在燃油供求矛盾和環(huán)境污染問題雙重危機的嚴峻挑戰(zhàn)下，人們對“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能設(shè)備將是解決這一問題的有效手段。節(jié)能與新能源汽車已成為國際汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，未來10年將迎來全球汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要戰(zhàn)略機遇期。而目前新能源汽車主要采用的動力源就是鋰電池。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)展必將帶來鋰、鈷等戰(zhàn)略金屬的快速發(fā)展。

1鋰電及正極材料市場現(xiàn)狀

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

1.1鋰電終端產(chǎn)品發(fā)展狀況

智能手機：IDC統(tǒng)計顯示，2016年全球智能手機出貨量14.7億部，增幅僅僅為2%，創(chuàng)下有記錄以來的最小同比增幅。可以發(fā)現(xiàn)，智能手機在連續(xù)數(shù)年的持續(xù)發(fā)展過程中增長動力下降，市場需求趨于飽和。筆記本電腦：由于受到平板電腦和智能手機的應(yīng)用范圍的擴展，筆記本電腦市場不斷萎縮，根據(jù)日本B3公司預測，2016年，全球筆記本電腦出貨量約為1.4億臺，筆記本電腦出貨量從2013年起已經(jīng)連續(xù)四年下滑。電動工具：由于園林和家用小型手持電動工具的不斷普及，如下頁圖3所示，電動工具出貨量2016年約為1719萬臺，增幅為2%左右。電動汽車：2016年全球新能源汽車（含PHEV+BEV）出貨量超過81萬輛，中國新能源汽車市場近三年得到政府大力扶持，迅速增長，2016年中國新能源汽車出貨量約為50萬輛，連續(xù)兩年超過全球市場份額的50%，預計全球和中國新能源汽車未來仍將保持快速增長。從以上幾個主要鋰電應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展狀況來看，3C類小型鋰電市場的發(fā)展逐步穩(wěn)定，而新能源汽車的市場迅速上升，其將成為鋰電市場的主流發(fā)展方向。

1.2鋰電池出貨量狀況

如圖5所示，過去5年，鋰電行業(yè)保持了24%的復合增長率，2016年鋰電出貨量達到118.7GWh，其中xEV用鋰電達46.8Gwh，同比增長超過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%。從市場趨勢來看，未來主要的出貨量增長點在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，正極材料市場不斷擴大，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%的復合增長率，2016年正極材料出貨量達到21.3萬噸。多元材料（NMC+NCA）已經(jīng)成為市場占比最大的鋰電正極材料。近兩年LFP得益于車用市場（中國商用車）的快速發(fā)展，增長速度也較快。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幅度。鋰電正極材料的生產(chǎn)地高度集中于中、日、韓三國，其中中國正極材料供應(yīng)商所占的比例高達55%，韓國占24%，日本占20%，其他國家約占1%。中國正極材料供應(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)中國海關(guān)進出口數(shù)據(jù)，中國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（占69%）和日本（27%）。2015年鈷酸鋰出口占65%，但近年來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

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、MP3/4等小型電子設(shè)備中。鈷酸鋰安全性較差、成本高，主要用于中小型號電芯，不適合應(yīng)用于車用動力大型鋰電中。前期在車用動力電池應(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)定性和存儲性能較差，因此在動力電池應(yīng)用上受到一定程度的限制。磷酸鐵鋰安全性和循環(huán)性能相對優(yōu)異，受到中國動力鋰電行業(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，具有能量密度高、循環(huán)壽命長、倍率特性好和安全性能高等特點，是下一代車用動力鋰離子電池正極材料的有力競爭者。

2.2小型鋰電正極材料發(fā)展趨勢

由于智能手機和平板電腦的功能和性能要求不斷發(fā)展，對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，因此智能手機鋰電池主要使用鈷酸鋰材料。隨著輕薄化、智能化的要求，對能量密度的要求越來越高，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)趨勢上來說，只有通過提升鈷酸鋰電池的工作電壓來實現(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)，國內(nèi)品牌手機已經(jīng)可以實現(xiàn)可在30分鐘充電至75%；預計到2017年充電更快，能量密度更高的2C/720Wh/L電池可量產(chǎn)，屆時手機電池在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、電動工具和電動自行車上。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，技術(shù)發(fā)展主要趨勢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提升電池容量，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，逐漸實現(xiàn)高鎳三元材料或NCA（鎳摩爾比大于80%）的成熟應(yīng)用。同時，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)對應(yīng)方案為提升充電電壓，提高三元材料鎳含量。

