【国君电新】三元正极的高镍化、高电压化和单晶化

（以下内容从国泰君安《》研报附件原文摘录）
　　作者：国泰君安电新团队 庞钧文/石岩/牟俊宇 来源：具体请见2022年7月6日报告《三元正极的高镍化、高电压化和单晶化》。PDF版报告全文欢迎联系对口销售或团队成员获取。 报告导读 高镍化、高电压化、单晶化的工艺应用带动三元正极材料在能量密度、安全性能、成本等方面的不断优化，具备相应技术储备的头部企业有望推动行业集中度提升。 投资要点 投资建议：我们认为，降本增效持续驱动下三元正极材料行业正迎来在能量密度、安全性能、成本方面不断优化，在目前三元正极材料市场格局尚不稳定的情况下，相关头部企业通过对相应三元正极材料技术的不断探索有望使行业集中度进一步提升，看好具备相应技术储备的头部三元正极企业的发展潜力。推荐：振华新材、厦钨新能、容百科技、当升科技等，受益标的：长远锂科。 汽车电动化进程加快，三元正极材料长期向好。目前以欧洲为代表的海外市场三元装机量约在9成，国内市场上22年1-5月三元电池装机量达到34.0GWh占比约4成，同比增长186.1%依旧保持高速增长。考虑当前全球电动车较低的渗透率水平，未来5-10年行业整体仍将保持快速发展趋势，相应带动三元材料需求进一步上升。 国内市场格局相对分散，三元正极头部企业间市占率差距不明显。2022年一季度我国三元正极材料市场CR5/CR10分别达到57.7%/85.1%，整体行业集中度虽然较2021年有所提升，但以前三企业为例，容百科技/当升科技/巴莫科技三元正极产量占比分别为15.7%/13.9%/10.6%，头部企业之间份额仍较为接近，行业整体处于相对分散的阶段。我们认为，当下动力电池行业尚处需求爆发阶段，各头部三元正极企业扩产意愿较强，市场格局尚不稳定，后续各企业如何紧跟行业发展趋势，通过技术提升和成本控制，快速匹配下游客户的需求将对获取市场份额起到关键性作用。 三元正极技术不断迭代，高镍化/高电压化/单晶化有望推动行业走向集中。降本增效持续驱动三元正极材料在能量密度、安全性能、性价比方面不断优化。能量密度方面，高镍化和高电压化技术路线引领三元正极材料能量密度提升；安全性能方面，单晶三元正极材料凭借物化性能更为稳定的特点，能够作为中镍高电压的材料体系之一，且在安全性能及循环性能上较多晶产品更具优势；成本方面，超高镍化和高电压体系在带来能量密度提升的同时也带来了三元锂电池瓦时成本的有效降低。往后看，相应技术迭代增加了材料工艺难度，对企业在前驱体、掺杂、包覆以及材料体系的理解提出了更高的要求，也使得在高镍、高电压、单晶的细分领域行业集中度更高。 风险提示：新能源汽车销量不及预期，产品导入进度不及预期 1. 汽车电动化进程加快，三元正极材料长期向好 1.1. 新能源汽车销量快速增长，动力电池装机量不断增加 海内外共振，全球汽车电动化趋势明显。根据EV Sales数据统计，2012-2021年全球新能源汽车销量从12.5万辆增长至675万辆，CAGR 55.7%。全球新能源汽车渗透率稳步提升，2021年全球渗透率达到8.3%，较2020年提升4.1个pct。2022年第一季度，全球新能源汽车销量达到206.1万辆，同比增长77%，渗透率达到11.2%。其中，中国整体新能源汽车销量达到125.7万辆，同比增长142.7%，渗透率达到19.2%；欧洲整体新能源汽车销量达到56.2万辆，同比增长23.7%，渗透率达到20.4%；美国新能源乘用车销量达到21.6万辆，同比增长71.8%，渗透率达到6.5%。 汽车电动化趋势下全球动力电池装机量快速上升。受益于中国和欧洲市场汽车电动化的快速推进，2016年以来全球新能源汽车销量快速上升，动力电池装机量同步提升。2021年全球动力电池装机量达到296.8GWh，同比增长102%；中国动力电池装机量达到154.5GWh，同比增长144%，快于全球平均增速，占全球电池装机量超一半。2022年第一季度全球动力电池装机量95GWh，同比增长93.3%；其中，中国动力电池装机量51GWh，同比增长120.7%。 1.2 正极材料需求持续井喷，三元与磷酸铁锂长期共存 国内市场三元电池装机量维持高增，磷酸铁锂装机量回暖。