为什么说高镍三元正极材料带来行业变局？

1.高镍渗透率长期提升趋势不变

NCM 三元材料研究重点在于优化与调整 Ni、Co、Mn 三种元素的比例。其中 Ni 的作用在 于提高材料容量，但 Ni 含量增加会影响材料循环、安全性能；Co 可以取代部分 Ni 元素， 在不降低电池容量的情况下抑制 Ni 与 Li 混排，同时 Co 有助于减少充放电过程中相变，提 高层状结构稳定性，但当 Co 比例增大到一定范围时会降低材料容量，破坏材料的层状结 构；Mn 主要作用在于保持材料安全性与稳定性，但是 Mn 含量过高时会降低正极材料容量， 同时 Mn 从正极溶解也会导致锂电池循环寿命下降。

高镍三元正极材料通过提高镍含量提升容量。富镍型（5 系及以上）三元材料中 Ni 为+2、 +3 价，Co 为+3 价，Mn 为+4 价，在充电过程中，+2 价/+3 价 Ni 优先于+3 价 Co 氧化，因 此 Ni 含量较高的正极材料充放电过程中可脱嵌的 Li 离子数量多，对应材料比容量更高。

受锂、镍价上涨影响，高镍渗透率提升速度放缓，长期提升的趋势不变。2020 下半年开始 正极材料下游电动车需求回暖，并逐渐由政策驱动转向市场导向，而上游有色金属原材料 扩产需要一定周期，供需错配下原材料价格大幅上涨，碳酸锂、硫酸镍价格大幅上涨。锂、 镍价格高企影响下，2022 年 H1 NCM811 产量占正极总产量的比例维持在 40%左右，较 2021 年增速放缓。短期来看，2022H2 前驱体企业红土镍矿项目集中投产，华越 6 万镍金 属吨 MHP、华科 4.5 万镍金属吨高冰镍、格林美青美邦一期 3 万镍金属吨 MHP 均预计于 22 年年中与下半年建成投产，镍价预计呈下降趋势。长期来看 1）高镍正极单 Gwh 耗用量 小，钴含量降低，伴随高镍良率水平提升、锂价企稳，高镍正极单瓦时成本更具竞争优势； 2）锂电池结构创新技术涌现，如 4680 全极耳、蛇形液冷板、麒麟电池水冷板创新排布， 材料创新技术持续发展，如三元与锰铁锂掺杂，将有助于改良高镍三元锂电池的热安全性。

高镍电池为国内外主机厂高端车型的主流选择，2022 年高镍电动车陆续迎来上市。当前中高 端电动车高镍化趋势较为明确，高镍电池渗透提速，各车厂高镍电池应用车型层出不穷， 2021 年 4 月上海车展上，近 80 款新能源车亮相，其中 43 款中高端车型搭载高镍三元，奔驰 VISION AVTR、蔚来 EVE、丰田 BZ 4X、雷克萨斯 LF-Z、上汽名爵 Cyberster 等概念车型也 计划搭载高镍三元。特斯拉德州工厂首批采用 4680 电池的 ModelY 已交付，预计将进一步推 动高镍材料需求。

2.高镍为行业格局带来变数

三元正极竞争格局仍分散，高镍集中度较高。2022H1 中国三元正极产量 28.5 万吨，在四 月上海疫情影响下仍同比增长 45%，其中容百科技、巴莫科技、当升科技、瑞祥新材、长 远锂科市占率分别 12%、11%、11%、9%、7%，行业竞争依然胶着。相较之下高镍三元 市场集中度较高，在下游宁德时代、LG、SKI 供应链放量带动下，容百科技、天津巴莫、 贝特瑞占据高镍三元市场前三位，2022H1 市占率合计可达 68%。

镍含量升高使得高镍材料易产生 Li+ /Ni2+混排、微裂纹，且热稳定性较差，表面碱度高易发 生副反应，正极厂商多通过富氧氛围烧结、多次烧结、水洗、掺杂与表层包覆等途径解决 以上问题，各自工艺路径为企业核心 knowhow，工艺水平反映在良率上进而造成企业间成 本差异。

1）高镍材料易产生 Li+ /Ni2+混排。根据《锂离子电池三元正极材料的研究进展》，NCM 具 备层状岩盐结构，晶格中 Li 主要占据 3a 位置，O 占据 6c 位置，Ni、Co、Mn 无序占据 3b 位置，形成 MO6八面体结构。高镍三元层状材料烧结过程中，材料中的 Ni2+难以被完全氧 化为 Ni3+，Ni2+离子半径为 0.69 Å，Li+离子半径为 0.76 Å，两种离子半径相近，在电化学 循环过程中，Li+从材料层间脱出，导致产生大量空位，Ni2+容易占据 Li+位点造成 Li+ /Ni2+ 混排，破坏材料结构从而降低材料可逆容量。研究人员多采取富氧氛围烧结等方法提高 Ni 平均价态，解决 Li+ /Ni2+混排导致循环性能下降的问题。

2）高镍材料更易产生微裂纹。由于锂离子连续嵌入与脱出，三元材料体积收缩与膨胀造 成颗粒内部产生扩展性裂纹，根据《高镍三元层状锂离子电池正极材料：研究进展、挑战 及改善策略》，晶间裂纹导致更多的晶面与电解液接触发生副反应，造成不可逆的容量损 失，而当三元正极材料中镍含量超过 80%，微裂纹扩展更加严重。微裂纹的形成与充放电 深度有关，因此多采取调节充放电电压与表层包覆方法改善微裂纹的问题。

3）高镍材料热稳定性较差。研究表示 Ni 含量在影响材料热稳定性方面占主导地位，随着 Ni 含量增加，NCM 材料开始发生相变温度越低，释放氧气越多，自放热产生的热量越多。 针对该问题，主要采取离子掺杂来提升材料的结构稳定性，同时通过表面包覆减少材料与 电解液的接触面积，抑制电解液副反应。

4）高镍材料表面副反应。由于 Ni3+离子热力学不稳定，遇高温易分解为 Ni2+，因此烧结温 度一般不超过 800℃，锂源通常采用熔点较低的 LiOH，制备高镍材料时，为抑制阳离子混 排，锂源相对过渡金属通常过量，正极材料表面会存在残余锂，与空气中水、二氧化碳反 应会形成 LiOH、Li2CO3 等副产物，影响材料容量、储存性能。此外，三元材料中镍含量 越高，表面碱度较高，涂布过程中容易粘性提高、凝胶现象。高镍厂商多采取多次烧结、 水洗等方式其降低表面碱度。

高镍正极材料加工费高于中低镍。容百科技作为高镍排头兵主打高镍产品，2018-2021 年 正极平均单吨毛利高于聚焦中低镍的振华新材与厦钨新能。正极材料 90%以上的成本是原 材料，从正极材料价格-原材料价差来看，伴随 622 正极向单晶化与高电压化发展，与 811 能量密度差距缩小，以及 811 正极技术工艺成熟与良率提升，两者价差逐渐接近，但仍显 著高于 523 正极。伴随未来超高镍产品的推出，高镍与超高镍产品占比提升有望增厚公司 盈利，重塑行业格局。