本篇為《材料化工行業2020年度藍皮書》的產業熱點篇的鋰電池材料產業研究。鋰電池材料作為新能源材料的重要類型，本篇從發展現狀梳理、發展趨勢分析、發展建議和標桿企業介紹等方面對鋰電池材料產業的整體情況做出研究和分析。

     一、鋰電池行業發展現狀

       01、鋰電池的定義與分類

        鋰電池是一種充電電池，又被稱為二次電池或蓄電池，工作原理為通過鋰離子（Li+）在正負極之間定向移動來實現充放電功能。

       鋰電池有多種類型，按照正極材料的不同，可分為鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰和鎳鈷鋁酸鋰等；按照電解質的不同，可分為液鋰電池和聚合物電池。兩者工作原理基本相同，不同的是前者的電解液以液態存在，而后者以固態或膠態聚合物來充當電解液。
 

       02、我國鋰電池市場規模

       據沙利文數據統計，我國鋰電池市場規模從2014年645.3億元增長至2018年的1494.7億元人民幣，年復合增長率達23.4%。伴隨電子產品的不斷升級更新、新能源汽車強勢發展以及政府對于節能環保要求的提高，鋰電池的市場空間有望進一步擴大，預計2023年市場規模有望達到3294.8億元。
 

       03、鋰電池產業鏈

       鋰電池的產業鏈主要由上游參與者原材料供應商、中游參與者鋰電池生廠商和下游的終端客戶三部分組成。鋰電池的上游包括正極材料、負極材料、電解液材料和隔膜等供應商；中游企業為鋰電池生產商，通過對上游原材料的加工，生產出不同規格的鋰電池電芯，根據終端用戶的不同需求，提供不同的鋰電池電芯、模組和電池包方案；下游則為使用用戶，根據使用目的的不同可分為三大類，儲能領域、動力領域和消費領域。
 

       二、鋰電池材料行業發展現狀

       01、鋰電池的材料構成

       鋰電池材料主要包含正極材料、負極材料、電解液和隔膜四大主材，其他材料包括鋁塑膜和導電劑等部分。

       正極材料的材質是影響鋰電池的能量密度和安全性的主要因素，正極材料的購買成本決定著鋰電池的總成本。據沙利文數據顯示，鋰電池成本中，正極材料約占總成本的30%以上，其次為隔膜、電解液和負極材料。
 

       02、正極材料行業發展現狀

       目前主流的電池以磷酸鐵鋰及三元材料為主，2019年市場占比分別為21.83%與47.62%。兩者各有特色，磷酸鐵鋰原料豐富、價格相對低廉、對環境友好，加上較好的循環性能和高安全性，在商用車、專用車及儲能領域占據優勢；三元材料能量密度高，未來在乘用車領域發展潛力大。

       國內正極材料市場競爭激烈，各主要廠商的市場占比排名變換頻繁，且企業間差距不大。
 

       2018年國內正極材料市場份額前三為廈門鎢業、湖南杉杉和北大先行，市場占比分別為8%、7.8%和7.7%；2019年正極材料出貨量排名前三的企業分別為廈門鎢業、天津巴莫和德方納米，市場占比分別為9.92%、6.44%和6.31%。
 

       03、負極材料行業發展現狀

       鋰電池負極材料主要分為碳材和非碳材兩類。鋰電池負極是由活性物質、粘結劑和添加劑制成糊狀膠合劑后，涂抹在銅箔兩側，經過干燥、滾壓制得，根據活性物質的不同可分為碳材料和非碳材料兩類。其中碳材料中的石墨類為鋰離子電池主要負極材料，具體可分為天然石墨和人造石墨兩類；非碳材料包括鈦基材料、硅基材料等。石墨類是較早應用的負極材料，與其他碳材料相比，其導電性、結晶度更高，良好的層狀結構和充放電電壓也十分適合正極材料的脫/嵌運動，且目前工藝成熟、成本較低，是較為理想的負極材料。