此前三元正极材料凭借高能量密度的优势在新能源乘用车市场快速放量，其占动力电池装机量比重在2019、2020年均超过60%。但随着宁德时代CTP技术和比亚迪刀片电池的推出，叠加国内财政补贴退坡，降本成为车企动力电池选择的主要因素，比亚迪汉、特斯拉Model3、宏光MINI等爆款车型的推出拉动了磷酸铁锂装机量的回暖。2021年7月，磷酸铁锂单月装机量超过三元，2021年全年装机量为79.8GWh，占比达到51.7%，这是从2018年以来其装机量首次超过三元。2022年1-5月份，我国动力电池累计装机量83.1GWh，同比增长100.8%；磷酸铁锂电池累计装机量49.0GWh，占比58.9%，较2021年大幅提升17.6个pct；三元电池累计装机量34.0GWh，同比增长186.1%，占比40.9%。 欧洲市场动力电池装机量以三元材料为主。2017-2020年，欧洲动力电池装机量由16.5 GWh上升至98.1 GWh，CAGR达到81.4%。其中三元动力电池装机量始终占据主导地位，2020年占比超过90%。在各种类型的三元材料之中，NCM622占据主导地位，2017-2020年，装机量由4.1 GWh上升至50.8 GWh，CAGR达到131.4%。2021年1-11月欧洲动力电池装机量达到144.9 GWh，同比增长92.1%。三元动力电池仍占据主导地位，占比提升至95.4%；其中8系三元装机量达到30.2GWh，同比增长495.2%，比重从6.7%大幅提升至20.9%。 受益于电动车的需求提升，三元材料的出货量持续攀升。2021年全球三元正极材料出货量达71.8万吨，同比增长70.95%，2017年-2021年复合增长率达48.66%；2021年我国三元正极材料出货量达42.2万吨，同比增长79.57%，2017年-2021年复合增长率达41.25%。2021年国内市场占比全球达到58.8%，成为带动全球三元材料市场增长的主力军。我们认为，新能源汽车整体渗透率仍处于较低水平，随着渗透率的后续提升，三元材料的产量也将进一步提高。 2. 三元正极技术不断迭代，推动行业走向集中 2.1 三元正极材料格局仍相对分散 国内市场格局相对分散，头部企业之间差距不明显。根据鑫椤资讯统计，2021年我国三元正极材料市场CR5/CR10分别为52.6%、78.6%；从企业角度看，容百科技、巴莫科技和当升科技的三元正极材料产量位居前三名；2022年一季度我国三元正极材料市场CR5/CR10分别达到57.7%/85.1%，整体行业集中度有所提升，前三企业容百科技/当升科技/巴莫科技三元正极产量占比分别为15.7%/13.9%/10.6%，头部企业之间份额仍较为接近，行业整体处于相对分散的阶段。我们认为，当下动力电池行业尚处需求爆发阶段，各龙头三元正极企业扩产意愿较强，市场格局尚不稳定，因此，各企业如何紧跟行业发展趋势，通过技术提升和成本控制，快速匹配下游客户的定制化需求将对获取市场份额起到关键性作用。 2.2 三元正极技术不断迭代，推动要素矩阵持续优化 多种正极材料路线并存，材料体系之间性能要素有所差异。目前正极材料主要可以分为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料四大类，其中三元又可以细分为镍钴锰酸锂（NCM）和镍钴铝酸锂（NCA）。根据产品特性和下游应用场景的需求，钴酸锂和锰酸锂主要用于消费电子领域，而磷酸铁锂与三元主要用于新能源汽车领域。 降本增效持续驱动研发创新，三元正极材料在能量密度、安全性能、性价比方面不断优化。新能源汽车智能化发展趋势成为主流，更丰富的座舱体验和智能驾驶功能都对动力电池都提出了更长续航里程、更高能量密度的要求。与此同时，更高容量、更高负载的电池系统伴生而来的安全性和成本性价比的要求同样刚性，催生出对三元正极能量密度、安全性能、成本性价比的进一步探索。 2.2.1 能量密度再升级：三元高镍化/高电压化趋势明显 解决续航里程焦虑，高镍化和高电压化提升三元正极材料能量密度。根据能量密度公式Wh/kg=U*I*h/kg=U*Q/kg，在同样质量下为实现能量密度的提升，目前行业内主要通过提升材料的充电电压上限（高电压化）与提升镍含量（高镍化）来提高三元正极材料的能量密度。 