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2019年全球正極材料技術(shù)現(xiàn)狀、動力電池需求、全球正極材料行業(yè)格局及正極材料發(fā)展趨勢分析[圖]

    鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈中,市場規(guī)模最大、產(chǎn)值最高的環(huán)節(jié)當(dāng)屬正極材料,且其性能決定了電池的能量密度、壽命、安全性、使用領(lǐng)域等,正極材料成為鋰電池的核心關(guān)鍵材料。

    一、正極材料技術(shù)現(xiàn)狀

    目前動力電池正極材料技術(shù)路線主要有:鈷酸鋰、鎳鈷錳三元、改性錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷鋁三元。其中磷酸鐵鋰作為正極材料的電池充放電循環(huán)壽命長,但其缺點是能量密度、高低溫性能、充放電倍率特性均存在較大差距,磷酸鐵鋰電池技術(shù)和應(yīng)用已經(jīng)遇到發(fā)展的瓶頸;鈷酸鋰主要用于對體積能量密度要求較高的消費類電池的正極材料;錳酸鋰電池能量密度低、高溫下的循環(huán)穩(wěn)定性和存儲性能較差,因而錳酸鋰僅作為國際第1代動力鋰電的正極材料;三元材料憑借其較高的能量密度,成為當(dāng)下EV車型廣泛采用的技術(shù)路線。

    二、全球正極材料

    在世界汽車電動化的大浪潮下,國際主流整車企業(yè)紛紛加大新能源汽車戰(zhàn)略布局。不論以Tesla為代表的全球造車新勢力,還是A(奧迪)B(奔馳)B(寶馬)、福特、通用、豐田、本田等傳統(tǒng)汽車廠商,都在以實際行動加速在新能源汽車產(chǎn)業(yè)的布局。

海外車企新能源汽車規(guī)劃

區(qū)域
車企
全球規(guī)劃
中國規(guī)劃
車型/平臺規(guī)劃(2019-2021建成平臺)
歐洲
大眾
到2025年,每年生產(chǎn)200-300萬輛電動
汽車,EV占總銷量的20%~25%
2020、2025年計劃在華新能源車分別銷售
40萬、150萬輛,2025年大眾品牌EV達
65萬輛
電動車MEB平臺預(yù)計2020年開始量產(chǎn),
生命周期8年,總銷量超650萬(奧迪保
時捷PPE平臺)
寶馬
19年累計50萬輛,到2025年,新能源車
銷量占公司總銷量的15-25%
將投放5個系列共9款EV及PHEV,19
年與長城汽車合資投放MINI品牌EV
CLAR/FSAR平臺(i5、ix3、iNEXT)到
2025年,提供25款電動車型(含12款
EV)
奔馳
到2022年,所有車型都提供電動款,2025
年全球產(chǎn)銷10萬輛,占比15%-25%
投資100億歐元,2020年國產(chǎn)EQ,到2025
年推出的10款電動車型多數(shù)將采用國產(chǎn)化
MEA、EVA平臺(EQA、EQC、EQS、
EQE、EQGLB等)
沃爾沃
2019年全部車型配電動機并發(fā)布首款
EV,2025年電動車銷量累計超100萬輛
2019年開始生產(chǎn)純電動車型以及搭載全新
48V電氣系統(tǒng)的混動車型
擁有SPA和CMA(V40、S40、XC40)
平臺,正在研發(fā)電動車專屬平臺MEP,
覆蓋全系車型
美國
特斯拉
2020年銷售規(guī)劃為100萬輛
2019年將在上海建廠
Model3、ModelX、ModelS、ModelY
通用
2026年全球純電動汽車銷量規(guī)劃為100
萬輛
2020年前,在中國市場至少推出10款新能
源車,銷量每年將超過10萬輛
2021年推出專門的電動汽車新架構(gòu),支
持20款以上新能源車型的開發(fā)
福特
2020年新能源車(含HV)銷量占總銷量
的10~25%
2016-2020年會在華投放20款新車,并加
速新能源布局與技術(shù)創(chuàng)新
Ford'sglobalC-carplatform:FocusEV計
劃5年投資310億元研發(fā)13款電動車
日韓
日產(chǎn)
到2020年,日產(chǎn)旗下有超過20%的車輛
將實現(xiàn)零排放的目標(biāo)
- 
2022年前將發(fā)布12款純電動車;日產(chǎn)與
雷諾、東風(fēng)成立合資公司易捷特
豐田
2030年新能源車(含HV)年總銷量達到
550萬輛,其中EV/FCV合計100萬輛
當(dāng)前車型以HEV為主,2017年開始推出
PHEV,2020年推出EV車型
2020年初之前推出超過10款純電動車;
2025年燃油車車型全部電動化
起亞
2020年前累計推9款新能源產(chǎn)品,新能源
車(含HV)銷量占比超過10%
2030年2/3的車為電動車(包括PHEV,BEV
和FCEV);2020年達20萬輛
到2020年累計推28款新能源車型,包括
18款PHV,8款EV和2款FCV
本田
2030年實現(xiàn)15%為零排放(EV及FCV)
車輛,混動車(HV與PHEV)占50%
2018年投放首款電動汽車,新車將基于本
田緊湊型SUV平臺打造
 -

