锂电池正极行业：磷酸铁锂渗透率持续提升，三元高镍化趋势不变

（报告出品方/分析师：川财证券 孙灿）

一、正极材料：锂电池性能的关键核心

1.1 锂电池正极材料基本介绍

锂电池产业链上游大致可分为正极、负极、隔膜、电解液四个部分。

其中正极材料是其电化学性能的决定性因素，对电池的性能起主导作用，且正极材料的成本占比也较高，占锂电池材料成本的30%-40%，因此正极材料是锂电池性能的关键核心。

从产业链看，正极材料上游包括金属矿（钴矿、镍矿、锰矿、锂矿等）原材料，下游为动力电池、3C电池和储能等领域的应用。

为了满足锂电池较高的能量性能、较好的循环性能和可靠的安全性能，正极材料需要具备以下几方面条件：

1）为电池充放电提供锂源；2）提供更高的电极电位保障输出电压高；3）电压平台稳定保障输出电位平稳；4）化学稳定性好、资源丰富、制备成本低等。

根据不同的技术路线，常见的正极材料可以分为钴酸锂（LCO）、锰酸锂（LMO）、磷酸铁锂（LFP）、镍钴锰酸锂（NCM）、镍钴铝酸锂（NCA）等。

钴酸锂作为第一代商品化的锂电池正极材料，具有振实密度大、充放电稳定、工作电压高的优势，在小型电池中应用广泛。

锰酸锂比容量较低、循环性能特别是高温循环性能使其应用受到了较大的限制；磷酸铁锂价格较低、环境友好、安全性和高温性能较好，但能量密度较低、低温性能较差；三元材料能量密度更高，但成本较高，安全性要求更高。

三元材料因突出的单体能量密度，能极大程度提升续航里程，目前广泛应用于乘用车动力电池中。

从能量密度上看，磷酸铁锂也在逐渐弥补短板，通过补锂、掺硅以及使用固液混合电解质等一系列改进，目前磷酸铁锂电池能量密度可以突破200Wh/kg，电池单体到系统的体积成组效率从40%增加到60%。最新发布磷酸铁锂电池能量密度可高达210Wh/kg，单体能量密度已经达到三元 NCM 5 系水平。

从成本上看，随着国家补贴政策的滑坡，磷酸铁锂的成本优势愈发显著。正极材料在锂电池的成本中占比高达30-40%，因此降低正极材料成本是降低电池成本的关键。磷酸铁锂原材料主要为碳酸锂和正磷酸铁，并以碳酸锂为主，尽管由于今年磷酸铁锂的火热局面，导致原料价格有所上升，预计从中长期来看，在具有充足产能且供需平衡的条件下，磷酸铁锂仍具有较强的成本优势。

1.2 正极材料技术发展路径与展望

锰酸锂（LMO）-磷酸铁锂(LFP)-中低镍(NCM3 系、5 系)-高镍（NCM8系）的技术迭代已完成。

2010年日产最早推出 LMO 体系的电动车,2014年开始 LFP 体系在国内新能源汽车上得到广泛应用，随着市场对乘用车续航里程的要求，2016年来三元材料逐步应用到新能源车上，在补贴退坡的大背景下，三元材料逐渐从中低镍往高镍化发展，目前高镍 811 材料体系已基本成熟，容百科技、当升科技等厂商已具备量产能力。

三元材料中，镍、钴、锰是过渡金属元素，形成固溶体，原子可任意比例混排。

镍上升会提升比容量，锰呈现电化学惰性，主要起稳定结构的作用，钴既能稳定材料的层状结构，又能减小阳离子混排，有利于电池循环性能。

目前电池能量密度方面镍钴铝酸锂＞镍钴锰酸锂811＞镍钴锰酸锂622＞镍钴锰酸锂523，随着能量密度的提升，整车里程焦虑不断改善，电池成本不断下降。

长续航里程是新能源乘用车首要的技术指标，采用高镍技术提升锂电池的能量密度成为中长期比较确定的解决方案。

一般来说，600公里以上续航的新能源汽车，高镍技术是较好的选择，800公里以上续航的新能源汽车，高镍几乎是唯一的选择。

从能量密度上看，磷酸铁锂也在逐渐弥补短板。

中国科学院院士欧阳明高表示，通过补锂、掺硅以及使用固液混合电解质等一系列改进，目前磷酸铁锂电池能量密度可以突破200Wh/Kg，电池单体到系统的体积成组效率从40%增加到60%。国轩高科于2021年初发布的磷酸铁锂电池能量密度高达210Wh/kg，单体能量密度已经达到三元NCM5系水平。