高镍8系三元占比逐渐上升，超高镍进一步提升高镍三元竞争力。三元材料高镍化是指在三元材料中提升镍元素的含量，进而提升能量密度，并相应降低对钴元素的依赖。2021年我国高镍三元产量为15.2万吨，同比增长110.2%，占三元正极材料总产量的38.3%。2022年一季度，高镍三元产量为5.4万吨，占比提升至42.4%。目前行业头部正极材料企业已在逐步开发、验证和生产9系的超高镍正极材料，进一步提升能量密度，解决电池轻量化问题，提升高镍三元竞争力。我们认为未来高镍三元仍将会继续成为长续航车型的主流应用之一，占据重要市场份额。 随着中镍电压平台的上升，高电压化路线能量密度性能表现与高镍三元趋于一致。高电压化路线通过提升电池充电截止电压使得正极材料在更高电压下脱出更多的锂离子，从而同时提升容量与工作电压，进而达到提升能量密度的目的。从当前实际应用的主要产品来看，高电压Ni6系典型产品（Ni65）的实际能量密度735.15Wh/kg已与Ni8系典型产品的739.32Wh/kg接近。同时，由于高电压材料的镍含量相对较低，生产工艺不如高镍三元复杂，因此高电压化正极材料在提升能量密度的同时还兼具了一定的安全性改善。 2.2.2 安全性能再提升：三元单晶体系应用增加 多晶三元正极体系成熟，单晶三元正极特点突出。从晶体结构方面划分，三元正极材料可以分为单晶型和多晶型三元正极材料。单晶指由一个晶核在各个方向上均衡生长起来的晶体，其内部结构基本上是一个完整的晶格，而多晶是由很多取向不同的单晶颗粒结合而成，其整个晶体结构中不是由同一晶格所贯穿，常规的多晶三元正极材料是以二次球形颗粒团聚形式而存在。单晶技术通过使用特殊前驱体及烧结工艺，实现三元正极材料形成晶体的特殊结构，在保持现有的容量和充放电平台的基础上，设法提高正极材料的单晶粒度，从而提高其振实密度，提高锂电池的体积容量，并大幅度地提升锂电池的安全性，使锂电池的品质得到大幅度提升。 国外以多晶三元技术为主，国内单晶三元和多晶三元技术并行。单晶三元材料的研究已久，但由于早期对材料体系的研发路线和专利储备的侧重，海外日韩系电池厂的主流三元材料基本以多晶三元材料为主，并由国内头部正极材料企业逐步导入国内市场。2009年振华新材在国内较早推出一次颗粒大单晶NCM523产品，而后厦钨新能、长远锂科等头部正极企业相继突破单晶制作工艺。2017年下半年，随着宁德时代等头部电池企业开始将其应用于在动力电池，单晶材料逐步实现在国内市场放量。 单晶三元正极材料物化性能更为稳定，能够作为更高电压的材料体系之一，且在安全性能及循环性能上较多晶产品具备一定的优势。三元正极材料在高电压下，随着循环次数的增加内阻变大，电池容量衰减会很快，循环性能变差。同时，常规的多晶三元正极材料在循环过程中，颗粒不断膨胀收缩会导致整个二次球开裂、破碎，使得电池的电化学环境发生剧烈变化，进而导致循环寿命缩短；由于小单晶一次颗粒之间的连接较为脆弱，在极片冷压过程中，易导致二次颗粒破碎，也容易导致电池性能恶化。单晶三元正极材料通常是直接由一个或几个大颗粒(2~5μm)组成的一次不规则块状颗粒，材料内部没有晶界，微观表面较光滑，具有更好的结构稳定性和耐高温性能，且其材料经压实和高温循环后，不易发生破碎，从而获得更加优异的高温循环稳定性。因此，单晶三元正极材料具备更好的安全性能，可以较好地规避上述多晶三元正极材料存在的问题。 单晶三元正极材料渗透率逐步提升。据鑫椤资讯，2017年国内单晶三元正极材料产量不足万吨。进入2018年以后，国内单晶三元材料产量迅速增长，年产量跃升至4.9万吨左右，其中90%以上的单晶三元材料应用在动力电池领域。2020年由于比亚迪全系切换磷酸铁锂刀片电池6系单晶三元市占率有所降低。随着下游动力电池企业的逐步导入，2021年国内单晶三元总产量跃升至14.4万吨，同比增长89.5%；2022年一季度，单晶产量达4.9万吨，占比升至38.5%，预计2022年国内单晶三元材料的市占率有望升至40%以上。 中镍领域单晶高电压技术迭代，高镍领域单晶加速导入。2022年一季度，在中镍5系、中高镍6系三元材料中，单晶材料体系占比均超过50%。