（报告出品方/作者：信达证券，武浩、张鹏）
一、新能源车发展如火如荼，带动正极材料发展
1.1新能源车对碳中和有重要意义
碳中和成为全球共识，并进入加速发展期。碳中和在年以来成为全球范围内的共识，并进入加速发展期。中国成立了高规格的碳达峰、碳中和领导小组，正在构建1+N的政策体系；欧盟承诺年底，温室气体排放量较年减少55%，并发布了一揽子计划，涉及能源、运输、制造、航空、航运、农业等众多产业，其中汽车行业年碳排放要降低%，也就是实现零排放；美国宣布重返巴黎协定，并提出年零排放汽车占比将达到50%。
目前全球GDP中占比75%的国家、碳排放中占比65%的国家都宣布了碳中和目标。从能源结构转型的角度看，全球主要经济体试图构建新能源经济链，发展供给侧的光伏、风电和需求侧的新能源车、以及存储侧的储能具有重大意义。据国际可再生能源署预测，面向1.5度温控目标，未来三十年，全球在能源领域、交通领域的投资额，将从平均每年五六千亿美元，提高到每年约两万亿美元。
交通行业减排对于国内的政策有重大意义。在世界各国政府为实现净零排放制定目标的浪潮中，中国是重要的组成部分，中国是世界上最大的能源消费者和碳排放国，其二氧化碳排放量占全球总量的三分之一。年，中国交通运输领域的二氧化碳排放量占全国能源体系排放总量的10%左右，其中道路交通在交通全行业碳排放中的占比约80%，交通行业减排对国内的政策有重大意义。
在“电能统一”的共识下，各国从发、输、配、用、储等环节发力，以实现碳中和目标。主要围绕两方面，一是在发电侧使用风电、光电等清洁电能，二是在用能侧实现电气化替代，因此现阶段交通行业电动化成为节能减排的主要途径。动力电池是新能源车产业核心环节，即将进入Twh时代。根据工信部统计数据，纯电动车成本主要源自电池、电机与电控三电系统。下游新能源汽车需求带来动力电池的需求增加，年全球动力电池装机.8Gwh，同比增长88.7%，-年CAGR达到31.8%。我们预计-年CAGR将达30.1%，到年全球动力电池将进入Twh时代。
1.2产业链涨价引发对需求的担忧，正极环节是关键
年下半年以来新能源车需求快速爆发，产业链在供需错配下，涨价明显。年7月至年年底，新能源车产业链原材料碳酸锂、硫酸钴、硫酸镍、硫酸锰的单吨价格分别上涨.5%、.0%、53.8%、78.6%。电池环节涨价明显，正极环节影响最大。以NCM电池为例，我们测算年12月价格相比年1月增长0.3元/wh，其中正极贡献0.17元/wh，占比57%，电解液贡献0.09元/wh，占比30%。考虑到六氟磷酸锂为代表的电解液产业链未来的供给释放充足，价格有望逐步回归；但是碳酸锂为代表的正极产业链原材料价格仍有望维持在高位，正极依然是对成本影响最大的环节。
正极为代表的产业链价格高企引发对需求的担忧。在产业链价格的逐步走高下，电池企业陆续传导价格，且车企也在21年底开始逐步涨价。在21年底和22年初的车企涨价之后，年3月以来再次出现密集的涨价潮，特斯拉连续3次上调部分国产Model3、ModelY车型售价；小鹏汽车涨价幅度为1.01-2万元不等；理想汽车将理想ONE的价格上调1.18万元。此外，比亚迪、广汽埃安等车企也有不同程度的涨价。在新能源车终端价格的上涨下，引发了市场对于需求增速的担忧，而其中的关键在于对正极产业链的判断。
二、三元正极行业长坡厚雪，技术不断迭代升级
2.1需求高增，带动行业大扩张
下游新能源汽车与电化学储能的蓬勃发展带动正极材料市场发展。在全球倡导碳中和的背景下，1）-年全球电动车销量由54.3万台增长至.0万台，年复合增速达到52.2%。2）可再生能源的发展助推全球储能发展，-年全球电化学储能新增装机规模由0.38GW增长至4.73GW，年复合增速达到65.7%。
