新能源锂电池行业报告：三元高镍化

1、行业研究正文目录1 总论 .52 三元高镍化大势所趋.82.1 三元与磷酸铁锂并行发展，高镍占比不断攀升.82.2 高镍三元性能优越，制备技术门槛高.113.高镍正极盈利能力强，成本优势显现.163.1 低钴利于成本管控，高镍利于能量密度.163.2 高镍正极吨成本高位趋降，高性能高工艺构筑盈利护城河.163.3 高镍能量密度高，瓦时成本经济性凸显.193.4 统筹整车综合成本，高镍长续航、轻量化优势明显.204 三元正极空间广阔，格局优化，高镍加速 .214.1 动力电池带动高镍正极增量空间广阔，5 年 CAGR45% .214.2 三元正极竞争格局持续优化，国内企业参与全球竞争.234.3

2、 低端产能逐步出清，龙头企业加码高镍三元 .255 重点公司 .275.1 容百科技：国内高镍正极龙头，产能扩张一体化布局.275.2 当升科技：深耕海外高端市场，产能扩张巩固行业地位 .275.3 华友钴业：产业链深度整合，产能释放增厚业绩.285.4 长远锂科：高镍布局一体化扩张，成本优势显著.28风险提示：.29敬请参阅末页重要声明及评级说明2 / 30证券研究报告行业研究图表目录图表 1 国内各系三元正极市场份额.5图表 2 各系三元正极盈利能力情景分析（万元/吨） .6图表 3 各系三元正极单瓦时营业成本（元/Wh） .6图表 4 同等电量下 NCM811 较 NCM523 营业成本

3、差值（原材料价格：万元/吨；成本差值：元/KWh） .6图表 5 国内三元正极市场集中度提升 .7图表 6 正极材料产业链 .8图表 7 各类正极材料性能比较.9图表 8 国内各类正极材料产量（万吨/年）.9图表 9 国内各类正极材料产量占比（%） .9图表 10 国内不同消费场景锂电池出货量占比（%） .10图表 11 近年动力电池装机情况.10图表 12 国内各系三元正极市场份额（%）.11图表 13 比亚迪刀片电池 .12图表 14 宁德时代 CTP 技术电池.12图表 15 各系三元正极材料性能参数比较 .12图表 16 主要企业超高镍产品研发进度 .13图表 17 三元正极生产工艺流

4、程.14图表 18 普通三元及高镍三元生产工艺差异 .15图表 19 NCM523 裸样和包覆样的第 5 周放电曲线.15图表 20 NCM523 裸样和 Mo 掺杂样的循环曲线.15图表 21 金属原材料价格走势（万元/吨）.16图表 22 三元正极的原材料价格走势（万元/吨） .17图表 23 各系三元正极的营业成本测算（单位：万元/吨；取自 2021 年 12 月至 2022 年 4 月价格数据） .17图表 24 各系三元正极单吨营业成本（万元/吨） .18图表 25 各系三元正极毛利率情况（万元/吨）.18图表 26 各系三元正极盈利能力情景分析（万元/吨） .19图表 27 各系三

5、元正极单瓦时营业成本（元/Wh） .19图表 28 各系三元正极原材料单吨成本增长率.19图表 29 同等电量下 NCM811 较 NCM523 营业成本差值（原材料价格：万元/吨；成本差值：元/KWh） .20图表 30 不同正极材料的物理指标参数 .20图表 31 各版本乘用车电池成本对单车带电量及重量的边际影响.21图表 32 中国新能源车市场由政策驱动逐步进入供给拉动需求、乃至内生需求增长阶段 .22图表 33 全球新能源汽车加速爆发，2025 年销量突破 2000 万辆.22图表 34 三元正极需求测算（车销量：万辆；装机量：GWh；需求量：吨） .23图表 35 2020 年国内三

6、元正极企业市场占有率.23图表 36 2021 年国内三元正极企业市场占有率.23图表 37 国内三元正极市场集中度提升 .24图表 38 2021 年全球三元正极企业市场份额.25图表 39 三元正极行业产能利用率.25图表 40 三元正极头部企业产能利用率 .25图表 41 主要三元正极企业扩产计划.26敬请参阅末页重要声明及评级说明3 / 30证券研究报告行业研究图表 42 2020 年国内高镍三元市场占有率 .27图表 43 2021 年国内高镍三元市场占有率 .27敬请参阅末页重要声明及评级说明4 / 30证券研究报告行业研究1 总论正极材料是锂电池的核心，成本占比约 40%，其性能

7、对电池的影响较大。在新能源汽车的强劲需求支撑下，国内正极材料市场规模不断攀升，2015-2021 年产量从 11.3 万吨快速提升至 111.2 万吨，复合增长率达 46.38%。复盘整个正极材料的发展发现，在补贴政策影响减弱后，市场竞争造成了车厂电池厂的合理选择，不同材料特性对应了不同的应用领域，而应用领域发展决定了材料的占比变化。磷酸铁锂凭借着其高安全性、低成本优势及高循环寿命，在国内补贴退潮的背景下，在储能、低续航车等领域持续焕发活力。高镍三元以较高的能量密度、逐步优化的成本及安全性在高端动力市场占据竞争优势，两者并行发展。2021 年国内高镍材料总产量达到 15.23 万吨，同比增长

8、222.4%，市场份额从 2019年的 12.5%快速提升至 38.3%。未来随着材料性能及成本方面的潜力不断释放，高镍三元核心地位将继续提升。同时，高镍三元技术门槛高，在制备工艺及生产设备方面都有严格的要求，这给后续进入者增加了难度。图表 1 国内各系三元正极市场份额201920202021NCM811及NCANCM622NCM523NCM3330%10%20%30%40%50%60%70%资料来源：鑫椤资讯，华安证券研究所考量高镍三元正极材料的盈利能力与成本优势，我们从四个维度入手：1. 低钴利于成本管控，高镍利于能量密度三元材料中，钴的作用在于可以稳定材料的层状结构,而且可以提高材料的循

