新型鋰電材料

在當(dāng)前新一代信息技術(shù)、新能源、智能制造等新興產(chǎn)業(yè)迅速崛起的背景下，疊加中國(guó)“雙碳”目標(biāo)對(duì)新材料市場(chǎng)需求的拉動(dòng)，鋰離子電池材料的需求猛增。隨著中國(guó)“雙碳”目標(biāo)從戰(zhàn)略到落地，各行業(yè)開(kāi)始施行減碳措施，碳排放占全中國(guó)終端碳排放15%的交通領(lǐng)域勢(shì)必要率先做出改革。使用電能、氫能代替?zhèn)鹘y(tǒng)化石能源的新能源汽車(chē)是交通領(lǐng)域減碳的首選方案。目前已經(jīng)廣泛使用的鋰離子電池和極具應(yīng)用前景的氫燃料電池是新能源汽車(chē)的核心，其材料發(fā)展決定了中國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，地位的重要性顯而易見(jiàn)。

新型鋰電材料

鋰電材料產(chǎn)業(yè)生態(tài)逐漸成熟，低成本、高性能、高安全性成為主要發(fā)展方向

（一）鋰離子電池材料：跳躍在汽車(chē)電動(dòng)化浪尖的關(guān)鍵新材料

汽車(chē)電動(dòng)化浪潮驅(qū)動(dòng)鋰離子電池材料行業(yè)飛躍發(fā)展。不管從國(guó)家政策支持力度還是市場(chǎng)化發(fā)展程度來(lái)看，汽車(chē)電動(dòng)化趨勢(shì)已然不可阻擋。在政策支持方面，中國(guó)出臺(tái)了全方位的激勵(lì)政策推進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，如降低車(chē)企準(zhǔn)入門(mén)檻、延長(zhǎng)補(bǔ)貼政策期限等系列舉措，基本覆蓋了新能源汽車(chē)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈；在市場(chǎng)化發(fā)展方面，不論是比亞迪、吉利汽車(chē)等各大傳統(tǒng)車(chē)企，還是蔚來(lái)、小鵬、理想等新勢(shì)力車(chē)企都在跑馬圈地。

動(dòng)力電池作為新能源汽車(chē)核心零部件之一，需求也隨之猛增。其中鋰離子動(dòng)力電池因具有更高的能量密度和性能，是目前新能源智能汽車(chē)上應(yīng)用的主流電池。鋰離子電池是一種可以反復(fù)進(jìn)行充電、放電而使用的高能電池，其充放電功能通過(guò)鋰離子在電池正負(fù)極處中進(jìn)行可逆的嵌入與脫出實(shí)現(xiàn)。鋰離子電池由正極材料、負(fù)極材料、隔膜和電解液構(gòu)成，這四種材料被稱為鋰離子電池四大主材。

圖8.鋰離子電池充放電過(guò)程的工作原理（來(lái)源：Howstuffworks）

2021年中國(guó)新能源汽車(chē)占全球市場(chǎng)份額53%，是全球最大的新能源汽車(chē)市場(chǎng)，這也助推中國(guó)鋰電材料產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，在材料技術(shù)領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)園區(qū)建設(shè)有所建樹(shù)。本章聚焦鋰電材料前沿技術(shù)與中國(guó)鋰電產(chǎn)業(yè)園區(qū)，對(duì)中國(guó)鋰電材料產(chǎn)業(yè)進(jìn)行分析。

（二）磷酸鐵鋰和三元材料優(yōu)勢(shì)各有不同，是目前正極材料市場(chǎng)主流的研究方向

鋰離子電池通過(guò)電池正負(fù)極處的鋰離子嵌入和脫嵌來(lái)實(shí)現(xiàn)充放電功能，正極材料作為鋰離子的來(lái)源，能夠決定電池的性能，同時(shí)正極材料也是電池材料中規(guī)模最大，產(chǎn)值最高的環(huán)節(jié)，占比電池材料成本的約40-44%。

從分類來(lái)看，目前商用的鋰離子電池正極材料主要分為：錳酸鋰、鈷酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料等。其中，磷酸鐵鋰和三元材料是目前正極材料市場(chǎng)主流的研究方向。

從各材料優(yōu)勢(shì)來(lái)看，三元材料容量領(lǐng)先，磷酸鐵鋰以成本和壽命見(jiàn)長(zhǎng)。由于三元鋰電池在能量密度上占據(jù)優(yōu)勢(shì)，近幾年其在乘用車(chē)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用；磷酸鐵鋰以成本與壽命領(lǐng)先，使用磷酸鐵鋰電池車(chē)型具備長(zhǎng)壽命、高安全性、高性價(jià)比等優(yōu)勢(shì)。