數(shù)據(jù)來源:公開資料整理

    眾多車企都提出了明確的銷量占比目標(biāo):比亞迪、吉利均提出2020年新能源車銷量占比達到90%;北汽2020年新能源車銷量目標(biāo)分別為50萬;上汽計劃到2020年新能源車銷量達到60萬輛,其中自主品牌20萬輛;廣汽及奇瑞2020年目標(biāo)均為20萬;一汽汽車計劃到2020年,實現(xiàn)6個新能源整車平臺、16款車型全系列產(chǎn)業(yè)化準備,市場份額15%以上;東風(fēng)汽車規(guī)劃到2020年公司新能源汽車市占率要達到18%,銷量達到36萬輛;長安汽車規(guī)劃到2020年完成三大新能源專用平臺的打造,2025年開始全面停止銷售傳統(tǒng)意義的燃油車,實現(xiàn)全譜系產(chǎn)品的電氣化。

    2025年全球滲透率有望達16.11%。。全球新能源乘用車銷售量從2011年的5.1萬輛增長至2018年的184.05萬輛,7年時間銷量增長36.09倍,CAGR接近67%。未來隨著支持政策持續(xù)推動、技術(shù)進步、消費者習(xí)慣改變和配套設(shè)施普及,預(yù)計2019年全球新能源乘用車銷量將達209萬輛,2025年全球新能源乘用車銷量將達到1280.7萬輛,滲透率將達16.11%左右,相比2018年增長6.1倍,2018-2025年復(fù)合增長率近30%。

2016-2025年全球新能源乘用車銷量及滲透率預(yù)測(萬輛)

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2015-2025年全球新能源乘用車銷量占比及預(yù)測(萬輛)

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    2025年中國滲透率有望達20%,年均復(fù)合增速近23%。中國2018年全年產(chǎn)銷分別為127.0萬輛和125.6萬輛,同比增長分別為59.9%和61.7%,其中新能源乘用車的銷量為105.3萬輛,新能源商用車的銷量為20.3萬輛。2025年新能源汽車產(chǎn)銷規(guī)模有望突破550萬輛,市場滲透率有望達20%,2018-2025年復(fù)合增速近23%。

2015-2025年中國新能源汽車銷量及預(yù)測(萬輛)

數(shù)據(jù)來源:公開資料整理

2015-2025年中國新能源汽車銷量及預(yù)測(萬輛)