9、环和倍率性能，但钴价高企且波动大，降低三元材料中钴的含量对正极厂商的整体成本控制至关重要。镍的作用在于提高增加材料的体积能量密度，但镍含量高也会导致锂镍混排，从而造成析锂，循环性能会变差。所以在稳定材料性能、保持安全性循环特性的前提下，减少钴用量，不断增大镍用量，一方面降低钴带来的成本波动，另一方面利于提高能量密度。2. 吨成本高位趋降，性能优势技术门槛制备难度塑造了高毛利横向对比 5 系 6 系材料，由于更高的原材料价格、人工及制造费用，叠加低良品率，高镍三元正极的单吨营业成本相对较高。高镍三元在纯氧环境下长时间煅烧，需要消耗更多的水电及氧气；复杂严苛的生产工艺对设备提出更高的要求，资本开支

10、大，故人工及制造费用高于中低镍三元；高镍良品率偏低意味着更多的原材料损耗，也会增加相应成本。纵向来看，近两年随着上游原材料价格普涨，各系三元正极的单吨营业成本均有明显增加。单吨高镍三元消耗的锂盐更多，因而在锂盐价格上涨时营业成本承压更大，但较高的加工费带动高镍三元毛利率均维持在较高水平，体现了较强的定价能敬请参阅末页重要声明及评级说明5 / 30证券研究报告行业研究力和盈利水平。而随着高镍三元产能扩张释放资本开支下降、技术工艺优化改进良品率提升，单位产品的营业成本有望摊薄，同时高镍带来能量密度提升与整体车辆减重与降本的优势，因此三元正极企业纷纷加大高镍布局，市场加速向高镍化倾斜。图表 2 各系

11、三元正极盈利能力情景分析（万元/吨）锂盐价格NCM523NCM622NCM811营业成本毛利率20.9814.75%24.7021.5115.08%25.2423.5419.66%27.84#1（20 万元/吨）营业成本毛利率#2（30 万元/吨）#3（40 万元/吨）#4（50 万元/吨）12.23%28.4312.58%28.9616.39%32.15营业成本毛利率10.28%34.0210.63%34.1513.82%38.08营业成本毛利率8.05%8.53%11.07%资料来源：华安证券研究所测算3. 高镍与中低镍相比，瓦时成本差异逐步收敛，且形成成本优势为了更加客观地反映各系三元正

12、极的成本差异，我们选取历史四个时间段换算为瓦时成本测算，可发现同一效用平台下高镍三元与中低镍的营业成本差异正逐步收敛，且在现阶段已经形成了对中低镍三元的明显优势。主要因素在于原材料成本，上述四个时间段内高镍的原材料单吨成本涨幅小于中低镍，故原材料差距逐步缩小；叠加资本开支下降、技术工艺优化改进良品率提升，瓦时成本逐步降至中低镍以下。图表 3 各系三元正极单瓦时营业成本（元/Wh）811 系较 523NCM523NCM622NCM811差值0.0150.001-0.001-0.0472020 年 7-12 月2021 年 1-7 月0.1940.2590.3620.5520.2010.2680.

13、3700.5430.2090.2600.3610.5052021 年 8-11 月2021 年 12 月至 2022 年 4 月资料来源：华安证券研究所测算我们通过锂盐及前驱体的价格变动分别测算 NCM811 及 NCM523 在同等电量下的营业成本，可得 NCM811 瓦时营业成本在绝大部分情况下均具有优势。考虑到锂盐价格高位，前驱体价格短期变化不大仍将保持现有水平，同时高镍正极仍有单位资本开支下降、良品率改进空间，故 NCM811 瓦时成本预计仍将占优。图表 4 同等电量下 NCM811 较 NCM523 营业成本差值（原材料价格：万元/吨；成本差值：元/KWh）资料来源：华安证券研究所测

14、算敬请参阅末页重要声明及评级说明6 / 30证券研究报告行业研究4. 整车综合考量成本、带电量、重量，高镍长续航轻量化优势明显我们以车企视角选取同等带电量与同等重量分别分析磷酸铁锂、各系三元电池Pack 的成本差异，以及对单车带电量及电池重量的边际影响。同等带电量 50KWh，磷酸铁锂电池成本较高镍三元电池下降 11%，而重量却增加 20%，折合每降本 1 万元增加重量 96.62kg，显著增加的重量将提高整车能耗从而使车企在其他的部分付出更多的成本以换取轻量化；同等电池重量 277.78kg，磷酸铁锂电池成本较高镍三元电池下降 25.9%，而带电量也减少 16.7%，折合每降本 1 万元相应

15、电量减少6.21KWh，考虑到铁锂耐低温性能较差，乘用车的续航能力或将进一步降低。需求端看，受全球新能源汽车带动，正极材料市场空间广阔。经测算，22/23 年全球三元正极的需求达 88/105 万吨，25 年预计高达 196 万吨；其中 22/23 年高镍三元的需求达 49/69 万吨，25 年预计高达 156 万吨，5 年复合增长率 46%。供给端看，正极材料行业快速发展期，技术更迭快，产品多产能扩张谨慎、成本加成定价模式造就了格局较分散。但竞争格局正逐步优化，2018 年 CR3/CR5 分别为 31%/48%，2021 年已经分别提升至 38%/56%。随着行业技术的稳定，生产工艺的成熟

