华夏储说33丨锂电正极材料行业两头受压发展能力偏弱，未来需在技术创新研发和出海能力加强上方能找到较好出路

锂电正极材料行业两头受压发展能力偏弱，未来需在技术创新研发和出海能力加强上方能找到较好出路

正极材料作为锂离子电池最为关键的原材料，是锂离子电池的重要组成部分，其性能直接决定了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，在锂离子电池中成本占比最高，是电池材料中规模最大、产值最高的环节，对电池的能量密度及安全性能具有主导作用。基于新能源汽车、储能、消费电子，以及新兴的低空经济、电力船舶和工业工程等领域的电能替代，下游行业对锂离子电池的需求规模不断增大，全球锂电正极材料出货量呈上升趋势。我国磷酸铁锂正极路线引领全球锂电池发展方向已成主流。但严重的产能过剩导致的行业“内卷”，致使包括磷酸铁锂和三元正极的全行业盈利水平低下行业整体承压。头部企业持续的技术和工艺升级，以及在磷酸锰铁锂正极和高镍三元正极等新材料开发上的发力与布局，亦不断抬升行业壁垒，提高集中度，实现“强者恒强”，加速行业分化与产能出清，我国正极材料行业或将会迎来新一轮创新发展。

一、我国正极材料行业特点及发展情况

锂电正极材料不仅需要具备可逆嵌入和脱嵌锂离子的能力，还需要满足锂离子电池在实际应用中对性能的特定要求，如高能量密度、良好的循环稳定性、高电压平台、优良的热稳定性和安全性等。

按正极材料体系，目前市场以磷酸铁锂（LFP）以及以镍钴锰酸锂（NCM）和镍钴铝酸锂（NCA）为代表的三元材料为主流，其他也包括钴酸锂（LCO）、锰酸锂（LMO）等。钴酸锂正极工作电压高、振实密度大、电化学性能良好，主要应用于3C领域；但原材料钴的全球储量非常有限，且钴的价格较高，导致电池成本居高不下。锰酸锂能量密度低，循环寿命短，主要应用于小动力及新能源专用车领域。

（一）磷酸铁锂正极材料目前仍处于深度去库行业整体承压，头部企业持续的技术和工艺升级将推动行业高端化发展，或将加速行业洗牌市场出清

总的情况：我国磷酸铁锂正极材料市占率一直保持领先优势，但行业成本与利润长期倒挂竞争激烈；市场集中度较高，主要的产能、出货集中在头部企业；行业目前仍然处于深度去库存状态，行业整体承压。在头部企业持续技术和工艺升级形成技术壁垒和降本优势下，或将加速行业洗牌市场出清。

磷酸铁锂（LiFePO4，简称LFP）作为一种橄榄石结构的磷酸盐，在安全性、生产成本及循环性能方面优于三元材料。磷酸铁锂正极材料产业链上游包括包括磷酸铁、锂源（如碳酸锂或氢氧化锂）和碳源。其中，锂盐从锂矿——制成碳酸锂或氢氧化锂；磷酸铁材料由磷矿+硫酸亚铁制成。

与三元材料相比，在安全性方面磷酸铁锂分解温度高于三元材料，且分解时不产生氧气，燃烧不如三元材料剧烈。在生产成本方面，三元材料的原材料钴盐、镍盐在国内可开采储量小，供应较为紧张；而磷酸铁锂主要原材料铁源和磷源在中国较为丰富，使得磷酸铁锂显示出明显成本优势。在循环性能方面，磷酸铁锂的晶格结构比三元材料更稳定，锂离子嵌入和脱出对晶格的影响不大，因此具有良好的可逆性。

磷酸铁锂正极材料在锂电池正极材料行业市占率持续上升，保持领先优势。

随着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，磷酸铁锂应用车型不断丰富，磷酸铁锂电池在新能源乘用车领域的配套渗透率提升。自2021年7月磷酸铁锂电池的市场份额超越三元电池，此后其市占率一直保持领先优势。

2024年1-9月，我国磷酸铁锂电池累计产量为531.0GWh，累计同比增长72.3%；三元材料电池累计产量为201.7GWh，累计同比增长27.5%。同期我国磷酸铁锂电池累计销量为338.4GWh，累计同比增长64.4%；三元材料电池累计销量为185.4GWh，累计同比增长35.3%。两种材料电池产销差分别达到192.6GWh、16.3GWh，磷酸铁锂电池的过剩产量占比达到36.3%。中国汽车动力电池产业创新联盟公布的数据显示，1-9月我国动力电池累计装车量346.6GWh，累计同比增长35.6%。其中三元电池累计装车量98.9GWh，占总装车量28.5%，累计同比增长21.2%；磷酸铁锂电池累计装车量247.5GWh，占总装车量71.4%，累计同比增长42.4%。

图1：2023年我国锂电池正极材料出货结构占比

资料来源：中商产业研究院

从正极材料产品结构看，2023年磷酸铁锂正极材料出货量市场占比66.53%，同比增长近7个百分点；三元正极材料市场占比下滑至26.21%；锰酸锂和钴酸锂出货量占比分别为4.03%和3.39%。磷酸铁锂材料出货量占比上升主要系储能与动力铁锂电池带动。

随着市场竞争加剧，磷酸铁锂正极材料行业市场集中度不断提高，主要产能、出货均逐步往头部企业集中。

在市场格局方面，湖南裕能稳坐磷酸铁锂材料和磷酸铁材料首位，市占率仍然遥遥领先（占比接近30%）；二梯队为德方纳米、常州锂源、湖北万润、友山科技，湖北万润和德方纳米连续3年分别占领磷酸铁和磷酸铁锂材料市场第二、第三的位置。其余前10企业包括龙蟠科技、融通高科、国轩高科、金堂时代、安达科技和江西升华。CR5市场占比为61%，CR10市场占比为81%，市场集中度较高，主要的产能、出货集中在头部企业。