下游需求旺盛，三元正极企业积极部署扩产计划。根据SMM数据，截至年底国内三元正极产能已达76万吨。国内厂商中容百科技扩产力度较大，年前累计新增产能将达37万吨，长远锂科、当升科技、杉杉股份、贝特瑞新增产能合计将达24万吨，年主要厂商三元正极产能将达万吨。
2.2三元正极产业链普遍采用高温固相烧结工艺
正极材料是锂离子电池的重要组成部分，其占锂离子电池总成本比例最高，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。目前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）。
1）钴酸锂LCO：电压平台高、压实密度高，在正极材料中具备最高的体积能量密度，因此在电子设备等3C应用领域得到广泛的应用。2）锰酸锂：具有价格低廉、安全性好、原料锰资源丰富及无毒性等优点。3）磷酸铁锂：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，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。4）NCM：由于其具备较高的质量能量密度、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。5）NCA：和NCM较为接近，日韩企业应用较多。
NCM三元正极材料产业链主要分为上游的三元前驱体、碳酸锂/氢氧化锂，中游三元正极材料制造商、下游锂电池生产厂商以及应用层面的新能源汽车、3C及小动力（电动工具、二轮车等）、储能等领域。
当前三元正极材料行业呈现规模化、材料体系技术迭代化、产业一体化、供应链全球化的特点。1）规模化：产业链企业着眼于未来庞大的市场空间进行了大规模的扩张，同时有巴斯夫、陶氏化学、湖北宜化等众多化工企业进入了行业，化工企业资金优势大，有望提供巨量的、稳定的供给。2）材料体系技术迭代化：在材料体系迭代上，三元高镍化渗透率不断提升，扩大其高能量密度的优势；在材料改性上，有掺杂、包覆、单晶化等化学改性，以及等物理改性。3）产业一体化：在年以来由于供需周期不匹配带动了产业链部分商品价格的大幅上涨，正极产业链是涨价的重点环节。产业通过整合镍冶炼-前驱体-正极材料等环节来降低成本。同时涉足磷酸铁锂材料生产，从技术路线的单压转变为双压，打造综合的锂电正极材料供应平台。4）供应链全球化：三元正极企业向海外扩张其供应链，参与全球化竞争，有望受益于欧美等海外市场的发展。
三元正极材料制备技术普遍采用高温固相烧结法，但烧结次数、烧结温度选择、窑炉设计、气氛控制等对最终产品性质有重要影响。尤其是高镍三元材料，其对工艺要求更高。NCM和NCA等高镍三元正极材料的工艺流程对于窑炉设备、匣钵、反应气氛等均有特殊的要求，且往往涉及二次烧结甚至更多次数的烧结。1）比如业内的振华新材有采用三次烧结，与二次烧结工艺相比，三次烧结工艺在三元前驱体选择的宽泛性、工艺兼容性以及产品的晶体结构完整性等方面具有一定优势，并可以改善镍含量不断提升对高镍三元正极材料结构稳定性、安全性和循环性能带来的负面影响。2）普通的三元材料一般只需要碳酸锂原料，空气氛围烧结，无需去离子水洗涤等，而高镍三元需要氢氧化锂原料、氧气氛围烧结，需要去离子水洗涤。
2.3三元正极材料技术不断迭代