從市場(chǎng)應(yīng)用情況來(lái)看，使用三元材料和磷酸鐵鋰的鋰離子電池支撐起了中國(guó)動(dòng)力電池市場(chǎng)。2020年，中國(guó)動(dòng)力電池裝車(chē)量累計(jì)63.6GWh，同比累計(jì)上升2.3%。其中三元電池裝車(chē)量累計(jì)38.9GWh，占總裝車(chē)量61.1%；磷酸鐵鋰電池裝車(chē)量累計(jì)24.4GWh，占總裝車(chē)量38.3%。

表4.磷酸鐵鋰與三元材料性能參數(shù)（數(shù)據(jù)來(lái)源：GGII、 CNKI）

（三）三元正極材料：擁有高比容量?jī)?yōu)勢(shì)的高鎳材料已成為市場(chǎng)焦點(diǎn)

20世紀(jì)90年代，以鈷酸鋰為正極材料的鋰離子電池開(kāi)始商業(yè)化應(yīng)用，為鋰離子電池的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。三元正極材料在鈷酸鋰的層狀結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，對(duì)成本、比容量、循環(huán)性能等方面進(jìn)行了優(yōu)化，形成了以鎳鈷錳酸鋰（NCM）和鎳鈷鋁酸鋰（NCA）為主的三元正極材料體系。

隨著市場(chǎng)對(duì)新能源汽車(chē)?yán)m(xù)航里程要求的提升，擁有高比容量?jī)?yōu)勢(shì)的高鎳材料成為關(guān)注的焦點(diǎn)。由于鈷元素在地球儲(chǔ)量低，價(jià)格昂貴，因此使用價(jià)格較低的鎳來(lái)降低正極材料中鈷的比例從而控制成本的方法被廣泛認(rèn)可。同時(shí)，研究表明三元材料中的鎳含量越高，比容量越大，在相同條件下對(duì)應(yīng)的電池能量密度越高，這些材料也被稱為高鎳正極材料。常見(jiàn)的高鎳正極材料有鎳鈷錳比例為8:1:1的NCM811以及鎳鈷鋁比例為80:15:5的鎳鈷鋁酸鋰（NCA）。

但鎳含量的提高也增大了正極材料前驅(qū)體的生產(chǎn)難度。尤其是NCA材料前驅(qū)體的生產(chǎn)過(guò)程中，鋁元素的加入使前驅(qū)體的生產(chǎn)難上加難，復(fù)雜的生產(chǎn)工藝限制了高鎳三元材料的普及使用。因此目前在三元正極材料研究方向上，研究人員一方面攻關(guān)生產(chǎn)工藝，降低生產(chǎn)難度，提高產(chǎn)品質(zhì)量；另一方面通過(guò)元素?fù)诫s、表面包覆等手段，對(duì)三元材料進(jìn)行改性，優(yōu)化產(chǎn)物的電化學(xué)性能。同時(shí)，三元正極材料也在繼續(xù)向低鈷化、無(wú)鈷化方向發(fā)展，以期提升電池容量，降低成本。

圖9.三元正極材料NCM層狀結(jié)構(gòu)示意圖（來(lái)源：CNKI）

（四）磷酸鐵鋰：低成本、長(zhǎng)壽命等優(yōu)勢(shì)帶來(lái)強(qiáng)大市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力

磷酸鐵鋰性能良好，且原材料價(jià)格較低，制備工藝簡(jiǎn)單，廣受市場(chǎng)認(rèn)可，成為現(xiàn)今動(dòng)力、儲(chǔ)能鋰離子電池領(lǐng)域研究和生產(chǎn)開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。

與層狀結(jié)構(gòu)的鈷酸鋰正極材料和三元正極材料不同，磷酸鐵鋰為橄欖石結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)中牢固的P-O共價(jià)鍵在電池完全充電的情況下使氧原子保持穩(wěn)定，避免其被氧化而生成氧氣釋放。這一結(jié)構(gòu)特征使磷酸鐵鋰的安全性高于層狀結(jié)構(gòu)的正極材料，在電池上的體現(xiàn)便是使用磷酸鐵鋰作為正極材料的電池安全性高、使用壽命較長(zhǎng)。

但磷酸鐵鋰材料導(dǎo)電性差，低溫條件下放電性能較差，比容量不及三元正極材料。為了改善磷酸鐵鋰正極材料的性能，研究人員通過(guò)元素?fù)诫s提高磷酸鐵鋰的倍率性能，或是通過(guò)將磷酸鐵鋰顆粒納米化來(lái)改善鋰離子傳輸問(wèn)題；通過(guò)界面包覆手段改善其電子導(dǎo)電性，提升倍率性能等。