在产能方面，龙头厂商产能合计为239万吨，约占全部产能的70%，德方纳米、湖南裕能产能规模居前。地域分布上，四川在磷酸铁锂材料产能方面优势明显，贵州、广东、湖北、湖南和云南也有较大规模布局，6省合计占84%。随着大量大化工企业的磷酸铁和磷酸铁锂项目的逐步投产，其依托成本优势，必将抢占一部分现有企业的市场份额，预计未来整个磷酸铁和磷酸铁锂企业的竞争格局可能还将发生较大的变化。

全行业产能严重过剩，成本与利润长期倒挂，目前仍然处于深度去库存状态，企业在降本压力下面临严峻挑战。

近年来，磷酸铁锂行业变化可谓翻天地覆，从2021-2022年供不应求，到2023年后供应过剩、企业拥挤，现已进入了竞争白热化阶段。截止到2023年年底，我国磷酸铁产能达到361.9万吨，磷酸铁锂产能达到341.7万吨，截止今年9月底，正磷酸铁可利用产能达到380.9万吨/年。现已建成产能足以满足未来3-5年的需求，整体产能利用率均不足50%。规划产能磷酸铁和磷酸铁锂到2026年年底将达到1319.9万吨和1297.9万吨。因此，未来3-5年，磷酸铁&铁锂市场或将继续承压运行。

2023年中国磷酸铁和磷酸铁锂材料出货量分别为139.8万吨和163.8万吨，现有产能已超过市场需求一倍以上。据中商产业研究院测算，2024年我国磷酸铁锂材料市场需求或将超200万吨，2030年将达1000万吨级，规划产能仍超过市场需求。但随着行业产能利用率持续走低，大量规划产能可能将逐步放弃，目前部分建设中的项目也已呈现出终止状态，行业出清正在继续。

据SMM统计，2024年上半年市场在车企价格战、新车型推广、储能市场并网、海外需求恢复等利好因素推动下，磷酸铁锂产量、出货大幅增长，1-6月磷酸铁锂产量共861,530吨，同比大增60%。但车企的电芯采购为备货通常会有从车企至电芯、电芯至正极材料自下而上的供应过剩。前三季度磷酸铁锂产量、产能较去年均有明显提升，但前三季度磷酸铁锂电池整体产量是装车量的两倍，远高于市场需求，行业仍然处于深度去库存状态。供大于求形势下，价格战仍将继续，降本压力下企业面临严峻挑战。

磷酸铁锂成本与利润长期倒挂，行业发展竞争激烈，各家企业为求生存不得不牺牲利润负重前行。据24潮产业研究院数据，2023年以来，在产业链上占据主导地位的磷酸铁锂赛道成为此轮产业洗牌亏损的重灾区。2023年及2024年一季度，包括湖南裕能、德方纳米、龙盘科技、万润新能、安达科技、丰源股份，6家磷酸铁锂上市公司整体上分别亏损38.16亿元和3.86亿元，无论是亏损规模，还是降幅均要远超同期的三元正极材料上市公司。究其原因，是在2022年碳酸锂价格快速冲高的过程中，下游磷酸铁锂产能进行了大肆扩张。因此在2023年碳酸锂价格的下行期间，下游磷酸铁锂企业压力倍增，开始加速去库存、推迟采购，同类型企业之间的竞争愈发激烈。

头部磷酸铁锂企业在材料合成技术和工艺上的持续升级，正在推动材料向高端化方向发展，或将推动行业加快洗牌并推动产能出清。

在保持低成本的优势下，为满足新能源汽车长续航里程需求，磷酸铁锂的技术升级迫在眉睫。一是从提升能量密度上对磷酸铁锂的合成技术持续升级，强化技术壁垒。将磷酸铁锂制备成纳米级，从而提供额外的容量。在合成技术上还可以通过塑型剂、表面活性剂等制备具有更高压实密度的磷酸铁锂，从而提升磷酸铁锂的体积能量密度。二是从降本增效上对磷酸铁锂的合成工艺持续升级，稳固成本竞争力。磷酸铁锂的成本由锂源、磷源、铁源、用电成本和环保成本构成，不同工艺路线直接决定成本及其下降潜力。草酸亚铁供应链配套不足，使得铁源成本高于铁红、硫酸亚铁，未来随着煤化工企业进入，可解决配套问题实现降本；锂源则可兼容单价更低的磷酸锂；液相法节约能源成本，但使用硝酸后会产生氮氧化物，环保成本高，工艺控制难。

随着新能源汽车回归市场化，未来磷酸铁锂的市场需求将迅猛增长。随着头部企业技术和工艺水平的提升，形成自己的技术壁垒和成本优势，国内磷酸铁锂行业预计将在2024年加快迎来洗牌，推动低端产能的加速出清。

据分析，前述6家磷酸铁锂上市公司中，只有湖南裕能实现了盈利，2023年全年产能利用率却依旧保持高位，全年月度产能合计为56.19万吨，实际产量50.44万吨，产能利用率近90%，远超其他同行业企业。湖南裕能凭借产品品质以及产业链一体化布局的优势，在磷酸铁锂行业产能严重结构性过剩的2023年，表现远超预期，成为同行业唯一盈利的上市企业，成功穿越周期。湖南裕能产品核心优势在于压实密度高，更适配乘用车电池高能量密度要求。随着新能源汽车补贴政策的进一步退坡，动力电池和下游整车企业对成本敏感度大大提升，磷酸铁锂电池成本优势凸显，导致磷酸铁锂电池在乘用车市场渗透率快速提升。湖南裕能则抓住了这轮磷酸铁锂需求变化的机会趁势而起。

湖南裕能凭借着与两大锂电巨头宁德时代与比亚迪的深度战略合作，也是其持续且强力增长的关键因素。截止2024年3月末，宁德时代与比亚迪分别持有湖南裕能7.93%和3.95%股权，分别位列湖南裕能第三和第七大股东。如今比亚迪与宁德时代在磷酸铁锂动力电池市场长期保持主导地位，2023年两者合计占据磷酸铁锂动力电池约74%份额。由于电池材料，尤其是主材直接影响电池性能与安全性，验证周期较长，与终端产品高度匹配，供应稳定性强，龙头公司品控能力领先，行业新进入者以及尾部企业产能进入下游头部企业供应体系难度提升。另外，由于规模效应以及长期工艺优化，龙头公司成本优势明显，在需求增速放缓，行业盈利普遍承压，产能逐步出清的行业下行阶段，成本领先的龙头份额优势逐渐巩固。

