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锂电正极材料行业研究报告

2021年锂电正极材料行业研究报告

伴随行业退补降本、刀片技术改进和安全意识提升等因素催化，短期国内铁锂电池显著回暖，长期看三元趋势不变。

当前高镍化是高续航车型提升能量密度最有效的方法，同时高镍材料技术难度大，加工费用高，拥有相关技术的企业拥有更高的盈利和降本空间，伴随电池厂和车企高镍化持续布局，国内正极高镍化趋势有望加速。

我们预计25年国内和海外三元8系占比有望提升至55%和74%，预计25年全球6系及以上高镍正极需求约133万吨，CAGR达到45%，显著高于正极整体增速。

高镍与涨价促进行业格局优化，全球高端一体化步伐加速。

中国正极产能全球占比超一半，但整体市场集中度低产能过剩严重，我们判断当前行业正加速集中：

1）龙头高镍占比高享受需求高增速；2）行业扩产集中在龙头，规模和成本优势强化；3）龙头前沿技术布局完善，加速产品降本提质；4）龙头全球化客户布局，海外产能落地带来业绩收获期。

正极产业链中前驱体壁垒高格局好，全产业链布局的正极企业盈利显著高于行业平均水平。

一、正极：

锂电核心材料，安全与高效博弈

（一）正极材料决定锂电性能，能量密度和安全性是核心考量

为了满足锂电池高能量密度、功率密度，较好的循环性能和可靠的安全性，正极材料需要具备以下几方面条件：

1）为电池充放电提供锂源；2）提供更高的电极电位保障输出电压高；3）电压平台稳定保障输出电位平稳；4）正极材料的电化当量小，保障较高能量密度；5）锂离子在材料中扩散系数高，保障高功率密度；6）可逆性好保障电池循环性能；7）较高的电子和离子电导率；8）化学稳定性好、资源丰富、制备成本低。

根据不同的技术路线，常见的正极材料可以分为钴酸锂（LCO）、锰酸锂（LMO）、磷酸铁锂（LFP）、镍钴锰酸锂（NCM）、镍钴铝酸锂（NCA）等。

电池能量密度与比容量、正极质量、电压成正比，与总质量成反比。

钴酸锂能量密度高，但是钴成本高循环寿命低，主要用于3C产品；锰酸锂成本低廉但是能量密度低，磷酸铁锂循环型和安全性好，但是能量密度也较低，所以应用于储能、商用车和部分低速电动车；三元材料可以充分发挥三种金属的优势，具有高能量密度和高循环寿命等优点广泛用于电动车、3C等领域。

（二）横向对比锂电材料市场，正极价值高竞争强盈利弱

对比锂电池四大材料，正极材料价值占比高、国内市场分散、盈利能力较弱。

1）价值量占比高：

我们在之前的报告中拆分了电芯尺寸为20*87*285的NCM523以及20*99*322的LFP电芯成本，在电芯制造95%的良率下NCM523中正极材料成本占比接近60%，LFP中正极成本占比也超过30%，要显著高于其他的负极材料、隔膜和电解液

2）市场竞争激烈：

国内正极材料产能全球占比约为60%，但是出货量占比仍较低在45%左右，低于负极、电解液和隔膜等海外放量；从竞争格局来看，国内正极材料行业较为分散，2020年三元正极CR2仅为20%左右，CR3仅为30-35%，CR5约为50%，三大指标都要显著低于负极、隔膜和电解液；

3）盈利能力较弱：

随着电池降本需求，锂电四大材料售价呈现下降趋势，但四大材料龙头企业毛利率相对稳定，正极材料行业整体毛利率保持在20%以下，显著低于负极材料和电解液（30%左右）、隔膜（50%左右）的毛利率，主要因为正极材料低端产能过剩，但随着高壁垒的高镍正极增多，市场集中度持续提升。

（三）三元与铁锂正极的竞争，核心是安全与高效的博弈

三元正极材料能量密度占优，在政策引导、成本降低和安全性提高的推动下，市场份额显著提升。

不同三元材料的镍含量不同，但平均能量密度要高于LFP和LCO正极，行业初期LFP和LCO依靠成本低廉和技术成熟成为主要的锂电正极材料，2015年开始伴随长续航的乘用车占比增多和补贴政策对长续航的优惠，长续航的NCM占比持续提升。