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    三、動力電池需求量

    2025年海外動力電池需求近420GWh。2018年海外動力電池出貨量預(yù)計在39.5GWh左右,預(yù)計2020年海外動力電池總需求量將達77.6GWh,2025年需求預(yù)計超420GWh。2025近年中國動力電池需求近330GWh。2018年動力電池裝機量約為57GWh,出貨量約為65GWh。預(yù)計2020年動力電池總需求量將達86GWh,其中NCM三元電池需求將在66.2GWh左右,占比約77%,主要系使用NCM三元材料的乘用車銷量占比大幅提升。2025年預(yù)計中國動力電池總需求量將近330GWh,其中乘用車動力電池需求將達305GWh,占比近92.3%。

海外動力電池需求量預(yù)測(按車型分類,GWh)

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2015-2025年海外動力電池需求量及預(yù)測(按動力類型分類,GWh)

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中國動力電池需求量預(yù)測(按車型分類,GWh)

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中國動力電池需求量預(yù)測(按動力類型分類,GWh)

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    四、全球正極材料企業(yè)行業(yè)格局

    1、全球正極材料競爭格局對比

    在市場份額方面:正極整體較為分散,三元正極大幅改善。根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,2017年從全球市場份額來看,正極材料市場整體較為分散,市場份額第一,市占率為10%,湖南杉杉、住友金屬、日亞化學(xué)、GSEnergy市占率分別約為9%、7%、6%、3%,CR3和CR5分別約為26%、35%,市場集中度非常低。三元正極材料細分市場,全球市場份額最大的為住友金屬,市占率約為16%,Umicore、日亞化學(xué)、湖南杉杉、GSEnergy市占率分別約為13%、9%、6%、6%,CR3和CR5分別為38%、50%,市場集中度有大幅提升,主要系三元正極材料技術(shù)門檻較高,具有一定的進入壁壘。未來隨著高鎳正極的應(yīng)用,市場集中度將會進一步提升,極有可能走出全球龍頭企業(yè)。

    NCA量產(chǎn)廠商較少,行業(yè)格局高度集中。NCA由于其較高的技術(shù)壁壘,全球能夠規(guī)模量產(chǎn)的企業(yè)較少,全球市場占有率排在第一位的是住友金屬,獨家供應(yīng)給松下,最終使用在特斯拉電動汽車上,全球市場占有率2016年達54%,2017年達59.6%。ECOPRO是韓國唯一的NCA正極材料生產(chǎn)商,主要客戶為三星SDI和索尼,全球市場占有率2016年達33%,2017年達17.1%,位居全球第二。

    2、國內(nèi)正極材料競爭格局對比

    根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù),2018年全國正極材料出貨量約為27.52萬噸,同比增長32.3%,其中三元材料/磷酸鐵鋰/鈷酸鋰/錳酸鋰出貨量分別為13.68/5.84/5.445/2.554萬噸,同比增長分別為61.32%、6%、18.9%、14.5%,三元材料市場份額為49.7%。另外,中國正極材料總產(chǎn)能2016/2017/2018年分別為39.4/80/97.8萬噸,其中三元正極材料產(chǎn)能分別為13.3/31/41.5萬噸,出現(xiàn)低端產(chǎn)能過剩,高端產(chǎn)能緊張的局面。隨著高鎳三元正極的推廣應(yīng)用,這種結(jié)構(gòu)性產(chǎn)能過剩將會更加嚴重,當(dāng)升科技、容百科技等企業(yè)依靠自身的技術(shù)儲備以及穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量,將會在高端正極產(chǎn)品細分領(lǐng)域持續(xù)提升其市場份額。

2014-2018年中國正極材料產(chǎn)能統(tǒng)計(噸)

數(shù)據(jù)來源:公開資料整理

2014-2018年中國正極材料出貨量(噸)

