鉅大LARGE | 點擊量：1265次 | 2019年04月25日
鋰電池正極材料的未來趨勢
一、鋰電池的概述
（一）鋰電池的基本結(jié)構(gòu)及原理
（二）鋰電池的主要形態(tài)
（三）鋰電池的成本組成
二、鋰電池正極材料的技術(shù)路線
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
（一）鈷酸鋰
（二）錳酸鋰
（三）磷酸鐵鋰
（四）三元材料
（五）技術(shù)路線優(yōu)缺點
三、鋰電池正極材料的未來趨勢
（一）相關(guān)市場數(shù)據(jù)
（二）相關(guān)政策影響
四、鋰電池正極材料主要企業(yè)
（一）2016年正極材料企業(yè)排名
（二）2017年前三季度正極材料企業(yè)排名
（三）正極材料主要廠商
1、鋰電池的概述
（一）鋰電池的基本結(jié)構(gòu)及原理
鋰離子電池是一種充電電池，它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。在充放電過程中，Li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌：充電池時，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負極，負極處于富鋰狀態(tài)；放電時則相反。
鋰電池的一般由五部分組成：正極材料、負極材料、隔膜、電解質(zhì)、電池殼體等，圓形鋰電池的結(jié)構(gòu)示意圖如下：
（二）鋰電池的主要形態(tài)
鋰電池根據(jù)封裝形態(tài)的不同主要分為兩種，金屬外殼封裝及軟包封裝。兩者的差別除了外殼材料不同，其封裝方式也不同。軟包電芯用鋁塑包裝膜作為封裝材料，主要采用熱封裝方式，而金屬外殼電芯一般使用鋼殼或者鋁殼，采用焊接（激光焊）這一封裝方式。鋁塑包裝膜示意圖如下：
金屬外殼封裝主要包括圓形鋰電池、方形鋰電池兩種，圓形鋰電池根據(jù)具體型號的不同，可以分為18650和21700兩種主流型號。
18650電池：18650是鋰離子電池的鼻祖--日本SONY公司當(dāng)年為了節(jié)省成本而定下的一種標準性的鋰離子電池型號，其中18表示直徑為18mm，65表示長度為65mm，0表示為圓柱形電池。
21700電池：為特斯拉與松下聯(lián)合研發(fā)，21表示表示直徑為21mm，70表示長度為70mm，0表示為圓柱形電池。
（三）鋰電池的成本組成
目前鋰電池企業(yè)的成本大約為1.2元/Wh。在車用動力電池成本結(jié)構(gòu)中，材料成本占比接近75%，人工成本、制造成本（除人工成本之外的與電池制造直接相關(guān)的成本，如廠房、設(shè)備、能源等）、其他成本（主要包括資金使用成本、環(huán)保成本等）在內(nèi)總共占比約25%，鋰電成本結(jié)構(gòu)如下圖所示：
在鋰電池的材料成本構(gòu)成中，正極材料約占據(jù)了43%的成本,正極材料的性能和價格直接決定了鋰電池的性能和價格。
從材料角度來看，1kWh動力電池大約需要用到2.3～2.5kg正極材料，正極材料的成本主要由碳酸鋰和各種對應(yīng)的前驅(qū)體材料構(gòu)成；1kWh動力電池大約需要用到1.3～1.4kg負極材料；電解液的用量根據(jù)所使用正極材料的不同而有較大差異，1kWh動力電池中，有1.2kg的（如Leaf用的錳酸鋰電池），也有1.6kg的（如Volt用的錳酸鋰+NCM三元電池），也有2.16kg的（如秦PHEV用的磷酸鐵鋰電池）；不同動力電池產(chǎn)品對隔膜材料的用量同樣也有較大差異，以代表性企業(yè)為例，1kWh動力電池中，AESC的錳酸鋰電池大約要用12.5平米的隔膜，LG化學(xué)的“錳酸鋰+三元”電池接近19平米，而比亞迪的磷酸鐵鋰電池則需要23.5平米。
2、鋰電池正極材料的技術(shù)路線
目前來說，主流的商業(yè)化鋰電池正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料（鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰）等，主要的性能對比如下：
（一）、鈷酸鋰
從鋰離子電池商業(yè)化以來，鈷酸鋰一直作為正極材料的主流被應(yīng)用，其主要技術(shù)發(fā)展發(fā)生在2000年前后的高密度化合成工藝，通過提高燒結(jié)溫度和增加燒結(jié)次數(shù)，合成出十幾微米以上的單晶一次晶粒，將鈷酸鋰電極的壓實密度提高到4.0g/m3以上。鈷酸鋰在高電壓下結(jié)構(gòu)不穩(wěn)性，因此其工作電壓較低，鈷酸鋰最大的缺點體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、過充安全性差。鈷酸鋰主要運用在小電池，如手機、電腦電池等。