国内NCM占比从2014年的30%上升至2018年近50%。

2019年以来LFP正极市占率有所回升。

2020年NCM出货量占比略有下降，LFP占比从22%提升至25%，一方面是随着补贴下降车企降本压力增大，下游车企推出多款铁锂电池爆款车型，另一方面安全意识提升、刀片电池技术提升，再加上电动车和储能等小动力市场需求和出口增加，带动LFP市场回暖。

（四）复盘正极技术发展历程，性能提升有待技术突破

回顾锂电正极材料历史：

1）钴酸锂正极：

是最早被使用的正极材料，20世纪90年代索尼公司率先生产的第一块商业化锂电池，采用的钴酸锂正极，2003年之前钴酸锂被国外厂商垄断，2003年当升科技、湖南瑞翔推出国内第一款钴酸锂，随着国内当升、北大先行和杉杉等企业不断扩张，当前国内钴酸锂产能全球占比超过70%。

钴酸锂电池能量密度提升分为两个阶段：

第一阶段，通过中粒径增加和形貌改变提高压实密度，压实密度达到极限4.1~4.1g/cm3；第二阶段，通过提高充电截止电压、掺杂和包覆等方式提升高压情况下电化学性能等方式，提高比容量。

2）镍钴锰酸锂三元：

已经成为使用最广泛的正极材料，2006年深圳天骄、宁波金和率先推出333/443/523体系的三元正极，2007年钴价格大涨加速了镍钴锰酸锂正极市场发展，2012年厦门钨业三元产品开始供应日本市场，成为国内第一家镍钴锰酸锂出口日本的企业，2015年开始长续航、高能量密度和政策引导下，三元正极材料进入快速发展阶段。

3）磷酸铁锂：

拥有稳定的橄榄石骨架结构，电化学性能稳定，在低成本的储能领域广泛应用，在退补政策和能量密度提升的趋势下，在电动车上应用呈增多之势。

磷酸铁锂材料主要集中在中国大陆、中国台湾和北美地区，早年北美的磷酸铁锂企业因为需求不足长期处于亏损状态，中国大陆2001年开始磷酸铁锂研发，经过6年时间北大先行等企业率先突破生产技术和工艺难题，随后在国家新能源汽车政策鼓励下，国内衍生了一大批生产厂商。

磷酸铁锂技术方面的发展方向主要是：

碳包覆或石墨烯提高导电性、金属离子掺杂改性、纳米化、发展更高压的磷酸盐材料。

4）锰酸锂：

现在主要应用于一些安全性和成本要求高，但是对能量密度和循环要求较低的市场，包括通讯类电池、笔记本电脑电池和数码相机电池等。

2003年开始国内锰酸锂开始产业化，云南汇龙和盟固利等企业闪现开发出锰酸锂材料，之后循环占领部分低端市场，高端市场中锰酸锂经过改性后可以直接用于客车市场，后续随着三元技术发展成熟，锰酸锂在电动车市场份额不断下降。

锂电正极材料未来发展：

从锂电池的综合性能看，电池的应用需要综合考虑平衡质量能量密度、体积能量密度、安全性、循环性、充放电效率、低温特性和制造成本等多个指标。

正极材料中，磷酸铁锂现有容量可达到160-165mA.h/g，接近理论极限170160-165mA.h/g，高压锰酸锂正极比容量理论上可进一步提高，钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂和富锂锰基正极材料比容量提升空间较大。

除此之外，材料稳定性、界面稳定性和高压下传统电解液改性或者向固态电解液过渡等是正极材料未来的发展趋势。

二、短期铁锂强势复苏，长期三元高镍化加速渗透

（一）政策刺激消费驱动，电动车站在黄金十年起点

国内电动车行业逐步从政策驱动向消费市场转变。

国内新能源汽车过去行业主要的驱动力在于传统限牌、限行和营运等刚性需求与新车型带来的纯市场需求的叠加，伴随财政补贴政策逐步退出以及纯消费市场的兴起，预计行业周期性波动将会逐步减弱。

