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鋰電網訊：根據國家工信部《汽車產業中長期發展規劃》，要求2020年動力電池單體能量密度達到300Wh/kg，這是業界努力攻關的目標之一。

從目前技術來看，高鎳三元正極+硅碳負極是最可行的商業化方案，正極高鎳化趨勢非常明確。而在2025年后有一定不確定性，需跟蹤富鋰錳基和固態電池的商業化進展，因此高鎳三元正極產品生命周期預計至少5-10年。目前圓柱型動力電池已率先實現高鎳產品量產，方形、軟包電池突破在即，2019年行業將迎來高鎳產品量產的普遍性突破。

到了2020年NCM811正極市場規模將突破200億。你不了解一下?

核心邏輯：

1、高鎳動力電池規模量產拐點已至，高鎳化是中周期產業趨勢。

2、2018年811正極開始放量，20年市場將破200億。

3、高鎳正極技術門檻大幅提升，將重塑產業格局。

4、高鎳正極用鈷量減少，成本顯著下降，盈利能力增強。

高鎳動力電池優勢明顯，可顯著提升能量密度降低單位成本。

能量密度顯著提高，輕量化降低百公里電耗，提升乘用車續航里程。目前811動力電池產品相比523產品能量密度可能提升15-20%，后續高鎳正極產品進一步性能優化可提升至30%以上。能量密度提升意味著同等重量的電池可以提供更多帶電量，實現輕量化降低百公里電耗的同時顯著提升續航里程，這對于空間有限且對續航性能敏感的乘用車至關重要。

相同良率下，能量密度提升將顯著降低動力電池單位成本。電芯能量密度=正極克容量x電壓x正極質量占比，811正極克容量較高，可以在其他材料用量不變的情況下提升電芯容量，意味著每wh其他材料用量成本降低，在同樣良率的情況下，電芯的每wh成本將同比例下降，以目前811的克容量做測算，不考慮合格率影響，每wh成本可下降14%左右。

由于811動力電池產品處于產業化初期，生產環境要求嚴苛及工藝控制難度較大，導致合格率較低進而提高了生產成本。但隨著量產經驗的積累，正極及電池廠商技術實力逐步提升，預計良品率將逐步提高，高鎳動力電池成本優勢將逐步顯現。

圓柱型電池已率先實現高鎳產品量產，方形、軟包電池突破在即。從主流企業技術進展來看，日韓在高鎳動力電池量產上領先，國內企業正在快速追趕。圓柱型電池龍頭公司比克的高鎳產品已經量產，在江淮 iEV7S、江淮大眾首款車型以及造車新勢力的云度π3和小鵬的車型上均會采用。

方形及軟包的龍頭公司寧德時代與孚能的高鎳產品均有望于四季度量產，2019年行業將迎來高鎳產品量產的普遍性突破。

2020年NCM811正極需求將達7.7萬噸，市場規模將破200億。NCM111及523由于量產難度較低，在2017年為市場主流，2018年過渡到單晶523及622體系，811開始放量，2019年811比例將大幅提升，2020年NCM811正極需求將達7.7萬噸，市場規模將達205億。

目前在鋰電池四大主材中，三元正極市場集中度最低，2017年三元正極出貨量最高的容百也只有不到13%的市場份額，與負極、隔膜、電解液龍頭市占率普遍在25-30%相比，三元正極市場格局最為分散，且相比同為正極的鈷酸鋰集中度也明顯較低。高鎳正極將重塑產業格局的原因在于技術門檻大幅提升，高品質性能的高鎳正極難度非常大。具體摻雜包覆的參數控制，以及產線的工藝管控難度都要大很多。333和523差別不大，523到622難度略有提升，但811是個突變點，難度顯著提升，可真正實現高鎳正極批量出貨的廠商數將顯著減少。

目前處于高鎳正極產業化初期，多家廠商積極推動高鎳正極產能落地，從絕對產能規劃來看，2018-2019年將開始密集投放高鎳正極產能，2019年底高鎳正極產能將達到17萬噸左右。但產能落地距離批量產出優質產品仍有較大距離，尤其部分廠商更多具備NCA量產經驗而非NCM811，同時客戶認證亦需要較長周期。正極成本結構中，原材料成本占比80%左右，價格競爭將不會是主要手段，預計競爭將較為有序。

NCM811相比NCM523，鈷含量從12.21%下降至6.06%，折算到動力電池每kwh用鈷量從0.22kg下降至0.09kg，后續隨鎳比例進一步提升，鈷用量將進一步下降。在鈷價55萬/噸左右情況下，單噸811正極相比523用鈷成本可下降3.4萬左右，且鈷價越高成本優勢越明顯。而811正極的加工成本相比523高2萬/噸左右，未來有望縮減至1萬/噸，因此目前總體成本811正極相比523低1.4萬/噸左右。