从成本上看，随着国家补贴政策的滑坡，磷酸铁锂的成本优势愈发显著。正极材料在锂电池的成本中占比高达30-40%，因此降低正极材料成本是降低电池成本的关键。

磷酸铁锂原材料主要为碳酸锂和正磷酸铁，并以碳酸锂为主；其中正磷酸铁价格相对稳定，碳酸锂价格有一定波动。尽管由于今年磷酸铁锂的火热局面，导致原料价格有所上升，预计从长远来看，在具有充足产能且供需平衡的条件下，磷酸铁锂仍具有成本优势。

二、新能源汽车高速增长，磷酸铁锂装机量持续提升

2.1 新能源汽车高速增长，渗透率不断提升

2021年电动车渗透率持续提升。2021年12月份电动车销量为53.09万台，环比增加18.02%，同比增加113.9%；电动车渗透率从2021年1月的7.16%提升到12月的19.06%。

从全年来看，2021年电动车销量达350.7万台，全年渗透率为13.4%。

2021年动力电池装机电量持续提升，年底环比增速极速上升。

2021年动力电池装机电量在12月份达到263.7GWh，环比提升45.4%，同比提升96%。

从全年增长趋势看，前三季度装机电量稳步提升，环比增速约35%，第四季度极速上升，环比增速达60%左右。

2021Q4，新发车型中新能源车型占比达29%，占比同比增速达52%。

电动车型的持续高比例供给可助力电动化渗透率进一步提升。传统合资品牌拥抱电动化，助力电动化进一步渗透。

2021年，合资品牌中大量品牌新发车型中电动车占比达到较高水平，雪佛兰、大众、福特已分别达到33%、26%以及25%。对比2020H2-2021H1这一年期间，大量品牌电动车占比提升迅速，现代、大众占比环比增速达142%及120%。传统合资品牌加速拥抱电动化，有利于电动车进一步快速渗透。

2.2 新型电池技术引领磷酸铁锂电池装机量持续提升

2019年以前，国内补贴政策与能量密度呈强相关（高能量密度方案给予更高的系数补贴，且逐年上调能量密度标准），同时车型结构快速由250km以下向300-400km切换，使得质量能量密度偏低的磷酸铁锂路线承受了较大的压力；叠加商用车补贴退坡带来的产销压力，进一步致使磷酸铁锂需求承压。

2020年，国内新能源汽车补贴经历大幅退坡，对于车企的技术方案选择造成较大难度，补贴方案也不再一味强调能量密度提升；另外，磷酸铁锂电池的技术进步，弥补了磷酸铁锂和三元电池之间的性能差异，宁德时代、比亚迪先后推出了CTP、刀片电池的封装工艺革新，带来了电芯到PACK环节效率的大幅抬升，进而使得电芯能量密度较低的磷酸铁锂，可以凭借新的封装工艺，达到更好的成组能量密度。

采用 CTP 技术方案后，磷酸铁锂的能量密度可以接近 5 系三元锂电池的水平，进而使得磷酸铁锂方案能够覆盖续航里程400km左右的车型，磷酸铁锂电池开始加速渗透。

据中国汽车动力电池产业创新联盟统计，2021年12月动力电池产量共计31.6GWh，其中三元电池产量11.4GWh，环比上升10.1%；磷酸铁锂电池产量20.1GWh，环比增长12.7%。12 月动力电池装机量26.2GWh，同比增长102.4%，环比上升25.9%。

