三元材料行业定义及分类解析：从 NCM 到 NCA 的全面解读

三元材料行业定义及分类解析：从 NCM 到 NCA 的全面解读

三元材料是指由三种化学成分（元素）、组分（单质和化合物）或零件（部件）构成的材料。在锂电池正极材料中，一般是指化学成分为的材料。当X为Mn（锰）时，即为NCM（俗称锂镍钴锰氧化物），当X为Al（铝）时，即为NCA（俗称锂镍钴铝氧化物）。

1. 行业概况

1.三元材料行业定义

三元材料是指由三种化学成分（元素）、组分（单质和化合物）或零件（部件）构成的材料。在锂电池正极材料中，一般是指化学组成为的材料。当X为Mn（锰）时，即为NCM（俗称锂镍钴锰氧化物），当X为Al（铝）时，即为NCA（俗称锂镍钴铝氧化物）。所谓的111、532、622、811型号，都是指NCM材料中x、y、z三个数的比例。例如622中的x:y:z等于6:2:2，其化学组成为LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2。 从材料微观结构来看，NCA与NCM十分相似，但由于真正实现工业规模生产的只有松下采用的LiNi0.8 Al0.05Co0.15O2，因此NCA最终成为了对它的特定指称。

图：典型锂电池正极材料

NCM与NCA本质上都是解决钴酸锂（LCO）或镍酸锂（NiO）层状结构的稳定性问题。锰和铝元素起到支撑结构的作用。锰的加入可以引导锂、镍层的混合，从而提高材料的高温性能；铝的加入可以在一定程度上改善材料的晶格结构，减少塌陷，进而提高其循环稳定性。两种技术路线本身没有区别，NCM甚至可能因为Mn的稳定性更好而具有安全优势。三元材料未来发展趋势的关键，还是看工业化应用后，哪一种的Ni含量更高。

正极三元材料与钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂性能对比：

2. 三元材料产业链图

以三元锂材料为例，产业链上游包括三元前驱体及相应的矿产资源（锂、钴、锰、镍），中游包括三元正极材料、电解液、负极材料、隔膜等，下游主要应用于3C电子、新能源汽车、储能电池等[1]。

[1] 储能电池：是指用于太阳能发电设备、风力发电设备及可再生能源中，用于储存电能的电池。

图：NCM产业链

从我国锂电池应用领域来看，动力、储能、3C等行业的快速发展成为锂离子电池行业发展的主要驱动力，动力、储能领域对锂电池需求增速不断加快。

1）3C领域仍是锂离子电池最主要的下游消费终端，但增速开始放缓，三元电池在3C领域的使用量相对较少，主要为钴酸锂电池；

2）新能源汽车市场快速发展，动力锂电池成为正极材料市场主要支撑，增长显著。三元电池作为未来动力电池的主流发展方向，将直接受益于新能源汽车市场的快速增长，也将成为未来三元材料需求的主要增长点；

3）储能蓄势待发，增长空间即将打开。预计2015年至2018年储能领域锂电池正极材料市场需求将以40%以上的年复合增长率增长。

3.三元材料行业发展现状

3.1 三元材料市场概况

受下游新能源汽车产量快速增长、3C电子产品出货量稳步增长的拉动，我国正极材料产量、产值呈现快速增长势头。2016年，我国锂电池正极材料产量为16.16万吨，同比增长43.14%；2010年至2016年，年复合增长率高达36.48%。行业产值由2010年的57亿元增长至2016年的208亿元，年复合增长率高达24.08%。

在动力锂电池快速发展的支撑下，三元材料呈现快速发展势头。受下游动力市场需求影响，新型高压正极材料、高镍三元材料开始受到厂商重视，加大研发力度，逐步推向市场。统计数据显示，2016年中国锂电池三元材料产量5.43万吨，同比增长48.8%；产值79.8亿元，同比增长超过60%，其产值占比是四大正极材料中最高的。

受2016年初政府暂停将三元锂电池客车纳入新能源汽车推广目录政策影响，2016年三元材料电池占比较2015年下降8个百分点，主要原因是纯电动专用车减少三元材料电池使用。数据显示，2016年专用车三元材料电池占比由58.99%降至24%，而磷酸铁锂电池占比则由36.25%提升至71.12%。随着客车三元电池解禁，三元电池的突出优势更加明显，尤其在客车和专用车领域，2017年第1至第5批新能源汽车推广目录中，客车和专用车三元电池占比均超过70%。