16、，投建产能的释放，下游客户格局带动，正极材料集中度提升将是大势所趋，具备技术、资源、产能、客户优势的企业将在行业中脱颖而出。图表 5 国内三元正极市场集中度提升资料来源：真锂研究，华安证券研究所测算结构上看，三元正极行业特性以及较分散的格局决定了一线厂商基本满产满销供不应求，前期低端产能逐步淘汰，行业整体产能利用率逐步提升。2021 年国内三元正极产能利用率提升至 58.73%，国内前五大企业产量占行业总供应量的 50.83%，平均产能利用率达 91.02%，一线厂商有望凭借高镍、高电压中镍等高端产能最大程度实现满产满销，且不断进行产能扩张抢占市场份额，行业产能利用率与集中度有望同步提升。投资

17、建议建议关注高镍龙头容百科技，国际化布局领先的当升科技，成本优势显著的长远锂科，一体化布局完备的华友钴业。敬请参阅末页重要声明及评级说明7 / 30证券研究报告行业研究2 三元高镍化大势所趋2.1 三元与磷酸铁锂并行发展，高镍占比不断攀升锂电池是通过锂离子在正极和负极材料之间来回嵌入和脱嵌，实现化学能和电能相互转化的装置。当锂电池充电时，正极发生氧化反应，电子沿着外电路到达负极，与此同时 Li+从正极脱嵌，经过电解质并穿过隔膜嵌入负极，负极处于富锂状态。当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的 Li+脱出，又运动回正极。锂电池主要由正极材料、负极材料、隔膜、电解液四大材料构

18、成。其中正极材料是锂电池的核心，成本占比约 40%（在三元动力电池中占比 50%-60%，磷酸铁锂动力电池中占比 20%-30%），其性能对电池的影响较大，因此锂电池的命名主要以正极材料属性进行认定。目前研制成功并得到大规模商业化应用的正极材料主要有钴酸锂（LCO）、磷酸铁锂（LFP）、锰酸锂（LMO）、三元材料镍钴锰酸锂（NCM）和镍钴铝酸锂（NCA）等。正极材料属于产业链中游环节，上游包括各类金属原材料及冶炼，下游应用涵盖动力电池、3C 电池和储能等领域。图表 6 正极材料产业链资料来源：真锂研究，华安证券研究所钴酸锂工作电压高、振实密度大、电化学性能良好，凭借较为简单的工艺流程最先实现商

19、品化生产，主要用于消费电子；但缺点在于核心原材料钴的全球储量非常有限，且集中在非洲地区，当地政局动荡极大影响钴的稳定供应，导致钴的价格高企且波动较大，不利于正极厂商控制成本。锰酸锂在原材料方面储备丰富且价格低廉，但能量密度较低且高温性能差，不适合在能量密度要求较高的领域使用，下游一般应用于专用车及小型 3C 电池。磷酸铁锂安全性能良好、循环寿命长，在储能、商用车及中低续航乘用车领域得到大规模使用。三元正极充分结合镍钴锰（铝）三种元素的特性，在能量密度、安全性能方面有了较大的提升，主要匹配乘用车。敬请参阅末页重要声明及评级说明8 / 30证券研究报告行业研究图表 7 各类正极材料性能比较磷酸铁锂

20、（LFP）镍钴锰酸锂（NCM)镍钴铝酸锂（NCA)性能参数钴酸锂（LCO）锰酸锂（LMO)材料结构层状氧化物尖晶石橄榄石层状氧化物层状氧化物理论放电比容量（mah/g）270148170280278实际放电比容量（mah/g）振实密度140-1504.0-4.2100-1203.1-3.3130-150150-220180-2203.6-3.82.0-2.43.6-3.8（g/cm3）工作电压（v）3.7500-1000适中3.83.220003.653.65循环寿命（次）安全性500-1000较好1500-2000较好1500-2000较好极好价格低廉安全性好锰资源丰富稳定性好安全性高循环性

21、能优良体积能量密度低电化学性能好循环性能好能量密度高电化学性能好循环性能好能量密度高放电电压高填充性好优点缺点钴价格贵资源有限部分金属原料价格高部分金属原料价格高能量密度较低耐低温性能差资料来源：知网，容百科技招股说明书，华安证券研究所近年来主要由新能源车动力电池需求拉动正极材料规模不断攀升。2015-2021年国内正极材料年产量从 11.3 万吨快速提升至 111.2 万吨，复合增长率达 46.38%。1）过去几年国内消费电子市场低迷，3C 产品增速放缓导致钴酸锂的产量处于较低水平，产量占比从 2015 年的 28.31%快速下滑至 2021 年的 9.09%。2）锰酸锂产量总体保持平稳，2

22、020 年电动两轮车及电动工具行情向好，相应需求增加对锰酸锂市场形成支撑，当年国内锰酸锂产量达到 9.29 万吨，占比提升至 17.91%的历史最高水平。3）近几年国内正极材料市场规模的快速增长主要是由新能源汽车的强劲需求带动，动力电池出货量由 2015 年 16.9GWh 快速增长至 2021 年 226GWh，复合增长率 54.06%，占比由 35.86%提升至 69.11%。由此带来磷酸铁锂及三元正极产量由 2015 年的 3.26/4.09 万吨提升至 2021 年的 45.91/44.05 万吨，合计占比从 65.05%提升至 80.92%，成为正极材料市场的发展引擎。图表 8 国内

