三元材料“升维”路径：高镍、高压、单晶化

三元正极材料不断升级。

新能源市场迎来爆发拐点，电动车渗透率不断提升。中汽协数据显示，2022年1-6月我国新能源汽车累计产量266.1万辆，销量260万辆，同比均增长1.2倍，市场渗透率达21.6%。

在市场形势一片大好之下，锂电池原材料价格跳涨、供应紧缺，并对汽车续航能力提出更高要求。因此，生产更高能量密度、更高安全性能、更低成本的电池成为“破局”的关键。

三元电池作为中高端电动车市场的主流选择，市场需求空间巨大。若要满足更高的市场期待，则需对其进行材料技术升级、工艺革新。

电动化加速渗透，三元材料市场长期向好

产业新周期下，新能源汽车销量大幅攀升，2022年1-6月，国内新能源汽车产销均突破260万辆，完成情况超出预期。

受益于汽车电动化的快速推进，动力电池装机量也同步攀升。GGII数据显示，2022年1-6月，国内动力电池装机量约100.24GWh，同比增长116%，整个上半年除4-5月份受疫情管控影响外，其余月份同比增速均在一倍以上。

其中，三元电池凭借高能量密度的优势备受市场青睐，2022年1-6月国内三元动力电池装机量约44.93GWh，同比增长55%，占总装机量的45%。

放眼海外，欧洲市场动力电池装机一直以三元为主，数据显示，2021年1-11月欧洲三元动力电池装机量达138.2 GWh，占欧洲动力电池总装机量的95.4%。

国内外三元电池市场需求不断攀升，带动三元正极材料出货量大幅增长。按照1GWh动力电池需要1500-1800吨三元材料测算，仅国内2022年上半年44.93GWh就带动了6.7万-8.1万吨三元正极材料。

高工锂电认为，随着新能源汽车市场渗透率的继续提升，三元正极材料市场长期向好。

技术迭代，“两高一单”实现降本增效

产业新周期下，电池能量密度、安全性能等方面要求愈发严苛，同时随着锂电原材料价格跳涨，降本增效呼声渐高，倒逼锂电材料体系革新。

聚焦三元正极材料，高镍化、高电压化、单晶化成为趋势。

1、高镍化：8系三元高速增长，超高镍成未来方向

能量密度要求越来越高， 国内外车型高镍化趋势愈发明显。

目前，包括Model 3/Y、标致e-208、现代Kona、大众ID系列、宝马IX3/ X1、奔驰EQ系列、蔚来ES6、小鹏P7、哪吒U、爱驰U5、广汽AionV、AION LX PLUS、吉利几何A等已上市车型均搭载了高镍电池。受此带动，高镍三元材料出货量快速增长。

GGII统计数据显示，2021年全球高镍三元出货量为30.9万吨，同比增长120.71%，占三元正极材料总出货量的41.76%；其中，中国高镍（8系及以上）三元材料出货17万吨，同比增长181%。

高镍三元电池作为国内外主机厂高端车型的主流选择，其应用不断加速。据高工锂电不完全统计，包括宝马i3、奔驰EQS、奥迪Q4 e-tron、凯迪拉克LYRIQ、雪佛兰Bolt EUV、广汽丰田2022款 iA5、大众2022 ID.4 CROZZ、Lucid Air、高合HiPhi X、智己L7等国内外中高端车型将于2022年集中上市。

随着后期高镍电池成本进一步下降和固态电池产业化提速，预计高镍正极材料在未来10年仍将保持高速增长态势，到2030年全球出货量有望达500万吨以上。

针对此，容百科技、厦钨新能、长远锂科等正极材料企业不断加快高镍三元材料的研发进度，并不断取得突破。

例如，容百科技在2016年完成了第一代NCM811的开发和中试，2017年实现大规模量产，并实现出货快速增长。为进一步提升市场竞争力，容百科技还在研发下一代超高镍正极产品，进一步降低高镍材料的瓦时成本和提升能量密度。目前，公司第二代Ni90体系正在开发中，已进入批量量产阶段，第三代Ni96体系正在配合客户开发，预计今年实现小规模量产。