2.3動力鋰電正極材料發(fā)展趨勢

分析中、日、美各國2015-2020年動力電池技術(shù)規(guī)劃，可以發(fā)現(xiàn)，能量密度、成本、循環(huán)壽命是動力電池主要評價指標。對比各國數(shù)據(jù)：2015年，各國的能量密度要求基本一致，美國對成本要求最高；2020年，中國對能量密度和壽命要求最高，美國對成本要求最高。這與各國的能源價格、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)查及動力電池指標達成情況來看，目前車用動力鋰電池最大的短板在于能量密度和充電電流。也就是說如何解決終端用戶的續(xù)航里程焦慮及快速充電問題仍是動力鋰電池的主要思考方向。德國大眾汽車的技術(shù)專家認為，未來動力鋰電池提升能量密度的主要方案在于正負極材料的選擇，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）過渡，最后發(fā)展為富鋰材料，而負極材料選擇上逐漸引入硅碳負極。國際動力鋰電行業(yè)和歐美車企對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。日本和韓國的動力鋰電池技術(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。德國等歐洲國家主要采取和其它國家電池公司合作的方式發(fā)展電動汽車。中國和美國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、國軒高科等。然而隨著中國與各國新能源發(fā)展趨勢的認知逐漸趨同，中國國務(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，動力電池模塊比能量達到150Wh/kg以上，成本降至2元/Wh以下，循環(huán)使用壽命穩(wěn)定達到2000次或10年以上；到2020年，動力電池模塊比能量達到300Wh/kg以上，成本降至1.5元/Wh以下。2016年10月，我國發(fā)布了《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》，提出我國動力電池發(fā)展大致分為三個階段，第一階段至2020年，是動力電池技術(shù)提升階段，新型鋰離子電池實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，能量型鋰離子電池單體比能量達到350Wh/kg，能量功率兼顧型動力電池單體比能量達到200Wh/kg。第二階段至2025年，是動力電池產(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，比能量達到400Wh/kg以上。第三階段至2030年，是動力電池產(chǎn)業(yè)成熟階段。新體系電池實現(xiàn)實用化，電池單體比能量達到500Wh/kg以上，成本進一步下降。純電動汽車由于更長續(xù)航里程的要求，中國也逐漸轉(zhuǎn)向采用更高能量密度的多元材料體系鋰電池。國內(nèi)兩大主要磷酸鐵鋰電池廠商：比亞迪和國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)相對成熟的是常規(guī)的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(簡稱“NCM111”)，材料的比容量達到158mAh/g。但由于該材料的Co含量占過渡金屬（Ni-Co-Mn）總量的33%，Ni+Co總量占比達到67%，材料的成本相對較高，而且由于3M的專利壟斷進一步增加了專利使用成本，因此動力鋰電企業(yè)為了降低成本和規(guī)避專利問題、同時為了尋求更高能量密度的材料，逐漸轉(zhuǎn)向了LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(簡稱“NCM523”)，甚至是LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(簡稱“NCM622”)和LiNi0.80Co0.15Al0.05O2(簡稱“NCA”)。目前，國內(nèi)外一些汽車企業(yè)及主流的動力電池廠商如日本的松下、AESC、Nissan及韓國LGC、SKI、Samsung、都把材料選擇重點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)勢明顯，電池能量密度可以達到200Wh/kg以上，更高鎳含量的多元材料如LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(簡稱NCM811)、NCA能量密度更高。隨著能量密度要求的不斷提升，動力型高鎳多元材料NCM622和NCA將成為電動汽車用鋰電池的首選正極材料。