驱动逻辑一：

政策规划渗透率提升空间大，补贴延长奠定行业黄金三年。

政策规划驱动下，新能源汽车渗透率提升空间大。

根据中汽协数据，2020年国内新能源汽车销量137万辆，渗透率达到5.4%。

从政策规划来看，《新能源汽车产业发展规划2021-2035年》规划要求2025年新能源汽车销量要达到20%，预计需达到500万辆以上，而“节能与新能源汽车技术路线图2.0”更是对2035年提出节能汽车与新能源汽车销量约各占50%，汽车产业基本实现电动化转型的目标，电动车渗透率提升尚处在初始阶段。

驱动逻辑二：

动力电池成本下降，消费级乘用车平价在即。

伴随动力电池成本下降以及能量密度提升，消费级乘用车逐步接近平价。

过去新能源汽车成本较高的原因主要在于电池成本居高不下，伴随电池售价下降其在整车成本中的占比逐步降低。

从消费者角度来说，对经济性较敏感的中低端车型已基本实现全生命周期的平价，伴随三电系统价格进一步下探，以及磷酸铁锂版车型的普及，有助于进一步提升消费级乘用车的渗透率。

驱动逻辑三：

爆款车型涌现为纯消费市场注入活力。

纯消费市场方面，爆款车型是增长的关键所在。

除了成本考量和补贴退坡外，爆款车断档是过去新能源车面临的最大问题，伴随2020年下半年自主品牌车型以及特斯拉、大众MEB等新车型的推出，新能源汽车实现产销端双双反转，逐步走上中长期成长阶段。

在19年补贴退坡后A级车已取代A00与A0级地位成为新能源纯电动乘用车的主要销量来源，这一现象在2020年表现的更为明显，特斯拉等新车型的快速放量带动了B级以及A级车的占比提升。

驱动逻辑四：

限行和环保政策鼓励，公共交通领域收益于政策导向有望迎来复苏。

过去2年受补贴退坡幅度较大影响，新能源客车与货车的销量持续下滑，2019年全年仅9.6万/4.9万辆。

2020年补贴新政策明确鼓励公共交通等领域汽车电动化，相关领域的用车2020年补贴标准不退坡，2021-2022年分别在上一年基础上退坡10%、20%。

公共用车方面，目前各地根据实际情况已加大新能源汽车推广应用力度及产销规划布局，预计将成为国内新能源汽车存量替换主要力量。

驱动逻辑五：

海外补贴政策边际向好，龙头车企发力电动化规划。

从全球范围看，由于欧洲碳排放法规趋严、多国新能源汽车补贴政策边际向好、传统车企陆续公布电动化大战略以及特斯拉产业链进度超预期，整体海外新能源汽车市场持续高增速。

传统车企紧跟特斯拉脚步，宝马、大众、戴姆勒纷纷发布电动化战略，车型储备丰富。

特斯拉中国工厂建设加速，20年1月交付首批中国制造的Model3，宝马、大众、戴姆勒也等纷纷加速在电动化上的布局，除宝马大量采购CATL+三星SDI电池外，大众也在近日公布了其五年电动化计划，公司规划2020年纯电动车销量目标为40万辆，同比增长接近300%，同时公司规划2020年、2025年纯电动车销量比例为4%和20%；戴姆勒也宣布未来电动化车型将涵盖奔驰品牌全部产品线，2021年电动化车型的覆盖率将从9%提升至15%。