图：2015年与2016年动力电池配套占比对比

3.2 三元材料技术路线

目前三元正极材料主要有两条技术路线，即以锂镍钴锰氧化物为正极的NCM路线和以锂镍钴铝氧化物为正极的NCA路线。NCM和NCA本质上都是解决锂钴氧化物（）或锂镍氧化物（）层状结构的稳定性问题。锰和铝元素在其中都起到支撑结构的作用，对容量的提升相对有限。锰的加入可以引导锂和镍层的混合，从而提高材料的耐高温性能；铝的加入可以在一定程度上改善材料的晶格结构，减少坍塌，进而提高其循环稳定性。

（1）镍钴锰氧化物（NCM）

NCM按组分可分为低钴对称三元材料和高镍三元材料两个基本系列。前者中两种金属元素Ni/Mn的摩尔比固定为1，以维持三元过渡金属氧化物的价数平衡，代表产品为333、442三元材料。该类材料由于Ni含量低、Mn含量高，晶体结构较为完整，有向高压发展的潜力；高镍三元材料采用氢氧化物共沉淀工艺，使前驱体中Ni、Co、Mn元素在原子尺度上实现均匀分布。目前高镍三元材料的代表组分为622、811。811的物理性能与NCA十分相似，在全电池中实际克容量可超过/g，相当可观。

虽然增加镍含量可以提高容量，但负面效应也十分明显。随着镍含量的增加，Ni在Li层中的混排效应更加明显，会直接恶化其循环性能和倍率性能[2]。另外，增加镍含量使得晶体结构不太稳定、表面残碱含量增加。这些因素都会导致更加突出的安全问题，尤其是当电池单元在高温测试条件下产生大量气体时。

【2】倍率性能：是指在不同充放电电流下，电池的放电性能。

高镍产业化的技术难点在于前驱体生产、制品烧结、表面处理工艺等。其中三元材料的60%技术含量体现在前驱体的制备工艺上。前驱体制备中必须严格控制气氛和络合剂浓度，否则镍含量会偏离化学计量比，导致前驱体中碳含量过高。前驱体的质量（形貌、粒度、粒度分布、比表面积、杂质含量、振实密度等）直接决定最终烧结制品的理化指标；烧结工艺主要体现在掺杂剂的选择、烧结程序温度及气氛的控制。

NCM生产流程：

（2）镍钴铝氧化物（NCA）

国外三元NCA材料开发起步较早，国内起步较晚。据GGII统计，截至2016年底，国内从事NCA生产的企业超过15家，大部分处于初期建设发展阶段，少数企业处于小批量生产、样品测试阶段，与日韩有明显区别。目前特斯拉电动汽车采用日本松下的NCA电池，带动了全球NCA生产热潮。目前国内NCA产量约数百吨。

图：2016年底国内NCA材料企业进展情况

NCA材料工业化生产的技术难度在于首先需要掌握前驱体的共沉淀工艺，其次需要比较独特的Al掺杂技术，同时对烧结程序温度和气氛的控制要求也较高。除了材料因素外，电池生产工艺也需要与NCA材料相匹配。由于NCA材料表面碱性物质含量较高，极易吸湿，因此要求浆料涂布车间严格控制水分，防止浆料在均质过程中容易形成果冻状状态，导致无法涂布；另外，在均质过程中还需要采取一些特殊措施，如加入少量草酸改善浆料的凝结性，松下还在NMP中添加了特殊的助溶剂，改善打浆过程中的团聚现象。 另外对电解液与NCA的匹配性也有很高的要求，否则电芯会严重鼓胀，高温循环和储存也难以通过。

4. 三元材料未来发展趋势

技术向高镍化发展：三元材料镍含量的提升将提升材料容量，而整体性能受镍钴锰配比影响较大。未来随着电池能量密度需求的提升，三元材料将向高镍化发展。但考虑到镍含量的提升会影响产品的结构稳定性、热稳定性、循环性能等，高镍化趋势将考验公司对产品的把控能力。

表：不同类型NCM材料的比容量

行业集中度提升，中低端竞争更加激烈：工信部2016年推出《汽车动力电池行业监管条件》（征求意见稿），对下游动力电池企业提出了8GWh/年的基本​​要求，比原先要求高出40倍。这一政策将极大促进行业集中度提升。动力电池相关的磷酸铁锂、三元材料企业纷纷启动扩产计划，加剧行业洗牌。同时，随着规模效应，动力电池企业电池成本下降，必然对上游正极材料企业成本产生影响，要求正极材料企业满足动力电池企业对更高性能材料的要求。预计未来可能出现价格战，中低端正极材料产能过剩，技术水平较高的龙头企业可以满足动力电池企业对更高性能材料的需求。 市场集中度将进一步提高，体现强者恒强。