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    2017年杉杉股份/廈門鎢業(yè)/天津巴莫/容百科技/北大先行/長遠鋰科/當(dāng)升科技的總出貨量分別為17400噸/17100噸/13900噸/10900噸/10600噸/9810噸/9500噸,CR3為22.7%,CR5為32.8%;2018年廈門鎢業(yè)/杉杉股份/天津巴莫/當(dāng)升科技/長遠鋰科/容百科技的總出貨量分別為25700噸/21100噸/15500噸/15800噸/16000噸/14000噸,CR3為22.82%,CR5為34.19%,市場集中度稍有提升,但是頭部企業(yè)出貨份額均較為接近,尚未出現(xiàn)行業(yè)龍頭企業(yè)。造成這種分散格局的主要原因為為了降本提效產(chǎn)業(yè)鏈上下游均積極布局延伸布局正極材料環(huán)節(jié),包括上游的華友鈷業(yè)和下游的CATL、BYD等企業(yè)。

2018年國內(nèi)正極材料市場格局

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    2018年當(dāng)升科技/容百科技/長遠鋰科/湖南杉杉/振華新材的NCM出來量分別為13600噸/14000噸/14150噸/10700噸/12000噸,CR3為30.51%,CR5為47.1%,市場集中度較正極材料總體有較大改善,但是市場競爭依然激烈,頭部企業(yè)份額依然較為分散,當(dāng)升科技NCM出貨量成為第一,隨著未來產(chǎn)能的順利投產(chǎn),市場份額將會進一步提升,有望成為NCM細分領(lǐng)域的龍頭企業(yè)。

2018年國內(nèi)NCM正極材料市場格局

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    五、四大鋰電材料競爭格局對比

    正極材料與負極材料、電解液、隔膜等進行橫向比較,市場集中度最差,尚無絕對龍頭企業(yè)出現(xiàn),正極材料細分市場NCM市場集中度稍有改善,但是較其它環(huán)節(jié)材料而言差距仍然較大。通過比較CR3和CR5發(fā)現(xiàn)各環(huán)節(jié)集中度排名大約為:負極>電解液>隔膜>正極,負極材料、電解液的市場集中度最高,主要因為龍頭企業(yè)在資源獲取、價格方面的優(yōu)勢導(dǎo)致二線企業(yè)逆襲難度較高,再加上生產(chǎn)資質(zhì)門檻,新企業(yè)進入的性價比較低。

2018年鋰電材料集中度分析(CR3)

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2018年鋰電材料集中度分析(CR5)

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    高鎳多元材料技術(shù)門檻大幅提升,高品質(zhì)性能的高鎳多元材料制備難度極大,摻雜包覆的參數(shù)控制,產(chǎn)線的工藝管控難度和雜質(zhì)含量的控制難度等都有大于LFP、NCM333、NCM523,產(chǎn)品附加值較高,產(chǎn)業(yè)競爭格局有望重塑,市場集中度有望提升,企業(yè)有可能出現(xiàn)分化,出現(xiàn)真正的龍頭企業(yè)。

    全球正極材料企業(yè)產(chǎn)能擴張:隨著海外整車企業(yè)全面開啟新能源汽車戰(zhàn)略,預(yù)計2025全球新能源乘用車銷量將達1755萬輛,滲透率將達15.5%。屆時海外動力電池需求近550GWh,三元材料需求超80萬噸,市場規(guī)模近1500億;中國動力電池需求近400GWh,三元材料需要近52萬噸,市場規(guī)模近930億元。為了滿足強勁的市場需求,搶占市場份額,全球各大正極材料企業(yè)紛紛開始擴張產(chǎn)能:(1)Umicore計劃未來三年內(nèi)投資6.6億歐元新建工廠,目標(biāo)是滿足中國、韓國和歐洲的需求,產(chǎn)能建設(shè)將在2018年至2020年間進行,第一條生產(chǎn)線預(yù)計將于2019年下半年投產(chǎn),2021年總產(chǎn)能將提升至17.5萬噸,為2015年的10倍,預(yù)計2019年將出貨約10萬噸正極材料。(2)L&F作為成熟的材料供應(yīng)商正在與許多電池企業(yè)簽訂中長期供應(yīng)合同,預(yù)計L&F產(chǎn)能將從2018年底的17000噸大幅增加到2019年底的29000噸和2023年底的65000噸。(3)LG化學(xué)2020年總產(chǎn)能目標(biāo)達到4.5萬噸等。粗略估算,2020年底之前海外主流的正極材料企業(yè)將至少新增34.9萬噸。