新能源汽车销量预测：

2025年全球近1600万辆，国内超600万辆。

2020年国内外新能源汽车销量增速显著提升。

2020年国内新能源汽车销量136.7万辆，同比增长10.9%，增速由负转正。

全球新能源汽车销量达到324万辆，同比增长43%，其中欧洲市场新能源车登记辆近140万辆，同比增长137%。

我们预计全球新能源乘用车销量有望从2020年的324万辆增至2025年的近1600万辆，CAGR将达到38%，预计全球新能源乘用车渗透率有望达到18%左右。

国内新能源汽车有望从2020年135万辆增至2025年的628万辆，CAGR达到36%，国内新能源汽车渗透率有望达到23%左右。

（二）需求测算：

2025年全球正极市场有望超2000亿

（1）锂电池需求总量测算：

2025年全球锂电池需求量预计达到1187GWh。

全球动力电池需求有望从2020年的146GWh增至2025年的933GWh，CAGR达到45%；2025年全球消费电池需求将达到152GWh，CAGR为10%，储能电池需求有望达到102GWh，CAGR达到30%。

（2）锂电池需求结构测算：

假设如下：

国内动力电池中，电动客车均采用LFP电池，电动专用车80%采用LFP电池，电动乘用车LFP占比先上涨后下降，2025年达到25%；国内消费&储能：

2025年NCM占比提升至50%，LFP占比提升至10%；储能全部采用LFP；海外电池结构：

动力电池全部采用三元；LCO占比持续下降，消费电池NCM占比持续提升；储能电池全部采用LFP。

锂电需求结构测算：

预计2025年国内锂电池需求达到518GWh，其中NCM需求近300GWh，占比达到58%，国内LFP需求占比预计在2022年达到最高38.2%，随后占比缓慢下降，2025年占比达36%，需求量达到187GWh。

预计2025年海外电池需求670GWh，其中三元电池需求达到632GWh。

（3）正极材料需求测算：

预计2025年全球锂电正极材料需求从2020年的47万吨增至190万吨，CAGR达到32%。

国内锂电正极材料需求量有望从2020年的23.8万吨增至2025年的86.8万吨，CAGR近30%，预计2025年三元需求46.8万吨，LFP需求34.7万吨，LCO需求5.3万吨；海外2025年正极材料需求预计为103万吨。

（4）正极材料市场规模测算：

2025年国内锂电正极材料市场有望达830亿元，CAGR达23%，其中三元正极市场562亿元，CAGR达30%。

海外正极材料市场有望达1300亿元，全球正极材料需求市场2025年有望超2000亿元，其中全球三元正极材料需求市场达1730亿元，CAGR达到38%。

一方面，伴随行业降本、钴用量减少和企业话语权较弱等因素，锂电正极材料价格持续下降，2020Q4国内常规型号三元材料价格已下降至12万元/吨，较2018年Q1的高点价格折半；另一方面全球电动化需求持续上涨，正极材料整个市场规模不断扩张，全球正极材料有望从2020年600-700亿元扩大至2025年的2000亿元，市场CAGR达到27%。

（三）结构转变：

短期铁锂强势回暖，长期三元趋势不变

复盘锂电池正极材料，三元材料与铁锂材料竞争可分为三个阶段：

阶段一（2013-2015）：

新能源商用车贡献主要需求，成本低、技术成熟、安全性好促进LFP快增长。

2013年开始国内电动车需求爆发，拉动锂电正极材料出货量快速增长。

1）LFP和LCO依靠成熟的工艺和低廉的成本出货量快速增长；2）公交车相对于乘用车电动化率率先增长，更加安全的LFP电池需求增速显著高于NCM电池，2015年国内LFP正极材料出货量增速达到120%；3）2015年NCM整机材料出货量增速降至11%，除了公交车安全考虑外，产能瓶颈也限制了其出货增速。

阶段二（2016-2018）：

2016年开始新能源乘用车销量快速增长、三元正极产能释放和补贴政策改变，共同促使LFP增速放缓，NCM出货快速增长。

2016年开始新能源商用车销量维持在20万辆左右，其中新能源客车渗透率维持在35%左右，新能源乘用车销量从2015年的19万辆快速增长至2018年的105万辆。

一方面是因为17年开始国家补贴新能源汽车运营里程需达到3万公里，另一方面是2017年国家将能量密度纳入补贴考核，大大促进了NCM电池需求。

除此之外，NCM正极材料产能在2016-2018年集中释放，国内正极材料产能从2014年的5万吨左右迅速上涨至2017年底的20万吨，其中三元正极产能在两年时间增长近4倍，三元正极材料产能利用率从80%的高点下滑至最低30%左右，行业处于供给过剩局面。