2. 需求侧分析

1. 近五年市场体量数据分析

受益于电动汽车动力电池、3C电池钴替代、电动工具、电动自行车等行业的快速增长，我国三元材料需求持续快速增长，2016年我国三元材料市场规模达79.8亿元、销量5.43万吨，较2015年同比增长68%、49%。

三元电池市场产量增长主要受到新能源乘用车、锂离子自行车、中低端数码锂离子电池等市场拉动，市场产值增速高于产量增速主要有以下原因：

a) 2016年新能源汽车动力电池保持快速增长，乘用车对三元材料需求增速加快；b) 镍金属、钴金属价格全年呈上涨趋势，其中年末镍金属价格较年初上涨2万余元/吨，钴金属价格上涨6万余元/吨，带动三元前驱体、成品材料价格上涨；c) 622、811、NCA等高镍材料产能逐步释放并形成销售，其价格较常规型号532高出1.5万元/吨以上，带动总产值上涨； d）2016年下半年钴酸锂价格大幅上涨，部分数码电池企业为了节省成本，在中低端数码领域加大三元材料替代钴酸锂的使用。

2.未来五年市场规模数据分析

2016年，我国新能源汽车处于政策调整期，受到查处骗补、暂停三元电池在商用车使用、电池目录及补贴政策调整、暂停发布纯电动物流车推荐目录等政策影响，新能源汽车增速为36.41%，低于年初预期。但从全球来看，中国新能源汽车市场仍是全球增速最快的市场。根据工信部最新要求，2017年1月1日起，客车将取消使用三元电池，三元材料有望保持快速增长。

2021年国内三元材料市场规模预计达378亿元，年复合增长率36.49%，主要得益于动力电池需求增长。政策推动三元材料已成必然，根据《促进汽车动力电池产业发展行动计划》，到2025年，新体系动力电池技术将实现突破，单体电池比能量达到500瓦时/公斤。目前来看，三元是最有可能达到相关要求的技术路线。根据产业信息网预测，2019年三元材料与磷酸铁锂各占半壁江山，2020年三元材料市场份额将超过55%。

3. 整体市场需求

纯电动乘用车方面，三元材料依然占据主导地位，2016年配套量占比55.95%，虽然比重较2015年下降约2.7个百分点，但其配套量却增长了4倍，达到4.65GWh。

国内三元材料型号以532为主，532三元材料最初是三星SDI为了规避美国3M的专利而研发的，但却成为市场上最畅销的三元材料。从电池形态来看，国内普遍采用圆柱形三元电池，采用叠片工艺的三元动力电池较多，其中三元圆柱电池产量大于方形叠片电池。

4.主要需求者及特点

锂离子电池电芯的核心结构包括正极材料、负极材料、电解液和隔膜等，其中正极材料在电芯制造成本和品质中占比最大，直接决定了动力电池产品的安全性、能量密度等性能。

动力锂电池行业集中度明显提升：工信部已陆续公布第292至297批《道路机动车辆生产企业及产品》目录，其中新能源汽车共入选1743款车型。其中，前五大电池企业配套车型数量占比超过50%，大部分车型集中在CATL、瓦特马、北京国能、中信国安、国轩高科。其中，CATL在今年各批目录中配套车型数量均位居第一，在客车、​​乘用车领域配套车型数量均位居第一。专用车方面，瓦特马、北京国能、CATL配套车型数量最多。

图：车型匹配数量推荐

电池厂商扩产决心：据公开资料显示，电池厂商均有明确的产能规划，目前四大电池厂商分别为比亚迪、CATL、华泰锂电、国轩高科，四家公司2016年合计锂电池产能为35.5GWh，比亚迪2020年产能规划为34GWh，CATL规划2020年产能达到50GWh。电池厂产能规划如下：

表：主要电池厂商产能规划

锂电池产能过剩推动行业洗牌：根据2017-2018年国内新能源汽车产销量及预测，2017-2018年国内磷酸铁锂电池需求量分别为16GWh和18GWh，三元锂电池需求量分别为14GWh和24GWh。国内磷酸铁锂电池产能已达63GWh，三元电池产能已达39GWh。从供需结构来看，锂电池行业目前处于产能过剩状态。

产能过剩将加速行业洗牌，具体表现在：

1）磷酸铁锂电池能量密度要求不断提高，落后产能被淘汰，具有规模、技术优势、资金实力的企业将生存下来；

2）磷酸铁锂产能扩张放缓，部分企业逐步将部分磷酸铁锂电池产能切换为三元电池产能（对于三元电池技术成熟的厂家，产线由磷酸铁锂调整为三元大概需要3个月时间，但对于没有三元电池生产技术经验的企业，产能切换可能需要2-3年时间。同时，由于电池规格型号不同，并不是所有产线都能直接切换）；