3鋰電正極材料市場展望

世界大部分國家對新能源汽車設(shè)定了規(guī)劃目標，預計到2020年全球新能源車銷量累計將超過1400萬輛，其中中國的目標數(shù)量最大。近三年以來，中國的新能源汽車產(chǎn)量出現(xiàn)了成倍的爆發(fā)式增長，目前中國已經(jīng)成為新能源汽車最大生產(chǎn)國。由于中國新能源汽車的快速發(fā)展，動力電池的需求也出現(xiàn)暴漲，導致在2015年中國出現(xiàn)動力鋰電產(chǎn)能不足的狀況，各家動力電池企業(yè)迅速擴充產(chǎn)能。2015年中國國內(nèi)動力電池的產(chǎn)能約為20GWh，預計2016年接近60GWh。新能源汽車的爆發(fā)性增長帶來了整體鋰電行業(yè)的持續(xù)高速發(fā)展，預計2018年鋰電總需求量將達到130GWh。2018年全球鋰電正極材料預計將超過30萬噸。其中三元材料將快速發(fā)展，年均復合增長率達到30%以上。未來NCM和NCA將成為車用正極材料主流，預計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。中國的碳酸鋰鹽湖儲量資源豐富，但鹽湖鋰含量較低，鋰鎂比過高，鋰資源提取難度遠高于南美，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)相對集中，中國的鋰資源大部分依賴澳大利亞和南美進口，中國市場出現(xiàn)短期緊缺，再加上碳酸鋰廠家行情看漲惜售，碳酸鋰價格出現(xiàn)了飛漲，從2015年初的4萬元/噸一路上漲到2016年4月的18萬元/噸！并且隨著新能源汽車補貼政策的重審等等因素影響，炒作因素逐漸褪去，碳酸鋰價格逐漸開始下滑。碳酸鋰價格2017年回落并穩(wěn)定在12萬元/噸左右。新能源汽車行業(yè)健康發(fā)展關(guān)系我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和能源發(fā)展戰(zhàn)略，未來3~5年鋰資源的需求量仍將維持快速增長，從鋰資源安全角度看，必須攻克我國青海西藏的鹽湖開采的技術(shù)瓶頸，降低我國鋰輝石、鋰云母供應(yīng)的開采和制造成本，增大我國鋰資源在全球碳酸鋰市場占比，為中國不斷擴大的鋰電正極材料市場保障鋰原料的供應(yīng)穩(wěn)定。

3.2鋰電正極材料的發(fā)展對鈷的影響

新能源汽車未來使用材料主要是三元材料，臺灣工研院IEK的報告顯示，2015年全球正極材料大概是17.4萬噸左右，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。未來全球新能源汽車的發(fā)展加速三元材料的需求增長，根據(jù)日本B3公司預計，到2020年，預計全球的BEV年產(chǎn)量120萬輛，鋰電版HEV和PHEV合計是310萬輛。此外預計電動大巴產(chǎn)量約10萬輛。根據(jù)國際鎳鈷年會報告，估計到2020年，車用三元材料需求將新增20萬噸/年，如果按20萬噸需求，每年新增加的鈷需求量大概要2.5萬噸左右，且預計后續(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)展中國家——剛果(金)，多年來由于剛果(金)政治經(jīng)濟不穩(wěn)定，信息透明度不高，鈷金屬的價格幾經(jīng)暴漲暴跌的過山車行情。隨著經(jīng)濟回暖和鋰電池的發(fā)展，剛果(金)的局面也逐步穩(wěn)定透明，近幾年鈷價格基本在每磅10~20美金之間波動。然而隨著新能源汽車的不斷發(fā)展，鈷價格從2016年開始穩(wěn)步上漲，7月份開始跳漲，目前倫敦金屬導報993低幅鈷價已經(jīng)到達20美元/磅，且漲勢仍未停止，未來鈷金屬價格的風險管控成為新能源汽車發(fā)展的重要議題。

由于我國鈷資源缺乏，嚴重依賴進口（90%以上依賴進口），而我國又是全球最大的鈷加工國，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。所以我們國家在發(fā)展新能源汽車的時候應(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，加強鈷的回收利用，加大國家收儲力度。