    2019年當(dāng)升科技總產(chǎn)能將達28000噸,杉杉能源總產(chǎn)能有望達60000噸,廈門鎢業(yè)總產(chǎn)能將達39400噸,長遠鋰科總產(chǎn)能將達45000噸,容百科技產(chǎn)能將達60000噸。正極材料高鎳化趨勢確定,2019年主流正極材料企業(yè)新增產(chǎn)能主要以高鎳為主,初步核算,新增至少超過12萬噸。

    六、全球正極材料企業(yè)競爭優(yōu)勢對比

    頂尖的正極材料企業(yè)首先應(yīng)該在知識產(chǎn)權(quán)(IP)和生產(chǎn)技術(shù)方面具有強大的實力,其次還需要其產(chǎn)品鏈豐富全面并且客戶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定高端,市場占有率名列前茅。

    1、高鎳技術(shù)

    在正極材料商用化方面,國外正極廠商由于布局較早積累深厚具備一定先發(fā)優(yōu)勢。目前日本企業(yè)在NCA高鎳正極領(lǐng)域領(lǐng)先世界,中韓側(cè)重NCM811技術(shù)路線。
三元正極材料中的鎳元素有利于提高正極材料的可逆嵌鋰容量,提高電池能量密度;鈷元素有利于穩(wěn)定層狀結(jié)構(gòu),提高材料電導(dǎo)率,改善放電循環(huán)性能;錳元素可以降低材料成本,穩(wěn)定結(jié)構(gòu),提高安全性和穩(wěn)定性。從目前的技術(shù)路線來看,三元電池憑借其能量密度高的優(yōu)點,贏得眾多新能源乘用車企業(yè)的青睞。目前配套TeslaModel3的松下主要采用NCA正極體系,能量密度高達260Wh/kg,LG化學(xué)、三星SDI、SKI主要采用NCM622正極體系,國內(nèi)的CATL、BYD、國軒高科、力神等電池企業(yè)主要采用NCM523正極體系,CATL、BYD預(yù)計2019年底開始量產(chǎn)NCM811正極體系電芯,國內(nèi)外龍頭電池企業(yè)在正極體系以及相關(guān)性能方面均較為接近,差距較小,甚至趕超。

    國內(nèi)當(dāng)升科技、杉杉股份、容百科技、長遠鋰科、天津巴莫、振華新材等企業(yè)均已成功推出NCM622、NCM811正極材料,但是由于安全性問題的顧慮以及其認證難度高,新能源車企國內(nèi)暫未規(guī)模使用。海外的Umicore、L&F、戶田工業(yè)、LG化學(xué)等企業(yè)均已實現(xiàn)NCM622的規(guī)?;慨a(chǎn)應(yīng)用,住友金屬、ECOPRO等企業(yè)也已實現(xiàn)NCA的規(guī)?;慨a(chǎn)應(yīng)用。鑒于NCM811強大的市場潛力,國內(nèi)企業(yè)也力求通過工藝及材料改進來解決811材料存在的問題。

    2、研發(fā)實力

    正極材料經(jīng)歷LCO、LMO、LFP、NCM333、NCM523、NCM622、NCM811等發(fā)展階段,NCM622和NCM811在2019年底2020年初將會開始大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用,NCA材料松下已經(jīng)在特斯拉Model3上實現(xiàn)量產(chǎn),單體能量密度最高可達300Wh/kg。未來正極材料還會繼續(xù)往富鋰錳基、固態(tài)電池方向發(fā)展,預(yù)計在2025年實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用,更遠周期來看,鋰空氣電池以及鋰硫電池也會進一步得到發(fā)展。

