2022年锂电材料行业研究.docx

2022年锂电材料行业研究1、正极材料1.1、正极材料市锂电池的核心正极材料决定锂电池性能、安全和成本，是整个电池的核心。锂离子电池是采用储锂化合物作为正负极材料构成的电池。当电池工作时，锂离子在正、负极间进行交换。由于电池充电与放电时锂离子是在正、负极之间进行交换，锂离子电池又称摇椅式电池。锂离子电池主要由四大关键材料构成：正极材料、隔膜、电解液和负极材料。正极材料是锂离子电池的重要组成部分，作为锂离子源，同时具有较高的电极电势，使电池具有较高的开路电压；正极材料性能直接影响锂离子电池的能量密度、安全性、循环寿命等各项核心性能指标。正极材料占整个锂离子电池成本的40%以上，且当前的技术条件下，整体电池的能量密度主要取决于正极材料，同时正极材料决定了锂离子电池是否能够大型化，并决定锂离子电池的安全性能，因此正极材料是锂电池性能和价格的主要影响因素，是整个锂离子电池发展的核心。锂电池正极材料上游为锂、钴、镍等矿物原材料，结合导电剂、粘结剂等制成前驱体。前驱体经过一定工艺合成后制得正极材料，应用于不同的领域。目前成熟应用的正极材料包括钴酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂及锰酸锂，其中钴酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂是当前市场主流的正极材料。下游锂电池制造领域主要分为动力锂电池、消费锂电池与储能锂电池，最终应用于新能源汽车、手机、便捷式电脑与储电站等领域。正极材料的技术路线很大程度决定锂离子电池的技术方向和发展体系。各种锂离子电池正极材料的理论能量密度存在较大差异，正极材料的克容量、电压平台及压实密度等因素对电池的能量密度产生直接影响；正极材料的结构稳定性及表面特性很大程度上决定了电池的使用上限截止电压、循环寿命及安全性能；正极材料离子和电子的传输特性对电池的功率表现有较大影响。目前商业化的主流正极材料主要包括钴酸锂（LCO）、锰酸锂（LMO）、磷酸铁锂（LFP）以及三元正极材料（NCM及NCA）。钴酸锂由于电压平台高、压实密度高，在所有正极材料中具备最高的体积能量密度，因此在包括手机、笔记本电脑、平板电脑、小型可穿戴电子设备等3C应用领域得到广泛的应用。但由于钴存在毒性较大、资源稀缺、价格昂贵、安全性能不够理想且其过充安全性能差等问题，因此在高度关注性价比和安全性的动力及储能电池领域应用有限。锰酸锂具有价格低廉、安全性好、耐过充性好、原料锰资源丰富及无毒性等优点，成功实现商业化应用。但由于其能量密度较低、循环性较差且高温稳定性较差（高温存在较大衰减），导致其应用领域有一定局限，仅少量用于动力电池中。经过多年研究，锰酸锂材料在高温稳定性方面的缺点得到较大改善，在强调性价比的领域具有良好应用前景。磷酸铁锂材料具备良好的结构稳定性，同时由于铁元素储量丰富导致其价格低廉，循环性和安全性好，因此主要在新能源商用车、部分价格敏感的新能源乘用车及储能领域应用，成为国内最早大规模商业化的动力型正极材料。但是磷酸铁锂也有其固有局限性，如能量密度偏低、低温性能较差，导致其在对能量密度要求较高的领域应用面临较大压力，同时因回收成本较高导致在后续循环利用的经济性方面存在不足。近年来，通过对电池结构改善，磷酸铁锂电池能量密度获得较大提升，最大可以达到140Wh/kg左右的PACK能量密度，从而在商用车和部分价格敏感的乘用车领域中保持一定的市场份额。三元材料是镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂等为代表的多元金属复合氧化物，其中NCM三元正极材料化学式为LiNixCoyMnzO2（x+y+z=1），NCA三元正极材料化学式为LiNixCoyAlzO2（x+y+z=1）。在三元材料中可充分发挥3种金属的优势，镍含量越高其比容量越高，但镍离子含量过高，会与锂离子发生混排，对三元正极材料的结构稳定性、安全性和循环性能带来较大负面影响；钴元素对三元正极材料的结构稳定性及成本具有较大影响；通常认为锰元素不贡献比容量，主要起稳定材料结构的作用。NCA采用Al元素稳定材料结构，通常情况下Ni含量>80%，与高镍NCM三元正极材料在性能和应用领域上较为接近，行业统称为高镍材料。三元材料由于具备较高的重量能量密度、较好的循环稳定性、较好的安全性能以及较高的性价比，成为目前主流的动力电池正极材料之一，广泛应用于各种类型新能源汽车。行业主流三元材料包括NCM333、NCM523、NCM622、NCM811、NCA，其主要是通过提高镍含量、充电电压上限和压实密度使其能量密度不断提升，而随着电池端结构优化的完善，如CTP技术的应用，使用三元正极材料生产的电池PACK能量密度有望进一步提升。1.2、2022年上半年正极材料出货持续高增，近年来磷酸铁锂材料占比不断提升2021年正极材料翻倍增长，2022年上半年正极材料出货量维持较高增速。近年来受益于汽车电动化快速推进带来的动力电池装机量同步攀升，正极材料出货持续