鋰離子電池充放電的核心是鋰離子的嵌入和脫嵌。充電時(shí)，正極產(chǎn)生的鋰離子通過電解液跨越隔膜運(yùn)動(dòng)到負(fù)極，碳素作為負(fù)極材料呈層狀結(jié)構(gòu)并伴有很多微孔，當(dāng)鋰離子運(yùn)動(dòng)到負(fù)極之后就會(huì)嵌入微孔之中，嵌入的鋰離子越多代表電池充電容量越高。放電時(shí)，嵌入的鋰離子脫出并運(yùn)動(dòng)回正極，此時(shí)回正極的鋰離子越多代表電池放電容量越高。

正極是動(dòng)力電池中價(jià)值量最大的材料，占比45-60%，動(dòng)力電池使用的正極材料主要有磷酸鐵鋰（LFP）、三元材料（NCA、NCM）。磷酸鐵鋰價(jià)格低廉、環(huán)境友好、較安全、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、循環(huán)性能好，但能量密度較低、低溫性能較差。三元材料的能量密度更高、續(xù)航里程更長(zhǎng)，但安全性較差，堅(jiān)持不到300℃就會(huì)分解氧分子，遇到可燃物（如電解液、碳材料）后爆燃。相比之下，磷酸鐵鋰可以堅(jiān)持到700-800℃，理論壽命7-8年。

1，市場(chǎng)規(guī)模

2021年，中國(guó)鋰離子電池正極材料出貨量為109.4萬噸，同比98.5%。其中磷酸鐵鋰出貨量45.5萬噸，占比41.6%，三元材料出貨量42.2萬噸，占比38.6%，由于CTP技術(shù)、刀片電池及儲(chǔ)能的發(fā)展，磷酸鐵鋰出貨量反超三元正極材料，形成對(duì)中低鎳三元材料的替代。GGII預(yù)測(cè)，到2025年中國(guó)正極材料出貨量將達(dá)471萬噸，頭豹預(yù)計(jì)，2025年市場(chǎng)規(guī)模1395.2億元，其中三元材料因?yàn)閮r(jià)值量大，市場(chǎng)規(guī)模1220億元，磷酸鐵鋰175.2億元。

2，行業(yè)格局

磷酸鐵鋰和三元材料的格局呈現(xiàn)較大差異。磷酸鐵鋰格局較好，CR2＞45%。

但相比之下，三元材料的格局較為分散。2021年中國(guó)三元材料出貨量占全球58.77%，以NCM（鎳鈷錳）為主，日本三元材料以NCA（鎳鈷鋁）為主，韓國(guó)則兼有NCM和NCA。

3，供需狀況

磷酸鐵鋰擴(kuò)產(chǎn)周期在6-10個(gè)月，2022年，磷酸鐵鋰正極材料主要生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)能將達(dá)到162.65萬噸，根據(jù)各企業(yè)產(chǎn)能規(guī)劃，2025年磷酸鐵鋰正極材料產(chǎn)能將超過417.75萬噸。按產(chǎn)能計(jì)算，2025年Top3分別是湖南裕能（89.3萬噸）、德方納米（78.5萬噸）、龍?bào)纯萍迹?1.75萬噸）。

1萬噸三元正極材料產(chǎn)線建設(shè)時(shí)間約為1-1.5年，不存在產(chǎn)能投產(chǎn)的核心限制因素。2022年，三元正極材料主要生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)能將達(dá)到97.66萬噸，根據(jù)各企業(yè)產(chǎn)能規(guī)劃，2025年三元正極材料產(chǎn)能將超過195.91萬噸，從產(chǎn)能上看，2025年Top3分別是容百科技（60萬噸）、天津巴莫（40萬噸）、當(dāng)升科技（21.11萬噸）。

正極材料需求量（萬噸）=動(dòng)力電池（GWh）*比例，這個(gè)比例，磷酸鐵鋰為22-25%，三元材料為15-20%。

在《動(dòng)力電池隔膜，價(jià)值較高的投資方向》中，我們預(yù)測(cè)2025年動(dòng)力電池總需求是2200GWh，其中磷酸鐵鋰占60%，則磷酸鐵鋰、三元材料的占比分別為：1320GWh、880GWh。