阶段三（2019-至今）：

2019年受宏观经济和政策退补的影响，新能源汽车销量下降，2020年政策补贴延长、降本和爆款车型等综合作用下，新能源汽车实现快速增长，相应正极材料需求持续增长。

从结构上看，三元正极虽然保持高增速，但是增速有所放缓，相应铁锂电池增速持续回升。

2019年主要是补贴中能量密度和续航里程提升，和电动工具等需求增加，带动三元电池快速增长。

2020年铁锂正极出货量12.4万吨，同比增长41%，LFP占比从22%回升至25%。

该阶段铁锂电池呈现显著回暖态势。

正极材料发展趋势：

短期看铁锂电池回暖，长期看三元与铁锂电池共存。

1）驱动因素一：

虽然高能量密度的三元电池受益于补贴政策，但随着退补补贴驱动作用正在边际减弱。

2019年补贴持续退坡达到70%，2020年续航里程低于300公里的汽车将不再补贴，补贴政策对于新能源汽车销量促进作用显著减弱，国内电动车逐渐向着消费市场转变。

伴随动力电池降本压力，铁锂电池成本优势逐渐显现，在储能、商用车和中低端乘用车中，LFP电池占比有望回升。

LFP和NCM电池成本差异有望持续保持。

两种电池成本差异主要在于正极材料价格差异，LFP电池成本中正极材料占比成本占比在14%左右，正极材料主要由磷酸铁和碳酸锂组成，均价在5万元/吨左右。

NCM电池中正极材料成本占比在30%-40%，其中的镍钴锰成本较高，按三元五系正极价格15万元/吨测算，显著高于LFP正极材料，对应NCM电芯均价为0.675元/wh，LFP电芯均价在0.525元/wh，二者差异为0.15元/wh，并且成本差异有望长期保持。

2）驱动因素二：

CTP和刀片电池技术显著提高铁锂电池能量密度，并降低电池成本。

LFP电池采用CTP无模组技术后，由多个大容量电芯组成标准化电池包，再灵活堆叠组成更大的电池模块，在乘用车中CTP电池包体积利用率提高15%-20%，CTP集成效率有望从75%提升至90%，生产效率提升50%，零部件数量下降约40%，有效提升电池能量密度。

比亚迪的刀片电池是将多个"刀片"捆扎形成电池包模块，通过少数几个大模组的组合成电池模块，单体稳定长度可达到2100mm，当前刀片电池成包重量功率密度可能达到180Wh/kg左右，成本较传统结构电池下降10%左右，有效降低电池成本。

3）驱动因素三：

储能和小动力市场增长超预期，带动铁锂电池需求增长。

储能市场对电池能量密度要求低，但是对成本、安全性和循环性能要求高，LFP电池循环性能可超过2000次，售价低于NCM电池，同时安全性高于NCM电池，受益于国内5G加速建设和海外储能市场增长，2020年储能锂电池出货同比增长超50%，LFP电池直接受益。

小动力（含共享电单车、换电柜）市场受出口与内需双向带动，锂电池出货量同比增长超80%，国内小动力市场磷酸铁锂电池占比预计接近30%。

另外，新国标政策下二轮电动车市场锂电池渗透率加速提升。

2019年4月电动自行车新国标开始实施，铅蓄电池难以满足电动自行车轻量化、长续航等新国标要求，另外锂电池寿命要显著长于铅蓄电池，再加上锂电池具有轻便、快充和无保养费用等优点，锂电池当前渗透率正持续提升，2019年国内二轮电动车中锂电池渗透率已经达到18.8%，预计未来toB端共享两轮车锂电池渗透率有望达到100%，三年内toC端二轮电动车渗透率有望达到50%。

