三元正極材料相對(duì)磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰等傳統(tǒng)正極材料而言，兼具鎳、鈷、錳或鎳、鈷、鋁三種元素的特性，因而具有比容量高、循環(huán)性能好、成本低等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最有可能取代目前商用鈷酸鋰、磷酸鐵鋰的新型正極材料。目前三元正極材料 主要包括兩種技術(shù)路線，即以鎳鈷錳酸鋰為正極的NCM路線和以鎳鈷鋁酸鋰為正極的NCA路線。NCM 和 NCA 本質(zhì)上都是為了解決鈷酸鋰（LiCoO2）或鎳酸鋰（LiNiO2）層狀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問題， 錳元素和鋁元素在其中均起到支撐結(jié)構(gòu)的作用，對(duì)容量的提升相對(duì)有限。通常情況下錳（Mn）為 +4 價(jià)，鋁（Al）為+3 價(jià)，兩者化合價(jià)的不同對(duì)鎳（Ni）和鈷（Co）化合價(jià)的影響不同，進(jìn)而對(duì)層狀化合物中陽(yáng)離子的混排產(chǎn)生不同影響。其中錳的摻入可以引導(dǎo)鋰和鎳層間混合，因此改善材料的 高溫性能；鋁的摻入則在一定程度上可以改善材料的晶格結(jié)構(gòu)，減少塌陷，進(jìn)而改善其循環(huán)穩(wěn)定性。

三元材料利用組成元素的各自優(yōu)勢(shì)可以提高其綜合性能

鋰電池常用的正極材料有鈷酸鋰（LiCoO2）、錳酸鋰（LiMn2O4）、磷酸鐵鋰（LiFePO4）和以 NCM、NCA 為代表的三元材料。目前在整個(gè)電動(dòng)汽車領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)以比亞迪為主的電動(dòng)汽車主要使 用磷酸鐵鋰（LFP）作為正極材料，日韓等電動(dòng)汽車主要使用錳酸鋰（LMO）和鎳鈷錳（NCM）， 特斯拉電動(dòng)汽車則使用鎳鈷鋁（NCA）。對(duì)于動(dòng)力電池而言，一般主要關(guān)心五大類問題：一是安 全性；二是續(xù)航能力（能量密度）；三是循環(huán)使用即壽命；四是成本；五是方便性。磷酸鐵鋰（LFP）由于能量密度低、低溫性能差、導(dǎo)電率低、材料成品率低一致性差等問題，將逐漸被取代；錳酸鋰 （LMO）材料本身循環(huán)壽命短、比容量較低，多用于和其他材料混合使用；三元材料尤其是 NCM憑借優(yōu)異的綜合性能和較高的性價(jià)比，如高比容量、高標(biāo)準(zhǔn)電壓、高壓實(shí)密度以及優(yōu)良的低溫性能， 有望逐步取代磷酸鐵鋰、錳酸鋰等傳統(tǒng)正極材料。

正極三元材料與鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰性能比較

2015 年全球的正極材料出貨量為 22.34 萬(wàn)噸，與 2014 年相比增長(zhǎng) 35.89%，其中 NCM、NCA 均大幅增長(zhǎng)。NCM 主要受益于中國(guó)動(dòng)力電池需求的 帶動(dòng)，而 NCA 主要供給特斯拉電動(dòng)車。從三元材料銷量來看，全球市場(chǎng)三元材料銷量呈現(xiàn)快速增 長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，由 2009 年的 1.2 萬(wàn)噸快速增長(zhǎng)至 2015 年的超過 9 萬(wàn)噸，年均復(fù)合增速達(dá)到 40%。

全球正極材料出貨量（單位：萬(wàn)噸）

2009-2015 年全球三元材料銷量（單位：萬(wàn)噸）

目前全球較大的三元材料廠商還主要集中在中日韓 三國(guó)，合計(jì)占約 50%的市場(chǎng)份額。日本以其獨(dú)特的專業(yè)技術(shù)積累把控市場(chǎng)，而韓國(guó)企業(yè)近些年迅速崛起，無(wú)論在技術(shù)還是產(chǎn)品品質(zhì)方面都極具競(jìng)爭(zhēng)力。中國(guó)企業(yè)進(jìn)入時(shí)間不長(zhǎng)，由特斯拉帶動(dòng)的金 瑞科技是國(guó)內(nèi)第一家 NCA 材料供應(yīng)商，而后其他企業(yè)紛紛涉足三元。目前國(guó)內(nèi)三元材料的供應(yīng)集中度正在不斷提高。

不同正極材料體系應(yīng)用現(xiàn)狀

相對(duì)電子產(chǎn)品，電動(dòng)汽車對(duì)三元的需求量更大，例如手機(jī)用鋰電池大約消化 5g 左右三元正極材料，而一輛乘用車動(dòng)力電池對(duì)三 元正極的消耗量高達(dá) 300kg。2015 年中國(guó) NCM 市場(chǎng)出貨量約為 3.05 萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng) 45.2%，產(chǎn) 值約 32.7 億元，同比增長(zhǎng) 35%；NCA 由于其較強(qiáng)的化學(xué)活性對(duì)電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)要求非常高，在 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)出貨仍較少，2015 年出貨量約為 2000 噸。