    目前國內(nèi)只有當(dāng)升科技、容百科技、天津巴莫、杉杉能源等少數(shù)幾家正極材料企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)NCM811的量產(chǎn)并供貨,但是總體出貨有限。限制國內(nèi)正極材料企業(yè)規(guī)模量產(chǎn)的原因,除技術(shù)、資源、配套材料未成熟外,專利也是影響在各大正極材料企業(yè)之間的一道門檻。

    3M和ANL都在2001年申請了三元材料的相關(guān)專利,國際鋰電池界普遍認同的化學(xué)計量比常規(guī)三元材料NMC專利由3M公司擁有,而層狀富鋰高錳材料專利則由ANL申請并擁有。尤其是3M公司,由于2012年其宣布退出三元材料生產(chǎn),主要依靠技術(shù)研發(fā)和專利授權(quán)來實現(xiàn)企業(yè)發(fā)展。其他正極材料企業(yè)若要進行生產(chǎn),首先需從3M和ANL購買技術(shù)專利資質(zhì)。目前Umicore擁有3M的專利所有權(quán),LG化學(xué)、SK、湖南瑞翔等企業(yè)同樣擁有專利使用權(quán)。而ANL的三元專利主要轉(zhuǎn)讓給BASF、戶田工業(yè)和LG化學(xué)。

    3、客戶結(jié)構(gòu)

    客戶群體最為龐大,與全球主流鋰電池客戶均有合作關(guān)系;住友金屬NCA獨家供應(yīng)給松下,客戶結(jié)構(gòu)較為單一,其它日本正極材料企業(yè)也以本土客戶為主;L&F和ECOPRO主要供應(yīng)給三星SDI和LG化學(xué),3M專利授權(quán)給Umicore、LG化學(xué)、三星SDI、ATL、CATL等眾多全球主流鋰電企業(yè)。

海外正極材料企業(yè)配套情況

正極材料企業(yè)
技術(shù)路線
配套客戶
Umicore
LCO、NCM
三星SDI、LG化學(xué)、松下、索尼、BYD、AESC、SKI
BASF
NCM
AESC、SDI、LGC、其它
3M
NCM核心專利
Umicore、LG化學(xué)、三星SDI、ATL、湖南瑞翔、CATL等
住友金屬
NCA
松下
戶田工業(yè)
NCA/NCM、LMO
AESC、SDI、LGC、其它
日亞化學(xué)
LCO、LMO、NCM
LG化學(xué)、松下、索尼、Maxell、LEJ、PEVE
田中化學(xué)
LCO、LMO、NCM
松下
L&F
LCO、LMO、NCM
三星SDI、LG化學(xué)
ECOPRO
NCM
三星SDI、SONY

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    目前國內(nèi)龍頭企業(yè)寧德時代的正極材料供應(yīng)商主要有振華新材、長遠鋰科、廈門鎢業(yè)、三元前驅(qū)體供應(yīng)商主要有格林美以及自產(chǎn)供應(yīng)。BYD的三元正極材料供應(yīng)商主要有當(dāng)升科技、杉杉股份等。當(dāng)升科技、容百科技還出口供應(yīng)給三星SDI和LG化學(xué)。

中國正極材料企業(yè)配套

正極材料企業(yè)
技術(shù)路線
配套客戶
當(dāng)升科技
LCO、NCM
三洋、LG化學(xué)、三星SDI、比克、BYD、孚能、力神、CATL
杉杉能源
LCO、NCM
ATL、BYD、力神、松下
容百科技
NCM
孚能、力神、比克、三星SDI、CATL、億緯鋰能
格林美
LCO、NCM
捷威動力、遠東福斯特、邦普、江蘇天鵬、東風(fēng)襄旅、ECOPRO
廈門鎢業(yè)
LCO、LMO、NCM
CATL、天貿(mào)、松下、三星SDI
振華新材
LCO、NCM
CATL、ATL、BYD、力神
天津巴莫
LCO、NCM
比亞迪、力神電池、三星SDI、LG化學(xué)、哈光宇等
長遠鋰科
LCO、NCM
CATL、比亞迪、力神、億緯鋰能、卓能等

