在燃油供求矛盾和環(huán)境污染問(wèn)題雙重危機(jī)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)下，人們對(duì)“開發(fā)新能源、節(jié)能降耗、減少污染”的呼聲日愈高漲。采用新能源，發(fā)展新能源汽車和大型儲(chǔ)能設(shè)備將是解決這一問(wèn)題的有效手段。節(jié)能與新能源汽車已成為國(guó)際汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，未來(lái)10年將迎來(lái)全球汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要戰(zhàn)略機(jī)遇期。而目前新能源汽車主要采用的動(dòng)力源就是鋰電池。鋰電池一般分為鋰一次電池和鋰二次電池，本文中提到的鋰電池一般指鋰二次電池。鋰電池主要由五部分構(gòu)成，即正極材料、負(fù)極材料、電解液、隔膜和包裝材料。鋰電池的核心材料是正極材料、電解液和隔膜，其中，正極材料作為鋰電池的關(guān)鍵材料，直接影響著其安全性、循環(huán)壽命、成本等，正極材料產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)的突破將成為國(guó)內(nèi)新能源和新能源汽車等戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)迅速崛起的有力推手。鋰電正極材料的發(fā)展必將帶來(lái)鋰、鈷等戰(zhàn)略金屬的快速發(fā)展。

1鋰電及正極材料市場(chǎng)現(xiàn)狀

鋰電池由于能量密度較高，輕便，循環(huán)壽命較長(zhǎng)等顯著優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦、平板電腦、智能穿戴，無(wú)人機(jī)、電動(dòng)工具等3C市場(chǎng)領(lǐng)域，近幾年鋰電池在電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用推廣也取得驕人的成績(jī)。

1.1鋰電終端產(chǎn)品發(fā)展?fàn)顩r

智能手機(jī)：IDC統(tǒng)計(jì)顯示，2016年全球智能手機(jī)出貨量14.7億部，增幅僅僅為2%，創(chuàng)下有記錄以來(lái)的最小同比增幅。可以發(fā)現(xiàn)，智能手機(jī)在連續(xù)數(shù)年的持續(xù)發(fā)展過(guò)程中增長(zhǎng)動(dòng)力下降，市場(chǎng)需求趨于飽和。筆記本電腦：由于受到平板電腦和智能手機(jī)的應(yīng)用范圍的擴(kuò)展，筆記本電腦市場(chǎng)不斷萎縮，根據(jù)日本B3公司預(yù)測(cè)，2016年，全球筆記本電腦出貨量約為1.4億臺(tái)，筆記本電腦出貨量從2013年起已經(jīng)連續(xù)四年下滑。電動(dòng)工具：由于園林和家用小型手持電動(dòng)工具的不斷普及，如下頁(yè)圖3所示，電動(dòng)工具出貨量2016年約為1719萬(wàn)臺(tái)，增幅為2%左右。電動(dòng)汽車：2016年全球新能源汽車（含PHEV+BEV）出貨量超過(guò)81萬(wàn)輛，中國(guó)新能源汽車市場(chǎng)近三年得到政府大力扶持，迅速增長(zhǎng)，2016年中國(guó)新能源汽車出貨量約為50萬(wàn)輛，連續(xù)兩年超過(guò)全球市場(chǎng)份額的50%，預(yù)計(jì)全球和中國(guó)新能源汽車未來(lái)仍將保持快速增長(zhǎng)。從以上幾個(gè)主要鋰電應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，3C類小型鋰電市場(chǎng)的發(fā)展逐步穩(wěn)定，而新能源汽車的市場(chǎng)迅速上升，其將成為鋰電市場(chǎng)的主流發(fā)展方向。

1.2鋰電池出貨量狀況

如圖5所示，過(guò)去5年，鋰電行業(yè)保持了24%的復(fù)合增長(zhǎng)率，2016年鋰電出貨量達(dá)到118.7GWh，其中xEV用鋰電達(dá)46.8Gwh，同比增長(zhǎng)超過(guò)30%。2016年IT用鋰電占比約為57%，xEV用鋰電占比約為39%，ESS用鋰電占比約為4%。從市場(chǎng)趨勢(shì)來(lái)看，未來(lái)主要的出貨量增長(zhǎng)點(diǎn)在xEV和ESS。