三元正极材料的技术升级总体主要是两大方向，1）能量密度的提升，根据W=QU公式，演变为两大方向，一个是提升Q的高镍方向以及未来其余的高能量的材料体系，另外一个是提升电压U。2）稳定性、循环性、安全性等的提升，主要有掺杂、包覆、单晶等技术。
2.3.1单晶等改性技术可提升材料性能
高镍三元材料往往存在阳离子混排现象、表面不稳定、不可逆相转变微裂纹等缺陷问题。随着三元正极材料中镍元素含量的增长，越来越多小缺陷问题也随之显露，其中主要包括：1）阳离子混排现象。Ni2+半径与Li+十分接近，晶格中Ni2+与Li+容易互换位置，即发生Li+/Ni2+混排，此时半径略大的Li+进入Ni2+位点将会增大过渡金属层间距，从而压缩Li+层间距，降低Li+扩散系数，使材料表现出较差的倍率性能；Ni2+进入Li+层后能够阻断Li+的传输路径，减少参与充放电循环的Li+的数量，导致材料比容量降低。随着Ni含量提高，不稳定Ni3+还原为Ni2+的概率也随之提高，则发生阳离子混排的机率更大。2）表面不稳定。高价镍离子具有强氧化性、碱性，容易使表面Li+与环境中及电解液残余的H2O，CO2反应生成LiOH，Li2CO3等锂化物，降低材料表面稳定性。而副产物Li2CO3又易在高压下进一步分解产生CO2气体，加剧电芯产气，引发安全问题。3）不可逆相转变微裂纹。三元材料主要由Ni2+/Ni3+和Ni3+/Ni4+氧化还原电对提供容量，因此在充放电过程中，Ni通常处于不稳定的高价态（Ni3+，Ni4+），容易通过失氧的方式向稳定的低价态转变，这一相变引起的各向异性体积变化及深度脱锂时晶胞体积变化将导致正极材料的颗粒内部产生微裂纹。同时微裂纹加速电解质渗透到颗粒内部，从而与沿微裂纹暴露的内部初级颗粒上的不稳定Ni4+反应并生成类似NiO的杂质层，同时也加速了Ni，Co和Mn元素的溶解，导致活性物质损失。
单晶的发展目前更成体系，我们主要介绍单晶技术情况。
单晶正极材料循环性、稳定性更优。单晶和多晶是按照晶体结构进行的划分，单晶三元正极材料一次粒径约几微米且呈现单分散状态，而与之对应的多晶三元正极材料则是若干直径约几百纳米的一次颗粒团聚而形成直径约十微米的二次颗粒。以往的三元材料大多是细小晶粒团聚而成的颗粒，1）其二次球形结构容易使其“骨架”结构牢固性差，在循环过程中，尤其是高电压充放电下，由于颗粒不断膨胀收缩，会导致材料开裂、破碎。2）同时，由于晶体颗粒之间的连接较为脆弱，在极片冷压过程中，易导致颗粒破碎，引起电池性能恶化。3）二次球颗粒容易导致气胀等问题。单晶三元正极材料在压实和高温循环过程中，不易发生破碎，从而高温循环稳定性优于多晶三元正极材料，即具有更好的结构稳定性和耐高温性能。
国内单晶材料市占率超4成，市场集中度较高。国内外一直有对单晶三元材料的研究，但国内进入大规模应用阶段，此前海外日韩系电池厂的主流三元材料基本以多晶三元材料为主。国内单晶材料原先是少量应用于消费市场，在宁德时代等电池龙头的带领下，逐步在动力电池领域放量，目前比例维持在40-50%左右。1）从单晶的市场率上看，根据GGII数据，年至年上半年，我国三元单晶前驱体出货量分别为8.40万吨、9.80万吨和13.10万吨，占三元前驱体国内出货量比例分别为44%、41%和44%。2）从市场格局上看，国内的贵州振华、长远锂科等企业行业领先。据鑫椤资讯，年1-11月，国内单晶三元材料产量CR3集中度接近60%，CR5集中度为79.5%。3）从单晶的应用范围看，国内单晶三元材料占比最高的还是5系产品，6系次之，具体型号多为Ni55、NCM、Ni65等偏组分三元材料居多。对于8系的产品，目前有长远锂科等少数公司等实现了量产。
2.3.2高电压逐步普及
