三元正極材料相對磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰等傳統正極材料而言，兼具鎳、鈷、錳或鎳、鈷、鋁三種元素的特性，因而具有比容量高、循環性能好、成本低等優點，被認為是最有可能取代目前商用鈷酸鋰、磷酸鐵鋰的新型正極材料。目前三元正極材料 主要包括兩種技術路線，即以鎳鈷錳酸鋰為正極的NCM路線和以鎳鈷鋁酸鋰為正極的NCA路線。NCM 和 NCA 本質上都是為了解決鈷酸鋰（LiCoO2）或鎳酸鋰（LiNiO2）層狀結構的穩定性問題， 錳元素和鋁元素在其中均起到支撐結構的作用，對容量的提升相對有限。通常情況下錳（Mn）為 +4 價，鋁（Al）為+3 價，兩者化合價的不同對鎳（Ni）和鈷（Co）化合價的影響不同，進而對層狀化合物中陽離子的混排產生不同影響。其中錳的摻入可以引導鋰和鎳層間混合，因此改善材料的 高溫性能；鋁的摻入則在一定程度上可以改善材料的晶格結構，減少塌陷，進而改善其循環穩定性。

三元材料利用組成元素的各自優勢可以提高其綜合性能

鋰電池常用的正極材料有鈷酸鋰（LiCoO2）、錳酸鋰（LiMn2O4）、磷酸鐵鋰（LiFePO4）和以 NCM、NCA 為代表的三元材料。目前在整個電動汽車領域，國內以比亞迪為主的電動汽車主要使 用磷酸鐵鋰（LFP）作為正極材料，日韓等電動汽車主要使用錳酸鋰（LMO）和鎳鈷錳（NCM）， 特斯拉電動汽車則使用鎳鈷鋁（NCA）。對于動力電池而言，一般主要關心五大類問題：一是安 全性；二是續航能力（能量密度）；三是循環使用即壽命；四是成本；五是方便性。磷酸鐵鋰（LFP）由于能量密度低、低溫性能差、導電率低、材料成品率低一致性差等問題，將逐漸被取代；錳酸鋰 （LMO）材料本身循環壽命短、比容量較低，多用于和其他材料混合使用；三元材料尤其是 NCM憑借優異的綜合性能和較高的性價比，如高比容量、高標準電壓、高壓實密度以及優良的低溫性能， 有望逐步取代磷酸鐵鋰、錳酸鋰等傳統正極材料。

正極三元材料與鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰性能比較

2015 年全球的正極材料出貨量為 22.34 萬噸，與 2014 年相比增長 35.89%，其中 NCM、NCA 均大幅增長。NCM 主要受益于中國動力電池需求的 帶動，而 NCA 主要供給特斯拉電動車。從三元材料銷量來看，全球市場三元材料銷量呈現快速增 長態勢，由 2009 年的 1.2 萬噸快速增長至 2015 年的超過 9 萬噸，年均復合增速達到 40%。

全球正極材料出貨量（單位：萬噸）

2009-2015 年全球三元材料銷量（單位：萬噸）

目前全球較大的三元材料廠商還主要集中在中日韓 三國，合計占約 50%的市場份額。日本以其獨特的專業技術積累把控市場，而韓國企業近些年迅速崛起，無論在技術還是產品品質方面都極具競爭力。中國企業進入時間不長，由特斯拉帶動的金 瑞科技是國內第一家 NCA 材料供應商，而后其他企業紛紛涉足三元。目前國內三元材料的供應集中度正在不斷提高。

不同正極材料體系應用現狀

相對電子產品，電動汽車對三元的需求量更大，例如手機用鋰電池大約消化 5g 左右三元正極材料，而一輛乘用車動力電池對三 元正極的消耗量高達 300kg。2015 年中國 NCM 市場出貨量約為 3.05 萬噸，同比增長 45.2%，產 值約 32.7 億元，同比增長 35%；NCA 由于其較強的化學活性對電池熱管理系統要求非常高，在 國內市場出貨仍較少，2015 年出貨量約為 2000 噸。

2015 年中國新能源汽車不同電池材料占比

各類正極材料在電動專用車市場份額

各類正極材料在電動乘用車市場份額

各類正極材料在電動客車市場份

目前 NCM 三元材料的基礎專利主要由美國 3M 公司申請，3M 公司憑借強大的基礎研發實力對 NCM 的理解達到了爐火純青的地步，但同時 3M 公司并不涉及三 元材料的生產，而是通過轉讓授權專利的方式來獲取利潤，LG、SK、優美科都曾向 3M 購買三元 材料專利授權。巴斯夫則通過購買美國阿貢國家實驗室（ANL）相關專利晉升為 NCM 材料新貴。 NCA 的主要專利則主要掌握在日本松下和住友手中，專利限制在全球有效。目前三元材料的相關
專利主要集中在日韓手中，排名前三位分別是豐田、索尼和東芝，而近年來國內企業和高校也開始 布局三元專利。

全球三元材料專利擁有量排名前十的公司

主要三元正極材料在華重點專利申請排名前 10 位的機構

由于三元材料的核心技術專利仍牢牢被海外企業所把控，海外已經形成的專利保護壁壘導致國內很多材料生產商很難進入國際大廠，通過改性添加以及改良生產工藝等手段已經成為我國正極材料企業避免專利訴訟的常用手段。同時，三元材料在自身 性能、生產工藝上仍有待完善，因此從 2015 年國內三元材料專利申請情況來看，申請數量最多的仍是對三元材料生產工藝的改進和材料本身的摻雜改性，包括表面包覆和元素摻雜等。而國內高等院校和科研單位則把更多的重心放到了三元材料的回收利用方面，此外近幾年國內在富鋰及高鎳領 域也有少量的專利布局。

2015 年至今國內主要三元專利布局方向

從供給端來看， 2015 年國內前十大三元材料廠商的產能并對其未來的產能規劃及投放進度做了初步預測。目前國內三元材料的供應較為集中，湖南杉杉、廈門鎢業、寧波金和、深圳振華以及新鄉天力這前五家企業市占率達到了 67%左右，前十大廠商 2015 年的市占率在 80%左右，相對于 2014 年的 89%有所下降。主要原因是2013年國內新設的三元材料廠開始放量，大家一致看好三元材料在動力電池上的應用，由于三元動力的體量仍較小，因此電池企業并未形成穩定的供應鏈，小型三元材料企業憑借低價、靈活等優勢搶占了部分市場。電池材料本身是一個重技術、重資金的行業，例如當升 科技 4000 噸多元正極材料項目的投資額達 2.4 億元，建設周期 2 年左右，整個投資回報期長達 6.8年。隨著三元電池產業鏈的穩定與成熟，下游電芯及整車企業對材料供應的穩定性、質量的保證以及品牌越發看重，兼具技術與資金優勢的大企業相對于跟風的小企業將擁有顯著優勢，未來大企業 整體的市場份額有望保持甚至擴大。

國內前十大三元材料企業產能規劃預測

根據對未來三元材料企業發展趨勢的分析，未來國內三元材料龍頭企業產能占比仍能維持 在較高水平，參考 2015 年 79%的產能占比，預計未來前十大企業的產能占比基本維持在 80% 左右，并據此測算出國內三元材料的總產能。而根據高工鋰電資料，2015 年 NCM 中 18%用于動 力電池，EV Tank 則預測到 2017 年動力電池占比能達到 50%左右，預計未來兩年動力 電池在三元材料應用中的占比分別為 36%和 50%，同時測算出 2016 年、2017 三元材料動力部分 的整體產能在 14000 噸和 25000 噸左右。

國內三元動力電池產能測算