动力锂电池正极材料市场展望

 新能源汽车产业已经成为国家战略性新兴产业,被给予支撑未来经济发展和实现汽车产业转型升级的厚望。锂离子电池是当前商业化动力电池中能量密度最高的电化学体系，因此锂离子电池成为目前新能源汽车用动力电池的主流。锂离子电池具有较长的循环寿命及使用寿命，安全性也在不断改善，同时锂离子电池已处于大规模生产阶段，成本不断下降。锂离子电池的核心材料是正极材料，直接影响着其安全性、循环寿命和成本等。

全球锂离子电池产业经过多年的发展，已经形成了中、日、韩三分天下的市场供给格局。中、日、韩基本垄断了全球锂离子电池的供应，而中国锂离子电池出货量占全球出货量的50%以上。由于中国新能源汽车行业的蓬勃发展，使得中国动力锂离子电池正极材料市场迎来了前所未有的发展机遇。

一、全球及中国新能源汽车行业现状

根据国际能源署(International Energy Agency，AIE)发布的《Global EV outlook 2016》统计，截至2015年底，全球新能源汽车保有量达到125.69万辆，同比增长77.84%。而根据EV sale 统计，2016年全球新能源汽车销量达到81.7万辆。中国已经成为全球最大的新能源汽车产销国，保有量和产销量都超过了全球市场占比的50%。从车型来看，2016年1-11月全球新能源乘用车的畅销车型第1名为日产聆风(46 805辆)、第2名为特斯拉Model S(43 347辆)，第3名是比亚迪-唐(29 895辆)。此外中国的比亚迪-秦、北汽E系列也进入了全球新能源乘用车销量前10位，在全球新能源乘用车销量前10中，来自中国的车型占据了4席。如果按企业统计，2016年前11个月，拥有多款畅销车型的比亚迪乘用车市场占有率最高(14%)，是全球新能源车企销量冠军，其余企业市场占有率排名依次为特斯拉、宝马、日产、北汽。综合来看，中国有3家企业进入了全球新能源汽车乘用车销量前10名行列，分别是比亚迪、北汽和众泰。

中国汽车工业协会数据显示，2016年我国新能源汽车生产51.7万辆，销售50.7万辆，比上年同期分别增长51.7%和53%。其中纯电动汽车产、销分别完成41.7万辆和40.9万辆，比上年同期分别增长63.9%和65.1%;插电式混合动力汽车产、销分别完成9.9万辆和9.8万辆，比上年同期分别增长15.7%和17.1%。新能源乘用车中，纯电动乘用车产、销分别完成26.3万辆和25.7万辆，比上年同期分别增长73.1%和75.1%;插电式混合动力乘用车产、销分别完成8.1万辆和7.9万辆，比上年同期分别增长29.9%和30.9%。图1列出了全球及中国新能源汽车2011-2016年的销量，可以看出，中国已经成为全球最令人瞩目的新能源汽车发展迅猛的国家。

中国新能源汽车的快速发展首先得益于我国政府的大力支持，2013-2015年，我国相继出台了一系列新能源汽车补贴及支持政策和新能源汽车产业的综合性扶持政策，包括刺激需求、强制供给、鼓励使用3方面，从供给端和需求端共同发力，长短政策相结合，扶优抑劣。

2016年，我国加大了在行业监管、基础设施和宏观整合方面的政策力度，进一步规范并引导行业健康有序的发展。2016年，我国政府在稳定实施新能源补贴政策的基础上，进一步推出了《新能源汽车碳配额管理办法(征求意见稿)》和《企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理暂行办法(征求意见稿)》，从供给侧进行管理，确定了燃油汽车产业反哺新能源汽车产业的总体思路，建立起新能源汽车发展的长效激励机制。同时，为了净化产业生态环境，扶优扶强，工业和信息化部(以下简称“工信部”)在2016年推出《汽车动力电池行业规范条件(征求意见稿)》，对锂离子动力电池单体企业产能要求提高了40倍(要求为8GWh)，大大提升了动力锂离子电池的准入门槛，为我国优质动力锂电企业提升国际竞争力打下坚实的基础。
同时,由于供给侧的改革,使得真正满足市场需求的乘用车发展加速。