磷酸鐵鋰需求量=1320GWh*22%=290.4萬噸。

三元材料需求量=880GWh*15%=132萬噸。

照這個(gè)數(shù)據(jù)來看，2025年，磷酸鐵鋰供給417.75萬噸＞需求290.4萬噸，三元材料供給195.91萬噸＞需求132萬噸。整個(gè)市場(chǎng)是供過于求的。

華金一篇德方納米的報(bào)告里對(duì)磷酸鐵鋰進(jìn)行了測(cè)算，數(shù)量級(jí)上和我的測(cè)算是接近的，結(jié)論就是磷酸鐵鋰產(chǎn)能過剩的概率很大。

各券商對(duì)需求的測(cè)算差異較大，大多落在2000-2500GWh之間，也有30%的預(yù)測(cè)值是1100+GWh，這就是成長(zhǎng)性行業(yè)的一個(gè)問題，那就是對(duì)未來需求的預(yù)測(cè)充滿不確定性。大多數(shù)分析師習(xí)慣線性推演，但這就造成一個(gè)問題：增速放緩是大概率事件，線性推演造成的結(jié)果往往是高位接盤，但人類就是容易過度樂觀（也容易過度悲觀）。

4，產(chǎn)業(yè)鏈

產(chǎn)業(yè)鏈的痛點(diǎn)在于上游的資源。截至2020年底，全球鋰礦儲(chǔ)量12828萬噸，主要分布在智利41.06％、澳大利亞14.34％、阿根廷13.20%、中國(guó)6.31%及美國(guó)4.44%。

中國(guó)鎳資源較為匱乏，對(duì)外依存度高達(dá)86%，需大量進(jìn)口。截至2020年底全球鎳礦儲(chǔ)量9063萬噸，主要分布在印度尼西亞、澳大利亞、俄羅斯、古巴、巴西、加拿大和菲律賓等國(guó)家。中國(guó)鎳儲(chǔ)量398萬噸，占全球4.39％。

鈷方面，全球探明鈷礦儲(chǔ)量760萬噸，鈷礦資源分布極度不均，剛果(金)、澳大利亞等國(guó)最為富集，其中剛果(金)的鈷礦資源儲(chǔ)量占到全球總量的比重接近一半，而中國(guó)的鈷礦資源儲(chǔ)量占比僅有1%左右。

中國(guó)是錳第五大生產(chǎn)國(guó)，2020年，中國(guó)錳產(chǎn)量130萬噸，但供不應(yīng)求。

正極材料成本占鋰電池總成本比例最大。正極材料成本下降是電池降本增效的關(guān)鍵，是進(jìn)一步提高電動(dòng)車滲透率的關(guān)鍵。

5，磷酸鐵鋰的發(fā)展趨勢(shì)

磷酸鐵鋰的升級(jí)方向：磷酸錳鐵鋰（LMFP）

電池能量密度=電池容量*電壓平臺(tái)/重量，磷酸鐵鋰電池的理論克容量為170mAh/g，目前幾乎已經(jīng)到達(dá)極限，因此提高電壓平臺(tái)是提高能量密度的決定性因素。磷酸錳鐵鋰是在磷酸鐵鋰的基礎(chǔ)上摻雜一定比例的錳，錳的高電壓特性使得磷酸錳鐵鋰相比磷酸鐵鋰具備更高的電壓平臺(tái)，由此打破目前電池能量密度上限，能量密度可以高出15%左右，且保留了磷酸鐵鋰電芯的安全性及低成本特性（成本僅為NCM523的一半）。磷酸錳鐵鋰制備工藝與現(xiàn)有磷酸鐵鋰生產(chǎn)體系區(qū)別不大，主要需要通過包覆、摻雜、納米化等改性技術(shù)來解決其電導(dǎo)率較低的問題，兩者成本差異也在可接受范圍之內(nèi)，預(yù)計(jì)2023年開始量產(chǎn)。德方納米在LMFP方面布局較早，且其液相法工藝能有效提供LMFP電池的循環(huán)性能。