此外，中日韩头部电池企业还将下一代电池的目标，瞄准镍含量90%以上甚至完全无钴的高镍电池或固态电池，并且制定较为明确的量产计划表。这意味着超高镍三元正极材料将成为未来发展方向。

2、高电压化：综合性能优越，应用提速

高电压化路线是以中镍三元材料为基础，通过提高其电压平台使得正极材料在更高电压下脱出更多的锂离子，从而实现更高比容量和平均放电电压，进而达到提升能量密度的目的。从当前实际应用的主要产品来看，高电压Ni6系典型产品（Ni65）的实际能量密度735.15Wh/kg已与Ni8系典型产品的739.32Wh/kg接近。

目前高电压化以中镍三元材料为基本路线，在原材料、生产工艺、加工成本方面均优于高镍化三元；同时，由于高电压材料的镍含量相对较低，生产工艺不如高镍三元复杂，因此高电压化正极材料在提升能量密度的同时还兼具了一定的安全性改善。

凭借优越的综合性能，高电压化三元材料市场日渐打开，主要正极厂商、部分电池企业入局此领域，并加速其应用。

例如，正极厂商方面，厦钨新能开发出新款4.4V高电压6系三元材料，并成功应用到续航里程超过1000公里的电动车上；长远锂科高电压4.3V和4.35V三元正极材料已批量用于动力电池领域，4.4V三元正极材料逐步应用于数码电池领域。

电池厂商方面，中创新航于2020年在全球率先采用高电压三元电池材料技术量产590模组电池，并在主要客户广汽埃安设计的Aion-LX车型上实现装车；今年其高电压快充三元锂电芯还将搭载于Smart精灵#1，其能量密度达到250Wh/kg以上的行业领先水平，支持150kW超级快充、100kW快充及7.2kW 慢充，且在保持80%容量的前提下，可支持10年30万公里的使用寿命。 

值得注意的是，目前高电压三元正极材料还面临着一系列挑战。高电压下，由于锂离子大量脱出，三元正极材料容易出现晶体结构稳定性差、离子混排、不可逆相变等一系列问题，从而造成电池循环寿命短、热稳定性低、电解液消耗等宏观电池失效行为。

需通过金属离子掺杂、构建人工包覆层、匹配高电压电解液及添加剂等手段，对上述系列问题进行抑制。

3、单晶化：两条发展路线并行，市场需求快速增长

相较于常规二次颗粒团聚的多晶三元材料，单晶材料具有负载电压更高、循环寿命更长、安全性更高等性能。其有两个发展路线。

一是，中低镍单晶路线。大单晶产品负载电压更高，国内部分中低镍单晶材料通过高电压可与多晶高镍能量密度相当，如Ni55、NCM613等产品贵金属含量更低，产品在满足能量密度同时具有更高性价比。

二是，高镍单晶路线。高镍环境下三元材料稳定性欠佳，单晶化学性质稳定，具有更好的循环性能，相应掺杂可提升高镍三元材料的安全性能。

随着下游动力电池企业的逐步导入，单晶三元材料市场需求快速增长。数据显示，2022年Q1，单晶产量达4.9万吨，占比升至38.5%，预计2022年国内单晶三元材料的市占率有望升至40%以上。

具体来看，2022年Q1，在中镍5系、中高镍6系三元材料中，单晶材料体系占比均超过50%；2022年Q1单晶高镍8系三元材料占比已升至13.5%。

值得一提的是，三元正极材料朝高镍化、高压化及单晶化方向升级，在带来能量密度、安全性能提升和成本降低的同时，也增加了材料生产工艺难度，对相关企业在前驱体、掺杂、包覆以及材料体系理解等方面提出了更高要求。

在此情形下，三元材料领域将加速洗牌，市场或将重构，具备相关技术储备的企业有望脱颖而出，其余企业或被市场淘汰，行业竞争格局渐趋集中化。

注：图片非商业用途，存在侵权请告知删除！

本文地址：http://libattery.net/news/details187.html