（二）、錳酸鋰
錳酸鋰作為鋰離子電池正極材料的集中研發(fā)是在20世紀90年代初，其在高溫下與電解液相容性差，致使結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，導(dǎo)致容量衰減過快。高溫循環(huán)差的缺點一直限制著該材料在實際鋰離子電池中的使用。90年代中后期，眾多學(xué)者發(fā)現(xiàn)采用元素摻雜可有效地改善錳酸鋰的高溫循環(huán)，尤其鋁（Al）的摻雜對錳酸鋰高溫電化學(xué)性能的改善最為有效，由此也推動了錳酸鋰產(chǎn)業(yè)化的進程。目前已有少量企業(yè)國內(nèi)可以制備出可供鋰離子動力電池使用的具有良好高溫循環(huán)與儲存性能的摻雜型錳酸鋰材料，并應(yīng)用到動力型鋰電池上。
（三）、磷酸鐵鋰
20世紀90年代，由于被認為是電子絕緣體以及脫嵌鋰過程中的兩相反應(yīng)導(dǎo)致鋰離子擴散速度等原因而沒有受到重視，但從21世紀初，部分學(xué)者利用碳包覆技術(shù)改善了它的電化學(xué)性能后，該材料成為鋰離子電池正極材料研發(fā)的熱點和重點。磷酸鐵鋰具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性高、常溫循環(huán)性能優(yōu)異等特點，并且存在鐵（Fe）和磷（P）的資源豐富、對環(huán)境友好等優(yōu)勢，是最近幾年國內(nèi)普遍選擇磷酸鐵鋰作為鋰離子動力電池的發(fā)展方向。
（四）、三元材料
受錳酸鋰等單質(zhì)材料摻雜技術(shù)的啟發(fā)，多元金屬復(fù)合氧化物（即三元材料NCM、NCM等）的研發(fā)、應(yīng)用及生產(chǎn)推廣開始很快興起，由于三元材料綜合了鈷酸鋰、鎳酸鋰和錳酸鋰三類材料的優(yōu)點,形成了LiCoO2/LiNiO2/LiMnO2三相的共熔體系,故存在明顯的三元協(xié)同效應(yīng)，使其綜合性能優(yōu)于單組合化合物，因此，近兩年來成為國內(nèi)鋰電池正極材料的研究重點，并隨著生產(chǎn)技術(shù)工藝的進步，開始大量推向市場，并在動力型鋰電池市場占據(jù)了重要的位臵，也在消費型鋰電池市場開始慢慢取代鈷酸鋰。
（五）技術(shù)路線優(yōu)缺點
各技術(shù)路線的優(yōu)缺點及主要應(yīng)用領(lǐng)域如下：
3、鋰電池正極材料的未來趨勢
（一）相關(guān)市場數(shù)據(jù)
2016年，我國鋰電池正極材料產(chǎn)量為16.16萬噸，同比增長43.14%；2010年至2016年，年復(fù)合增長率高達36.48%。行業(yè)產(chǎn)值則從2010年的57億元增長到2016年的208億元，年復(fù)合增長率高達24.08%。
我國鋰離子電池正極材料產(chǎn)量及增速
我國鋰離子電池正極材料產(chǎn)值及增速
目前國內(nèi)動力型鋰電池主要以鐵系和三元系為主，近兩年磷酸鐵鋰和三元材料成為鋰電池正極材料中增長最快的兩種材料。2016年兩者的出貨量增速均超過45%，具體來看，磷酸鐵鋰的產(chǎn)量（含企業(yè)自產(chǎn)）5.7萬噸，同比增長75%，磷酸鐵鋰大幅增長主要受動力電池及儲能鋰電池帶動。三元材料產(chǎn)量5.43萬噸，同比增長49%，增長主要受新能源乘用車、鋰電自行車、中低端數(shù)碼鋰電池等市場帶動，其中，磷酸鐵鋰目前在正極材料生產(chǎn)總量中占比最大，2016年占比達到35.27%。
我國各種類型動力鋰電池產(chǎn)量情況
（二）相關(guān)政策影響
隨著三元材料在動力電池領(lǐng)域安全性逐步成熟，消費者對新能源汽車的續(xù)駛里程提出了更高的要求。政策上，主管部門對新能源汽車的續(xù)駛里程提出了相應(yīng)的要求和技術(shù)指標限制，并做出了相應(yīng)的規(guī)劃。
2016年10月26日，在中國汽車工程學(xué)會年會上，《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》發(fā)布，其中計劃2020年的純電動乘用車動力電池的能量密度目標為300Wh/kg，2025年目標為400Wh/kg，2030年目標為500Wh/kg。
從國家補貼政策上，2016年12月30日發(fā)布的新能源汽車補貼新政策《關(guān)于調(diào)整新能源汽車推廣應(yīng)用財政補貼政策的通知》(財建?2016?958號)，對申請補貼的新能源汽車提高了要求，從整車能耗、續(xù)駛里程、電池性能、安全要求等多方面提高了財政補貼準入門檻，對“騙補”行為“嚴防死守”。比如，新能源乘用車要求，電池系統(tǒng)的質(zhì)量能量密度不低于90Wh/kg，對高于120Wh/kg的按1.1倍給予補貼，部分達不到能量密度要求的磷酸鐵鋰電池車型將被淘汰出局，為三元電池帶來了發(fā)展機遇。