（二）三元正极材料市场竞争激烈企业盈利能力持续承压；前驱体合成技术及高镍三元工艺、技术壁垒，将成为行业分化的重要因素

三元材料是镍钴锰酸锂（NCM）、镍钴铝酸锂（NCA）等为代表的多元金属复合氧化物。其上游包含三元前驱体、碳酸锂/氢氧化锂。其中，三元前驱体由氢氧化钠+硫酸镍+硫酸钴+硫酸锰+氨水制成。其制作过程是以金属盐为原料，经过调配混料等多道工序制成三元前驱体，再与碳酸锂、氢氧化锂等锂盐混合，经过烧结、粉碎等工序制成复合材料。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，广泛应用于各种类型新能源汽车。

由于下游电芯厂的订单减少，产量出现大幅下滑，市场竞争激烈；原料端价格持续下跌，材料端库存减值严重，结算端价格持续下行，三元材料企业盈利能力及利润空间日趋艰难。

据锂电数据营分析，2024上半年三元材料市场供需增长不及预期，行业竞争加剧，期间三元材料厂的开工率仅约为40%。三元材料市场价格整体震荡下行，上半年全国均价约在125466元/吨，同比下跌134768元/吨，跌幅达到51.8%。随着国内碳酸锂价格震荡，三元材料与原料碳酸锂关联性加强。预计下半年，三元材料价格将维持在较弱水平。据SMM数据，三元材料月度均价从2024年7月的13.1万元/吨降至2024年9月份12.5万元/吨，材料价格降幅明显。

供应端来看，2024年上半年中国三元材料产量达33万吨，同比2023年上半年增长14%。2月由于春节淡季，产量有所下降。5月和6月由于锂价持续走弱，下游电芯厂的采购订单减少，产量也出现大幅下滑。

在应用上，2024年上半年三元材料主要下游行业中，动力电池占比仍居高位在75.13%；其次是数码电池，占比在19.54%；储能市场由于三元材料价格较高，储能电池仅占比5.33%。

2024年上半年三元材料行业平均毛利304元/吨，环比下降76.5%。上半年三元材料价格及利润均离不开上游原料碳酸锂，1-6月碳酸锂价格呈现弱势走跌的趋势，三元材料价格一路跟跌，叠加下游电芯企业压价行为下，三元材料利润面持续收窄。

虽然产量同比去年有所增加，但三元材料企业在营收及净利润方面却不及预期。据SMM统计，2024年Q3中国三元材料产量17.8万吨，同比增加5%，开工率在41%左右。根据三元正极材料上市企业披露的第三季度财报信息来看，2024Q1-Q3企业营收同比下滑明显。

三元正极材料产能过剩现象较为突出，价格战导致正极材料企业普遍营收下降亏损严重。

综合鑫椤锂电、东吴证券等机构分析与预测，2025年三元正极材料需求约为130万吨，而供给可能达到199.7万吨，过剩产能达69.7万吨。根据铜冠金源期货数据，截止8月15日，磷酸铁锂库存及三元材料库存均小幅累库，磷铁小幅累库至51920吨；三元材料小幅累库至14489吨。

产能过剩导致企业之间残酷的价格战。据统计，2023年11家正极材料上市公司营业收入合计为1576.75亿元，同比下降了25.66%，合计亏损（归母净利润）8.05亿元，实现利润同比下降了105.17%。到了2024年冲击还在持续，甚至更加凶猛。2024年一季度，这11家正极材料上市公司营业收入合计为196.69亿元，同比下降了56.93%，合计亏损（归母净利润）3.86亿元，实现利润同比下降了406.37%。根据部分产业巨头发布的最新财报，容百科技2024年第二季度（4-6月）营业收入与归母净利润又分别同比下降了29.39%和30.49%，其中营业收入已经连续5个季度巨降（5个季度降幅均超20%）；厦钨新能营业收入与归母净利润也分别同比下降了33.82%和8.12%，其中营业收入已经连续6个季度巨降大幅下滑（5个季度降幅在30%以上）。

三元正极材料当前行业集中度较低，行业格局尚未稳固；但随着技术更迭加速企业一体化布局加大成本差异，行业集中度提升龙头优势显露。

在市场竞争格局上，此前由于三元材料各生产企业的原料体系、工艺、资源布局较为相似，行业竞争格局较为分散，暂未形成绝对的龙头企业，其市场竞争格局依旧维持多强并列状态。2024年三元正极材料的市场竞争格局有所变化。具体来看，据锂电数据营数据，容百科技在2024年重新占据了市场首位，其市占率突破了20%。紧随其后的是瑞翔和邦普，分别位于市场的第二和第三位（2023年二三名为天津巴莫和当升）。总体来看，市场的CR3（前三名市场份额之和）在47%，占比提高了8个百分点，较2023年有较大幅度提升；CR5在63%；CR10仍为79%。这表明市场集中度较之前有所提升，材料行业正处于洗牌期。其余出货量前十企业包括天津巴莫、当升科技、长远锂科、贝特瑞、厦钨新能、贵州振华和宜宾锂宝。

产能上，目前龙头厂商三元正极材料产能达到106.6万吨。容百科技产能规模居前，杉杉股份、长远锂科、当升科技等其他行业龙头厂商现有产能规模相近。现有产能地域分布方面,主要集中于湖北、贵州、江苏和湖南四省,四省合计占比达到77.6%。