其中三元电池装机量11.1GWh，同比增长84.7%，环比上升19.7%，占比42.2%；磷酸铁锂装机量15.1GWh，同比增长118.5%，环比上升30.1%，占比57.4%，单月装机量创历史新高。全年磷酸铁锂渗透率达到51.7%，较2020年同比上升13.2个百分点。

高工产研锂电研究所（GGII）数据显示，2021年全球磷酸铁锂正极材料出货量48.5万吨，同比增长239%，其中中国磷酸铁锂正极材料出货量为 48 万吨。

GGII 预计2022年全球磷酸铁锂正极材料出货量有望接近100万吨。

从增长驱动力来看，GGII分析带动2021年磷酸铁锂正极材料出货量高速增长的主要原因有：

1）中国动力电池出货量226GWh，其中铁锂动力电池出货量超117GWh，铁锂动力电池出货量同比增长超250%；

2）在碳交易市场压力下，2021年全球储能锂电池出货量70GWh，增长159%，磷酸铁锂路线占比超50%，预计2025年全球储能锂电池磷酸铁锂路线占比将超过70%以上；2021年中国储能锂电池出货量48GWh，磷酸铁锂路线占比约98.5%；

3）受动力以及储能电池市场高速增长带动，2021年中国磷酸铁锂锂电池出货量171GWh，同比增长242%；

4）随着动力电池工艺技术进步，磷酸铁锂电池包的结构创新使搭载磷酸铁锂电池的车型续航里程普遍达到400-600公里；

5）磷酸铁锂电池的低温性能持续改善，磷酸铁锂电池技术的进步、热管理系统的进步以及热泵空调的逐步普及，改善了搭载磷酸铁锂电池车型的低温续航能力；

6）上游原材料价格大幅度上涨，车企及动力电池企业降本压力增大，成本更低的磷酸铁锂电池部分替换成本更高的三元锂电池。

三、正极材料行业竞争格局和重点公司介绍

3.1 产能紧张导致市场集中度下降，优秀公司竞争力依然领跑

产能方面，截止2021年底，国内磷酸铁锂产能为 64 万吨/年，根据各公司投产计划，磷酸铁锂产能在未来几年内扩张迅速，预计2024年年底磷酸铁锂产能将增加139.6万吨至204万吨，2021年到2024年 CAGR 达 46%。

相较而言，仅 4 家公司在2021年发布了三元正极材料扩产公告，预计截至2024年，三元电池正极材料产能将增加 33 万吨，远低于磷酸铁锂产能增量。

根据高工产研锂电研究所（GGII）的数据显示和分析，从产量来看，湖南裕能连续两年稳居行业第一位，且市占率在2021年进一步提升至25%。

2020年前五名的市场份额为83%，2021年市场前五名市场份额降低到64%，GGII分析主要原因如下：

1）2016-2020年上半年，受补贴政策影响，磷酸铁锂正极材料需求几乎停止了增长，竞争激烈，不少磷酸铁锂材料企业停产或破产，市场集中度得到提升；

2）2020年下半年开始，磷酸铁锂正极材料需求的大幅度增加，很多停产的磷酸铁锂正极材料企业进行复产，并引起新的竞争者进入磷酸铁锂正极材料行业，磷酸铁锂正极材料企业变多，行业集中度降低；

3）头部磷酸铁锂正极材料企业产能不足，头部动力电池企业入股磷酸铁锂正极材料企业，积极导入新的磷酸铁锂正极材料供应商，挤占头部磷酸铁锂正极材料企业份额。

3.2 重点公司介绍

德方纳米

公司国内磷酸铁锂产能最大，布局新一代磷酸铁锂材料。

公司成立于2007年1 月，主要产品为纳米磷酸铁锂和碳纳米导电管。

公司2010年纳米磷酸铁锂产能首次突破500吨/年，2013年碳纳米管导电液大规模投产，2019 年 4 月创业板上市，2021年一季度剥离碳纳米导电管业务聚焦纳米磷酸铁锂，目前公司为宁德时代和亿纬锂能的磷酸铁锂正极主供。