3）锂电池龙头企业持续投入三元电池产能建设，同时技术路径向高密度三元锂电池发展，如NCM（622、811）、NCA等。

主要厂商：据21世纪经济报道与威尔逊咨询有限公司联合发布的《2016年中国新能源汽车市场报告》显示，2016年国内动力电池市场出货量达28.04Gwh，三元电池出货量占比31%，其中CATL排名第一。

3 供给侧分析

1. 总体供给情况及主要参与者

目前全球最大的三元材料厂商主要集中在中日韩三国，占据约50%的市场份额。日本凭借独特的专业技术积累掌控市场，而韩国企业近年来迅速崛起，无论技术还是产品品质都极具竞争力。中国企业入局市场时间并不长，在特斯拉的带动下，金瑞科技是国内首家NCA材料供应商，随后其他企业也纷纷涉足三元。

目前，我国三元材料供应较为集中，根据研报对三元正极材料企业市占率排名，2016年排名前五的企业长源锂业、当盛科技、湖南杉杉、厦门钨业、宁波金和合计市占率约50%，前十家厂商2016年市占率约68%。随着三元电池产业链的稳定和成熟，下游电芯及整车企业越来越重视材料供应的稳定性、品质保障和品牌。兼具技术优势和资金优势的大企业将较跟风的小型企业具有明显优势，未来大企业整体市占率有望维持甚至扩大。

从目前国内主流厂商公布的产能建设及规划信息来看，主流厂商仅三元材料产能建设规模就已超过30万吨，还不包括未统计的中小企业产能，假设2017年仅达到50%的产能，这个数字就已经达到15万吨的产能，远远超过了预测的三元材料需求量，产能过剩已经开始显现。

表：国内部分三元材料厂商产能规划

主要参加人员：

（1）湖南杉杉（股票代码：.SH）

湖南杉杉成立于1992年，是中国最早进入锂离子电池材料市场的企业之一，目前是国内最大的锂离子电池材料综合供应商，综合产能位居全球前三，是唯一一家连续四年登上日本IIT研究院年报的中国锂电池材料厂商，与三星、LG、索尼等国际知名企业建立了战略合作关系。公司产品包括锂电池正负极材料、电解液、正极材料前驱体等。2016年公司正极材料销售收入达2503.41亿元。

（2）厦门钨业股份有限公司（股票代码：.SH）

厦门钨业股份有限公司成立于1997年，业务涵盖钨、钼、稀土、新能源材料及房地产等。钨产业经过30年的发展，已形成从钨矿山、冶炼、深加工到钨二次资源回收的完整钨产业链，其中灯用钨丝占世界市场的50%以上。稀土产业已形成从稀土矿开发、冶炼分离、稀土功能材料（稀土永磁材料、储能材料、发光材料等）到科研应用较为完整的产业体系。在新能源材料领域，打造了锂电池正极材料和镍氢电池负极材料（储氢合金）两大产品系列。其中锂电池正极材料包括钴酸锂、三元材料、锰酸锂和磷酸铁锂等。 2016年，公司电池材料实现销售收入2050.51亿元。

（3）天利锂能（股票代码：.OC）

新乡市天利锂能有限公司成立于2009年，注册资本2100万元，是目前国内规模最大的集研发、生产、销售为一体，专业生产二次动力电池材料的生产企业。公司主要产品为新型锂离子电池正极材料镍钴锰氧化物产品系列，年产能5000吨；镍氢电池负极材料储氢合金粉产品系列，年产能1000吨；一次性锌锰电池负极材料锌粉产品系列，年产能3000吨。2016年，公司三元材料实现销售收入31072万元。

（4）当圣科技（股票代码：.SZ）

公司是一家从事新能源材料研发和生产的北京市高新技术企业，主要从事钴酸锂、多元材料、锰酸锂等小型锂电池及动力锂电池正极材料的研发、生产和销售。公司是国内首家出口锂电池正极材料的供应商，在国际六大锂电池巨头中拥有三星SDI、LG化学、三洋能源、深圳比克、比亚迪等5家客户。2016年，公司锂电池正极材料销售收入达1156.58亿元。

2.上游环节及供给侧主要参与者

三元材料产业链上游主要包括三元前驱体及相应的矿产资源（锂、钴、镍、锰矿及废料回收等）。随着新能源汽车产业的快速发展，钴、锂的用量及价格均有所提升，目前市场处于供大于求的状态。