23、各类正极材料产量（万吨/年）图表 9 国内各类正极材料产量占比（%）钴酸锂 锰酸锂 磷酸铁锂钴酸锂锰酸锂磷酸铁锂三元材料三元材料120100806040200100%80%60%40%20%0%2015 2016 2017 2018 2019 2020 20212015 2016 2017 2018 2019 2020 2021资料来源：高工锂电，中国有色金属工业协会锂业分会，华安证券研究所资料来源：高工锂电，中国有色金属工业协会锂业分会，华安证券研究所敬请参阅末页重要声明及评级说明9 / 30证券研究报告行业研究新能源汽车动力市场已经成为锂电池最大的应用领域。2015-2021 年，国内锂电

24、池出货量从 47.1GWh 快速增长至 327GWh，复合增长率 38.12%。其中 3C 消费类电池颓势明显，出货占比从 50.27%一路下滑至 12.84%；万亿蓝海储能市场发展迎来提速，2021 年电池出货占比提升至历史最高点 14.68%；动力电池受益于新能源汽车行业高景气实现跨越式发展，2016 年以 30.8GWh 的出货量首次超过消费类电池，随后一直保持主导地位，2021 年出货占比高达 69.11%。“双碳战略+市场驱动”下新能源汽车是确定性极强的赛道，未来仍将是拉动锂电池行业增长的核心力量。图表 10 国内不同消费场景锂电池出货量占比（%）动力消费储能小型动力+电动工具100

25、%80%60%40%20%0%2015201620172018201920202021资料来源：高工锂电，华安证券研究所新能源汽车发展初期，磷酸铁锂电池一直占据主流位置，装机占比最高时达到70%。2016 年 12 月四部委调整细化新能源车补贴，规定能量密度越高、续航里程越长，相应补贴越高。高能量密度的三元电池渗透率由此迅速提升，一定程度上压制了磷酸铁锂在乘用车中的应用。2018 年三元动力电池装机量一举超过磷酸铁锂，占比最高时达到 61.82%。2019 年 3 月补贴政策提高了续航里程和能量密度门槛，额度大幅退坡。2020 年 4 月四部委继续出台政策，2020-2022 年补贴分别在上一

26、年基础上退坡 10%、20%、30%，补贴效应逐步弱化。同时 CTP、刀片技术量产装车提升了磷酸铁锂电池体积能量密度，具备价格优势的磷酸铁锂开始回暖。2021 年 7月，磷酸铁锂装机再度超过三元电池，当月装机量为 5.8GWh，占总装机量的 51.3%，比三元电池高出 2.6 个百分点。2021 年，国内动力电池装机 139.98GWh，其中磷酸铁锂装机 65.37GWh，占比提升至 46.7%，基本上占据半壁江山。图表 11 近年动力电池装机情况三元磷酸铁锂锰酸锂钛酸锂其他100%80%60%40%20%0%20172018201920202021资料来源：高工锂电，华安证券研究所敬请参阅末

27、页重要声明及评级说明10 / 30证券研究报告行业研究复盘整个正极材料的发展发现，在补贴政策影响减弱后，市场竞争造成了车厂电池厂的合理选择，不同材料特性对应了不同的应用领域，而应用领域发展决定了材料的占比变化。磷酸铁锂凭借着其高安全性、低成本优势及高循环寿命，在国内补贴退潮的背景下，在储能、低续航车等领域持续焕发活力。而随着 CTP、刀片电池的技术突破，铁锂电池的能量密度得到提高，使其在中高续航乘用车占有一定市场份额，众多厂商相继推出铁锂版本车型。高镍三元向上趋势不减，未来可期。从技术迭代和规模优势的角度考虑，高镍三元依然是未来动力电池的主要技术路线。一方面，动力电池需解决续航里程的痛点，解决

28、方式则是提高电池能量密度，相对于 CTP 和刀片电池从物理层面进行技术迭代，电化学材料体系的升级则是未来技术进步的关键，目前三元电池这一技术指标的提升空间优于磷酸铁锂电池，通过增加电池正极材料镍的占比可使得正极材料活性与放电比容量增强，从而有效提高电池能量密度，满足乘用车紧凑空间内更低重量的高续航需求；安全性，三元正极通过包覆、掺杂等技术不断优化，同时相比铁锂电池具有更广泛的温度适应性，在低温地区更有优势。另一方面，技术更迭是不可逆的，尽管在技术迭代的初期，新技术面临着成本较高、产品性能不够稳定、消费者惯性和信任成本等诸多问题，但随着技术工艺逐步成熟，产能不断释放，上述问题将逐步完善。目前，在

29、电池厂商逐步量产成熟的进步过程中，车企针对车型定位选择高镍的布局下，高镍电池占比也稳步提升。2021 年国内高镍材料（NCM811 及NCA）总产量达到 15.23 万吨，同比增长 222.4%，市场份额从 2019 年的 12.5%快速提升至 38.3%，增长迅速。未来随着材料性能及成本方面的潜力不断释放，高镍三元核心地位将继续提升。图表 12 国内各系三元正极市场份额（%）201920202021NCM811及NCANCM622NCM523NCM3330%10%20%30%40%50%60%70%资料来源：鑫椤资讯，华安证券研究所2.2 高镍三元性能优越，制备技术门槛高在新能源汽车里程焦虑

30、、充电焦虑背景下，电池能量密度的提升主要从电化学性能升级以及系统结构创新两方面着手。系统创新最具代表性的是比亚迪的刀片电池及宁德时代的 CTP、CTC 技术，基本原理是通过充分利用电池包体积以提高成组效率。宁德时代即将推出的第三代 CTP 技术（也称为麒麟电池），在相同的化学体系和同等电池包尺寸下，电量相比 4680 系统可以提升 13%。通过物理层面的结构敬请参阅末页重要声明及评级说明11 / 30证券研究报告行业研究创新，磷酸铁锂电池的发展取得长足进步，但是继续提升的空间有限，且此类技术后续或将兼容三元电池。宁德时代第三代 CTP 技术应用于三元电池的情况下，NCM电池系统重量能量密度可以