高镍8系三元材料目前仍以多晶体系为主，但自2021年国内头部动力电池企业开始导入高镍单晶以来单晶高镍在8系三元材料市场渗透率逐步提升，2022年一季度单晶8系三元材料占比已升至13.5%。 2.2.3 性价比再突破：三元瓦时成本有望下降 补贴退坡情形下，保持高能量密度的同时，性价比重要性凸显。近年来，国内新能源汽车行业补贴呈整体下滑态势，之前高能量密度带来的政策补贴优势有所削弱。在此背景下，国内车企重新考虑成本收益，在保证高能量密度（即保证续航里程）和性价比之间进行权衡，结合产品的实际成本收益理性选取电池配置。 三元高镍化/高电压化推动瓦时成本下降。从成本端来看，高镍三元正极材料往超高镍化发展，钴金属的使用减少，而高电压三元正极材料依托更高的电压平台可实现在同样中镍材料成本体系下能量密度的提升，两者在进一步提升电池能量密度的同时，也带来了三元锂电池瓦时成本的有效降低。 2.2.4 技术迭代工艺难度增加，细分市场集中度更高 从目前的技术水平和产品应用情况来看，高镍化、高电压化、单晶化驱动三元正极材料行业技术迭代，也向三元正极材料企业提出了更高的工艺难度： 高镍化方向上来看，镍含量越高，同等电压条件下比容量越高，但镍离子与锂离子半径接近，其结构发生阳离子混排可能性也越高，容易导致材料的比容量降低，倍率性能减弱，材料表面稳定性的降低也更易引发安全问题。同时，8系以上的高镍三元正极材料的工艺流程对于窑炉设备、匣钵、反应气氛等均有特殊的要求，往往涉及二次烧结甚至更多次数的烧结,在保障产品的批次稳定性和一致性上实现难度更大。目前，行业主要通过掺杂、表面包覆等技术方法对材料进行改性，以使得高镍三元材料在热稳定性得到增强的同时减少应用过程中所发生的副反应。 单晶化方向上来看，大单晶三元正极材料的生产与合成需要克服大单晶对容量及功率性能的负面影响，同时需解决直流内阻大的问题。目前，行业主要通过掺杂和表面改性技术，以降低产品游离锂、改善材料调浆稳定性，降低直流内阻，提高单晶三元材料在高温、高镍和高电压环境下的循环稳定性。 高电压方向上来看，高电压三元正极材料虽然能有效提升材料能量密度，但在4.4V及以上电压的应用场景下，面临着晶体结构稳定性、相变、界面副反应、释氧等一系列挑战，使得材料开发具备极高的技术壁垒。目前行业主要通过掺杂、包覆以及使用单晶形貌材料，提高三元材料高电压下的容量，解决材料的高温循环、胀气、容量恢复等方面的问题。 高镍和单晶三元正极材料市场集中度相较三元行业整体集中度更高。2020-2021年我国三元正极材料CR3/CR5分别为35%/ 52%和38%/ 55%，相较之下，同期三元高镍正极材料市场CR3/CR5分别为85.6%/ 93.2%和68.5%/ 81.6%，三元单晶正极材料市场CR3/CR5分别为53.5%/74.8%和53.9%/ 73.4%，较整体三元正极材料市场竞争格局而言更为集中。 3. 侧重各有不同，龙头三元正极企业引领行业发展 3.1 振华新材：深耕一次颗粒大单晶技术的三元单晶龙头 单晶出货量第一的三元正极材料企业。公司于2009年较早地推出第一代一次颗粒大单晶NCM523产品，高温、高电压、循环稳定性及安全性能优异于2014年在新能源汽车上批量应用。2018年公司推出第一代中高镍低钴一次颗粒大单晶产品ZH6000A，其负载4.35V电压比容量提高5-8mAh/g。公司大单晶生产采取三次烧结的工艺，与二次烧结工艺相比，在三元前驱体选择的宽泛性、工艺兼容性以及产品的晶体结构完整性等方面具有一定优势，并可以改善镍含量不断提升对高镍三元正极材料结构稳定性、安全性和循环性能带来的负面影响。目前，公司已批量销售多款一次颗粒大单晶5系、6系和8系产品，2021年单晶产量达到3.3万吨居国内市占率第一。同时，在研镍9系、低钴/无钴等进一步提高能量密度及性价比的三元单晶正极材料产品也在向下游主要动力企业送样认证中，有望充分保证公司产品端竞争力，打造公司利润的新增长点。 3.2 厦钨新能：中镍高电压领域的佼佼者 高电压系列产品领域经验积累丰富的正极材料行业龙头。