（三）高镍化是产业链共同诉求，万事俱备加速渗透

高镍三元材料仍是锂电长期趋势。

从成本端考量，三元材料中原材料占比较高，高镍三元材料降本空间大；从提升能量密度角度看，高镍化是目前认可度最高，技术最为成熟的手段；从企业盈利角度看，高镍三元电池因其技术壁垒高，享受更高的盈利空间；从行业竞争看，高镍三元材料加工难度大，技术迭代速度变慢，龙头企业有望重塑行业竞争格局。

1）高镍低钴三元正极成本优势显著

高镍含量三元正极性能优异、成本低廉，但是制备难度高、安全性能待提高。

三元材料中，钴可以稳定材料的层状结构，提高材料的循环和倍率性能，镍可以增加材料能量密度，但过高会造成锂的析出，锰显著降低材料成本，提高安全性和结构稳定性，但过高会降低材料的比容量。

伴随高能量密度需求，三元材料逐渐从NCM111、NCM523向NCM622、NCM811发展，电池能量密度有望达到300Wh/kg，电池比容方面，NCA三元材料最高可以达到190mAh/g。

从性能来看，NCM111虽然综合性能较为均衡，但是首次充放电效率低，NCM811和NCA虽然能量密度高，但是工艺难度大，储存运输等安全性能较差。

除此之外，富锂锰基正极材料能量密度也有较大提升空间。

正极材料成本拆分中，单吨钴酸锂正极材料大约需要碳酸锂和四氧化三钴0.38和0.82吨，单吨三元材料333/523/622/811中水合硫酸镍需求分别为0.91/1.36/1.63/2.16吨，水合硫酸钴需求量分别为0.97/0.58/0.58/0.29吨。

按照百川资讯价格数据，截止2020年2月25日，硫酸镍、硫酸钴和硫酸锰单价分别上涨至约3.6/8.7/0.63万元/吨，按此测算LCO/NCM333/NCM811单位成本分别为27/15/13万元/吨。

三元材料高镍低钴成为行业降本的主要趋势。

三元电池中原材料成本占比达到90%，原材料中前驱体占比达到60%，原材料端降本空间大。

全球钴资源较为稀缺，当前国内钴价格已经上涨至近30万元/吨，显著高于当前镍金属的14万元/吨的报价，减少钴用量，增加镍的含量是降本增效的主要路径。

经计算，NCM111的钴含量最高达到20%，对应每GW电池需要的钴含量超过400吨，NCM811钴含量最低仅为6%，对应每GW电池需要的钴含量仅为100吨左右。

2）高镍化是当前提高电池能量密度最有效的方法锂电池能量密度提升可分为两种，提高电池包成组效率和提升电芯能量密度。

 随着CTP和刀片电池技术的发展，电池的成组效率已经从传统电池包的75%提升至90%左右，成组效率提升空间已经不大，电芯能量密度提升是提升电池能量密度的主要方式。

电芯可以从三方面提升能量密度，电池比容量、材料振实密度和充电电压。

从材料端讲，不同电池正极材料比容量不同，LFP现有比容量已经接近理论极限170mA.h/g，LCO、NCM和富锂基正极材料比容量提升空间较大，1）LCO发展趋势是通过提升电压提升比容量，2）NCM材料通过高镍化提升比容，3）富锂基正极材料能将锂离子单体能量密度提升至400W.h/kg以上，但富锂基材料充电截止电压已经超过传统液态电解液电压窗口上限，需要配套半固态或者固态电解液才可以充分发挥高能量密度。

正极材料结构端可以显著改进压实密度、循环稳定性和电压等。

目前三元正极材料结构改进的方向包括类单晶结构、放射状结构、核壳结构和梯度材料结构。

综上所述，高压LCO虽然能量密度提升空间也较大，但是LCO成本较高，富锂基正极材料仍处于研发当中，所以当前提升能量密度最有效可行的方法还是提高三元材料的含镍量，富锂基材料只有在半固态/固态电解液技术成熟的技术上才有望充分发挥高比容优势。

3）高镍化技术壁垒高，企业可以享受高盈利空间；正极材料售价可以拆分为原材料价格、企业加工成本（设备折旧、能源消耗和人工成本）和企业盈利，三元高镍材料因其加工技术难度大，对设备要求和能源消耗都较高，所以售价端也偏高，