锂电池正极材料行业分析报告.docx

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锂电池正极材料行业分析报告

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2017年9月

正文目录

图表目录

一．正极材料：

锂电池的核“芯”

1.1正极材料为锂电池产业链的关键材料

锂离子电池产业链包括正极材料、负极材料、隔膜、电解质、电芯制造与电池封装5个环节，其中正极材料约占成本的30-40%，同时正极材料的性能是制约锂离子电池容量进一步提高的关键因素。

图表1：

锂离子电池结构

图表2：

电芯材料成本构成

正极材料相较于负极材料，容量较低。

目前，工业化正极材料的实际比容量在200mAhg-1左右，而负极材料的实际比容量在300mAhg-1以上。

由于电池的整体容量是由较小的正极材料的比容量决定，所以正极材料制约了锂离子电池容量的进一步提高，是关键性材料。

从原料到正极材料产品，一般会经过从矿石到前驱体，再到正极材料的工程。

如磷酸铁锂材料的前驱体为磷酸铁。

其中前驱体的性质很重要，因为前驱体的形貌、粒径、比表面积、振实密度等因素对于最终形成的正极材料的性质有很大影响。

图表3：

正极材料产业链（以含钴的材料为例）

1.2传统的电池材料正不断被替换

常见的正极材料有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料等。

（1）钴酸锂（LiCoO2）：

钴酸锂是首个被成功用作商业化的锂离子电池正极材料，为层状结构，其理论比容量为274mAhg-1。

但在实际的充放电过程中，为了保持结构的稳定性，只能发生部分的锂离子嵌脱，因此实际容量仅有130-140mAhg-1。

同时由于有钴资源相对贫乏、价格较高、对环境有毒性等缺点，再加上该材料的安全性能较差、容量相对较低，大大限制了其广泛的应用和长远的发展。

目前钴酸锂材料电池主要用于数码电池中。

（2）锰酸锂：

锰酸锂有尖晶石型和层状型，主要为尖晶石型锰酸锂。

相较于钴酸锂，具有资源丰富、价格便宜、对环境污染小且安全性能优良等特点。

尖晶石结构的LiMnO理论容量为148mAhg-1左右，实际应用中容量为90-120mAhg-1，正常工作电压在3-4V，但是在3V的充放电范围内，Li的嵌入和脱出反应可逆性差，+尖晶石的结构很难保持完整性，循环性较差，而且在高温循环中，由于锰在电解液中的溶解和Jahn-Teller效应也导致材料的容量衰减严重。

（3）磷酸铁锂：

LiFePO具有典型的橄榄石结构，理论比容量为170mAhg-1

4左右，实际应用中达到150mAhg-1。

磷酸铁锂制备原料丰富、价格相比其他材料来说比较低廉、对环境友好，加上较好的循环性能和高安全性使得其率先在电动汽车上得到了应用。

但是磷酸铁锂材料的导电性较差，振实密度较低，导致体积能量密度较低，限制了其进一步的应用。

（4）三元材料：

受到钴酸锂的金属元素掺杂改性的启发，多元金属复合氧化物——三元材料LiNi1-x-yCoxNyO2（N=Mn、Al）得到了快速发展。

三元材料结合了钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂（铝酸锂）的优点，形成了三元共溶体，可以充分发挥三个组元的作用。

其理论容量较高，具有较为均衡的性质，在动力型电池市场中占据了重要的地位。

图表4：

正极材料性能统计

目前，国内的钴酸锂技术较为完善，主要应用于消费类电池领域。

但是由于钴资源较为紧缺，且具有毒性，使得其正在被更高电压的钴酸锂、能量密度和成本更加均衡的三元材料等取代。

随着消费类电池的平稳增长和动力型电池的快速增长，正极材料的产量逐步扩大。

①产能方面：

2012-2016年，国内正极材料产量从4.4万吨增长到16.16万吨，年复合增长率高达38%。

2016，磷酸铁锂产量5.7万吨，同比增长75%；三元材料产量5.43万吨，同比增长49%；钴酸锂产量3.49万吨，同比增长9.4%。

②产值方面：

2011-2016年，正极材料产值从57亿元增长到208亿元，年复合增长率高达24.08%。

2016年增长超过54%。

其中，国内三元材料、磷酸铁锂、锰酸锂等正极材料市场规模同比增速超过70%。

三元材料市场规模接近80亿元，磷酸铁锂与锰酸锂产值分别突破50和7亿元。

③产量方面：

2013-2015年，钴酸锂从3.8万吨增长到4.2万吨，NCM从2.3万吨到3.65万吨，锰酸锂从1万吨增长到1.7万吨，磷酸铁锂从0.5万吨增长到3.24万吨。

