2022年三元电池行业发展现状及趋势分析 高镍化是三元电池发展的长期趋势

1、三元电池能量密度优势明显，将成为高端车型标配

目前锂离子电池主要使用钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰三元材料和镍钴铝三元材料 等 5 种不同正极材料，其中钴酸锂主要应用于小型电池，终端为各种电子产品；锰酸锂由 于能量密度低，电解质相容性差、成本低，主要用于专用车；磷酸铁锂由于安全性能高、 成本低廉等优势适用于乘用车、商用车及储能领域；三元电池能量密度高、续航能力强， 多用于乘用车。动力电池正极主要采用磷酸铁锂与三元材料，两者占装机量的 90%以上。

三元电池的能量密度与低温性能更加优异。三元材料的比容量大于磷酸铁锂，在相同质量 下锂离子含量更多，因此电池包的能量密度也更高，且随着三元电池中镍含量的提升，能 量密度有望继续向上突破。此外，三元电池低温性能好，在零下 20℃下的低温环境下电池释放容量比磷酸铁锂高 15%，使搭载三元电池的汽车在冬季相比磷酸铁锂电池具备更长的 续航里程。

图：中国动力电池市场主要为三元电池和磷酸铁锂电池

补贴政策推动三元电池普及。新能源汽车发展早期，政府大力扶持产业链起步，电池的安 全性能被放在首要位置，因此磷酸铁锂和钴酸锂备受青睐；而后随着高端乘用车型的推广， 消费者在安全性能基础上对续航里程提出更高要求，由于磷酸铁锂比容量普遍在 130-150 mAh/g 之间，三元电池的比容量则可以达到 180-200 mAh/g，三元电池逐渐取得市场青睐。

2017 年新能源汽车补贴新政推动三元电池加速渗透。2017 年补贴政策首次将能量密度作 为考核指标，对于组件能量密度低于 90wh/kg 的车型不再补贴，90-120wh/kg 的车型补贴系数为 1 倍，120wh/kg 以上的车型补贴倍数为 1.1 倍。后续补贴政策不断提高被补贴的电 池能量密度标准，2020 年的政策为 125wh/kg 以下的车型无补贴，160wh/kg 以上的车型补 贴倍数为 1 倍。财政补贴对能量密度的要求不断提高，促使三元电池装机量占比从 2016 年 的 23.5%提升至 2020 年的 64.1%。

2、磷酸铁锂电池短期受益成本优势，高镍三元性价比将逐步凸显

磷酸铁锂电池受益成本优势，短期占比超过三元电池。根据中国汽车动力电池产业创新联 盟数据，2021 年 5 月磷酸铁锂电池产量 8.8Gwh，环比上涨 42%；三元电池产量 5Gwh， 环比下降 25.4%。在装机量方面，7 月磷酸铁锂电池装机量为 5.8Gwh，三元电池为 5.4Gwh。磷酸铁锂在产量和装机量方面首次超过三元电池。此外，动力电池厂商加大对磷 酸铁锂产能布局，LG 能源 2020 年开始研发磷酸铁锂技术，最快有望 2022 年建设一条磷 酸铁锂电池试验生产线；钛白粉龙头龙佰集团将跨界生产磷酸铁锂电池；富临精工、德方 纳米、湖南裕能等老牌磷酸铁锂正极材料生产厂商均有大规模的扩产计划。据上海有色， 2021 年上半年新启动的磷酸铁锂正极材料项目产能约 150 万吨，总投资规模超过 400 亿 元。2021年上半年出货约 17.58 万吨，超过去年全年 12.4 万吨出货量。预期短期内磷酸铁 锂产量可能继续增长。

低成本和高安全性是磷酸铁锂电池主要优势。磷酸铁锂主要原材料为低成本的铁和磷，无 需价格较为昂贵的钴镍锰材料，因此磷酸铁锂的生产成本低于三元电池。据百川盈孚数据， 2021 年 9 月 30 日，磷酸铁锂生产成本为 7.2 万元/吨，而三元材料的生产成本为 20.45 万元/吨，成本相差近 3 倍。磷酸铁锂正极材料的热稳定性比三元材料更好，三元材料温度到 达 300 度后开始溶解，磷酸铁锂达到 800 度才出现热失控，且分解时不会释放氧气，降低 起火风险，安全性能高于三元电池。

续航能力的增强及政策退坡是近期磷酸铁锂回暖的主要原因。磷酸铁锂技术上的发展也是 其回暖的重要原因，宁德时代通过CTC（电池集成至底盘）技术，可使续航里程达到1000 公里，满足乘用车需求；比亚迪则通过刀片电池（改变了电芯的排布方式和结构），使续航 里程达到 600 公里；国轩高科的 JTM 技术（卷芯到模组集成技术），成功将电池包的能量 密度提升至 180Wh/kg，达到高镍三元的能量密度水平。此外，国家对于高密度电池的补 贴力度有所下降，四部委于 2020 年 4 月联合发布《关于完善新能源汽车推广应用财政补贴 政策的通知》，明确 2021-2022 年补贴标准分别在上一年基础上退坡 10%、20%。2021 年 的新能源汽车退坡补贴已经于 2021 年 1 月 1 日起开始实施。在多因素的催化下，磷酸铁锂 短期增长强势，但三元电池也在高镍化的带动下成本逐步下降、增强优势。