1.3鋰電正極材料出貨狀況

受鋰離子電池及其下游行業(yè)發(fā)展的帶動(dòng)，正極材料市場(chǎng)不斷擴(kuò)大，正極材料使用量穩(wěn)步提升，2012-2015年，鋰電正極材料行業(yè)保持了32%的復(fù)合增長(zhǎng)率，2016年正極材料出貨量達(dá)到21.3萬(wàn)噸。多元材料（NMC+NCA）已經(jīng)成為市場(chǎng)占比最大的鋰電正極材料。近兩年LFP得益于車用市場(chǎng)（中國(guó)商用車）的快速發(fā)展，增長(zhǎng)速度也較快。隨著技術(shù)不斷成熟，乘用車比例不斷上升，后續(xù)多元材料將獲得較大的增長(zhǎng)幅度。鋰電正極材料的生產(chǎn)地高度集中于中、日、韓三國(guó)，其中中國(guó)正極材料供應(yīng)商所占的比例高達(dá)55%，韓國(guó)占24%，日本占20%，其他國(guó)家約占1%。中國(guó)正極材料供應(yīng)商的產(chǎn)品不僅供應(yīng)本地鋰電廠商，還大量出口至日韓鋰電廠商。據(jù)中國(guó)海關(guān)進(jìn)出口數(shù)據(jù)，中國(guó)出口的正極材料主要是鈷酸鋰和三元材料，主要出口至韓國(guó)（占69%）和日本（27%）。2015年鈷酸鋰出口占65%，但近年來(lái)三元出口量迅速攀升，鈷酸鋰出口量逐漸下降。

2鋰電正極材料技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

2.1鋰電正極材料主要種類及特征

首先得以應(yīng)用的鋰電正極材料是鈷酸鋰，它結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、比容量高、綜合性能突出，廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、手機(jī)、MP3/4等小型電子設(shè)備中。鈷酸鋰安全性較差、成本高，主要用于中小型號(hào)電芯，不適合應(yīng)用于車用動(dòng)力大型鋰電中。前期在車用動(dòng)力電池應(yīng)用體系上主要分為錳系和鐵系。錳酸鋰結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，安全性較好，但是能量密度低、高溫循環(huán)穩(wěn)定性和存儲(chǔ)性能較差，因此在動(dòng)力電池應(yīng)用上受到一定程度的限制。磷酸鐵鋰安全性和循環(huán)性能相對(duì)優(yōu)異，受到中國(guó)動(dòng)力鋰電行業(yè)的偏好，但磷酸鐵鋰也存在諸多固有的性能問(wèn)題，能量密度低、高低溫性能、充放電特性均存在較大差距。三元材料能量密度高，循環(huán)性能優(yōu)異。多元材料鎳鈷錳酸鋰(NCM)和鎳鈷鋁酸鋰（NCA）隨著Ni、Co、Mn（Al）三種元素比例的變化顯示出不同的性能，很大程度上綜合了各種正極材料的優(yōu)點(diǎn)，具有能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、倍率特性好和安全性能高等特點(diǎn)，是下一代車用動(dòng)力鋰離子電池正極材料的有力競(jìng)爭(zhēng)者。

2.2小型鋰電正極材料發(fā)展趨勢(shì)

由于智能手機(jī)和平板電腦的功能和性能要求不斷發(fā)展，對(duì)于鋰電材料的能量密度的追求不斷上升，而鈷酸鋰在常規(guī)的正極材料中幾乎擁有最高的能量密度，因此智能手機(jī)鋰電池主要使用鈷酸鋰材料。隨著輕薄化、智能化的要求，對(duì)能量密度的要求越來(lái)越高，使用傳統(tǒng)的鈷酸鋰也已經(jīng)不能滿足性能要求。從技術(shù)趨勢(shì)上來(lái)說(shuō)，只有通過(guò)提升鈷酸鋰電池的工作電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)容量提升，鈷酸鋰的充電電壓從4.2V--4.35V--4.4V--4.45V,一路攀升。此外，作為續(xù)航能力不足的有效補(bǔ)充方案，快速充電也成為技術(shù)發(fā)展的主要的訴求之一。可快速充電的高能量密度的1.5C/700Wh/L電池在2015年已經(jīng)量產(chǎn)，國(guó)內(nèi)品牌手機(jī)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)可在30分鐘充電至75%；預(yù)計(jì)到2017年充電更快，能量密度更高的2C/720Wh/L電池可量產(chǎn)，屆時(shí)手機(jī)電池在30分鐘可充電至80%。三元材料應(yīng)用于圓柱18650電池，大量裝載在筆記本電腦、電動(dòng)工具和電動(dòng)自行車上。由于隨著能量密度要求的不斷提升，結(jié)合三元材料的性能特點(diǎn)，技術(shù)發(fā)展主要趨勢(shì)與鈷酸鋰提升工作電壓的做法不同，采用調(diào)整三元材料鎳含量來(lái)提升電池容量，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，逐漸實(shí)現(xiàn)高鎳三元材料或NCA（鎳摩爾比大于80%）的成熟應(yīng)用。同時(shí)，也有部分電池客戶采用提升工作電壓的方式提升三元材料的容量，目前較為成熟的高電壓三元材料為4.35V的NCM523。綜上所述，小型鋰電對(duì)正極材料提出的三大訴求為能量密度、快速充電和外形可塑，正極材料主要的技術(shù)對(duì)應(yīng)方案為提升充電電壓，提高三元材料鎳含量。