31、提升至 250Wh/kg 以上，体积能量密度则突破 450Wh/L，对应车型的续航性能更加优越。因此电池能量密度提升的关键在于锂电材料电化学性能升级。图表 13 比亚迪刀片电池图表 14 宁德时代 CTP 技术电池资料来源：无模组技术在新能源汽车动力电池中的应用与研究，华安证券研究所资料来源：无模组技术在新能源汽车动力电池中的应用与研究，华安证券研究所富锂锰基材料、半固态电池材料目前还处于研发阶段，大规模商业化仍在摸索过程中，现阶段三元材料高镍化是提升电池能量密度的重要路线。三元正极一般指NCM（镍钴锰三种金属元素）和 NCA（镍钴铝三种金属元素）。NCM 按照各金属含量不同可分为 333 型

32、 、523 型、622 型以及 811 型等。Ni2+属于活性物质，有助于提高材料的比容量，故高镍三元的能量密度相对其它材料更高；但是，过多的 Ni2+会加剧阳离子混排，使材料的循环性能恶化。Co3+保持正极层状结构稳定性，提高材料的倍率性能；但是过多的 Co3+会使可逆嵌锂容量下降，成本增加。Mn4+是非电化学活性物质，主要起骨架支撑作用，能够使锂离子嵌入和脱嵌时保持晶体结构不变；但是过量容易出现尖晶石形态而破坏材料的层状结构。NCM811 晶体属于六方晶系，是 -NaFeO2 的层状结构化合物，在比容量和振实密度指标上优于中低镍三元，拥有更高的能量密度上限，材料特性支撑高端乘用车长续航需求

33、。图表 15 各系三元正极材料性能参数比较产品类别示例图（SEM 电镜形貌）最终用途主要技术指标振实密度：2.20g/ cm（典型值）性能、成本、量产性上有较好平衡，广泛用于数码和车用电池Ni：30.001.00wt%Co：11.851.00wt%Mn：16.701.00wt%克比容量160mAh/g首次效率87.0%NCM523敬请参阅末页重要声明及评级说明12 / 30证券研究报告行业研究振实密度：2.15g/ cm（典型值）Ni：36.101.00wt%Co：12.301.00wt%Mn：11.201.00wt%克比容量170mAh/g首次效率87.0%能量密度较高但成本较高，应用于高端

34、车用电池NCM622NCM811NCA振实密度：2.45g/ cm（典型值）具有最高的能量密度、较低的综合成本，对电池企业的生产技术和设备要求较高，用于高端车用电池Ni：47.501.50wt%Co：6.600.60wt%Mn：5.500.60wt%克比容量190mAh/g首次效率87.0%振实密度：2.65g/ cm（典型值）具有最高的能量密度、较低的综合成本，对电池企业的生产技术和设备要求较高，用于高端车用电池Ni：56.001.50wt%Co：5.800.60wt%Al：0.500.20wt%克比容量195mAh/g首次效率86.0%资料来源：容百科技招股说明书，华安证券研究所高镍化已成

35、为三元正极厂商普遍共识，高镍四元以及超高镍产品正在陆续研发生产，成为下一个争夺高地。由于技术门槛较高，目前仅有头部企业有实力开展超高镍产品相关业务，未来有望抢先一步获得技术溢价。图表 16 主要企业超高镍产品研发进度企业名称当升科技2021 年最新研发进度Ni83、Ni88、Ni90 型高镍多元材料实现向海外大批量出口，批量应用于日本、韩国、欧洲和美国一线品牌电动汽车。Ni95 产品已完成国际客户验证，性能表现优异，即将进入量产阶段。目前公司正在开展超高镍多元材料 Ni98 产品的开发。Ni90 系超高镍正极材料小批量供应包括 3C、动力电池、半固态电池等领域的国内外客户，Ni95 及以上超高

36、镍材料实现小试工艺定型。超高镍产品预计 2022 年上半年大批量交付。容百科技巴莫科技9 系 NCM 及 NCMA 进入量产阶段。资料来源：各公司公告，华安证券研究所高镍三元材料技术门槛高，在制备工艺及生产设备方面都有严格的要求，这给后续进入者增加了难度。加工流程包括投料混合、煅烧、粉碎、包覆、二次煅烧、筛分、除铁、包装等。与普通的三元正极相比，高镍三元正极的区别主要在于：敬请参阅末页重要声明及评级说明13 / 30证券研究报告行业研究1）用料不同：高镍三元使用熔点更低的氢氧化锂作为原材料。如用碳酸锂作为锂源，温度过低会导致其分解不完全影响产品基本性能；若温度过高则又会加剧锂镍混排，破坏正极材

37、料的循环性能。2）工艺条件苛刻：煅烧是三元正极制备的核心工序。煅烧环境方面，通常需要在纯氧环境下经过多次烧结。由于高镍材料吸水性强，很容易与水发生反应，生成氢氧化锂，造成表面残余锂增加，进而导致材料变质。因而高镍三元正极生产全程必须严格控制湿度（10%以下）。考虑到残碱会导致材料表面阻抗增加，电池鼓包、电化学性能下降，多次烧结前需要水洗加以清除。煅烧温度方面，通常镍含量越高，烧结温度越低，一般在 700 度左右。高镍三元煅烧温度不能过高，否则会造成二次结晶，不利于锂离子的脱嵌，进而影响正极材料的循环性能及倍率性能。为了尽可能减少残余锂，高镍三元的煅烧时间一般长于普通三元。3）设备要求高：氢氧化