       作為鋰電池的核心部分，負極材料行業在中國的發展變化顯著。自20世紀90年代起，中國鋰電池負極材料從誕生至今經歷了三個發展階段。
 

       近年來，中國新能源汽車行業發展迅猛，其中新能源純電動汽車增量明顯。新能源純電動汽車產銷量的爆發推動了動力鋰電池相關行業快速發展，受動力鋰電池市場需求的大幅上升，鋰電池負極材料的市場需求顯著增長。2014年至2018年，中國鋰電池負極材料市場規模從33.2億元迅速增長至109.7億元，年復合增長率達34.8%。

       在全球范圍內新能源汽車市場需求持續增長的環境下，作為全球動力鋰電池主要供應商，寧德時代、比亞迪等中國鋰電池企業銷售規模將保持增長態勢。此外，隨著新一代通信技術的發展，3C數碼電子產品應用領域將進一步拓展，帶動3C數碼類鋰電池需求量的增加，改變近年來的增長頹勢。受益于鋰電池下游需求的持續上升，未來五年中國鋰電池負極材料市場規模將保持25.7%的年復合增長率，預計2023年增長至346.5億元。
 

       負極材料市場競爭格局基本穩定，貝特瑞是龍頭企業。從全球角度來看，主流的負極材料企業分布在中日兩國，總體表現為寡頭壟斷態勢。根據石墨邦的數據，2019年貝特瑞負極材料市場占比達22%，貝特瑞、上海杉杉、江西紫宸三家公司共同占整個負極市場約60%的市場份額。
 

       04、鋰電池隔膜材料行業發展現狀

       鋰電池隔膜是鋰電池正極和負極之間的一層薄膜，在鋰電池進行電解反應時，鋰電池隔膜可以用來分隔正極和負極防止短路現象的發生，同時允許電解質離子自由通過，是鋰電池的關鍵組件之一。

       根據物理和化學特性，鋰電池隔膜可分為織造膜、非織造膜（無紡布）、微孔膜、復合膜、碾壓膜等。根據應用領域，鋰電池隔膜可分為動力類鋰電池隔膜、數碼類鋰電池隔膜和其他功能類隔膜。在新能源汽車、儲能電站、航天航空、醫療及電子產品等領域，鋰電池隔膜的應用范圍最為廣泛。
 

       在鋰電池的關鍵組件中，鋰電池隔膜的技術壁壘較高，長期依賴進口，在中國實現國產化的時間最晚。中國鋰電池隔膜行業經歷了進口依賴、技術積累和高速發展階段，經過不斷的發展，中國企業生產的鋰電池隔膜性能逐步提升，獲得了業內的普遍認可，國產化率穩步提升。

       新能源行業的快速發展，帶動了鋰電池行業的迅速發展，鋰電池隔膜作為鋰電池的四大關鍵材料之一，市場需求不斷攀升。
 

       鋰電池隔膜是重資產、技術密集型行業，當前眾多國內廠商不斷加大研發投入力度，擴張鋰電池隔膜產能。星源材質、金輝高科、中科科技、滄州明珠等企業實現鋰電池隔膜產業化，迅速占領國內鋰電池隔膜市場，并已向多個國際鋰電池廠商批量供貨。

       同時，鋰電池隔膜行業兩極分化的趨勢也十分明顯。低端鋰電池隔膜市場集中度低且呈無序競爭狀態，市場趨于飽和，參與者主要為中國企業；高端鋰電池隔膜市場產品具有質量要求高、技術壁壘高的特點，市場參與者主要為日韓廠商及國內少數領先企業。

       未來不具備自主研發能力的鋰電池隔膜企業競爭力逐漸下降，發展空間逐漸萎縮。掌握鋰電池隔膜核心技術、產品性能穩定的企業市場占有率將逐步提升。能夠擴充產能，率先占據優勢，降低產品生產成本，擁有高新技術水平的鋰電池隔膜企業將會在未來的發展中占得先機。落后企業退出，龍頭企業強者恒強的局面將逐漸成型并趨向穩定。

       05、鋰電池電解液材料行業發展現狀

       電解液一般由高純度的有機溶劑、電解質鋰鹽和添加劑等原料按一定比例配制構成。一般情況下，有機溶劑的占比在80-90%區間內，電解質鋰鹽占比大約8%，添加劑占比5-10%，具體配比由下游客戶的需求決定。我國鋰電池電解液行業經歷了進口依賴、國產替代和國際化階段，經過不斷的發展，國內企業生產的鋰電池電解液性能逐步提升，獲得了業內的普遍認可，國產化率穩步提升，并逐漸走向國際。

