成技術等多項核心技術，順應了新能源汽車高性價比、高能量密度的發展方向，目前已成功實現量產。 三次燒結拓寬兼容，表面改性提升性能。三次燒結拓寬兼容，表面改性提升性能。公司特有的三次燒結工藝在三元前驅體選擇的寬泛性、工藝兼容性和產品的晶體結構完整性等方面具有一定優勢，而表面改性技術降低材料游離鋰，一次顆粒大

46、單晶鎳鈷錳三元材料合成技術實現了涵蓋從中鎳、 中高鎳到高鎳大單晶三元材料的批量生產， 兼具循環壽命， 能量密度及游離鋰水平控制等性能優勢。 圖圖 16：振華新材與行業大單晶材料發展時間對比圖振華新材與行業大單晶材料發展時間對比圖 資料來源：振華新材招股說明書、招商證券 2.44.15.07.12.44.04.97.20123456782018201920202021產量銷量46%13%14%33%32%45%19%55%40%0%20%40%60%80%100%120%201820192020Ni3系Ni5系Ni6系Ni8系其他 敬請閱讀末頁的重要說明 15 行業深度報告 四、四、風險提示風險

47、提示 1、新能源車銷量不及預期新能源車銷量不及預期 若最終新能源車滲透率不及預期，將影響三元鋰離子電池的市場需求，造成行業增速不及預期。 2、技術路線變動、技術路線變動 若未來新能源汽車動力電池的主流技術路線發生不利變化，三元鋰電池的市場需求將會受到較大影響，從而對行業的未來景氣度造成重大不利影響。 3、鈷、鎳、鈷、鎳、鋰等金屬、鋰等金屬價格大幅價格大幅上行上行 若市場原材料供應短缺，價格大幅上行，三元行業的成本劣勢可能進一步放大，影響三元鋰離子電池市場份額。 敬請閱讀末頁的重要說明 16 行業深度報告 分析師承諾分析師承諾 負責本研究報告的每一位證券分析師，在此申明，本報告清晰、準確地反映了

48、分析師本人的研究觀點。本人薪酬的任何部分過去不曾與、現在不與，未來也將不會與本報告中的具體推薦或觀點直接或間接相關。 劉文平：劉文平：招商證券有色金屬首席分析師。中科院理學碩士，中南大學本科。10 年有色金屬和新材料研究和投資經驗。曾獲金牛最佳分析師、水晶球最佳分析師、金翼分析師、同花順最具影響力分析師、wind 最具影響力分析等。 劉偉潔：劉偉潔：招商證券有色研究員。中南大學碩士，11 年有色金屬行業研究經驗。2017 年加入招商證券。 賴如川：賴如川：招商證券有色研究員。中國人民大學金融碩士、理學學士，曾就職于中國銀行總行。2021 年加入招商證券。 杜開欣：杜開欣：招商證券有色研究員。香

49、港中文大學會計理學碩士，吉林大學本科。2021 年加入招商證券。 投資評級定義投資評級定義 公司短期評級公司短期評級 以報告日起 6 個月內，公司股價相對同期市場基準（滬深 300 指數）的表現為標準： 強烈推薦：公司股價漲幅超基準指數 20%以上 審慎推薦：公司股價漲幅超基準指數 5-20%之間 中性： 公司股價變動幅度相對基準指數介于5%之間 回避： 公司股價表現弱于基準指數 5%以上 公司長期評級公司長期評級 A：公司長期競爭力高于行業平均水平 B：公司長期競爭力與行業平均水平一致 C：公司長期競爭力低于行業平均水平 行業投資評級行業投資評級 以報告日起 6 個月內，行業指數相對于同期市

50、場基準（滬深 300指數）的表現為標準： 推薦：行業基本面向好，行業指數將跑贏基準指數 中性：行業基本面穩定，行業指數跟隨基準指數 回避：行業基本面向淡，行業指數將跑輸基準指數 重要聲明重要聲明 本報告由招商證券股份有限公司（以下簡稱“本公司”）編制。本公司具有中國證監會許可的證券投資咨詢業務資格。本報告基于合法取得的信息，但本公司對這些信息的準確性和完整性不作任何保證。本報告所包含的分析基于各種假設，不同假設可能導致分析結果出現重大不同。報告中的內容和意見僅供參考，并不構成對所述證券買賣的出價，在任何情況下，本報告中的信息或所表述的意見并不構成對任何人的投資建議。除法律或規則規定必須承擔的責