數(shù)據(jù)來源:公開資料整理

    4、資源獲取

    正極材料價格受鋰鈷鎳等金屬價格的影響較大,為了減少金屬價格漲跌對公司盈利能力的影響,正極材料企業(yè)紛紛布局上游金屬資源,增強資源控制能力,保障鈷、鎳、鋰等資源的穩(wěn)定供應(yīng)。主要方式有:電池回收資源、成立合資企業(yè)、控制/間接控制礦產(chǎn)冶煉和簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議。優(yōu)美科、住友金屬作為以金屬資源冶煉起家的企業(yè),在正極材料的資源方面具有先天優(yōu)勢,對資源的控制能力最強,憑借著較強的供應(yīng)能力奠定其在行業(yè)的領(lǐng)先地位。而當(dāng)升科技、LG化學(xué)、杉杉股份、ECOPRO等中游制造企業(yè)通常采取合資建廠、參股或簽署合作協(xié)議的方式向上游延伸,從而保障資源的供應(yīng)能力。CATL、格林美、當(dāng)升科技、容百科技等企業(yè)還積極布局鋰電回升業(yè)務(wù),從而改善鋰電池金屬資源的獲取渠道。

    七、發(fā)展趨勢

    國內(nèi)規(guī)模化應(yīng)用的正極材料主要為NCM523,海外主要以NCM622和NCA為主,NCM811尚未大規(guī)模量產(chǎn)應(yīng)用。三元體系的單體電芯很難突破300Wh/kg的能量密度瓶頸以及安全性等問題,然而富鋰錳基容量可達250mAh/g,是鋰離子電池突破300Wh/Kg,甚至400Wh/Kg的技術(shù)關(guān)鍵,很有可能成為下一代正極材料,固態(tài)電池很可能成為下一代電池體系。

    正極材料是鋰離子電池鋰源的提供者,從根本上決定了電池的比能量和能量密度。高鎳材料主要包括鎳鈷錳和鎳鈷鋁兩個系列,未來的發(fā)展趨勢是不斷提高鎳的含量(鎳的摩爾含量≥80%),提高其比容量,同時通過摻雜、包覆和表面處理等技術(shù)手段,提高其循環(huán)性能。預(yù)計2020年比容量將突破215mAh/g,2025年降突破225mAh/g。通過提高電池充電截止電壓是提升鋰離子電池能量密度最為直接的有效手段和方法,高電壓材料需要大幅提升熱安全性能和循環(huán)穩(wěn)定性能,預(yù)計2020年高電壓材料比容量將≥180mAh/g(3.0-4.4V)。富鋰氧化物固溶體材料是通過產(chǎn)品改性的手段在保持高容量的前提下,提高高電壓使用條件下的循環(huán)性能,預(yù)計2020年比容量將達280mAh/g。

    富鋰錳基材料(簡稱Li-rich,OLO)是由美國阿貢實驗室THACKERAY小組于2001年系統(tǒng)研究并申請專利的正極材料,是由Li2MnO3和LiMO2(其中M=Ni、Co、Mn、Fe等)構(gòu)成的固溶體,化學(xué)式為xLi2MnO3〃(1-x)LiMO2。與NCM類似,由于其M的多變性和Li2MnO3、LiMO2兩種組成的變化,導(dǎo)致其主元素含量無法準確定位,只能采用很寬的范圍界定。該正極材料相比NCM和NCA,富鋰錳基正極材料的比容量、電壓和比能量等特性進一步提高,但是在實用性方面還面臨電化學(xué)性能不穩(wěn)定的挑戰(zhàn),目前沒有真正實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。