海外市场方面，据SMM数据，2024年9月海外三元材料总产量28750吨，环比8月份减少10%。海外地区占比上，韩国占比74%，日本占比20%，欧洲以及其他地区占比6%。由于海外新能源汽车电池路线与国内存在一定差异，海外主要以中高镍三元电池为主，追求更高的性能和续航里程，因此8系仍占据主导地位，占比高达67%。随着国内6系高电压在三元市场愈受青睐，海外也在朝这一方向发展，6系占比约为22%，后续将挤占8系的市场份额。海外正极材料厂商市场格局方面，LGC、ECOPRO和住友出货量占据前三，其中CR3为61%，CR5为78%，与国内市场相比，海外市场集中度更高，头部效应更强。

在当前三元材料市场份额不断被磷酸铁锂材料挤占和行业市场集中度不断提高的状况下，将对三元材料企业带来更大的挑战。在2023年，三元电池在全国锂电池产量中占据了约32%的市场份额。然而进入2024年1-9月，这一份额已经下降至28%。随着磷酸铁锂电池在安全性、经济性和使用寿命等方面的优势愈加显现，且磷酸铁锂电池的增速明显高于三元电池，预计未来磷酸铁锂电池将进一步挤占三元电池的市场份额。

三元正极材料向中高镍化发展趋势十分明显，前驱体的合成技术及高镍三元的工艺、技术壁垒，将成为行业分化的重要因素。

当前行业主流的三元正极材料可以分为低镍（以NCM333等3系为主）、中镍（以NCM523等5系为主）、中高镍（以NCM613、NCM622等6系为主）和高镍（以NCM811等8系为主）。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。

受国内外市场对高能量密度的需求推动，高镍型产品渗透率进一步提升，2023年全球三元正极材料的高镍型产品渗透率已超过50%；国内高镍三元正极材料产量为28.9万吨，同比增长7.0%，占据国内三元正极材料市场49%的份额。高镍三元正极材料作为海外高端汽车电池及4680大圆柱电池重要材料，海外产能存在较大市场缺口，各厂商开始发力海外产能布局。

据SMM分析，在未来的中远期内，消费中高镍6系将逐步取代部分消费5系的市场份额，而动力中高镍6系也将逐渐替代部分动力8系的市场份额。在消费层面，虽然6系的价格与5系相近，但其性能显著优于5系，因此预计在中远期，6系将逐步占据5系的一部分市场。在动力方面，现有的6系产品能量密度可达到735Wh/kg，已接近8系的739Wh/kg。此外，中高镍6系在安全性和价格方面均优于高镍8系。因此，在未来的中远期内，6系材料占比逐渐提升至与高镍8系持平状态，预测今后三元材料将保持高镍与中镍齐头并进的局面。

三元材料的高镍化，可能将对整个行业的分化发展发挥重要的催化作用。三元材料在技术上，首先是前驱体的合成技术壁垒，在于保障元素的均匀分布、合理的形貌设计和尺寸控制。此外，高镍三元对生产工艺、技术的壁垒要求更高。相比中低镍三元材料，高镍三元材料需要更高的能量密度、更好的充放电性能，普遍采用氢氧化锂作为锂源材料。将碳酸锂换成氢氧化锂，工艺上增加了洗涤、脱水、干燥三个流程。高镍三元正极材料由于氧化性较强，需要掺杂包覆做产品改性才能使用，掺杂包覆元素的选择以及分布的均匀性，依赖生产厂商的技术工艺及生产设备。由于生产工艺及生产环境的要求显著提升，窑炉的多温区温度控制精度、氧氛烧结对设备的密闭性要求均显著高于NCM523等常规产品，高品质、高一致性的高镍正极材料量产难度较大，产品整体合格率较低，多个方面，均考验三元正极厂商的技术和工艺水平。

（三）随着新能源汽车、储能系统等领域的快速发展，对正极材料的需求仍将保持快速增长态势

根据华西证券预测，预计到2025年，我国正极材料市场的总需求将进一步攀升至420.53万吨，我国正极材料产业将继续保持高速增长的势头。据中国有色金属工业协会锂业分会发布的数据，2023年我国正极材料的总产量达248万吨，同比增长23%。

钴酸锂材料企业厦钨新能源和锰酸锂材料企业博石高科分别以超过40%和超过30%的市场份额排名第一。

二、行业发展特点：正极材料属于两头强势、议价能力偏弱的行业

从锂电池产业链来看，正极材料和负极材料、隔膜、电解液一样，处于产业链的中游。上游包括金属矿（钴矿、镍矿、锰矿、锂矿等）原材料。上游金属矿物原材料为大宗商品，下游电池厂商也呈现出寡头垄断的行业竞争格局，因此正极材料行业属于两头强势，行业内议价能力偏弱。从上游看，2024年上半年碳酸锂和氢氧化锂价格降幅分别为4.69%和6.76%；而同时期的碳酸铁锂降幅则为10.11%，三元材料523降幅为9.43%，三元622降幅为10.15%。从下游锂电池看，2024年上半年锂电池的营收同比下降8.11%，但是归母净利润增幅达12.97%，与之相对应的是上游锂电池材料公司的净利润均同比下滑，幅度基本都达到50%。从这个角度看，行业内具有上游一体化能力的厂商更具有竞争力。

正极材料行业的拐点，重点要看其行业产能出清情况。可以肯定的是下游的需求仍在持续小幅增长，因此行业的拐点需重点观察上游端，以及自身行业内的产能出清和去库存情况。数据显示2024年Q2，除正极材料之外的其他锂电材料，均实现了归母净利润环比增长。但正极材料受益于原材料成本的下降，毛利率同比也有所提升，不过近日有消息称上游锂矿停厂，势必造成上游的涨价；如果三四季度还会反复出现锂矿减产甚至停产消息，原材料成本上升会压缩行业利润，那么行业拐点的逻辑只能在于产能出清的加速了。

正极材料行业的内卷还在继续，适应新技术方向、出海能力强的企业方能在未来的竞争中站住脚。

从正极材料行业自身的角度看，行业竞争格局较为分散，行业集中度低，而中国锂离子电池正极材料出货量还是呈现出增长趋势，行业产能持续扩张，导致产能利用率大幅下滑，因此正极材料行业的内卷还在继续。未来能够生存下来的是那些具备一定技术能力，能够适应新技术方向的企业。如固态电池，从长远看，硫化物、富锂锰基、镍锰酸锂等材料是趋势，但行业已经内卷严重，还能继续做研发升级的得是那些头部厂商；另外出海能力强的企业，受益于海外的高毛利，或许有一定的竞争力。从行业发展趋势讲，由于技术的迭代进步，这个行业会时刻面临着变革，研发技术优，盈利能力强的企业在当前内卷的环境下，可能生存得久，能活下来才有希望。