       動力電池是電解液下游占比最大的應用領域，受益于新能源汽車產業的發展，國內動力電池的需求不斷上升，帶動了鋰電池電解液的發展。我國鋰電池電解液市場規模從 2014年的13.2億元增加到2018年的26.7億元，年均復合增長率為19.3%；2014年至2017 年市場規模增速明顯，2018年市場規模有所下降。

       主要原因有兩方面：一方面，由于新能源汽車補貼退坡，動力電池企業成本壓力向上游材料企業傳導，倒逼電解液企業降低價格；另一方面，由于電解液主要原材料六氟磷酸鋰產能達到2.9萬噸左右，遠超當年的需求，六氟磷酸鋰價格下跌，帶動電解液價格下降，兩因素疊加，加上電解液行業本身產能處于過剩狀態，各企業陷入價格戰泥淖、利潤空間降低。
 

       我國電解液行業集中度高，龍頭效應明顯。電解液企業呈現階梯式分布，天賜材料、新宙邦和國泰華榮等龍頭企業因產能和技術上的優勢，處于第一梯隊；第二梯隊及以下的電池企業技術和規模優勢較弱，存在將配方以及添加劑研發外包給供應商的情況。

       在電解液價格大幅下降、產品毛利潤不斷降低的情況下，大型電解液企業通過布局上游、控制原材料成本來降低電解液售價，具備成本和規模優勢，搶占了更多市場份額；而中小企業規模小，生產成本高且產品存在同質化嚴重的問題，無法在價格和客戶資源方面和大企業競爭，因此在價格戰中出現虧損現象，被迫退出行業，行業進入洗牌階段。
 

       三、鋰電池材料行業發展趨勢

       01、正極材料趨勢洞察

       磷酸鐵鋰（LFP）在性價比和安全方面具備優勢，三元（NCM）在高能量密度方面占優。從生產技術進步的發展趨勢和行業競爭格局的角度，三元電池依舊是未來動力電池的主要技術路線。

       一方面續航里程焦慮是困擾新能源汽車發展最主要的問題，解決方式是提高電池的能量密度。三元電池這一技術指標的提升空間目前優于鐵鋰電池，技術研發人員通過增加電池正極材料鎳的占比和固態鋰電的技術發展已經讓我們看到了解決這一問題的希望。

       另一方面參考生產技術發展的歷史經驗，新技術在取代舊技術的過程中，雖然在初期會面臨成本較高、產品性能不夠穩定、使用者的消費慣性和信任成本等諸多問題，但技術更迭這一過程基本是不可逆的，上述問題會隨著產能釋放后的規模效應，技術工藝逐步成熟和新產品滲透率的提升得以解決。
 

       三元材料根據其中鎳鈷錳三種元素的占比不同可以分為111、523、622和811，此外還有鎳鈷鋁三元NCA（常見配比為8:1.5:0.5）。鎳含量越高，材料的克容量越高，對應的電池模組能量密度也越高，但相應的工藝難度也越大，安全性挑戰也越高。

       從成本角度看，三元材料中原材料成本占比接近90%，在原材料中鈷價格波動大，成本占比高。NCM811相比于NCM523鈷含量由12.2%降至6.1%，每kWh的需求量由212g下降到91g，材料上的成本優勢顯著。

       隨著高鎳三元技術持續精進，規模擴大，其成本優勢和能量密度優勢將愈發突出。根據高工鋰電數據，2020年H1我國三元材料出貨量為8.6萬噸，其中NCA8系占17.3%，占比同比增長4.5個百分點。

       磷酸鐵鋰將憑借其性價比和安全性優勢在儲能、低續航乘用車等領域散發新活力，并繼續向中高續航車滲透。磷酸鐵鋰的橄欖石結構穩定，熱失控溫度高，循環穩定性好，安全性能好；同時由于磷酸鐵鋰不含鈷等貴重金屬，價格低廉，成本優勢顯著。

       在儲能領域，對能量密度的要求相對不高，但對安全性和成本敏感度高，磷酸鐵鋰優勢顯著；以5G基站儲能為代表，公開招標基本均為磷酸鐵鋰電池。乘用車續航300-400km及以下時，磷酸鐵鋰的能量密度足夠，將憑借其性價比和安全優勢占據市場份額，同時繼續向400km以上續航車滲透。