2.3動(dòng)力鋰電正極材料發(fā)展趨勢(shì)

分析中、日、美各國(guó)2015-2020年動(dòng)力電池技術(shù)規(guī)劃，可以發(fā)現(xiàn)，能量密度、成本、循環(huán)壽命是動(dòng)力電池主要評(píng)價(jià)指標(biāo)。對(duì)比各國(guó)數(shù)據(jù)：2015年，各國(guó)的能量密度要求基本一致，美國(guó)對(duì)成本要求最高；2020年，中國(guó)對(duì)能量密度和壽命要求最高，美國(guó)對(duì)成本要求最高。這與各國(guó)的能源價(jià)格、低碳環(huán)保訴求和鋰電池技術(shù)發(fā)展水平密切相關(guān)。從德系車企BMW發(fā)布的用戶調(diào)查及動(dòng)力電池指標(biāo)達(dá)成情況來(lái)看，目前車用動(dòng)力鋰電池最大的短板在于能量密度和充電電流。也就是說(shuō)如何解決終端用戶的續(xù)航里程焦慮及快速充電問(wèn)題仍是動(dòng)力鋰電池的主要思考方向。德國(guó)大眾汽車的技術(shù)專家認(rèn)為，未來(lái)動(dòng)力鋰電池提升能量密度的主要方案在于正負(fù)極材料的選擇，隨著能量密度的不斷提升，正極材料從三元材料（NCM111）逐步向高鎳三元材料（NCM811）過(guò)渡，最后發(fā)展為富鋰材料，而負(fù)極材料選擇上逐漸引入硅碳負(fù)極。國(guó)際動(dòng)力鋰電行業(yè)和歐美車企對(duì)于正極材料體系的選擇是基本一致的，主要選擇方向是多元材料。日本和韓國(guó)的動(dòng)力鋰電池技術(shù)主要采用鎳鈷錳酸鋰或鎳鈷鋁多元材料體系，如Panasonic、AESC（Nissan和NEC合資）、PEVE（豐田和松下合資）、日立VE、NEC、三星以及LG等均采用上述正極材料體系。德國(guó)等歐洲國(guó)家主要采取和其它國(guó)家電池公司合作的方式發(fā)展電動(dòng)汽車。中國(guó)和美國(guó)以前主要采用磷酸鐵鋰體系，如Valence公司、A123系統(tǒng)公司、比亞迪、國(guó)軒高科等。然而隨著中國(guó)與各國(guó)新能源發(fā)展趨勢(shì)的認(rèn)知逐漸趨同，中國(guó)國(guó)務(wù)院2012年7月發(fā)布的節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012―2020年）中指出，到2015年，動(dòng)力電池模塊比能量達(dá)到150Wh/kg以上，成本降至2元/Wh以下，循環(huán)使用壽命穩(wěn)定達(dá)到2000次或10年以上；到2020年，動(dòng)力電池模塊比能量達(dá)到300Wh/kg以上，成本降至1.5元/Wh以下。2016年10月，我國(guó)發(fā)布了《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》，提出我國(guó)動(dòng)力電池發(fā)展大致分為三個(gè)階段，第一階段至2020年，是動(dòng)力電池技術(shù)提升階段，新型鋰離子電池實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，能量型鋰離子電池單體比能量達(dá)到350Wh/kg，能量功率兼顧型動(dòng)力電池單體比能量達(dá)到200Wh/kg。第二階段至2025年，是動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段。固態(tài)電池、鋰硫電池、金屬空氣電池等新體系電池技術(shù)不斷取得突破，比能量達(dá)到400Wh/kg以上。第三階段至2030年，是動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)成熟階段。新體系電池實(shí)現(xiàn)實(shí)用化，電池單體比能量達(dá)到500Wh/kg以上，成本進(jìn)一步下降。純電動(dòng)汽車由于更長(zhǎng)續(xù)航里程的要求，中國(guó)也逐漸轉(zhuǎn)向采用更高能量密度的多元材料體系鋰電池。國(guó)內(nèi)兩大主要磷酸鐵鋰電池廠商：比亞迪和國(guó)軒高科都已明確在乘用車上開始使用NCM，以響應(yīng)能量密度提升的要求。多元材料體系中，隨著鎳含量提高，能量密度不斷提升。目前技術(shù)相對(duì)成熟的是常規(guī)的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(簡(jiǎn)稱“NCM111”)，材料的比容量達(dá)到158mAh/g。但由于該材料的Co含量占過(guò)渡金屬（Ni-Co-Mn）總量的33%，Ni+Co總量占比達(dá)到67%，材料的成本相對(duì)較高，而且由于3M的專利壟斷進(jìn)一步增加了專利使用成本，因此動(dòng)力鋰電企業(yè)為了降低成本和規(guī)避專利問(wèn)題、同時(shí)為了尋求更高能量密度的材料，逐漸轉(zhuǎn)向了LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(簡(jiǎn)稱“NCM523”)，甚至是LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(簡(jiǎn)稱“NCM622”)和LiNi0.80Co0.15Al0.05O2(簡(jiǎn)稱“NCA”)。目前，國(guó)內(nèi)外一些汽車企業(yè)及主流的動(dòng)力電池廠商如日本的松下、AESC、Nissan及韓國(guó)LGC、SKI、Samsung、都把材料選擇重點(diǎn)放在了高鎳含量的多元材料NCM和NCA上面。與NCM111、NCM523相比，Ni、Co、Mn含量分別為60%、20%、20%的高鎳多元材料NCM622能量密度優(yōu)勢(shì)明顯，電池能量密度可以達(dá)到200Wh/kg以上，更高鎳含量的多元材料如LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(簡(jiǎn)稱NCM811)、NCA能量密度更高。隨著能量密度要求的不斷提升，動(dòng)力型高鎳多元材料NCM622和NCA將成為電動(dòng)汽車用鋰電池的首選正極材料。