正极材料行业的卷，更多的是周期的因素。大规模扩产更多的是上下游一体化的冲动，也可能是上下游强势的倒逼。这种情况下，一旦下游需求走弱，或者电池技术迭代，最先受到冲击的是那些规模较小的企业，其技术投入不足，竞争力弱，抗风险差，业绩逐步下滑可以预见。

三、追求更高能量密度和安全性及成本的平衡，将成为未来正极材料技术发展趋势和方向

正极材料在技术发展中仍面临能量密度、安全性能与成本无法兼顾的问题。如何把安全的平衡点提升至高能量密度水平并兼具经济性，是正极材料高质量发展亟待解决的问题。

正极材料是锂电池的核心材料之一，对产品最终的能量密度、电压、使用寿命及安全性等有着直接影响。也是锂电池中成本最高的部分，约占整个动力电池电芯成本的30%~40%。

目前，我国锂电池正极材料中，三元电池单体/系统比能量达到300KWh/kg，接近现有正极材料体系的能量密度极限，亟待以技术创新突破能量密度瓶颈，满足市场发展对成本、安全的需要，实现我国正极材料技术的高质量发展。

（一）磷酸铁锂掺锰趋势明显，兼具能量密度、低温性能、安全性和较低成本优势的磷酸锰铁锂，将成为正极材料升级迭代的一个重要方向

磷酸铁锂虽有安全性高、原材料成本低等优点，但其电压仅为3.4V，对应电芯能量密度在200Wh/kg 以下，与三元材料电芯能量密度（200-300Wh/kg）有明显差距。在磷酸铁锂基础上掺杂一定比例的锰而形成的新型磷酸盐类锂离子电池正极材料，成为了当前应对措施之一，被视为“升级版磷酸铁锂”，也可称之为磷酸锰铁锂(LMFP)。

磷酸锰铁锂（LMFP）相比磷酸铁锂（LFP）的优势：在于能量密度提升，低温性能改善，安全性基本持平；而劣势在于压实密度略低，常温循环略差，高温循环易锰溶出衰减明显。一方面，锰元素具有更高的电压，磷酸锰铁锂通过掺杂锰的方式，可以将电压从3.4V提升至4.1V，从而带来更高的能量密度，使得电池的能量密度理论上可以提升15%-20%，从而提高续航里程。另一方面，研究表明，在-20℃条件下，磷酸锰铁锂的Mn平台容量能够达到在常温条件下的95%，相比之下，Fe平台容量仅能发挥大约50%，显示出其在低温条件下的性能优势。

磷酸锰铁锂（LMFP）相比三元镍钴锰（NCM）材料的优势：在于安全性能提升，成本显著降低，理论循环寿命更长；劣势在于能量密度、低温性能、倍率性能不及三元。磷酸锰铁锂和磷酸铁锂都属于橄榄石型结构，具有化学稳定性高的优势，安全性能更好，即使在充电过程中锂离子全部脱出，也不会发生结构崩塌。同时，磷酸锰铁锂主要元素是锰和铁，相较于三元材料中的贵金属钴和镍，成本更低。

磷酸锰铁锂材料目前存在的问题：第一是不同的掺锰含量对材料的性质也会产生不同的影响。研究发现，当掺杂超过一定比例的锰元素时，会导致锰析出比例过高，使得放电比容量和能量密度降低，影响材料的稳定性和容量保持率。相关实验表明，当锰与铁含量的比例为4：6时，该系列材料的能量密度最大，而当锰含量继续提高之后，放电比容量会大幅下降，使得能量密度也在逐步降低。第二是掺锰虽然有助于提升材料的电压平台，但同时也带来了其他副反应。由于锰元素的加入，锂离子的脱嵌和移动过程变得更加困难，同时电子的电导率和锂离子的迁移速度都有所降低，从而限制了材料的容量发挥以及倍率性能变差；磷酸锰铁锂存在独特的锰析出问题，阻碍锂离子的正常脱嵌过程，进而增大电池的极化程度；另外，溶解在电解液中的锰元素可能会在负极表面沉积，破坏原有的固体电解质界面（SEI）层结构，SEI层的修复和再生会消耗大量的活性锂，从而导致电池容量的下降和循环寿命的降低；锰铁充放电电压的不同导致磷酸锰铁锂出现双电压平台，使电池在放电过程中可能出现功率骤降的情况，增加后期电池管理系统（BMS）管理难度。

改进措施：针对上述的问题，企业通过在传统制造工艺过程中添加改性技术，改善材料电化学性能。1） 纳米化：通过将材料颗粒尺寸缩小至纳米级，可以缩短锂离子在材料内部的迁移距离，从而提高其迁移速率。2）碳包覆：即通过高温碳化的方式将碳均匀包覆在材料表面，可以显著提升其导电性，同时防止颗粒发生聚集，增强材料的均匀度，并提高其快速充放电的性能。碳包覆可以改善材料的导电性，但需要选择合适的碳含量来平衡导电性和振实密度。3）离子掺杂：即向晶格结构中添加微量其他元素（如Mg、Co、Zn等），从晶格内部改变材料的导电性和离子扩散性能，从而提高材料性能，目前掺杂 Mg2+的方法应用和研究最为广泛。4）与三元复用：通过将磷酸锰铁锂与三元材料进行复合处理，可以提升材料的比容量、低温容量保持率、压实密度等指标。既可以三元材料为主、磷酸锰铁锂为辅来提高安全性；也可以磷酸锰铁锂为主、三元材料为辅增加能量密度。