       此前在補貼政策驅動下，三元憑借高能量密度獲得更多補貼迅速占領市場；后補貼時代，磷酸鐵鋰有望回暖。從20年工信部乘用車推廣目錄看，磷酸鐵鋰乘用車車型占比顯著高于18和19年；專用車磷酸鐵鋰占比提升趨勢也十分明顯；客車領域由于其更高的安全性要求及大容量電池成本考量，一直是磷酸鐵鋰為主。

       02、負極材料趨勢洞察

       隨著中國新能源純電動汽車補貼力度的降低以及補貼門檻的進一步提高，純電動車企對高能量密度的動力電池需求持續增加。作為影響電池性能的核心材料之一，鋰電池負極材料的性能和技術要求也隨之升高。隨著高端負極材料受到日益追捧，占領主要市場份額的頭部企業有望改善負極材料業務的盈利水平，提高行業整體盈利水平。

       目前石墨負極材料的性能逐漸接近理論值，新型負極材料的產業化蓄勢待發。作為當前主流負極材料，石墨負極材料能量密度的理論上限為372mAh/g，而行業內頭部企業的產品可以達到365mAh/g，材料性能提升空間十分有限�？紤]到政府對動力鋰電池性能要求的不斷提高以及補貼政策對高能量密度產品的補貼傾斜，新型高端負極材料的需求凸顯。

       在新型負極材料中，硅基負極材料由于具有極高的能量密度（理論比容量為4200mAh/g，遠高于傳統石墨負極材料）、較低的脫鋰電位以及相對出色的安全性能，被大型鋰電池負極材料企業作為下一代負極材料研發的主流方向。硅碳負極材料是將硅基材料的缺陷進行改良而獲得的材料，被視為硅基負極材料產業化的主要路線。

       目前，國內鋰電池負極材料廠商不斷加強硅碳負極材料的研發力度和生產規模，行業頭部企業逐漸具備硅碳負極材料產業化的能力。相比石墨負極材料，硅碳負極材料市場價格超過15萬元/噸，是高端人造石墨負極材料的兩倍，硅碳負極材料業務毛利率顯著高于傳統負極材料業務。

       因此具備硅碳負極材料規�；�生產能力的企業擁有較大的利潤空間。對于國內鋰電池負極材料行業而言，新型負極材料的產業化和普遍應用將有利于淘汰技術落后且主要依靠價格競爭的中低端負極材料制造企業，促進行業提升新型材料領域的研發動力，提高行業整體盈利能力，推動行業不斷健康發展。

       03、隔膜材料趨勢洞察

       鋰電池隔膜的生產可采用干法工藝與濕法工藝。干法工藝具有簡單、成本低、環境友好的特點，但產品性能相對較差，更適用于小功率、低容量電池。相比較而言，濕法隔膜工藝相對復雜、成本較高、易對環境造成污染，但濕法隔膜產品性能更優，適用于大功率、高容量電池。總體而言，濕法隔膜在性能和安全程度方面較干法隔膜具有顯著優勢，更能夠適應當前鋰電池向高能量密度化發展的趨勢。

       現階段，中國鋰電池隔膜行業在濕法工藝上取得了一定的進展。2006 年，中國星源材質公司自主突破并掌握濕法工藝技術，建立了濕法鋰電池隔膜生產線，此后隨著中國鋰電池隔膜濕法工藝技術的不斷突破，濕法鋰電池隔膜的市場份額逐漸擴大，2017 年之后，中國濕法鋰電池隔膜市場份額超過干法鋰電池隔膜，2018年中國濕法鋰電池隔膜市場分額達到65%。
 

       在政策指引及市場需求推動電池技術標準不斷提升的情況下，濕法隔膜更適應行業的技術進步和發展，濕法工藝隔膜比干法工藝隔膜具有更高的技術壁壘，掌握濕法技術可以促進產品性能的提升，濕法工藝技術的發展將提升鋰電池隔膜行業的競爭力，為鋰電池隔膜行業更好的發展提供支撐。