公司具有客户结构好、产能落地快、生产成本低等竞争优势。

1）客户结构好：2019和2020年公司前两大客户（宁德时代、亿纬锂能）合计销售金额占比达到 83%2）产能落地快：公司2021-2023年底产能将分别达到12、30、45万吨，产能扩张速度全球第一。

3）生产成本低：公司独家“自热蒸发液相合成法”制备磷酸铁锂，相比于固相法，制备过程中可以节省部分设备以及能源费用，可以降低非原材料成本。

富临精工

公司“汽车零部件+磷酸铁锂”双主业。

公司汽车零部件业务目前以 VVT 和挺柱为主的发动机精密零部件、以电子水泵、电磁阀、电子油泵以及智能控制器为主的智能电控系统、以减速器为主的新能源车载电驱动系统三大产品系列的产业格局。

磷酸铁锂深度绑定宁德时代，产能快速释放。

公司与宁德时代、宁德时代指定方以及长江晨道增资认购江西升华增加的注册资本 5 亿元，从而深度绑定宁德时代。2021年产能将达到 6.2 万吨，2021年 7 月，公司规划新增投资建设年产 25 万吨磷酸铁锂正极材料项目，并先行启动一期项目，即新建年产 6 万吨磷酸铁锂正极材料项目。

本项目依托射洪基地年产 5 万吨锂电正极材料项目的建设经验，于2021年 9 月份启动建设，并计划于2022年 10 月前实现项目投产，届时公司磷酸铁产能将达到 12.2 万吨。

公司采用草酸亚铁固相法的工艺路线，产品具有压实密度高的优势，在中高端乘用车领域具有较大的发展空间。

龙蟠科技

公司“车用尿素+磷酸铁锂”双主业。

公司自 2003 年成立，2009 年设立“可兰素”，进入车用尿素市场，经过十多年的发展，已成为业内前二企业。此后，公司通过收购精工塑业 100%股权、成立尚易环保、收购江苏瑞利丰新能 70%股权，布局推动车用环保精细化学品产业链一体化发展。

2021年4月，公司收购贝特瑞磷酸铁锂业务正式切入锂电材料领域。目前已形成润滑油、发动机冷却液、柴油发动机尾气处理液（车用尿素）、电池正极材料以及车用养护品等产品体系，广泛应用于汽车整车制造、汽车后市场和工程机械等领域。

公司磷酸铁锂业务具有客户结构好、产能落地快、工艺稳定性高等竞争优势。

湖南裕能

公司是国内磷酸铁锂优秀公司，专注于固相法工艺，在高压实、高能量密度方案上具备产品竞争力。

湖南裕能客户结构优异，公司是宁德时代、比亚迪高端磷酸铁锂的主力供应商，且两大企业几乎占据湖南裕能全部出货。

宁德时代、比亚迪与湖南裕能深度绑定，在公司 IPO 前融资中，宁德时代、长江晨道分别持股10.54%、4.49%，比亚迪及其员工跟投平台分别持股5.27%、0.05%。

湖南裕能产能扩张积极，2021年底预计形成15-20万吨/年产能，生产主要分布于湘潭、广西、四川，同时规划了贵州 30 万吨/年、云南35万吨/年的一体化基地，未来产能释放有望进一步提速。

风险提示

下游新能源需求不及预期；磷酸铁锂产能投放严重超过预期。

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锂电池正极大趋势：三元材料配比改变中，磷酸铁锂在快速崛起

经济观察网 记者 李靖恒 随着新能源汽车市场的快速发展，动力电池正极材料也在发生变化。

锂离子电池由正极、负极、隔膜和电解液组成。其中正极材料是电池电化学性能的决定性因素，同时在整个电池材料成本中占比较高。目前，根据电池正极材料的不同，锂电池可分为三元电池、磷酸铁锂电池等。

振华新材（688707.SH）是一家三元电池正极材料生产企业。4月13日，其董事会秘书办人士告诉记者，三元电池正极的原材料主要包括钴、锂、镍等。由于钴的成本较高，未来三元材料的变动趋势主要是降低钴含量。另外，为了提高电池能量密度，增加镍含量也是趋势之一。