总体来看，磷酸铁锂和三元NCM在急速增加，钴酸锂和锰酸锂在平稳增加。

图表5：

中国正极材料细分产品产量（2013-2015，万吨）

图表6：

中国正极材料产量（2012-2016，万吨）

图表7：

中国正极材料产量结构（2016，万吨）

1.3上游涨价带动正极材料价格上涨

受到上游原料的涨价影响，正极材料价格普遍上涨。

2017年初至今，金属钴和碳酸锂价格上涨明显，截止2017年6月27日，电池级碳酸锂价格为15万元/吨，从年初至今上涨11%；截止2017年7月3日，电解钴（≥99.98%）中间价41.1万元/吨，从年初至今价格上涨62%。

作为下游的正极材料的重要原料，金属钴和碳酸锂等的价格上涨带动了正极材料价格的上涨。

截止2017年6月，钴酸锂价格为38万元/吨，比2016年初上涨107%；磷酸铁锂价格为9.5万元/吨，比2016年初下跌2%；三元NCM523价格为18.5万元/吨，比2016年初上涨24%。

其中磷酸铁锂价格变动不大，主要是由于磷酸铁锂材料没有用到价格上涨剧烈的原料钴，价格相对平稳。

2016年以来由于碳酸锂价格处于高价，全年均价高达13.5万元/吨，同时2016年镍、钴金属价格持续上涨，直接带动正极材料价格上涨。

未来随着新能源汽车的补贴逐步退坡，乘用车厂家降价压力较大，势必部分压力转嫁到上游的动力电池和材料厂商。

因此未来几年，正极材料厂商也面临降成本、提高材料利用率等压力。

图表8：

磷酸铁锂价格变动趋势图（元/吨）

图表9：

钴酸锂价格变动趋势图（元/吨）

图表10：

部分正极材料价格涨跌表（万元/吨）

1.4动力电池材料成为热点

对于正极材料的制备，一般从前驱体开始制备生成产品。

常见的，磷酸铁锂的前驱体是磷酸铁，NCM/NCA的前驱体是没有配锂源进行烧结的前驱体，钴酸锂的前驱体是四氧化三钴。

前驱体的性质对于最后合成的正极材料产品至关重要。

图表11：

三元NCM523价格变动趋势图（元/吨）

图表12：

常见正极材料合成示意图

磷酸铁锂材料目前占比偏大。

根据GGII的数据，2016年动力锂电正极材料产量中磷酸铁锂的产量（含企业自产）为5.7万吨，同比增长75%。

三元材料产量5.43万吨，同比增长49%，磷酸铁锂材料占比相对较高。

磷酸铁锂的合成一般经过以下步骤：

锂源和铁源经过喷雾干燥后形成磷酸铁锂前驱体，再和碳源烧结形成最终的磷酸铁锂正极材料。

图表13：

磷酸铁锂合成路线图

图表14：

三元材料合成路线图

目前，三元正极材料市场以NCM523为主，预计未来高镍三元材料的比重会增加。

NCM材料一般包括NCM111、NCM424、NCM442、NCM523、NCM622、NCM811等。

其中NCM111、NCM523、NCM622和NCM811较为常见，目前国内三元材料以NCM523为主，2016年其在三元材料分型号产量中占比为76%，NCM111和NCM622占比分别为13%和10%。