       04、電解液材料趨勢洞察

       電解液產品呈現緊跟電池技術發展的趨勢。2016年以來，普通的磷酸鐵鋰、錳酸鋰電池因其能量密度低、適用溫度區間窄等性能缺陷而逐漸退出主流電池舞臺，相關電解液產品也呈現價格大幅降低的趨勢；隨著下游新能源汽車政策對所使用的電池的能量密度、續航時間等性能提出更高要求，耐高溫、耐高壓、阻燃的新型動力電池成為新的發展趨勢，對電解液的需求也更加多元化、要求也更加細致化。

       需求的多元化導致電解液尤其是高端電解液產品定制化需求進一步提升，電解液廠商往往需要針對不同的用戶使用環境、能量密度、使用壽命等需求來定制不同的電解液配比和添加劑，而定制化的產品往往能夠帶來粘度更高的下游客戶。

       以新宙邦、國泰華榮為首的龍頭企業均在積極布局動力鋰電池相關添加劑產能并自行研發相關添加劑配方，以適應下游不斷上漲的定制需求，進而獲取更多高粘度客戶。但是，定制化的電解液產品對企業的技術、規模、資質等要求非常高。

       電解液的定制需求更多地體現在添加劑上，添加劑的不同將大幅改變電解液的性能，因此電解液企業主要更改添加劑配方來生產不同要求的定制化產品。然而添加劑技術壁壘高，對企業的研究開發能力要求極高。此外，電解液是高�；瘜W品，其儲存和運輸條件要求極高；能否與下游有定制化需求的客戶建立穩定的供應關系，則對公司的研發部門與市場營銷等職能部門的協調性要求很高；為了適應下游定制化的需求、獲取更有粘性的下游客戶，電解液企業必須提升其研發能力、儲運能力和部門協調能力，才能在定制化趨勢愈發明顯的未來取得競爭優勢。

       電解液產品的定制化趨勢提升將促使企業走出惡性價格競爭泥淖，轉而更加注重于技術提升和與下游客戶建立穩定聯系，有利于提升整個行業的技術水平，并增加下游客戶粘度從而獲得對下游更強的議價能力，推動整個電解液行業的升級發展。

     四、發展建議

       1.產業鏈上下游企業共同推動技術創新

       動力電池新技術開發的主力除了動力電池巨頭以及上游的電池材料廠商外，還有新能源車企。特斯拉是全球電動化的引領者，一直以來和松下合作研發動力電池，其規劃是在2020年實現電芯密度385Wh/kg，2025年實現500Wh/kg。寧德時代對能量密度的追求一直是“穩準快”。從寧德時代2017年的技術展望中可以看出，公司2020年之前的目標已經基本實現，2019年NCM811已經實現量產，單體電芯能量密度達到304Wh/kg。2020年以后，CATL對電芯能量密度的規劃與國家步調較為一致。

       對于電芯而言，能量密度提升的本質在于提高正負極材料的比容量以及正負極材料的電勢差。短期可以通過調節材料元素成分或改善制備工藝提高現有體系的能量密度，如無鈷高鎳技術、干電極技術；長期看，現有鋰電成熟體系的能量密度天花板已現，未來十年里，固態電池、鋰空/鋰硫電池等新體系的開發正成為龍頭企業技術創新的重點。

       國外特斯拉致力于引領無鈷化進程。在正極材料的選材方面，特斯拉一直都是高能量密度的先行者。特斯拉一直以來與日本的松下公司合作研究高鎳電池，目前三元鋰電池的鈷含量已經降到5%（馬斯克2018年推特原文數據2.8%應是鈷元素占整個電芯的質量比例，經換算，鈷元素在正極材料的質量占比為5%左右）。

       國內蜂巢能源率先推出無鈷電池概念。從蜂巢能源的關于無鈷電池的公開專利來看，無鈷電池所用正極材料為 Li1+xNiyMnzO2（0.8≤y≤0.9），配合電解液成膜添加劑，解決了正極材料較差的容量衰減問題。在三種實施案例中，無鈷NMx電芯的能量密度可與NCM811相當。該無鈷電池或將于2021年實現量產。
 