三元电池性价比逐步凸显，铁锂电池成本优势趋弱。磷酸铁锂在产量大幅扩张带动其原材 料价格也跟随快速攀升，2021 年下半年以磷化工为代表的化工原材料的价格快速攀升，据 百川资讯 2021 年 12 月 14 日数据，磷酸铁锂价格为 9.2 万元/吨，年涨幅达 159%；而高镍 三元 NCM811 正极材料的价格为 27.4 万元/吨，年涨幅 66%。磷酸铁锂价格上涨主导因素 为碳酸锂价格大幅上涨，而 NCA 及高镍 NCM 主要使用氢氧化锂，碳酸锂在磷酸铁锂成本 占比高于氢氧化锂在三元材料的占比。预计磷酸铁锂将在碳酸锂价格带动下持续走强，缩 小与三元之间的价格差距。

长期来看，磷酸铁锂和三元电池将形成二分格局。短期内磷酸铁锂受到技术突破和价格优 势拉动，占比有所回升，但长期而言，市场对电池高能量密度的要求趋势不会改变，三元 材料未来随高镍三元技术的进步以及规模优势的显现，综合成本将持续降低；未来两种电 池的市占率将会在良性竞争中保持二分格局。

3、高镍化是三元电池发展的长期趋势

高镍电池能量密度高，装机电动车续航能力强。根据镍钴锰在三元材料正极材料中含量比例，可以将三元电池分为高镍与低镍两类，高镍电池包含 NCM811 和 NCM622 等，低镍电 池为 NCM523 和 NCM111，另外用铝代替锰的镍钴铝三元电池也属于高镍电池的一种。不 同比例 NCM 的正极材料的性能有所差异，Ni 元素具有较高的能量密度，能够提升正极的 比容量，但其安全性降低；Co 能够提升电池正极的稳定性，因此应用于 3C 的锂电池多采 用钴酸锂正极，但其价格相对较高；Mn 元素表现出较高的安全性，同时具有低成本的特 点，但在正极中使用比例上限较低。

三元正极材料高镍化趋势明显。2016-2020 年中国高镍三元正极材料（NCM811、 NCM622、NCA）出货量占比由 11%提升至 43%，复合增速 40.61%；其中 NCM8 系三元 材料由 1%提升至 22%，NCM6 系三元材料由 2018 年占比 30%降到 20%，NCM5 系三元 材料由 76%降到 53%。

中国高镍化程度有望进一步加速，三元正极材料高镍化技术存在较高壁垒，中国高镍技术 仍有较大进步空间，高镍三元材料市占率与海外发达国家相比仍旧较低。2020 年中国的 NCA 出货量仅占三元材料的 1%，而日韩企业中松下动力电池 NCA 产品达 60%以上。

基于高镍材料的技术进步以及需求增长情况，我们预计 NCM811 三元正极的增速为年复合 增长率约在 20%左右、NCA 正极的增速为 5%，而 NCM523 三元正极将下降，到 2025 年 我国高镍三元正极电池占比将达到 82.63%，5 系三元电池占比将下降至 17%以下。

图：2016-2025 年中国三元正极材料出货量占比结构

三元电池高镍化更符合政策引导的长续航方向。《汽车产业中长期发展规划》中明确规划， 到 2020 年，动力电池单体能量密度达到 300Wh／kg 以上，力争实现 350Wh／kg。到 2025 年，动力电池系统能量密度达到 350Wh／kg。若要提高电池的能量密度，提升车辆 续驶里程，高镍化是三元电池必经之路。

三元电池高镍化将持续降低成本。随着国家对新能源补贴的逐渐退坡，三元电池的成本控制重要性和必要性日益凸显。由于全球的钴资源主要集中在刚果（金），受供需关系以及进 口干扰影响，钴价格较高且波动性较大。镍广泛分布于印尼、澳大利亚、巴西等国家，冶 炼技术工艺进步带动价格中枢维持在较低水平，且价格波动率较小。据百川数据，2021 年 9 月 30 日，硫酸钴、硫酸镍的价格分别为 8.4 万元/吨、3.63 万元/吨，理论上生产 1 Gwh 的 NCM333、NCM523、 NCM622、NCM811 需要的钴金属量分别为 367、220、200 和 91 吨，需要的镍金属量分别为 366、548、595 和 725 吨。按照市场中目前市占率最高的 NCM523 和市占率增长速度最快的 NCM811 举例，生产同等能量密度的电池，NCM811 的 生产成本比 NCM522 的生产成本低 11%。在成本推动下，三元电池高镍化为必然趋势。

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