38、锂容易挥发且碱性很强，因此从前道工序（原料混合、装钵）、中间工序（高温煅烧、水洗）到后道工序（破碎、筛分）都有极为严苛的技术要求，耐腐蚀性和密封性标准高。因此高镍三元制备的设备价值一般比较高，导致企业资本开支较大。图表 17 三元正极生产工艺流程资料来源：容百科技招股说明书，知网，华安证券研究所敬请参阅末页重要声明及评级说明14 / 30证券研究报告行业研究图表 18 普通三元及高镍三元生产工艺差异普通三元高镍三元混料碳酸锂氢氧化锂1）直接用空气烧结2）可以不用水洗3）湿度无要求1 次烧结，时间较短1）水洗后用纯氧烧结，且必须水洗2）密封性好且湿度在 10%以下煅烧环境煅烧时间煅烧温度包覆掺杂

39、包装多次煅烧，时间长温度高，一般在 900 度左右 温度低，一般在 700 度左右可选必须无特殊要求真空包装混料高速混料机装钵刚玉含量高的匣钵烧结辊道窑炉设备要求常规设备破碎分级气流粉碎机、气流分级装置筛分振动筛除铁管道除铁器和电磁型磁选机大部分设备要求耐腐蚀性高、密闭性好资料来源：真锂研究，知网，华安证券研究所高镍三元在充分提升性能的同时，安全性问题也备受关注。为了确保材料的安全可靠性，高镍三元的制备需要利用包覆和掺杂进行改性。1）包覆改性：一方面可以在材料表面沉积一层惰性物质, 隔离正极材料与电解液之间的接触, 减少副反应的发生; 另一方面也可以沉积一层活性材料, 减少残碱的同时还可以降低

40、表面电阻。2）掺杂改性：一方面可以通过改变材料的晶格常数或部分元素的价态来提高材料结构的稳定性, 另一方面也可以通过降低阳离子混排来提高材料的电子电导率和离子电导率。图表 19 NCM523 裸样和包覆样的第 5 周放电曲线图表 20 NCM523 裸样和 Mo 掺杂样的循环曲线资料来源：高镍三元正极材料的包覆与掺杂改性研究进展，华安证券研究所资料来源：高镍三元正极材料的包覆与掺杂改性研究进展，华安证券研究所敬请参阅末页重要声明及评级说明15 / 30证券研究报告行业研究3.高镍正极盈利能力强，成本优势显现3.1 低钴利于成本管控，高镍利于能量密度三元材料中，钴的作用在于可以稳定材料的层状结构

41、,而且可以提高材料的循环和倍率性能，但钴价高企且波动大，降低三元材料中钴的含量对正极厂商的整体成本控制至关重要。在镍、钴、锰（铝）等金属原材料中，钴资源较为稀缺且分布不均，2020 年全球探明钴矿储量 710 万吨，其中刚果(金)储量 360 万吨，占比 50.70%；目前中国已探明钴储量约 8 万吨，仅占全球总储量约 1%，高度依赖进口。此外，受地缘政治及战争影响，钴供应不稳定，进一步助推钴价高位大幅波动，增大三元正极厂商的价格风险。镍的作用在于提高增加材料的体积能量密度，但镍含量高也会导致锂镍混排，从而造成析锂，循环性能会变差。所以在稳定材料性能、保持安全性循环特性的前提下，减少钴用量，不

42、断增大镍用量，一方面降低钴带来的成本波动，另一方面利于提高能量密度。近几年镍价总体上保持平稳态势，市场均价是钴价的 35%左右，有利于成本管理。随着三元正极高镍低钴化深入发展，NCM523 钴含量由 12.21%降至 NCM811 的 6.06%，每 Wh 电量的消耗量由 0.23g 下降到 0.1g；镍含量相应地从30.39%增加至 48.27%，每 Wh 电量的消耗量由 0.58g 增加到 0.8g。随着高镍低钴化深入发展，高镍三元正极的材料成本优势愈发明显。图表 21 金属原材料价格走势（万元/吨）电解钴（99.8%）电解镍（1#）电解锰(1#)8070605040302010055.5

43、523.381.752018/12019/12020/12021/12022/1资料来源：鑫椤资讯，WIND，华安证券研究所3.2 高镍正极吨成本高位趋降，高性能高工艺构筑盈利护城河三元正极的原材料主要有前驱体和锂盐，在营业成本中的占比约 90%。我们分别选取四个时间段内的前驱体及锂盐市场均价作为计算依据，分析高镍三元正极材料的成本及盈利能力。2020 年 7-12 月，原材料价格总体平稳，碳酸锂及氢氧化锂市场均价分别为4.2/4.94 万元/吨，5/6/8 系三元前驱体均价分别为 8/8.7/9.19 万元/吨。2021 年 1-7 月，原材料价格启动上涨。碳酸锂及氢氧化锂市场均价分别为敬请

44、参阅末页重要声明及评级说明16 / 30证券研究报告行业研究7.82/6.94 万元/吨，5/6/8 系三元前驱体均价分别为 10.42/11.36/12.01 万元/吨。2021 年 8-11 月，锂盐价格进入快速上行通道，碳酸锂价格分别于 8/11 月突破10/20 万元/吨。2021 年 12 月至 2022 年 4 月，锂盐价格涨势迅猛，碳酸锂价格分别于 1/2/3 月快速突破 30/40/50 万元/吨，氢氧化锂尾随其后并于 4 月实现反超。2021 年 8 月以来，前驱体价格依旧温和上涨，5/6/8 系三元前驱体均价分别为 13.65/14.36/14.86万元/吨。图表 22 三