3鋰電正極材料市場(chǎng)展望

世界大部分國(guó)家對(duì)新能源汽車設(shè)定了規(guī)劃目標(biāo)，預(yù)計(jì)到2020年全球新能源車銷量累計(jì)將超過(guò)1400萬(wàn)輛，其中中國(guó)的目標(biāo)數(shù)量最大。近三年以來(lái)，中國(guó)的新能源汽車產(chǎn)量出現(xiàn)了成倍的爆發(fā)式增長(zhǎng)，目前中國(guó)已經(jīng)成為新能源汽車最大生產(chǎn)國(guó)。由于中國(guó)新能源汽車的快速發(fā)展，動(dòng)力電池的需求也出現(xiàn)暴漲，導(dǎo)致在2015年中國(guó)出現(xiàn)動(dòng)力鋰電產(chǎn)能不足的狀況，各家動(dòng)力電池企業(yè)迅速擴(kuò)充產(chǎn)能。2015年中國(guó)國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池的產(chǎn)能約為20GWh，預(yù)計(jì)2016年接近60GWh。新能源汽車的爆發(fā)性增長(zhǎng)帶來(lái)了整體鋰電行業(yè)的持續(xù)高速發(fā)展，預(yù)計(jì)2018年鋰電總需求量將達(dá)到130GWh。2018年全球鋰電正極材料預(yù)計(jì)將超過(guò)30萬(wàn)噸。其中三元材料將快速發(fā)展，年均復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到30%以上。未來(lái)NCM和NCA將成為車用正極材料主流，預(yù)計(jì)2018年三元材料使用量占車用材料的80%左右。