三元正极材料的高电压化是提升材料能量密度的途径之一，是行业研发的重点方向。常规电压一般指4.2V，高电压指能够在高于4.3V的充电电压下发挥出较好电化学性能的正极材料。根据能量密度公式，能量=QU，提升电压U可以提升能量密度。比如Ni5系、Ni6系NCM三元材料的充电电压从4.2V提升至4.35V，其能量密度能提升约15%，接近NCM水平。产业链企业厦钨新能、容百科技等均布局了高电压三元材料技术。消费电池中钴酸锂材料是较早应用高电压技术。钴酸锂是最早商业化应用的正极材料，业内普遍采用掺杂、包覆等方式提升钴酸锂正极材料的耐高压特性，或者优化锂钴比和烧结工艺，从而优化材料结构稳定性和包覆层。当前提高充电截止电压已成为提升钴酸锂能量密度的主要手段。（报告来源：未来智库）
2.3.3高镍化进程有望加速
正极高镍化具有重要的意义。钴的作用在于稳定材料层状结构，提升循环与倍率性能，价格波动较大，锰具有良好的电化学惰性，起到降低材料成本、提高材料安全性和结构稳定性的作用，镍是锂电材料重要活性物质，掺镍比例提高可提升正极材料能量密度。高镍化是指提升三元材料中镍的含量，从而提升能量密度，并通过降钴降低原材料成本。
高镍三元材料市场集中度较好，21年1-10月CR5为83.5%。根据鑫椤咨讯，年国内批量化生产高镍三元材料的企业数目有所增多，全年产量超过0吨的企业达到了10家以上，其中容百科技、天津巴莫、贝特瑞等在产能规模、客户结构方面领先优势明显。从市场集中度看，CR5集中度为84%，行业格局优于三元正极材料，年-年三元正极材料市场集中度较低，主要有高镍技术门槛较高的影响。
高镍三元有望继续加速。高镍具备能量密度高的显著优势，未来高镍三元应用是否会加速，我们认为需要从高镍三元当前的应用痛点找寻答案，主要有：1）高镍化技术上，前几年产业企业技术储备相对较少，且材料的安全性和热稳定性不好解决。从固有属性上看，随着镍的含量提升，体系的热稳定性变差。且高镍的热稳定性问题是一个系统问题，往往需要正极厂商和电池企业协同攻克。2）高镍三元电池电池的物理结构改性尚未大规模普及；3）不同市场地区对技术路线的选择。
一、高镍技术应用逐步普及。1）一个是高镍技术在上市公司中的储备和应用问题，高镍三元目前在动力电池龙头企业中已相对普遍，容百科技、长远锂科、当升科技等均已形成万吨级出货，具备大规模应用的技术条件，宁德时代、LG化学、SKI均已实现电池批量交付，三星SDI开始规划生产镍含量为88%的动力电池。
2）无热扩散技术在年以来逐步突破。高镍电池热稳定性比中低镍差，根据国家的政策，年5月12日，工信部组织制定，国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会批准发布GB-《电动汽车安全要求》、GB-《电动客车安全要求》和GB-《电动汽车用动力蓄电池安全要求》三项强制性国家标准，于年1月1日起开始实施。其中要求电池单体发生热失控后，电池系统在5分钟内不起火不爆炸，为乘员预留安全逃生时间。在高镍材料的热扩散上，以宁德时代为代表的企业率先突破，年9月，其率先在产品上实现了无热扩散，宁德时代首席科学家吴凯预计0km更高比能的无热扩散技术也将会在年实现量产。欣旺达、广汽、长城等其余企业也陆续在年发布无热扩散技术，未来均有望满足国家要求的5分钟不起火的要求，促进高镍的渗透率提升。