45、元正极的原材料价格走势（万元/吨）电池级碳酸锂（左轴）三元前驱体（523型，右轴）三元前驱体（811型，右轴）电池级氢氧化锂（左轴）三元前驱体（622型，右轴）605040302010030252015105CAGR：碳酸锂 295.6%；氢氧化锂 253.2%资料来源：鑫椤资讯，华安证券研究所横向来看，由于更高的原材料价格、人工及制造费用，叠加低良品率，高镍三元正极的单吨营业成本相对较高。近两年锂盐价格复合增长率高达 250%以上，在三元正极的原材料成本占比提升至 50%左右，成为影响其成本的核心要素。高镍三元在纯氧环境下长时间煅烧，需要消耗更多的水电及氧气；复杂严苛的生产工艺对设备提出更高

46、的要求，资本开支大，故人工及制造费用（含设备折旧）高于中低镍三元。同时，高镍三元的良品率偏低意味着更多的原材料损耗，也会增加相应成本。图表 23 各系三元正极的营业成本测算（单位：万元/吨；取自 2021 年 12 月至 2022 年 4 月价格数据）NCM523NCM622NCM811单吨用量（吨）0.95单吨用量（吨）0.95单吨用量（吨）0.95价格成本价格成本价格成本前驱体锂盐14.3039.2526.54213.5814.9114.7139.2526.912.513.9814.9115.2234.6927.373.414.4614.920.380.380.43原材料成本资本开支单位折

47、旧0.20.250.34人工制造费用0.700.720.75良率95%95%93%单吨营业成本28.8929.3530.6资料来源：华安证券研究所测算敬请参阅末页重要声明及评级说明17 / 30证券研究报告行业研究纵向来看，近两年随着上游原材料价格普涨，各系三元正极的单吨营业成本均有明显增加。随着高镍三元产能扩张释放、技术工艺优化改进，单位产品的营业成本有望摊薄，与中低镍的成本差异或将收窄。图表 24 各系三元正极单吨营业成本（万元/吨）NCM523NCM622NCM8112020 年 7-12 月2021 年 1-7 月10.1313.5718.9428.8910.8714.512012.6

48、815.7621.8530.62021 年 8-11 月2021 年 12 月至 2022 年 4 月资料来源：华安证券研究所测算29.35盈利能力方面，成本加成定价模式下三元正极成本传导相对顺畅，但由于客户结构和调价时滞等因素可能导致毛利率出现阶段性下降。高镍三元制备难度大，技术壁垒高，加工费一般是中低镍的 1.5 倍左右，因而享有更高的定价，毛利率通常在 14-20%，显著高于中低镍。图表 25 各系三元正极毛利率情况（万元/吨）NCM523NCM622NCM811价格成本11.7410.1312.8210.8715.9412.682020 年 7-12 月2021 年 1-7 月2021

49、 年 8-11 月毛利率价格13.68%15.4115.19%16.4020.45%18.60成本13.5714.5115.76毛利率价格11.92%21.5011.52%22.6715.26%25.84成本18.9420.0021.85毛利率价格11.91%32.1211.76%32.7715.43%35.862021 年 12 月至2022 年 4 月成本28.8929.3530.60毛利率10.06%10.46%14.68%资料来源：华安证券研究所测算新能源汽车高景气度延续，下游需求旺盛，叠加锂资源开发高难度及长周期下的低供给弹性，锂价中枢预计仍将高位运行。我们在 20/30/40/50

50、 万元/吨四个锂价场景下展望各系三元正极毛利率水平。前驱体价格、人工制造费用、良率等要素短期较为稳定。单吨高镍三元消耗的锂盐更多，因而在锂盐价格上涨时营业成本承压更大，但较高的加工费带动高镍三元毛利率均维持在较高水平，体现了较强的定价能力和盈利水平。而随着高镍三元产能扩张释放资本开支下降、技术工艺优化改进良品率提升，单位产品的营业成本有望摊薄，同时高镍带来能量密度提升与整体车辆减重与降本的优势，因此三元正极企业纷纷加大高镍布局，市场加速向高镍化倾斜。敬请参阅末页重要声明及评级说明18 / 30证券研究报告行业研究图表 26 各系三元正极盈利能力情景分析（万元/吨）锂盐价格NCM523NCM62

51、2NCM811营业成本毛利率20.9814.75%24.7021.5115.08%25.2423.5419.66%27.84#1（20 万元/吨）营业成本毛利率#2（30 万元/吨）#3（40 万元/吨）#4（50 万元/吨）12.23%28.4312.58%28.9616.39%32.15营业成本毛利率10.28%34.0210.63%34.1513.82%38.08营业成本毛利率8.05%8.53%11.07%资料来源：华安证券研究所测算3.3 高镍能量密度高，瓦时成本经济性凸显三元正极镍含量的不同导致能量密度有所差异，同等电量下高镍三元的使用量明显更少（单位 Wh 电量分别消耗 8 系三

52、元 1.65g、6 系三元 1.85g、5 系三元 1.91g）。同一效用平台下高镍三元与中低镍的营业成本差异正逐步收敛，且在现阶段已经形成了对中低镍三元的明显优势。图表 27 各系三元正极单瓦时营业成本（元/Wh）811 系较 523NCM523NCM622NCM811差值0.0150.001-0.001-0.0472020 年 7-12 月2021 年 1-7 月0.1940.2590.3620.5520.2010.2680.3700.5430.2090.2600.3610.5052021 年 8-11 月2021 年 12 月至 2022 年 4 月资料来源：华安证券研究所测算原材料价格