6，三元材料的發(fā)展趨勢(shì)

高電壓化、高鎳化、單晶化。前兩者是為了提高能量密度，而單晶化是為了提高循環(huán)性能。

趨勢(shì)之一：高鎳三元，通過增加鎳的比重，減少鈷的比重，來提高能量密度，同時(shí)降低成本。目前從技術(shù)角度而言，可以實(shí)現(xiàn)LFP電芯能量密度超過180Wh/kg，已接近鐵鋰材料體系能量密度的理論上限，進(jìn)一步結(jié)構(gòu)優(yōu)化的空間非常有限。相比之下，三元8系電池量產(chǎn)能量密度已經(jīng)達(dá)到270Wh/kg以上，超高鎳+硅碳已經(jīng)突破360Wh/kg，因此能量密度的進(jìn)一步提升還需看三元材料。

2020年，NCM5系占比54.1%，但2019年占比達(dá)61.%，開始淡出市場(chǎng)；8系占比從11%提高到21.4%，6系也從18.5%提高到19.1%，高鎳化趨勢(shì)明顯。由于磷酸鐵鋰更具性價(jià)比，能量密度接近中低鎳三元材料，因此三元電池往高鎳發(fā)展更具確定性，且三元材料相較于其他正極材料技術(shù)壁壘更高，不僅需要較高的研發(fā)技術(shù)門檻，還需要更高效穩(wěn)定的工程技術(shù)能力及更精細(xì)的生產(chǎn)管理水平。

容百在高鎳的市占率34%，巴莫科技23%，CR2＞50%，雖然正極材料總體上格局分散，但從高鎳的方向上看，容百科技更值得關(guān)注。高鎳技術(shù)存在壁壘，且是較為確定的發(fā)展趨勢(shì)，如果容百科技能先行建立壁壘，那么三元材料的競(jìng)爭(zhēng)格局有望優(yōu)化。

趨勢(shì)之二：高電壓化。前面提到：電池能量密度=電池容量*電壓平臺(tái)/重量，在電池容量提高有限的情況下，提高電壓平臺(tái)可以增加能量密度。

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(xiàn)要好于多晶。多晶材料在高電壓充放電后，容易出現(xiàn)材料粉化，并且性能衰減更快等。

趨勢(shì)之三：?jiǎn)尉Щ?。一般多晶材料是以微米?jí)別的團(tuán)聚體形式存在，團(tuán)聚體內(nèi)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(xiàn)晶界開裂，導(dǎo)致二次顆粒發(fā)生破碎，從而導(dǎo)致副反應(yīng)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(yīng)的發(fā)生，還能提高壓實(shí)密度。

從2021年國(guó)內(nèi)單晶材料出貨量情況來看，處于領(lǐng)先地位的企業(yè)有振華新材、長(zhǎng)遠(yuǎn)鋰科和廈鎢新能等。

高鎳+高電壓難以兼得，高鎳三元材料在高電壓體系下，不僅僅只是晶體結(jié)構(gòu)的表面性能發(fā)生惡化，甚至晶體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)也會(huì)發(fā)生惡化，所以目前存在兩個(gè)發(fā)展路線：中鎳+高電壓、高鎳+常規(guī)電壓。

NCM6系+常規(guī)電壓，正極能量密度僅669.6Wh/kg，但如果加上高壓技術(shù)，能量密度可接近8系水平。從熱穩(wěn)定性指標(biāo)上來看，中鎳高電壓產(chǎn)品一般好于高鎳。622充電電壓到4.5V，熱分解溫度比811高，放熱量比811小。

從能量密度的角度看，中鎳高電壓正極材料可達(dá)到684Wh/kg的能量密度，8系電池可達(dá)到688Wh/kg，中鎳高電壓和8系并不能有效拉開能量密度差距，而超高鎳9系能夠?qū)崿F(xiàn)750Wh/kg的能量密度，較當(dāng)前8系和中鎳高電壓的體系有顯著提升，所以突破能量密度瓶頸還得看三元材料。