2015 年中國(guó)新能源汽車不同電池材料占比

各類正極材料在電動(dòng)專用車市場(chǎng)份額

各類正極材料在電動(dòng)乘用車市場(chǎng)份額

各類正極材料在電動(dòng)客車市場(chǎng)份

目前 NCM 三元材料的基礎(chǔ)專利主要由美國(guó) 3M 公司申請(qǐng)，3M 公司憑借強(qiáng)大的基礎(chǔ)研發(fā)實(shí)力對(duì) NCM 的理解達(dá)到了爐火純青的地步，但同時(shí) 3M 公司并不涉及三 元材料的生產(chǎn)，而是通過轉(zhuǎn)讓授權(quán)專利的方式來獲取利潤(rùn)，LG、SK、優(yōu)美科都曾向 3M 購(gòu)買三元 材料專利授權(quán)。巴斯夫則通過購(gòu)買美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（ANL）相關(guān)專利晉升為 NCM 材料新貴。 NCA 的主要專利則主要掌握在日本松下和住友手中，專利限制在全球有效。目前三元材料的相關(guān)
專利主要集中在日韓手中，排名前三位分別是豐田、索尼和東芝，而近年來國(guó)內(nèi)企業(yè)和高校也開始 布局三元專利。

全球三元材料專利擁有量排名前十的公司

主要三元正極材料在華重點(diǎn)專利申請(qǐng)排名前 10 位的機(jī)構(gòu)

由于三元材料的核心技術(shù)專利仍牢牢被海外企業(yè)所把控，海外已經(jīng)形成的專利保護(hù)壁壘導(dǎo)致國(guó)內(nèi)很多材料生產(chǎn)商很難進(jìn)入國(guó)際大廠，通過改性添加以及改良生產(chǎn)工藝等手段已經(jīng)成為我國(guó)正極材料企業(yè)避免專利訴訟的常用手段。同時(shí)，三元材料在自身 性能、生產(chǎn)工藝上仍有待完善，因此從 2015 年國(guó)內(nèi)三元材料專利申請(qǐng)情況來看，申請(qǐng)數(shù)量最多的仍是對(duì)三元材料生產(chǎn)工藝的改進(jìn)和材料本身的摻雜改性，包括表面包覆和元素?fù)诫s等。而國(guó)內(nèi)高等院校和科研單位則把更多的重心放到了三元材料的回收利用方面，此外近幾年國(guó)內(nèi)在富鋰及高鎳領(lǐng) 域也有少量的專利布局。

2015 年至今國(guó)內(nèi)主要三元專利布局方向

從供給端來看， 2015 年國(guó)內(nèi)前十大三元材料廠商的產(chǎn)能并對(duì)其未來的產(chǎn)能規(guī)劃及投放進(jìn)度做了初步預(yù)測(cè)。目前國(guó)內(nèi)三元材料的供應(yīng)較為集中，湖南杉杉、廈門鎢業(yè)、寧波金和、深圳振華以及新鄉(xiāng)天力這前五家企業(yè)市占率達(dá)到了 67%左右，前十大廠商 2015 年的市占率在 80%左右，相對(duì)于 2014 年的 89%有所下降。主要原因是2013年國(guó)內(nèi)新設(shè)的三元材料廠開始放量，大家一致看好三元材料在動(dòng)力電池上的應(yīng)用，由于三元?jiǎng)恿Φ捏w量仍較小，因此電池企業(yè)并未形成穩(wěn)定的供應(yīng)鏈，小型三元材料企業(yè)憑借低價(jià)、靈活等優(yōu)勢(shì)搶占了部分市場(chǎng)。電池材料本身是一個(gè)重技術(shù)、重資金的行業(yè)，例如當(dāng)升 科技 4000 噸多元正極材料項(xiàng)目的投資額達(dá) 2.4 億元，建設(shè)周期 2 年左右，整個(gè)投資回報(bào)期長(zhǎng)達(dá) 6.8年。隨著三元電池產(chǎn)業(yè)鏈的穩(wěn)定與成熟，下游電芯及整車企業(yè)對(duì)材料供應(yīng)的穩(wěn)定性、質(zhì)量的保證以及品牌越發(fā)看重，兼具技術(shù)與資金優(yōu)勢(shì)的大企業(yè)相對(duì)于跟風(fēng)的小企業(yè)將擁有顯著優(yōu)勢(shì)，未來大企業(yè) 整體的市場(chǎng)份額有望保持甚至擴(kuò)大。

國(guó)內(nèi)前十大三元材料企業(yè)產(chǎn)能規(guī)劃預(yù)測(cè)

根據(jù)對(duì)未來三元材料企業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的分析，未來國(guó)內(nèi)三元材料龍頭企業(yè)產(chǎn)能占比仍能維持 在較高水平，參考 2015 年 79%的產(chǎn)能占比，預(yù)計(jì)未來前十大企業(yè)的產(chǎn)能占比基本維持在 80% 左右，并據(jù)此測(cè)算出國(guó)內(nèi)三元材料的總產(chǎn)能。而根據(jù)高工鋰電資料，2015 年 NCM 中 18%用于動(dòng) 力電池，EV Tank 則預(yù)測(cè)到 2017 年動(dòng)力電池占比能達(dá)到 50%左右，預(yù)計(jì)未來兩年動(dòng)力 電池在三元材料應(yīng)用中的占比分別為 36%和 50%，同時(shí)測(cè)算出 2016 年、2017 三元材料動(dòng)力部分 的整體產(chǎn)能在 14000 噸和 25000 噸左右。

國(guó)內(nèi)三元?jiǎng)恿﹄姵禺a(chǎn)能測(cè)算