       LG化學、寧德時代、比亞迪、格林美、國軒高科、容百科技、蜂巢能源均有布局NCMA。LG化學與通用汽車合作研究NCMA四元材料，預計將于2022年推出搭載NCMA四元電池的新車型。國內的新進企業蜂巢能源宣布將于2021年實現NCMA量產。根據蜂巢能源官網資料，NCMA電池的容量為265Wh/kg。NCMA 四元電池在1C/1C的循環壽命約為2500圈，較之于 NCM三元電池提升25%。

       2.提升工藝降低成本

       從電池包的成本結構來看，電芯原材料成本占比最大。進一步拆分電芯成本，發現正極材料占比最大。三元電芯的正極材料成本占比達 38%。降低正極材料的成本對整個電池包降本效果最佳。而目前成熟的正極材料的價格已經隨著規�；�生產顯著降低，市場供需關系基本穩定，進一步大幅降價的可能性較小。因此尋找新材料、新工藝成為降本新方向。各企業對降本的熱情不竭，從材料到電池包零部件，已經涌現出許多新技術。合成三元材料的平價替代、研制新的制備裝配工藝等是各個公司研發的熱點。

     五、標桿企業

       特斯拉：降本增效的極致追求者

       降本增效的極致追求者。早年與松下合作開發高能量密度的電池，是全球最先使用硅碳負極與NCA正極的車企。如今考慮自產電池，一系列新技術、新材料、新工藝被其技術研究團隊提出。在新材料方面，無鈷、單晶、新型電解液添加劑、硅納米線等新技術均有布局相關專利。特斯拉是動力電池產業鏈新技術的需求者，更是發明者與引領者。

       寧德時代：行業創新引領者

       技術創新推動龍頭加速成長。寧德時代雖然是中游電池制造商，但其對上游鋰電材料的理解也相當深刻。公司在四大材料正極、負極、電解液、隔膜領域專利達1800余項，占公司專利總量約50%。由于具備強大的人才儲備、資金實力，公司常與上游供應商合作開發新型材料與技術，帶領行業共同進化，是行業技術進步的最大受益者。

       貝特瑞：負極材料的先行者

       貝特瑞是負極材料技術突破的先行者。2000年貝特瑞掌握天然鱗片石墨的球形化技術，一舉實現天然石墨國產化，貝特瑞在天然石墨市場的市占率常年保持在50%以上。公司憑借技術優勢逐步打入三星、LG 化學、三洋、松下、索尼等日韓主流電池企業。

       新宙邦：電解液添加劑提升產品附加值

       新宙邦在電解液領域布局廣泛。公司是國內鋰離子電池電解液龍頭，在電解液溶劑、鋰鹽、電解液添加劑領域均有布局。目前公司擁有鋰離子電池電解液產能6.5萬噸/年，在建電解液產能6萬噸/年。

       在電解液添加劑方面，新宙邦于2014年收購國內主流電解液添加劑供應商張家港瀚康化工，涉足成膜添加劑VC、FEC領域。目前子公司淮安瀚康的VC產能為1000噸/年、FEC產能為1000噸/年，子公司南通新宙邦VC+FEC添加劑產能共1000噸/年。

       電解液添加劑是體現公司產品差異化的核心，可提升電解液產品溢價值。公司在電解液添加劑方面加大研發，不斷推出添加劑新產品。目前公司已擁有新型添加劑300余種，其明星產品正極成膜添加劑LDY196、負極成膜添加劑LDY269、低阻抗添加劑LDY234等顯著改善鋰離子電池高低溫性能、循環性能等。

       格林美：高鎳低鈷前驅體材料的先行者

       格林美在三元前驅體領域具備客戶資源優勢與成本優勢。公司是動力電池三元前驅體材料龍頭企業，并積極布局廢舊電池回收業務，打造“電池回收-原料再造-材料再造-電池包再造-新能源汽車服務”循環產業鏈，降低前驅體生產成本。

       格林美在NCMA四元材料開發具有先發優勢與核心技術優勢。公司三元前驅體產品定位在高鎳、單晶等高端產品，目前已經全面掌握高鎳（NCA、NCM8系、NCM9系）及單晶三元正極前驅體生產工藝。公司已在高鎳低鈷前驅體材料領域積累較多產業經驗，形成較高的技術壁壘。格林美NCMA四元前驅體材料已在進行客戶噸級認證，在NCMA四元前驅體開發方面具備先發優勢。