    目前富鋰錳基正極材料同樣存在諸多缺陷,比如首次不可逆容量過高、倍率性能較差、循環(huán)過程中存在電壓衰減、體積能量密度較低、常規(guī)碳酸酯基電解液難以與其匹配等,限制了其商業(yè)化應(yīng)用。為了推動富鋰錳基正極材料的產(chǎn)業(yè)化進程,一方面需要對其進行優(yōu)化改性,如表面包覆、元素摻雜、表面脫鋰處理、引入尖晶石相以及開發(fā)與其相匹配的高壓電解液等;另一方面還需加強相關(guān)市場培育。

    全固態(tài)鋰電池是一種使用固體電極材料和固體電解質(zhì)材料,不含有任何液體的鋰電池,主要包括全固態(tài)鋰離子電池和全固態(tài)金屬鋰電池,差別在于前者負極不含金屬鋰,后者負極為金屬鋰。從技術(shù)發(fā)展趨勢來看,相比液態(tài)鋰離子電池,全固態(tài)金屬鋰電池有可能具有安全性能好、能量密度高和循環(huán)壽命長等優(yōu)點。近年來,固體電解質(zhì)材料,特別是硫化物電解質(zhì)材料在離子電導(dǎo)率方面取得了重大突破,因此全固態(tài)鋰電池技術(shù)漸漸開始引起世界范圍內(nèi)的研發(fā)機構(gòu)和大型企業(yè)的重視。我們認為固態(tài)電池是最有前途的下一代電池技術(shù)。固態(tài)電池可以是硫化物電池,也可以是氧化物電池,目前硫化物電池技術(shù)的可行性更高。

    固態(tài)面臨的挑戰(zhàn)主要包括降低成本,提高固體電解質(zhì)的安全性,以及在充電和放電時保持電極和電解質(zhì)之間的接觸。日本已經(jīng)啟動了一項全國性的研發(fā)計劃,最有希望的是豐田汽車和松下的聯(lián)盟(豐田有近300名工程師參與研發(fā)固態(tài)電池),該聯(lián)盟表示將在五年內(nèi)將固態(tài)電池商業(yè)化。豐田和NEDO所制定的全固態(tài)電池的商業(yè)化普及方案,首先使用現(xiàn)有LIB的正負極材料開發(fā)全固態(tài)電池(第一代電芯)。之后再使用新的正負極材料以期進一步提高能量密度(下一代電芯),預(yù)計2022年豐田汽車生產(chǎn)固態(tài)電動汽車的樣車,2025年在部分車型中使用固態(tài)電池。2030年實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)應(yīng)用,能量密度可達500Wh/kg。

    大眾汽車、寶馬、戴姆勒、通用等歐美車企均積極布局下一代電池:固態(tài)電池。日本的豐田汽車、本田研發(fā)、日產(chǎn)汽車和雅馬哈汽車甚至組織成立LIBTEC,計劃共同開發(fā)固態(tài)電池的基礎(chǔ)技術(shù)。LIBTEC固態(tài)電池的開發(fā)目標(biāo)包括:體積能量密度達600Wh/L,成本達600元/kWh,快速充電時間為10分鐘。

    相關(guān)報告:智研咨詢發(fā)布的《2019-2025年中國三元正極材料行業(yè)市場前景分析及發(fā)展趨勢預(yù)測報告

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2025-2031年中國鋰電池正極材料行業(yè)市場現(xiàn)狀調(diào)查及投資前景研判報告
2025-2031年中國鋰電池正極材料行業(yè)市場現(xiàn)狀調(diào)查及投資前景研判報告

《2025-2031年中國鋰電池正極材料行業(yè)市場現(xiàn)狀調(diào)查及投資前景研判報告》共十二章,包含中國鋰電池正極材料行業(yè)代表性企業(yè)布局案例研究,中國鋰電池正極材料行業(yè)市場前景預(yù)測及發(fā)展趨勢預(yù)判,中國鋰電池正極材料行業(yè)投資戰(zhàn)略規(guī)劃策略及建議等內(nèi)容。

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