未来随着对动力电池能量密度的高要求和续航里程的延长，高镍的NCM622、NCM811以及NCA占比会持续增加。

图表15：

三元材料分型号产量占比（2016）

图表16：

常见的三元正极材料性能表

国内正极材料企业产能相对集中，行业集中度较高。

目前国内的正极材料市场规模为16.16万吨/年，产值208亿元。

根据中国电池网和赛迪顾问的评选，2016年正极材料前十大企业产能占比接近27%。

图表17：

主要的正极材料厂商（2016）

图表18：

主部分正极材料上市公司业绩（2016）

二．下游市场需求旺盛，以动力型电池增长为主

新能源行业快速发展，前景良好。

随着人类社会的快速发展和工业化进程的不断加速，人们对能源的需求不断增长。

煤、石油和天然气等传统化石燃料日渐枯竭，能源危机问题日趋严峻；同时随着全球人口的膨胀，环境污染的持续加剧，迫使人们寻找一种可再生的绿色能源。

常见的新能源有太阳能、风能、水能、潮汐能地热能等，这些新能源行业得到了快速发展。

图表19：

全球锂电市场规模（2011-2015，亿元）

图表20：

中国锂电池产量和增速（2012-2016，Gwh）

新能源行业发展带动锂离子电池需求增加。

由于太阳能、风能、水能等新能源作用不连续，为了能够有效地利用这部分绿色能源，需要有与之配套的能量储存装置——二次电池。

与传统的铅蓄电池、锌汞电池、镍氢电池等相比，锂离子电池由于本身的电压高、比能量大、循环寿命长、无记忆效应、环境污染小等优点而备受产业界青睐，在数码类中小功率电池领域得到了广泛的应用。

同时，近年来世界各国正竞相大力发展纯电动、混合动力等新能源汽车，带动了锂离子电池的需求的增加。

据统计，2015年，全球锂离子电池总体产量达到100.75GWh，同比增长39.45%，2011-2015年，全球锂电池市场规模从840亿元增长到1755亿元，年复合增长率高达20.2%。

预计到2018年，全球锂离子电池电芯产值将突破2500亿元。

2012-2016年，国内锂离子电池产量从17.2Gwh增加到62.34Gwh，平均复合增长率为38%；产值从374亿增加到1032亿元，平均复合增长率为29%。

图表21：

中国锂电池产值和增速（2012-2016）

图表22：

中国锂电池用途分类（2012-2015）

2.13C市场增速放缓，需求平稳

3C领域曾经是锂离子电池主要的下游消费端，但是增速开始放缓。

“3C产品”

指的是计算机（Computer）、通信（Communication）和消费类电子产品（Consumer

Electronics）的合称。

在2013年新能源汽车领域爆发式增长以前，3C市场的发展带动着上游锂电材料，尤其是钴酸锂材料的需求的增长。

传统的智能手机、笔记本电脑、平板电脑等3C市场相对饱和。

以全球智能手机市场为例，全球智能手机出货量从2011年的7.4亿部增长到2016年的13.9亿部，增速从57%下跌到6.8%。

但是智能手机相对于功能手机，更换频率更快，可以保证一定的出货量，同时智能手机具有大屏幕化、长续航的发展趋势，预计未来对锂电池的需求还将保持一定的增速。

笔记本电脑市场自2011年起出货量逐年下降，2016下降4.8%，主要是由于笔记本电脑使用周期长，出现负增长。

2016年全球平板电脑出货量同比下跌11.5%，为1.834亿部，创下六年来最大跌幅。

新兴的无人机、智能穿戴等行业对锂离子电池行业的带动作用明显。

国内无人机市场规模产值从2014年15亿元爆发式增长到2016年的39.5亿元，平均复合增长率55%左右，预计到2018年市场产值将达到110亿元。

同样的，国内智能穿戴设备市场规模从2014年的13亿元增长到2016年的180亿元，平均复合增长率270%，预计2018年产值将达到420亿元，市场前景广阔。

综合来看，未来3C领域对锂离子电池需求将保持一个稳定的低增速，而无人机和智能穿戴设备领域对锂离子电池的应用将会急剧增加，在一定程度上拉动正极材料需求的平稳增加。

图表23：

全球手机出货量（2011-2016，千部）

图表24：

中国无人机市场规模产值（亿元）

图表25：

中国智能穿戴市场规模（亿元）

2.2动力型电池增长明显，需求旺盛

2012年以来，随着新能源汽车领域的爆发，带动了动力电池需求的爆炸式增长。

根据GGII的数据，2012-2016年，我国动力电池出货量从