（1）锂矿及碳酸锂

锂矿资源基本处于垄断局面，2014年，前五大公司控制了全球82%的锂供应，天齐锂业与共同控制（天齐锂业持股51%，持股49%）后，控制了全球约50%的锂供应。

表：主要全球锂矿供应商

碳酸盐是生产三元材料的主要原材料，碳酸盐的材料成本超过了三元材料的总成本。具有经济回收价值的稀缺的锂资源高度集中在盐湖锂提取公司SQM，FMC和公司的手中，因此，碳酸盐的全球定价能力基本上集中在上述公司中，基本上是对新能材料的需求。使用碳酸锂的价格从2014年的40,000元/吨上升到当前的160,000元/吨。

图：2014年至2016年碳酸盐价格趋势图表

国内主要的锂资源公司及其生产能力如下：

（2）钴

世界的钴储量主要集中在非洲，最大的储备金国家是刚果的47％，占全球总储备金的储备很小。中国的钴矿石是对新能量车的需求，钴价格在2016年下半年的反弹。 根据研究报告“ 于2015年10月22日发布的强劲需求，有限的供应，钴市场转折点接近”，可以预测，从2015年到2020年，全球钴供应和需求余额将继续改善，并且在2016年的供应不足将在2016年不足。到2020年，到2020年， 的短缺将扩展到6,600 TONS。

参与国内钴矿石资源的主要企业如下：

（1） Group

Group是一个享誉全球的非货币和化学合资企业，将采矿，选择和冶炼是中国最大的镍，钴和铂金属金属生产商，并且中国是第三大铜生产者。许可证。由其控制的矿产储备包括大约435万吨镍，995万吨铜，430,000吨钴和1,110吨钴金属储量

（2）宝石（库存代码：.sz）

GEM的收购也大大提高了钴行业的发展潜力EL粉末材料和回收技术工业基础。

（3）中国冶金集团公司（股票代码：.SH）

该公司是世界上最大的工程和建筑企业之一，这是一家多专业，跨境，跨国超级大型企业集团，具有工程合同，资源开发，设备制造和房地产开发，作为中国冶金集团的主要业务。巴布亚新几内亚的U镍堡项目。该项目在该项目达到完整的生产后，生产了20年的使用寿命。

（4） （股票代码：.SH）

该公司是一家高科技企业，专注于钴和铜的非有产金属的冶炼，其产品的深层处理主要用于锂离子电池阳性材料的领域全面的钴生产能力在中国和世界上排名第二。

（5）硫酸镍

硫酸盐主要用于电池和电压行业。从理论上讲，每吨NCM 111、532、622、811和NCA的需求分别为0.91、1.36、1.63、2.16和2.19吨。

图：不同类型的三元阴极材料（吨）所需的硫酸镍含量

根据亚洲金属的数据，2016年镍的国内产量为247,000吨，在2017年上半年，同比增长了32.4％。 2018年的7和470,000吨。根据国内新能源汽车政策规划，国内对三元阳性电极材料的需求预计为76,100吨，116,600吨和2017 - 2019年的157,400吨，复合增长率为44％； 受益于高镍比例的快速增加，对硫酸镍镍的相应需求是90,900吨，151,100吨和213,600吨，分别可以在短期内，硫酸盐的生产能够完全覆盖供应，但要考虑到何种构成硫酸盐的生产。环境保护政策可能会影响制造商的运营速度，从而导致供应量远低于生产能力，也可能导致供求需求差距。

图：2016年至2020年对硫酸镍的估计需求

图：硫酸镍价格趋势从2014年到日期

主要制造商：

GEM，MCC和 Co.，Ltd。

4.法律，法规和工业政策的分析

行政部门：政府监督工业和信息技术部是我国锂离子电池行业的主管部门，负责提出新的工业化发展策略和政策，协调和解决新工业化过程中的主要问题;为行业和通信行业的行业计划，计划和工业政策的实施，提议优化工业布局和结构，起草相关法律和规则，参与能源节省和资源的全面利用，清洁生产计划，以及组织和协调相关的主要演示项目和新产品，新技术，新设备和新材料的促进和应用。

行业管理：主要行业协会包括中国化学和物理能源行业协会和中国电池行业协会。

中国化学和物理力量来源行业协会是一个国家第一级协会，在中华人民共和国的民事事务部注册，其主管部门是工业和信息技术部。

中国炮台行业协会成立于1988年。中国人民共和国民事事务部的批准和批准是合法的。

该行业的主要政策如下：

参与五个行业的主要上市公司的摘要