受政策及終端長續(xù)航里程訴求等影響，新能源汽車動力電池對電池能量密度要求不斷提高，國內(nèi)企業(yè)在高能量密度電池技術(shù)上加大投入，乘用車用三元電池比例上升。
隨著國家對鋰電池能量密度的要求不斷提高，并且三元材料本身安全性問題得到逐步改善，預(yù)計未來三元材料會成為新能源動力電池的主流。
4、鋰電池正極材料主要企業(yè)
（一）2016年正極材料企業(yè)排名
根據(jù)2016年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，國內(nèi)各種正極材料技術(shù)路線企業(yè)排名如下：
從三元材料企業(yè)來看，2016年長遠鋰科以12.05%的市場份額在國內(nèi)所有三元材料企業(yè)中排名第一，其次分別為當(dāng)升科技（300073.SZ）、湖南杉杉（600884.SH子公司）和廈門鎢業(yè)（600549.SH）。
從鈷酸鋰（LCO）企業(yè)來看，廈門鎢業(yè)(600549.SH)以18.04%的市場份額在國內(nèi)所有的鈷酸鋰（LCO）企業(yè)中排名第一，其次為分別為天津巴莫、湖南杉杉和北大先行。
從磷酸鐵鋰（LFP）企業(yè)來看，比亞迪（002594.SZ）自產(chǎn)自用整體市場份額約為14.13%，而安達科技(830809.OC)依托比亞迪，其市場份額排名第二達到12.72%，其次分別為貝特瑞（835185.OC）、北大先行。
從錳酸鋰（LMO）企業(yè)來看，青島乾運以25.02%的市場份額排名第一，其次分別為湖南杉杉、湖南瑞翔和河北強能。
（二）2017年前三季度正極材料企業(yè)排名
根據(jù)公開資料，2017年1-9月，國內(nèi)正極材料企業(yè)排行榜如下：
1、鈷酸鋰方面；產(chǎn)量同比增加了6.95%、產(chǎn)量從2016年前三季度的52550噸的產(chǎn)量上漲到2017年前三季度的56200噸。產(chǎn)量由于數(shù)碼3C等電子產(chǎn)品的市場需求穩(wěn)定而無較大幅變化。從匯總數(shù)據(jù)來看；生產(chǎn)同比產(chǎn)量排名穩(wěn)定、企業(yè)產(chǎn)量方面都有所增加，但企業(yè)增產(chǎn)幅度較小。
2、錳酸鋰方面；湖南杉杉在2017年前三季度錳酸鋰產(chǎn)量方面，無實際的產(chǎn)出。其他企業(yè)在產(chǎn)量方面也沒有增產(chǎn)跡象，行業(yè)整體產(chǎn)量同比下滑了22.62%。
3、磷酸鐵鋰方面；雖然隨著2017年初隨著政策對NCM材料的解禁，以及將重點放在鋰電池的能量密度上面；并指出在2020年動力電池單體比能量需達到300Wh/kg，力爭達到350Wh/kg，系統(tǒng)比能量力爭達到260Wh/kg，而到2025年動力電池系統(tǒng)比能量達到350Wh/kg，現(xiàn)階段的LFP比容量無法達到該標準，政策以補貼為驅(qū)動，導(dǎo)致曾在2016年“火熱”的磷酸鐵鋰供不應(yīng)求的場面，在今年冷了下來。產(chǎn)品價格方面同期每噸報價同比下降1000元左右，LFP生產(chǎn)企業(yè)目前一方面尋求技術(shù)改進提高LFP容量；近期國能的一款磷酸鐵鋰動力電池系統(tǒng)集成能量密度可以做到160Wh/kg，以及湖南金鋰目前在準備量產(chǎn)的單晶型的磷酸鐵錳鋰等，一方面LFP部分企業(yè)也在積極布局NCM體系，在擴產(chǎn)LFP產(chǎn)量同時也在擴產(chǎn)NCM產(chǎn)能。產(chǎn)量方面；同比有75.4%的增漲。在LFP材料看法上；目前企業(yè)都比較樂觀，有目前對客車市場的需求量支撐以及未來儲能方面預(yù)估的增量的到來都比較看好。
4、三元材料方面；同比產(chǎn)量有91.85%的增幅，得益于政策持續(xù)在高能量密度鋰電池的不斷驅(qū)使以及鋰電企業(yè)產(chǎn)量方面持續(xù)的擴產(chǎn)。三元材料從523向622比重開始側(cè)重，三元811基本在送樣，NCA在布局產(chǎn)能或者項目在建。正極材料方面受制于資源端的限制也越來明顯、企業(yè)在尋求與資源端戰(zhàn)略合作和布局鋰電回收的企業(yè)動作頻繁。
（三）正極材料主要廠商
據(jù)財富證券2017年7月21日研報，中國電池網(wǎng)和賽迪顧問的評選出2016年國內(nèi)十大正極材料企業(yè)，其產(chǎn)能占比接近27%。