根据振华新材4月8日公布的年报，该公司2021年度实现营业收入55.15亿元，同比增长432.07%;归属于母公司所有者的净利润4.13亿元，实现扭亏为盈。

振华新材在年报中表示，2021年新能源汽车产销量大幅增长,带动动力电池产业快速发展，下游客户对正极材料需求旺盛，公司正极材料销量及收入实现同比大幅增长，其中高镍三元材料因匹配下游客户需求，销量及收入占比大幅上升。

根据高工锂电(GGII)的数据，2021年中国动力电池出货量220GWh，相对2020年增长175%。据鑫椤资讯的统计数据，2021年国内三元材料总产量为39.81万吨，同比增长89.5%；全球范围内三元材料总产量为72.97万吨，同比增长79.3%。

德方纳米（300769.SZ）是一家生产磷酸铁锂正极材料的厂商。4月13日，其董事会秘书办人士向记者表示，磷酸铁锂电池和三元电池的应用场景并不一样，主要应用在对能量密度要求不高的储能、商用车等领域，这几年市场的增长速度非常高。

德方纳米在年报中介绍，动力电池装机量中，占比较高的正极材料主要是磷酸铁锂、三元材料等。在储能锂离子电池装机量中，磷酸铁锂电池凭借较低的生产成本、出色的循环性能、较高的安全性占据主流。德方纳米2021实现营业收入48.42亿元，同比增长413.93%;实现归属于上市公司股东的净利润8.01亿元，同比扭亏为盈。

相比三元材料，磷酸铁锂正极材料的增长速度更快。据高工锂电(GGII)数据统计，2021年中国磷酸铁锂正极材料出货量47万吨，同比增长277%。

三元正极：低钴、高镍、大单晶化

上述振华新材人士向记者介绍，三元正极材料下游主要是消费电子和动力电池。截止2021年底，该公司电池正极材料每年产能总共有5万吨，2022年的产能取决于在建项目的的推进情况。三元电池的原材料主要包括钴、锂、镍等。因为钴的成本比较高，而且比较稀缺，所以未来的趋势是降低钴的量。

振华新材在年报中介绍，该公司的核心产品是新能源汽车领域用的正极材料，涵盖包括中镍、中高镍及高镍在内的多种型号一次颗粒大单晶镍钴锰酸锂三元正极材料(NCM)。在消费电子用的正极材料方面，主要包括高电压钴酸锂、复合三元正极材料以及一次颗粒大单晶三元正极材料。根据鑫椤资讯的数据，2021年振华新材三元材料出货量在国内市场份额占比为8%，国内市场占有率排名第五，在全球三元材料市场份额占比为5%。

在NCM三元材料中，钴的作用在于稳定三元材料的层状结构,且可以提高材料的循环和倍率性能，但钴金属属于稀缺金属。振华新材表示，NCM厂商均希望在保持或提升材料性能的基础上，降低钴的元素用量，达到提高性价比的目的。因此，去钴化是NCM行业的发展趋势

除了锂和钴之外，目前三元电池正极的另一个重要原材料是镍。振华新材介绍，在NCM三元材料中，镍的作用在于提高增加材料的体积能量密度。但是，随着镍含量的提高，也会导致锂镍混排,从而造成锂的析出，对电池的循环稳定性和安全性能造成影响。

振华新材进一步介绍，在高端新能源汽车市场潜力逐步释放带来对动力电池能量密度提升需求的背景下，更高的续航里程、更长的使用寿命，成为高端新能源汽车持续的追求目标，这为高镍三元正极材料提供了一定的市场空间。但同时也对高镍三元正极材料的结构稳定性、安全性和循环性能提出了更高的要求。相较于常规三元材料，生产高镍三元正极材料的技术壁垒更高，对于生产环境的湿度控制、设备的耐腐蚀和自动化水平等提出了更苛刻的要求。

上诉振华新材人士告诉记者，虽然目前镍的价格在不断上涨，不过电池材料的定价采取成本加成，随着原材料的价格一起上涨。因此，目前很多厂商都在尝试增加三元电池中镍的含量。