目前NCM811報價在24萬元/噸左右，而NCM523動力型主流價在21-21.5萬元/噸，價差在2.5-3萬/噸。考慮到NCM811正極總成本相比523低1.4萬/噸左右，單噸毛利增加3.9-4.4萬，盈利能力顯著提升。毛利率將逐步回落，穩態盈利能力也將高于523。

三元523及111正極的技術含量更多在前驅體環節，而在高鎳正極體系下，正極燒結環節的技術含量也顯著增加，在以加工費定價的模式下，穩態情況高鎳正極環節的毛利也將高于523產品。目前動力三元523毛利率在15%，622在20%，811在25%左右，考慮到隨著高鎳正極產能投放，811毛利率預計將下滑至較為穩定的20%左右。

硬核技術干貨：

在三元材料中，三種元素所起作用不同，相對含量高低影響整體材料性能：

1)Ni是主要活性物質之一，對容量有顯著影響，其相對含量提升，克容量增加;

2)Co也是活性物質，既能穩定材料的層狀結構，又能減小陽離子混排，便于材料深度放電，從而提高材料的放電容量;

3)Mn4+呈電化學惰性，主要起穩定結構的作用。

Ni表現為高容量，低安全性;Co表現為高成本，高穩定性;Mn表現為高安全性、低成本。為了得到低成本、高容量的三元材料，通過提高Ni的相對含量，降低Co、Mn的比例，放電容量有明顯增加，但循環性能和熱穩定性幾乎線性下降。

高鎳正極的循環性能及熱穩定性較差原因主要在于：

1)Li/Ni容易發生混排，而高鎳正極更為嚴重。由于Ni2+與Li+半徑接近，在脫鋰過程中，Li+脫嵌形成空位，Ni2+容易遷移到鋰位，從而造成鋰的析出，在不斷的重復反應過程中，混排比例增加，材料層級結構塌陷，導致性能大幅減弱，因此循環性能較差。

2)三元材料中Ni含量的增加，熱分解溫度降低，放熱量增加，材料熱穩定性變差。此外，高鎳正極Ni4+含量高，Ni4+具備強氧化性，會分解電解液，為了保持電荷平衡，材料中會釋放出氧氣，破壞晶體結構，從而使材料的穩定性變差。

因此高鎳正極需要摻雜、包覆做材料改性方能在實際產業化中應用。

1)體相摻雜改性：通過改變材料的晶格常數或材料中部分元素的價態來提高材料結構的穩定性，提高材料的電子電導率和離子電導率，降低陽離子混排。摻雜主要分為陽離子摻雜(Al、Mg、Ti、Zr、Mo、Cr)、陰離子摻雜(F)和陰陽離子共摻雜(AlF3、MgF2)等。陽離子Al、Mg等摻雜可以抑制Li/Ni混排，抑制充放電過程的相轉變，改善循環性能。陰離子F摻雜可以將結構中部分M—O鍵替換成更加穩定的M—F鍵，提高結構穩定性，減少正極與電解液的反應，降低循環過程中界面電阻的增加，改善循環穩定性。

2)表面包覆改性：通過減小正極與電解液直接接觸導致的電解液氧化分解，減少材料在充放電循環過程中晶體結構的坍塌，并能抑制SEI膜的生長，從而提高電池的循環及安全性能。包覆材料主要為無電化學活性的無機材料，如AlPO4、Al2O3、AlF3、MgO、TiO2等。同時，表面堿性過大會影響正極材料電化學性能的發揮，并且會影響材料的涂布質量，表面包覆能有效降低三元材料的表面堿性。

高鎳正極的核心技術在于摻雜包覆工藝，同時燒結的設備精度及工藝要求也大幅提升，技術難度顯著增加。

目前三元正極工業化生產采用的主流生產工藝為：共沉淀法制備前驅體，然后將其與鋰源混合固相燒結制成三元材料。摻雜在前驅體和燒結環節均可，包覆則主要集中在燒結環節，主要原因在于前驅體液相包覆工藝技術難度大，類精細化工控，在燒結環節實現包覆需要進行二次或多次燒結。

摻雜包覆的難點在于摻雜包覆元素選擇、工藝方法以及參數控制以得到均勻的摻雜包覆效果。燒結環節的核心設備窯爐劃分為多個溫區，高鎳正極在燒結過程中多溫區的溫度控制精度要求顯著高于523等產品，同時由于正極材料氧空位的存在會誘發Ni/Li混排，高鎳正極材料需要純氧氣氛燒結，對設備的精度及密閉性要求極高。高鎳正極需要一次性燒結完成，不像523等產品可以進行返燒，整體的工藝要求也明顯提高，技術難度顯著增加。