53、是影响三元正极瓦时成本的核心因素。上述四个时间段内高镍三元的原材料单吨成本较高，但涨幅小于中低镍三元，故原材料差距逐步缩小；叠加资本开支下降、技术工艺优化改进良品率提升，逐步形成了对中低镍的瓦时成本优势。图表 28 各系三元正极原材料单吨成本增长率60%NCM523NCM622NCM81155%50%45%40%35%30%2021/172021/8112021/122022/4资料来源：华安证券研究所测算敬请参阅末页重要声明及评级说明19 / 30证券研究报告行业研究我们通过锂盐及前驱体的价格变动分别测算 NCM811 及 NCM523 在同等电量下的营业成本，并以两者差值来评价高镍三元是否

54、具备成本优势。同等电量下 NCM811 营业成本在绝大部分情况下均具有优势：1）当 8 系前驱体价格为 8 万元/吨且锂盐价格为 19.3 万元/吨时，NCM811 与NCM523 瓦时成本持平；2） 当前驱体价格在 8 万元/吨以上时 NCM811 瓦时成本较低，锂盐价格高于19.3 万元/吨时 NCM811 瓦时成本较低，且随原材料价格上升 NCM811 较NCM523 成本优势差值不断扩大；考虑到锂盐价格高位，前驱体价格短期变化不大仍将保持现有水平，同时高镍正极仍有单位资本开支下降、良品率改进空间，故NCM811瓦时成本预计仍将占优。图表 29 同等电量下 NCM811 较 NCM523

55、 营业成本差值（原材料价格：万元/吨；成本差值：元/KWh）资料来源：华安证券研究所测算3.4 统筹整车综合成本，高镍长续航、轻量化优势明显电池容量的增加可以提升汽车的续航能力，而同时可能会导致重量增加，反而增大整车能耗，因此电动车需要追求电池成本、带电量、重量三者之间的平衡。磷酸铁锂材料的比容量偏低，同等带电量下用量更多。而三元材料拥有更高的克容量和压实密度，有效降低体积及重量，满足汽车轻量化需求。图表 30 不同正极材料的物理指标参数比容量（mAh/g)压实密度（g/cm3)对应体积（L/KWh)对应重量（kg/KWh)磷酸铁锂NCM523NCM622NCM8111501601651852

56、.43.73.73.70.940.520.500.452.261.911.851.65资料来源：华安证券研究所测算我们以车企视角分析磷酸铁锂、各系三元电池 Pack 的成本差异，以及对单车带电量及电池重量的边际影响。1）我们选取同等单车带电量 50KWh 作为基准（2021 年全球动力电池装机296GWh，新能源汽车销量 677 万辆，折合单车带电量约 43.7 度），高镍三元电池成本较高，但重量相对较轻。磷酸铁锂电池成本较高镍三元电池下降 11%，而重量却增加 20%，折合每降本 1 万元增加重量 96.62kg。显著增加的重量将提高整车能耗从而使车企在其他的部分付出更多的成本以换取轻量化。

57、2）同等电池重量下（50KWh 高镍三元电池重量 277.78kg 为基准），高镍三元敬请参阅末页重要声明及评级说明20 / 30证券研究报告行业研究电池成本明显更高，但带电量更多。磷酸铁锂电池成本较高镍三元电池下降 25.9%，而带电量也减少 16.7%，折合每降本 1 万元相应电量减少 6.21KWh，考虑到铁锂耐低温性能较差，乘用车的续航能力或将进一步降低。综合来看，铁锂及中低镍三元电池成本有所降低，但是较低的电池能量密度会导致整车重量的增加或者带电量的下降，间接增加车企其它方面付出的成本。中高端汽车消费者对价格敏感度相对较低，更加看重汽车高性能带来的体验感，高镍三元电池可以提升汽车续航

58、能力及轻量化，满足消费者需求以强化在中高端动力市场的优势。图表 31 各版本乘用车电池成本对单车带电量及重量的边际影响LFP NCM5230.92NCM622NCM811PACK 价格（元/Wh）0.941600.951701.04180电池包能量密度（Wh/kg)150方案一：同等电量单车带电量（KWh)电池成本（万元）电池重量(kg)504.60504.70504.75505.18333.33312.50294277.78方案降本（万元）增重（kg）0.57 / -11%55.56 / +20%96.620.47/-9.2%34.72/+12.5%73.100.42/-8.2%16.34/

59、+5.9%38.45每降本 1 万元增重（kg）方案二：同等重量电池重量(kg)单车带电量（KWh)277.7841.67277.7844.44277.7847.22277.7850.005.18电池成本（万元）3.834.184.49方案降本（万元）1.34 / -25.9%8.33 / -16.7%6.211.00 /-19.3%5.56 /-11.1%5.570.69 /-13.3%2.78 /-5.6%4.03带电量减少（KWh)每降本 1 万元减少带电量（KWh)资料来源：华安证券研究所测算4 三元正极空间广阔，格局优化，高镍加速4.1 动力电池带动高镍正极增量空间广阔，5 年 CA

60、GR45%政策端：补贴逐步退坡影响消退，新能源车产业链持续提速发展，渗透率持续上行。在国务院 2030 年实现“碳达峰”、2060 年实现“碳中和”的大背景下，2025 年新能源车渗透率目标 20%，2030 年前碳达峰行动方案指出 2030 年新能源车比例目标 40%，新能源汽车补贴政策延续至 2022 年，相较于 2021 年下降了 30%，补贴逐步退坡，对于市场影响逐步消退，车企不断推出市场针对性竞争性车型，新能源车市场由政策驱动逐步进入供给拉动需求、乃至内生需求增长阶段。2021 年中国新能源汽车渗透率已经达到 13.4%，长期电动化趋势向好。市场端：“优质市场供给+终端消费需求”成为