三元材料按照镍元素占比分类，可分为中镍、中高镍、高镍和超高镍产品。根据高工锂电（GGII）的数据，2021年国内三元材料出货43.3万吨，其中高镍三元材料出货17万吨，同比增长181%。

另外，从技术方面看，三元正极材料主要分为一次颗粒大单晶技术体系和二次颗粒团聚体技术体系。这是两种不同的合成三元材料的方式，常规的二次颗粒团聚体三元正极材料由许多小单晶一次颗粒构成。振华新材在年报中表示，采用大单晶技术生产的产品可有效解决二次颗粒团聚体技术生产容易导致二次球开裂、破碎引发的电池电化学环境剧烈变化、循环寿命缩短、性能恶化等问题，在产品高温循环稳定性、结构稳定性、安全性能等方面具有一定优势。目前单晶三元材料市场占比率整体呈上升态势，2021 年前三季度占比约为 40%。

磷酸铁锂正极：正在赶超三元电池

上诉德方纳米人士告诉记者，磷酸铁锂电池和三元电池的应用场景不一样，这几年市场的增长速度非常高。三元主要应用在相对高端的乘用车上，磷酸铁锂主要应用在储能、商用车以及对里程要求不高的乘用车上。截止今年一季度，该公司产能有15.5万吨每年，随着今年新增产能的释放，预计截止今年底，规划产能将达到33.5万吨每年。

根据中国汽车动力电池产业创新联盟的数据统计，国内磷酸铁锂电池在动力电池装机量中占比由2020年的38%提升至2021年的52%，磷酸铁锂电池装机量已超过三元电池。

德方纳米在年报中介绍，公司当前的主要产品为纳米磷酸铁锂等磷酸盐系正极材料，其上游主要为锂矿等原材料，下游用作制备锂离子电池，可最终应用于新能源汽车、储能、消费电子等领域。目前，新能源汽车及储能是公司产品的主要下游终端应用领域。

比如，从储能技术类别来看，电池是效率最高的储能方式。锂离子电池具有低污染、高能量密度、长循环寿命、高倍率等优良性能。随着其成本的逐步下降，锂离子电池的经济性开始凸显。新增电池储能越来越多采用锂离子电池，并逐步替代存量铅酸蓄电池。

德方纳米进一步介绍，在储能锂离子电池中，相比于三元材料电池，磷酸铁锂电池优势更为明显，是储能电池的主流方向。其主要原因是，储能电池应用领域更注重经济性，对电池成本、循环寿命、安全性、全生命周期成本等较为关注。磷酸铁锂电池凭借低生产成本、高安全性和长循环寿命等优势，占据电化学储能市场的主导地位。

德方纳米人士也告诉记者，磷酸铁锂电池原材料主要是锂，不包括钴和镍，因此其成本更低，安全性也更高。

德方纳米在年报中表示，基于磷酸铁锂材料与三元材料各自的特点，在新能源汽车领域里，磷酸铁锂材料主要应用于客车、专用车等新能源商用车领域，尤其在新能源客车领域占据绝对主导的地位;三元材料能量密度相对较高，主要应用于新能源乘用车。

在能量密度方面，磷酸铁锂电池也在提升中。德方纳米表示，随着行业技术的进步，CTP高集成动力电池、刀片电池、JTM电池等锂离子动力电池制造技术的突破，以及新型磷酸盐系正极材料的技术创新，磷酸铁锂电池系统的能量密度显著提升，与三元电池的差异日益缩小。（CTP：是指电芯直接集成为电池包，从而省去了中间模组环节；JTM：是指直接把电池卷芯放在模组里面的技术，具有成本低、制造过程简单等特点。）

德方纳米亦表示：“随着补贴政策的退坡和新能源汽车市场降本增效进程的推进，在全面市场化时代，下游客户更注重成本和性价比。同时，随着行业技术的进步，锂离子动力电池制造技术不断取得突破，正极材料体系的技术创新持续推进，磷酸铁锂电池系统的能量密度显著提升，助推磷酸铁锂电池在新能源乘用车市场渗透率的逐步提升，市场空间的迅速拓宽。”

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