2017年4月6日，工信部发布了《汽车产业中长期发展规划》，明确提出到2020年我国新能源汽车年产量将达到200万辆，以及到2025年我国新能源汽车销量占总销量的比例达到20%以上的发展目标。国内新能源汽车产业的快速发展，造就了锂离子电池巨大的市场需求，锂离子电池行业正在成为新的风口，为此，动力锂离子电池生产企业全力以赴加速扩产步伐。

在新的补贴政策中,明确提出了对于能量密度和技术门槛要求,新能源汽车轻量化、智能化的技术发展趋势结合更长续航里程的要求，车用动力锂电逐渐转向采用多元材料体系以响应能量密度不断提升的要求。多元材料尤其是高镍多元材料将成为未来车用动力电池的主流正极材料体系。

二、动力锂电及正极材料市场情况

过去5年，全球锂电行业保持了24%的复合增长率，2016年锂电出货量达到118.7GWh，其中xEV用锂离子电池达46.8GWh，同比增长超过30%(见图2)。2016年IT用锂离子电池占比约为57%，xEV用锂离子电池占比约为39%，ESS用锂离子电池占比约为4%。从锂离子电池市场趋势来看，未来主要的出货量增长点在xEV和ESS。


据台湾工研院(IEK)统计，2012-2015年，锂离子电池正极材料行业保持了32%的复合增长率，2016年正极材料出货量达到21.3万t(图3)。 多元材料(NMC+NCA)已经成为市场占比最大的正极材料。近两年LFP得益于车用市场(中国商用车)的快速发展，增长速度也较快。随着技术不断成熟，乘用车比例不断上升，后续多元材料将获得较大的增长幅度。

2016年中国动力锂电出货量约为30 GWh,占比最大的仍然是LFP体系电池，其中NCM体系电池占比约为43%，其中NCM333所占的比例最高，约为61%，而NCM523为34%,NCM622逐步得到推广应用，占比5%，NCM811和NCA基本处于产品推广期，无实际销量(图4)。

三、动力锂电正极材料技术发展趋势

早期在车用动力电池应用体系上主要是锰酸锂和磷酸铁锂。锰酸锂结构稳定，安全性较好，但是能量密度低、高温循环稳定性和存储性能较差，因此在动力电池应用上受到一定程度的限制。磷酸铁锂安全性和循环性能相对优异，但磷酸铁锂也存在诸多固有的性能问题，能量密度低、高低温性能、充放电特性均存在较大差距。三元材料能量密度高 ，循环性能优异。多元材料镍(Ni)钴(Co)锰(Mn)酸锂 (NCM)和镍钴铝(Al)酸锂(NCA)随着Ni、Co、Mn(Al)3种元素比例的变化显示出不同的性能，很大程度上综合了各种正极材料的优点，具有能量密度高、循环寿命长、倍率特性好和安全性能高等特点，是车用动力锂离子电池正极材料的有力竞争者分析中、日、美各国动力电池技术规划可以发现，能量密度、成本、循环寿命是动力电池主要评价指标。对比各国数据：2015年，各国的能量密度要求基本一致，美国对成本要求最高;2020年，中国对能量密度和寿命要求最高，美国对成本要求最高。这与各国的能源价格、低碳环保诉求和锂离子电池技术发展水平密切相关。

从德国政府制定的国家电驱动平台计划(NPE)情况来看，目前车用动力锂离子电池最大的短板在于能量密度和充电电流。也就是说如何解决终端用户的续航里程焦虑及快速充电问题仍是动力锂离子电池的主要思考方向。

德国大众汽车的技术专家认为，未来动力锂离子电池提升能量密度的主要方案在于正负极材料的选择，随着能量密度的不断提升，正极材料从三元材料(NCM111)逐步向高镍三元材料(NCM 811)过渡，最后发展为富锂材料，而负极材料选择上逐渐引入硅碳负极。