磷酸锰铁锂制备工艺与磷酸铁锂高度相似。可借鉴磷酸铁锂合成工艺，均需通过球磨，造粒，粉碎，烧结等工艺。根据湖南裕能交流公告信息，现有的磷酸铁锂生产线通过改造后就可生产磷酸锰铁锂，具有较好的兼容性。

磷酸锰铁锂技术的发展路径主要有两个方向：第一是纯磷酸锰铁锂电池的商业化应用。正在加速，有望替代磷酸铁锂电池和中低镍三元材料电池市场应用，在储能和低端动力市场占据一席之地。第二是通过与其他材料（如三元材料）的复合使用。可以实现性能上的互补，从而提升整体材料的性能表现。

磷酸锰铁锂的市场应用前景十分广阔。能量密度不足始终是磷酸铁锂应用的痛点之一，市场长期存在磷酸铁锂掺锰升级的明确需求。随着装载磷酸锰铁锂的奇瑞智界S7上市、宁德时代M3P确定装车特斯拉，表明磷酸锰铁锂电池技术通过下游验证后，即将进入到商业化量产阶段。在两轮电动车市场，磷酸锰铁锂通过混掺方式已经实现应用，特别是磷酸锰铁锂与锰酸锂的组合，在两轮电动车领域被认为是极具性价比的锂电池系统。

头部电池厂商积极推出磷酸锰铁锂电池新产品。宁德时代M3P 多元磷酸盐电池、中创新航OS高锰铁锂电池、国轩高科LFMP 体系启晨电池均已面世；比亚迪、亿纬锂能、孚能科技、欣旺达等也有相关技术储备。性能上看，欣旺达生产的磷酸锰铁锂电芯产品能量密度可达到235Wh/kg；国轩高科L600启晨电芯实现了240Wh/kg的能量密度；中创新航的OS高锰铁锂电池系统能量密度可达 180Wh/kg。磷酸锰铁锂电池产品成熟度持续提升，性能不断迭代升级，商业化进程加速。

磷酸锰铁锂电池产品研发进展

材料端产能布局加快，规模化放量在即。各正极厂商纷纷加快 LMFP 材料研发投入和产业布局，已形成规模化量产能力。据不完全统计，磷酸锰铁锂现有产能已达到近40万吨，其中德方纳米、容百科技、创纳米和创普斯已实现规模化量产。据统计，2023年中国磷酸锰铁锂生产企业为10家左右，总产能为35.8万吨/年，主要新增产能来自山东创普斯18万吨/年LMFP投产、当升蜀道（攀枝花）4万吨万吨/年LMFP投产、江苏珩创纳米4万吨/年LMFP投产。截至2023年底，国内磷酸锰铁锂在建和拟建项目约16个，总规划产能超过200万吨/年。

磷酸锰铁锂正极材料研发企业

目前国内已公布磷酸锰铁专利300多项，其中德方纳米是具有磷酸铁锂专利最多的企业之一。近日，英国初创公司Integrals Power宣布对磷酸锰铁锂(LMFP)锂电正极材料的开发取得突破性进展——锰含量达到80%，比容量达成150mAh/g，同时工作电压达到4.1V。Integrals Power在英国建设了第一家LFP材料试验工厂，其所有原材料均来自欧洲和北美供应商，该技术和产品或将对中国锂电材料行业形成一定挑战。

（二）单晶化、高电压化、高镍化为三元材料的三大发展趋势，高镍三元产品的市场渗透率不断提高

镍、钴、锰三种元素的不同配置可为材料带来不同的性能。1）镍含量增加将增加材料的容量，但会使循环性能变差；2）钴的存在可使材料结构更加稳定，但含量过高会使容量降低；3）锰的存在可以降低成本并改善安全性能，但含量过高则会破坏材料的层状结构。因此，找到三种材料的比例关系以达到综合性能最优化，是三元材料研发的重点。当前，三元正极材料主要有三大发展趋势，即高镍化、单晶化、高电压化。

高镍化：随着新能源汽车向轻量化和智能化方向发展，对动力电池性能的要求也越来越高。提高镍含量已成为三元动力电池的主要技术路径之一。三元材料的高镍化，就是对能量密度的极致追求。镍含量越高，转移的电子越多，对应的电池模组能量密度也越高，高镍化能够显著提升电池的能量密度和续航里程。但8系以上三元材料工艺苛刻，综合成本高，未来只有突破瓶颈，Ni8系才能得到广泛的应用。

单晶化：在电池充放电过程中，由于各向异性的晶格变化，多晶材料易产生晶界开裂，导致二次颗粒破碎，引发副反应增多、阻抗增加和性能明显下降。相比之下，单晶型三元正极材料内部无晶界，能有效减少颗粒破碎问题；此外单晶材料还具有机械强度高、在高压实密度下不易破碎、一次颗粒大、减少副反应等多种优势。因此，发展单晶三元材料，主要是为了提高电池的循环寿命。

高电压化：高电压化即提高锂电池的充电截止电压。三元电池通常以0.2C恒电流充电至4.2V，再进行恒压充电。以5系三元为例，将充电截止电压从4.2V提高到4.4V，正极材料的放电比容量可以从158.4mAh/g提高到188.6mAh/g，增幅达到19%；若充电截止电压提高到4.5V，正极比容量可超过200mAh/g。因此，提高电池的电压平台，可增大电池的容量。

（三）未来更高容量的硫化物、富锂锰基、镍锰酸锂等材料有望颠覆现有行业格局

虽然现在的磷酸铁锂、三元材料等体系仍可以用于固态电池，但现有材料电池能量密度进一步提高难度较大。当前中高镍三元正极凭借能量密度高、倍率性能好、商业化程度高等优势，成为主流正极材料体系，但未来富锂锰基、硫化物、镍锰酸锂等材料高能量密度优势突出，届时随着技术的突破，有望颠覆现今的行业格局。