公司是钴酸锂正极材料行业全球绝对龙头，21年钴酸锂出货量4.5万吨位居全球第一，产品涵盖4.40V、4.45V、4.48V、4.5V等高电压系列，4.55V系列产品也正处于研发进程中。三元材料方面，公司充分借鉴在钴酸锂领域所形成的高电压技术研发优势，与下游电池厂商积极配套开发高电压三元材料，使得主要产品在能量密度提升的同时兼具安全性与成本优势。2020年，中创新航率先采用公司供应的高电压Ni5系材料量产590模组电池并配套应用于广汽埃安Aion-LX车型上，使其成为国内首款续航里程超过600公里的SUV电动车型之一；2021年，公司开发的新款高电压6系三元材料电压平台可达4.4V，在满足电动车高续航、高安全性需求的同时，降低了镍钴等贵金属的使用，性价比优势明显，并成功应用到续航里程超过1000公里的电动车上。同时，公司超高镍Ni9系产品已获得了部分下游客户的认证，处于小批量供货阶段，产品下游应用正在逐步导入。 3.3 当升科技：海外布局领先的头部三元材料供应商 具备海外客户卡位优势的头部三元正极材料企业。公司业务范围涵盖全球，成为当前国内为数不多的同时向日本、韩国、欧洲、美国销售动力正极材料的企业，2021年公司海外营收占比达32.7%，考虑到海外客户国内工厂端交付，海外客户收入占比更高。同时，公司积极筹备在欧洲、美国、韩国等主要的海外市场进行产能布局。作为在国内率先量产车用动力高镍多元材料的公司之一，动力及储能用高镍多元材料牢固占据全球顶尖高端供应链，大批量应用于国际高端电动汽车及储能市场。公司整合资源聚焦目标客户，集中力量突破关键技术，先后开发出多款技术领先、性能优异的动力多元材料及前驱体产品，形成了包括高镍系列、单晶系列和高电压系列在内的高端动力产品体系，在国内市场上占据主流高端产品地位，并逐步扩大国际市场应用，跻身国际著名品牌新能源汽车供应链。 3.4 容百科技：聚焦高镍赛道的三元正极材料龙头 国内三元正极龙头，聚焦高镍三元正极材料。公司于 2016 年推出第一代 NCM811 产品，2017 年在国内率先实现 NCM811 产品的大规模产业化，建立了高镍正极材料领域的核心竞争壁垒，长年稳居国内高镍正极材料出货量第一。2019 年在国内率先开发完成 Ni90 超高镍正极材料，并于 2020 年实现超高镍正极产品的产业化。公司不断迭代产线设计及工程装备等综合能力，公司新增产能均可大规模生产NCM811、Ni90及以上超高镍、NCA三元材料以及NCMA四元材料等多类型产品，同时对于单晶与多晶产品也具有较好的兼容性。 3.5 长远锂科：产业链一体化优势突出的头部三元正极企业 一体化优势突出的头部三元正极材料企业。公司自2011年进入三元正极材料领域，具备 NCM523、NCM622、NCM811、NCA 等三元正极材料量产能力。基于子公司金驰材料的三元前驱体核心技术，公司实现了在三元前驱体、正极方面的一体化布局，形成对产品质量更为稳定可控的保证。同时，公司实际控制人中国五矿集团拥有巴新瑞木镍钴矿、一里坪盐湖等全球一流矿产资源，并在工程、设备领域具备行业领先地位，有助于优化和打造公司在原材料端和制造生产端的成本优势。 4. 投资建议 我们认为，降本增效持续驱动下当前三元正极材料行业正迎来在能量密度、安全性能、成本方面不断优化，随着高镍化、高电压化、单晶化在国内外市场的逐步导入，在目前三元正极材料市场格局尚不稳定的情况下，相关头部企业通过对相应三元正极材料技术的不断探索有望使行业集中度进一步提升，看好具备相应技术储备的头部三元正极企业的发展潜力。推荐：振华新材、厦钨新能、容百科技、当升科技等，受益标的：长远锂科。 5.风险提示 新能源汽车销量不及预期。如果受疫情或者宏观经济因素影响，全球新能源汽车销量低于预期，则会影响行业整体对动力电池的需求，从而影响三元正极材料产业链经营业绩。 产品导入进度不及预期。有别于常规三元正极体系，高镍化、高电压化、单晶化的三元正极材料占比仍相对较低，若下游动力电池及车企接受导入进度不及预期，则会影响产业链公司产品出货量。

点此查看微信公众号原文全部内容>>

大部分微信公众号研报本站已有pdf详细完整版：https://www.wkzk.com/report/（可搜索研报标题关键词或机构名称查询原报告）