盡管磷酸鐵鋰正極材料存在少量不足，但瑕不掩瑜，磷酸鐵鋰將與三元材料形成互補(bǔ)關(guān)系長(zhǎng)期共存。

圖10.磷酸鐵鋰充放電示意圖（來(lái)源：CNKI）

（五）負(fù)極材料：石墨材料主導(dǎo)市場(chǎng)，新型負(fù)極材料具備潛力

在鋰離子電池充放電過(guò)程中，來(lái)自正極材料的鋰離子在負(fù)極材料處進(jìn)行嵌入/脫嵌，負(fù)極材料對(duì)鋰離子電池的性能有重要影響。石墨材料憑借較高的穩(wěn)定性和較低的成本，成為當(dāng)下負(fù)極材料的主流。當(dāng)前商業(yè)化的石墨負(fù)極材料的比容量已經(jīng)接近理論值372mAh/g，因此負(fù)極材料的突破需要在新材料上發(fā)力。

以碳硅復(fù)合材料為代表的硅基負(fù)極材料具有明顯的比容量?jī)?yōu)勢(shì)（理論比容量可達(dá)900mAh/g）。同時(shí)硅基負(fù)極材料具備原材料成本低等優(yōu)點(diǎn)，是目前學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界正在探索的新型負(fù)極材料。然而以目前的研究和實(shí)踐來(lái)看，硅的結(jié)構(gòu)單元在充放電過(guò)程中伴隨著300%的體積膨脹和收縮，反復(fù)的體積變化易導(dǎo)致含硅負(fù)極材料顆粒產(chǎn)生裂紋并粉化，產(chǎn)生一系列嚴(yán)重問(wèn)題，阻礙了硅基負(fù)極材料的廣泛應(yīng)用。

鋰金屬負(fù)極材料由于其高達(dá)3860mAh/g的理論容量和最低的還原電位（相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)氫電極-3.040V）而被視作鋰電池負(fù)極材料的最終選擇。但同時(shí)鋰金屬負(fù)極材料的缺點(diǎn)也十分明顯，不可控的鋰枝晶生長(zhǎng)和不穩(wěn)定的表面 SEI 膜等問(wèn)題亟待解決。目前的研究方向以選擇尋找適合的載體結(jié)合和金屬鋰表面人工保護(hù)層設(shè)計(jì)兩方面為主。

圖11.使用復(fù)合固態(tài)電解質(zhì) SCE 抑制鋰金屬負(fù)極材料鋰枝晶生成的案例

（六）電解液材料：新型材料成本過(guò)高，固態(tài)電解質(zhì)另辟蹊徑

電解液是鋰電池關(guān)鍵材料之一，由鋰鹽、溶劑和添加劑按一定比例配制而成，是鋰離子電池中鋰離子傳輸?shù)妮d體，在正負(fù)極之間起到傳導(dǎo)鋰離子的作用。相比于其他電解質(zhì)，六氟磷酸鋰在常用有機(jī)溶劑中具備適中的離子遷移數(shù)和解離常數(shù)，與多種正負(fù)極材料相容性較好，同時(shí)工藝成熟，成本較低，是目前主流的溶質(zhì)鋰鹽。

雙氟磺酰亞鋰鹽等高性能新型鋰鹽廣受關(guān)注。隨著正極材料性能的不斷提升，鋰離子電池對(duì)電解液的要求也日益增高，雙氟磺酰亞鋰鹽等具備高性能的新型材料成為了鋰鹽的新選擇，但目前生產(chǎn)技術(shù)難度大導(dǎo)致其成本居高不下，目前尚未直接用作溶質(zhì)鋰鹽，而只能作為電解液添加劑來(lái)提升電解液性能。

以安全見(jiàn)長(zhǎng)的固態(tài)電解質(zhì)是新型解決方案。傳統(tǒng)電解液由于使用有機(jī)碳酸酯類作為溶劑，具有高活性、易燃燒等問(wèn)題，在充電過(guò)充、過(guò)熱和短路時(shí)易發(fā)生自燃和爆炸。

隨著市場(chǎng)對(duì)電池安全的需求日益增長(zhǎng)，具備不可燃、無(wú)腐蝕、不揮發(fā)特性的固態(tài)電解質(zhì)成為新型解決方案，可為鋰離子電池帶來(lái)更多的可能性。但目前固態(tài)電池技術(shù)尚不成熟，現(xiàn)有材料存在著離子電導(dǎo)率低、界面阻抗大、快充難度大和價(jià)格昂貴等問(wèn)題。固態(tài)電解質(zhì)材料技術(shù)成熟后，將為鋰離子電池材料體系帶來(lái)變革。