富锂锰基正极材料尚处于产业化初期。

富锂锰基层状氧化物（LRMOs）因其高比容量（理论容量≥250 mAh/g）、低成本和优异的加工性能，被认为是实现高能量密度和长续航里程的新一代极具潜力的动力电池正极材料之一。然而，该材料的大规模应用仍然面临着不稳定的表面/界面结构、不理想的循环/倍率性能、严重的电压衰减等问题，导致其研发应用进展缓慢，一直是其大规模应用的主要障碍。目前能稳定量产富锂锰基动力锂电池的企业很少，距离其大规模商业化应用仍有一段距离。

高电压平台下（>4.5V），富锂锰基直接用作正极材料是未来富锂锰基正极材料的主要方向，但目前尚处于产业化初期。在低电压平台下（4.2V）与锰酸理复合使用，可以弥补锰酸锂高温储存性能差和循环性能差的缺点，同时保持低成本。目前富锂锰基材料主要用于锰酸锂电池的补锂，可以大幅度延长锰酸锂电池的寿命。在中电压平台下（4.3V-4.4V）与磷酸铁锂/磷酸锰铁锂复合使用，提升循环性能。磷酸铁锂因为前期循环会有一些衰减，加入这种材料之后前期循环基本上没有衰减；纯用磷酸锰铁锂现在还比较难，添加富锂锰基材料以后，可以解决磷酸锰铁锂的一些问题。在中电压平台下（4.3V-4.4V），与单晶三元材料混合使用，降低成本，提升循环性能。

目前，宁夏汉尧富锂科技、重庆理英新能源科技、宁波富理电池材料科技、北京当升科技、宁波容百科技、巴斯夫杉杉等材料企业均投入了富锂锰基材料的研发应用。

硫化物（硫化锂）正极材料开发，为开发高能量密度全固态电池提供了新方向。

中科院青岛能源所近期开发出基于硫化锂正极的高比能长循环全固态锂硫电池，该电池的能量密度超过600 Wh/kg。与商业化的锂离子电池相比，其能量密度高出一倍有余。并且，因不使用稀有金属，彻底解决了锂电正极材料的高成本难题。该硫化锂正极材料显示出1165.23 mAh/g的高比容量，接近理论值1167 mAh/g，并且在常温下循环6200次后其容量仍可保持84.4%。搭配商业化的Si-C负极组装全电池后，常温下循环400次放电比容量仍保持初始容量的97%以上。

实验结果表明，掺杂后的硫化锂正极在锂离子扩散系数和电子电导率上均有显著提升，有效解决了绝缘性问题。改性后的硫化锂正极在室温下展现出高放电比容量和优异的循环稳定性，与无锂负极（Si-C负极）组装的全电池在常温下具有高放电比容量和良好的循环性能，为开发高能量密度全固态电池提供了新方向。

镍锰酸锂正极材料尚需要从技术到工艺上进行突破。

提高锂电池能量密度的一个有效方式，是提升正极材料工作电压和比容量（能量密度=工作电压×比容量）。尖晶石型镍锰酸锂（LNMO）具有高工作电压（4.7V vs. Li+/Li）和较高放电比容量（146.7mAh/g），能量密度可达650 Wh/kg。而且其成本低、安全性高、对环境友好等优点使其成为极具潜力的正极材料之一。但LNMO在进一步应用中其自身存在过渡金属（TMs）溶解、Jahn-Teller效应（金属配合物中的电子排布和几何构型变化）和电解液的腐蚀作用等缺点，是制约镍锰酸锂无法成为锂离子电池主流正极材料的主要原因，需要对其进行离子参杂和表面包覆改性，以提高材料的结构稳定性，改善LNMO材料的电化学性能。

对镍锰酸锂（LNMO）材料的改性，国内外相关研究机构均进行了一些研究试验，在一定程度上改善了LNMO的结构稳定性、放电比容量和循环性能。但仍然面临如何提高自身高倍率性能以及大规模工业化生产等问题，尚需要从技术到工艺上进行突破。

四、头部正极材料企业 “走出去”海外布局产能已成趋势

由于国内正负极材料供需失衡，终端需求增速放缓等因素叠加，正负极材料企业业绩放缓，承压较大。而海外产能目前具有一定的稀缺性，因此我国锂电正负极材料头部企业大多都瞄准海外市场，提高相关业务的营收及利润率。

近一年多以来，中国锂电正负极材料企业正加速海外布局，包括贝特瑞、国轩高科、龙蟠科技、华友钴业、上海杉杉等企业纷纷投建海外项目，其中部分项目已经竣工投产。如贝特瑞位于印尼的年产16万吨负极材料项目一期，龙蟠科技印尼锂源3万吨磷酸铁锂项目也已进入试生产阶段。

我国正极材料企业海外布局部分项目

（一）贴近上游矿产资源地布局，提升供应链的稳定性

以磷酸铁锂正极材料为例，磷酸铁锂的生产包括磷矿石——到磷酸，磷酸——到磷酸铁、磷酸铁——到磷酸铁锂三个环节，磷矿石是不可或缺的原材料。根据美国地质调查局（USGS）统计，2022年全球磷矿资源储量约720亿吨，其中摩洛哥储量为500亿吨，占比为70%，中国仅占比5%，中国磷矿资源国家已列入紧缺的重要战略性矿产资源。除磷矿外，摩洛哥钴矿、锂矿等锂电关键矿藏的储备同样丰富。而且位于北非的摩洛哥可较好辐射欧洲电动汽车产业，正在成为欧洲锂电池的重要原材料供应基地。

目前，摩洛哥已成为众多企业就地建设产能的重要地区。今年4月，贝特瑞年产5万吨锂离子电池正极材料项目在摩洛哥丹吉尔科技城举行了开工仪式。其他国外企业也有多家已进入摩洛哥。如2022年6月法国雷诺与摩洛哥矿业公司Managem签署供应协议，由Managem为其提供硫酸钴；大众汽车电池部门亦在摩洛哥建设了磷酸铁锂供应链基地。