国际动力锂离子电池行业和欧美车企对于正极材料体系的选择基本一致，主要选择方向是多元材料。日本和韩国的动力锂离子电池技术主要采用镍钴锰酸锂或镍钴铝多元材料体系，如Panasonic、AESC(Nissan和NEC合资)、PEVE(丰田和松下合资)、日立VE、NEC、三星以及LG等均采用上述正极材料体系。德国等欧洲国家主要采取与其他国家电池公司合作的方式发展电动汽车，如特斯拉与松下签约、德国大众与日本松下、韩国SDI协议合作等，选用电池体系与日韩相同。

由于更长续航里程的要求，中国也逐渐转向采用更高能量密度的多元材料体系锂离子电池。国内2大主要磷酸铁锂离子电池厂商——比亚迪和国轩高科都已明确在乘用车上开始使用NCM，以响应能量密度提升的要求。

多元材料体系中，随着镍含量提高，能量密度不断提升。目前技术相对成熟的是常规的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(简称“NCM111”)，材料的比容量达到158mAh/g。但由于该材料的Co含量占过渡金属(Ni-Co-Mn)总量的33%，Ni+Co总量占比达到67%，材料的成本相对较高，而且由于3M的专利垄断进一步增加了专利使用成本，因此动力锂电企业为了降低成本和规避专利问题、同时为了寻求更高能量密度的材料，逐渐转向了LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(简称“NCM523”)，甚至是LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(简称“NCM622”)和LiNi0.80Co0.15Al0.05O2(简称“NCA”)。

目前国内外一些汽车企业及主流的动力电池厂商如日本的松下、AESC、Nissan及韩国LGC、SKI、Samsung、都把材料选择重点放在了高镍含量的多元材料NCM和NCA上面。与NCM111、NCM523 相比，Ni、Co、Mn含量分别为60%、20%、20%的高镍多元材料NCM622能量密度优势明显，电池能量密度可以达到200Wh/kg以上，更高镍含量的多元材料如LiNi0.8 Co0.1Mn0.1O2(简称“NCM811”)、NCA能量密度更高，随着能量密度要求的不断提升，动力型高镍多元材料NCM622和NCA将成为电动汽车用锂离子电池的首选正极材料。

四、 动力锂电正极材料市场展望

世界大部分国家对新能源汽车设定了规划目标，预计到2020年全球新能源车销量累计将超过1 800万辆，其中我国的目标数量最大(见表1)。近3年来，中国的新能源汽车产量出现了成倍的爆发式增长，目前中国已经成为新能源汽车最大生产国。由于中国新能源汽车产业的快速发展，动力电池的需求也出现暴涨，导致在2015年中国出现动力锂离子电池产能不足的状况，各家动力电池企业迅速扩充产能。2015年中国国内动力电池的产能约为20GWh， 2016年超过60GWh。新能源汽车的爆发性增长带来了整体锂电行业的持续高速发展，预计2018年锂电总需求量将达到130GWh。2018年全球锂电正极材料预计将超过30万t。其中三元材料将快速发展，年均复合增长率达到30%以上。未来NCM和NCA将成为车用正极材料主流，预计2018年三元材料使用量占车用材料的80%左右。


中国锂电正极材料产业在爆发式增长过程中形成的中低端过剩产能仍将给产业发展带来材料价格过度竞争的压力，而钴、锂资源的进口占比偏大也带来成本波动的风险，锂电正极材料行业将逐渐变成资金密集型要求的行业。由于动力锂电的高安全性、长寿命要求使得下游车企、动力电池企业倾向于与技术实力雄厚的大材料厂商稳定合作，共同开发新产品，这也在某种意义上加速了材料行业的整合。技术和资金的双重门槛要求使得未来动力锂电正极材料行业的发展将更趋于强强联合、优中取优!中国正极材料行业在全球动力锂电发展过程中备受关注，一方面是部分中国锂电正极材料生产商在过去数年与国际锂电厂商磨合过程中技术水平不断提升，已逐渐接近国际正极材料同行，中国动力电池的产业化发展已经具备了国产化动力电池材料的支持;另一方面中国新能源汽车及动力锂电发展获得了举世瞩目的成就，一旦市场需求增大，必将进一步推动中国锂电正极材料产业的加速发展。