3.1鋰電正極材料的發(fā)展對(duì)鋰的影響

鋰電正極材料不管是哪一款都需要使用碳酸鋰或者氫氧化鋰，全球已開采的鋰資源主要集中在南美的鹽湖、澳大利亞鋰輝石礦和中國(guó)青海、西藏的鹽湖，鹽湖的開采周期2~3年，并且鋰資源作為戰(zhàn)略資源備受智利、阿根廷等南美國(guó)家政府的出口和開采政策管控。澳大利亞鋰輝石礦產(chǎn)資源供應(yīng)主要依托Talison公司，開采和供應(yīng)能力有限。中國(guó)的碳酸鋰鹽湖儲(chǔ)量資源豐富，但鹽湖鋰含量較低，鋰鎂比過(guò)高，鋰資源提取難度遠(yuǎn)高于南美，從成本和技術(shù)方面都存在較大的挑戰(zhàn)。2015年，由于新能源汽車需求的突然爆發(fā)，加上全球碳酸鋰供應(yīng)相對(duì)集中，中國(guó)的鋰資源大部分依賴澳大利亞和南美進(jìn)口，中國(guó)市場(chǎng)出現(xiàn)短期緊缺，再加上碳酸鋰廠家行情看漲惜售，碳酸鋰價(jià)格出現(xiàn)了飛漲，從2015年初的4萬(wàn)元/噸一路上漲到2016年4月的18萬(wàn)元/噸！并且隨著新能源汽車補(bǔ)貼政策的重審等等因素影響，炒作因素逐漸褪去，碳酸鋰價(jià)格逐漸開始下滑。碳酸鋰價(jià)格2017年回落并穩(wěn)定在12萬(wàn)元/噸左右。新能源汽車行業(yè)健康發(fā)展關(guān)系我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和能源發(fā)展戰(zhàn)略，未來(lái)3~5年鋰資源的需求量仍將維持快速增長(zhǎng)，從鋰資源安全角度看，必須攻克我國(guó)青海西藏的鹽湖開采的技術(shù)瓶頸，降低我國(guó)鋰輝石、鋰云母供應(yīng)的開采和制造成本，增大我國(guó)鋰資源在全球碳酸鋰市場(chǎng)占比，為中國(guó)不斷擴(kuò)大的鋰電正極材料市場(chǎng)保障鋰原料的供應(yīng)穩(wěn)定。

3.2鋰電正極材料的發(fā)展對(duì)鈷的影響

新能源汽車未來(lái)使用材料主要是三元材料，臺(tái)灣工研院IEK的報(bào)告顯示，2015年全球正極材料大概是17.4萬(wàn)噸左右，鈷酸鋰和三元材料約占70%。鈷酸鋰和三元材料都含有戰(zhàn)略小金屬鈷。未來(lái)全球新能源汽車的發(fā)展加速三元材料的需求增長(zhǎng)，根據(jù)日本B3公司預(yù)計(jì)，到2020年，預(yù)計(jì)全球的BEV年產(chǎn)量120萬(wàn)輛，鋰電版HEV和PHEV合計(jì)是310萬(wàn)輛。此外預(yù)計(jì)電動(dòng)大巴產(chǎn)量約10萬(wàn)輛。根據(jù)國(guó)際鎳鈷年會(huì)報(bào)告，估計(jì)到2020年，車用三元材料需求將新增20萬(wàn)噸/年，如果按20萬(wàn)噸需求，每年新增加的鈷需求量大概要2.5萬(wàn)噸左右，且預(yù)計(jì)后續(xù)將逐年遞增。戰(zhàn)略小金屬鈷由于資源和產(chǎn)地高度集中于非洲發(fā)展中國(guó)家——?jiǎng)偣?金)，多年來(lái)由于剛果(金)政治經(jīng)濟(jì)不穩(wěn)定，信息透明度不高，鈷金屬的價(jià)格幾經(jīng)暴漲暴跌的過(guò)山車行情。隨著經(jīng)濟(jì)回暖和鋰電池的發(fā)展，剛果(金)的局面也逐步穩(wěn)定透明，近幾年鈷價(jià)格基本在每磅10~20美金之間波動(dòng)。然而隨著新能源汽車的不斷發(fā)展，鈷價(jià)格從2016年開始穩(wěn)步上漲，7月份開始跳漲，目前倫敦金屬導(dǎo)報(bào)993低幅鈷價(jià)已經(jīng)到達(dá)20美元/磅，且漲勢(shì)仍未停止，未來(lái)鈷金屬價(jià)格的風(fēng)險(xiǎn)管控成為新能源汽車發(fā)展的重要議題。

由于我國(guó)鈷資源缺乏，嚴(yán)重依賴進(jìn)口（90%以上依賴進(jìn)口），而我國(guó)又是全球最大的鈷加工國(guó)，鈷消耗量占全球50%以上。鈷不僅僅應(yīng)用于新能源汽車，并且是特種航天事業(yè)重要的戰(zhàn)略小金屬。所以我們國(guó)家在發(fā)展新能源汽車的時(shí)候應(yīng)該高度重視鈷資源的開發(fā)。加大在全球鈷礦產(chǎn)資源的開發(fā)投入，加強(qiáng)鈷的回收利用，加大國(guó)家收儲(chǔ)力度。