除摩洛哥之外，欧洲芬兰亦是全球锂电正极材料的一个重要制造基地。芬兰拥有丰富的镍和锂等电池生产关键原料，且其地理位置便利，易于接触更广泛的欧洲市场。芬兰在欧洲电池材料供应链中具有重要地位，目前正成为中国公司电池材料的关键投资地。欧洲只有为数不多的几家镍钴精炼厂，其中俄罗斯镍生产商Nornickel位于芬兰的哈贾瓦尔塔（Harjavalta）精炼厂，是欧洲唯一一家一体化工厂。我国企业当升科技与芬兰矿物集团成立合资企业，在科特卡建立一个正极活性材料（CAM）工厂，总投资约7.74亿欧元，预计将满足超过75万辆全电动汽车每年的正极材料需求。中伟股份与芬兰电池化学品公司合作，在哈米纳建设年产12万吨高镍三元前驱体生产基地，其中一期年产2万吨产能预计2024年建成投产。但芬兰非政府组织出于环境方面的考虑反对在芬兰建设电池材料项目，2020年6月巴斯夫在芬兰哈贾瓦尔塔正极材料前驱体（PCAM）工厂启动地面建设，预计于2022年投产，但在芬兰环保组织的反对下，今年4月由于被当地法院取消了临时许可，不得不进行无限期裁员停工。

我国正极材料企业走出去靠近资源矿产地布局，既有获取资源、保障供应链稳定的需要，也有面向全球市场，获得更广大的发展空间的考虑。此外，规避美国IRD、FEOC法案等有关的贸易壁垒，降低地缘风险，利用摩洛哥与美国的自由贸易协议，也是我国企业实施全球化战略的重要考虑因素。

（二）磷酸铁锂渐成全球主流，贴近市场服务全球的海外供应链建设成为趋势

据统计，截至目前，包括特斯拉、大众、宝马、奔驰、福特、现代、雷诺、通用、日产、丰田、本田等国际车企，都已经或计划扩大磷酸铁锂电池装配份额。同时，海外储能系统集成商、业主也几乎全部倒向磷酸铁锂路线，在未来储能产品中逐步采用磷酸铁锂电池，替换由日韩电池企业过去长期主导的三元电池。受此影响，磷酸铁锂正极材料市场也将“水涨船高”。

我国已有多家电池企业在海外布局磷酸铁锂电池产能，服务欧美国家电动汽车发展。亿纬锂能、远景动力、国轩高科等电池企业已经率先在全球市场布局磷酸铁锂电池产能。亿纬锂能位于美国的合资公司ACT公司已于今年6月在密西西比州动工建设约21GWh的方形磷酸铁锂电池工厂，主要应用于指定的北美商用车领域。远景动力今年7月西班牙工厂开建，将研发制造最新一代磷酸铁锂电池产品，预计2026年投产，或将成为欧洲首个磷酸铁锂电池超级工厂。格林美2023年3月联合SK On、ECOPRO等上下游企业，以合资方式在韩国新万金国家产业园投资磷酸铁锂前驱体（PCAM）制造基地，一期年产4.3万吨，后续将不少于10万吨。

基于上述趋势，以及贴近市场、就近配套客户需求，国内磷酸铁锂材料头部企业已开始进行全球性的产能布局，抢抓全球这个大的增量市场。目前，湖南裕能、龙蟠科技、万润新能、国轩高科等均已明确了其各自的海外磷酸铁锂材料基地布局。此外，当升科技、华友钴业、中伟股份等传统三元材料巨头，也已经在海外进行了大规模的磷酸铁锂材料布局。

中国主要电池材料企业海外磷酸铁锂材料布局

高镍正极材料领域海外布局也已拉开。容百科技韩国基地一期2万吨项目已于2023年建成产能，二期4万吨/年三元材料项目预计于2024年年底竣工，建成后有望成为韩国最大的生产线之一。此外，公司在波兰收购了JOHNSON MATTHEY BATTERY MATERIALS POLAND公司的工厂，并开始进行首期2万吨项目建设。

当升科技2021年11月与芬兰矿业集团、芬兰电池化学品公司合资成立公司，拟在芬兰规划建设首期年产10万吨高镍动力锂电正极材料生产基地。

华友钴业2023年6月宣布拟在匈牙利投12.78亿欧元资建设高镍三元正极项目。

格林美2023年9宣布，拟在印尼设立青美能源材料有限公司，在印尼中苏拉威西省摩洛哇丽(Morowali)县IMIP园区投资建设印尼第一条年产3万吨高镍动力电池三元前驱体材料项目。2023年4月与LG化学签订备忘录，拟在韩国新万金国家产业园区内投资设立金属硫酸盐、三元前驱体生产工厂。

中伟股份2021年12月与芬兰矿业集团FMG全资子公司FBC签订投资协议，拟合资设立项目公司在芬兰建设12万吨高镍三元前驱体生产基地。

厦钨新能2023年5月宣布与法国ORANO公司设立合资，在法国建设正极材料和前驱体工厂。

长远锂科与Axens Group签署设立正极材料生产工厂的《合作备忘录》，均是贴近市场的布局。

（三）我国锂电企业海外建产能，需注意加强知识产品保护

近期传出容百科技在韩国建厂，目前正受到LG化学有关专利侵权的起诉，容百科技给出了有力回应。LG化学向韩国首尔法院起诉的侵权，包括提高高镍正极材料的容量以及高温稳定性的技术。韩国贸易委员会也在审查此案，该委员会预计将在今年年底前得出结论。据悉这并不是容百科技第一次陷入专利纠纷，此前容百科技与韩国尤米科尔（Umicore）公司也曾就专利纠纷展开了一场历时近三年的拉锯战，最终以容百科技全面胜诉告终。容百科技所经历的专利权纠纷，凸显新能源行业竞争加剧与知识产权保护的重要性，反映出中国企业在技术实力增强后，面临着更加复杂的国际竞争环境。

基于长期对全球储能产业发展的跟踪研究和储能产业的投资实践，华夏基石产业服务集团、黑铁基金及炎黄基石全球储能产业发展研究院《储能的中场赛事：进化与创新——中国新型储能产业发展白皮书（2023）》正式发布。从本期起，我们将陆续推出“华夏储说”系列文章，供相关储能企业、投融资和研究机构，以及关心、支持储能产业发展的人士参考。