二、高镍三元正极相比中低镍的或有原材料成本优势，整体盈利性占优。当前产业链原材料涨价明显，随着三元材料逐步高镍化，高价位的钴用量逐步减少，低价位的镍用量逐步提升，高镍三元物料成本相比中低镍三元几无差距，在镍价格较低时或成本更低，这意味着对于同样质量的材料，高镍三元的主要物料成本并不贵。以H1为例，上半年在硫酸镍持续上涨情况下，三元原材料成本仍低于正极材料，和相差无几。高镍价回归正常水平后，高镍正极的原材料优势将进一步凸显。
在原材料成本相差不大的情况下，高镍三元正极价格较高，吨盈利水平较高。以长远锂科、容百科技等企业为参照，我们测算年高镍正极材料（以8系为代表）比中低镍正极（以5系为代表）单吨毛利高约1.5万元/吨。
三、大圆柱等电池结构的发展有望带动高镍三元发展。电池物理层面的封装也可以带来成本的降低、效率的提升。首先应用的是磷酸铁锂材料，典型代表是比亚迪在20年首次将刀片电池技术应用在“汉EV”车型，其电池系统零部件数量减少40%，体积利用率提升50%，成本下降30%。刀片电池第一代产品能量密度可达到Wh/kg，体积能量密度达到Wh/L，比亚迪深圳开发中心副总监鲁志佩预计年可以实现能量密度大于Wh/kg，体积能量密度达到Wh/L。磷酸铁锂通过结构创新提升了能量密度，侵占了中低镍三元市场份额。三元电池同样有结构创新来提升能量密度，从而和磷酸铁锂材料拉开差距，较为典型的是大圆柱电池，首次在年9月份特斯拉电池日提及，可以续航提升16%，能量是此前的6倍。
大圆柱电池可以较好匹配高镍三元。圆柱是锂离子电池最开始的封装形式，具有成熟度和自动化程度高的特点，同时圆柱电池因为受力更加均匀分散，入壳比能达到98%以上，比方形电池等的大。对于高镍三元电池，其有热稳定性弱、易产气等劣势，大圆柱电池受力均匀、自动化程度高等特点可以有效缓解高镍三元的劣势。随着大圆柱电池的逐步应用，有望提升三元电池的能量密度，从而在该指标上和铁电池拉开差距。年是国内外企业大圆柱电池产业元年。国内外电池企业加速大圆柱电池的产业化，比如亿纬锂能推出的电池具备两大优势：1）经济性：主要是在制造工序上精减了30%以上，生产效率提升40倍以上。2）安全性：电芯层面的高效泄压结构设计保证零热蔓延，刚性结构设计保证无膨胀，在系统层面也有双腔设计、主动疏散的气道等。
四、欧美市场倾向于高镍三元，有望从结构上带动其发展。从车企和电池企业的选择上看，国外电池厂商三星、LGC、松下等较多采用三元高镍电池。据不完全统计，当中43款中高端新能源车型已经搭载或者设计搭载高镍电池。同时外资品牌车企对高镍电池的接受度高，未来随着欧洲新能源车市场继续增长以及美国新能源车市场的爆发，高镍三元材料的需求有望增长。
2.3.4新型正极材料体系——三元材料体系不断升级
锂电池正极材料经历了消费和动力电池时代的变迁。1）从年代开始，经历了LiCoO为代表的消费电池时代，彼时是松下的电池时代；2）-年：新能源车市场兴起，三元正极作为新兴技术路线，发展与推广尚不成熟，磷酸铁锂正极技术已十分完善并成为主流选择。3）-年，三元正极技术日益成熟，且与磷酸铁锂正极相比，具备更高能量密度。与此同时，新能源汽车补贴政策以续航里程为标准，补贴金额与续航里程密切挂钩，进一步推动三元正极材料市场占有率的快速提升。截至-年，三元正极材料占比均已超过60%。4）Q3开始，随着新能源汽车补贴政策逐步退坡以及磷酸铁锂电池能量密度的持续提高（如刀片电池、CTP技术的应用等），以及热门车型助推下，磷酸铁锂电池装机量持续回升，根据中国汽车动力电池产业创新联盟统计，年1-3月，三元正极与磷酸铁锂正极材料的装机市占率分别达到58%、42%。
三元正极材料体系仍有较大的进步空间。电池行业本质是技术驱动的行业，技术是最大的机遇，也同时是最大的风险。从企业的长期发展角度，未来正极材料的发展是我们