圖12.使用硫銀鍺礦型固態(tài)電解質(zhì)的固態(tài)鋰離子電池結(jié)構(gòu)示意圖

（七）隔膜材料：聚烯烴隔膜工藝成熟，新材料性能優(yōu)越成本高昂

聚烯烴隔膜材料成本較低、工藝成熟，是市場(chǎng)上主流的隔膜材料。隔膜在鋰電池中的功能主要是提供鋰離子傳輸通道，防止電池內(nèi)部短路，對(duì)鋰電池的安全與性能有關(guān)鍵作用。目前隔膜的基膜材料以聚烯烴為主，代表材料為PP（聚丙烯）和PE（聚乙烯）。聚烯烴隔膜以其高強(qiáng)度、優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和低價(jià)格占據(jù)著目前3C電池的主要市場(chǎng)，但同時(shí)也存在著孔隙率低，電解液潤(rùn)濕性差、高溫?zé)崾湛s等問(wèn)題，通常生產(chǎn)中在聚烯烴隔膜的一面或兩面涂覆納米氧化物和PVDF對(duì)其進(jìn)行改性進(jìn)行改良。

陶瓷涂覆隔膜成本較高，離子導(dǎo)體涂覆隔膜、無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合涂覆隔膜尚處在研發(fā)階段。陶瓷涂覆隔膜指通過(guò)在聚烯烴隔膜單面或雙面涂覆Al?O?、SiO?、勃姆石等無(wú)機(jī)陶瓷材料，大幅提升聚烯烴隔膜的高溫尺寸穩(wěn)定性，在一定程度上可以主動(dòng)防御鋰離子電池?zé)崾Э氐陌l(fā)生，更適合用于大容量鋰離子動(dòng)力電池的制造和使用，但目前高昂的成本限制了陶瓷覆膜隔膜的廣泛使用。在聚烯烴隔膜表涂覆無(wú)機(jī)納米粒子和有機(jī)聚合物混合漿料，經(jīng)過(guò)固化后可得無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合涂覆隔膜。該種隔膜同時(shí)具備有機(jī)聚合物的柔性和無(wú)機(jī)材料的耐熱性，熔化溫度和斷裂伸長(zhǎng)率在升高的溫度下提升明顯，可以顯著改善鋰離子電池的安全性，但目前該技術(shù)還停留在研發(fā)階段。

圖13.150℃ 下加熱 0.5 小時(shí)后涂覆陶瓷材料的 PE 隔膜（右）和未涂覆隔膜（左）對(duì)比

（八）中國(guó)鋰電材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展動(dòng)力：下游市場(chǎng)蓬勃發(fā)展，政策提供多元化支持

鋰電材料是在新材料領(lǐng)域中少有的中國(guó)企業(yè)能夠掌握全球話語(yǔ)權(quán)的領(lǐng)域之一。中國(guó)鋰電材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速一方面得益于下游市場(chǎng)需求的不斷擴(kuò)大，另一方面也得益于國(guó)家政策的支持。

旺盛的下游需求刺激了中國(guó)鋰電材料產(chǎn)業(yè)的迅速增長(zhǎng)。新能源汽車(chē)作為鋰離子電池的主要用戶近年來(lái)增長(zhǎng)迅速。2020年中國(guó)新能源汽車(chē)銷售額占全球新能源汽車(chē)銷售額的40.7%，僅比歐洲少3.1個(gè)百分點(diǎn)。而在銷量方面，2021年中國(guó)新能源汽車(chē)銷量352.1萬(wàn)輛，連續(xù)七年銷量位居全球第一。

圖14.2015-2021年中國(guó)新能源汽車(chē)銷量（來(lái)源：中國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局）

在政策的支持下，中國(guó)鋰離子電池材料產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。鋰電材料產(chǎn)業(yè)是中國(guó)新能源汽車(chē)發(fā)展的關(guān)鍵，中國(guó)鋰電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展得到了政府政策的大力支持，在十幾年間各部委出臺(tái)了一系列多元化鼓勵(lì)鋰電材料產(chǎn)業(yè)的政策。

《國(guó)家“十四五”規(guī)劃綱要》中提到，突破新能源汽車(chē)高安全動(dòng)力電池、高效驅(qū)動(dòng)電機(jī)、高性能動(dòng)力系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)，并在《重點(diǎn)新材料首批次應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄（2021 年版）》中，將三元材料及前驅(qū)體作為重點(diǎn)材料公示。

表5.支持鋰電材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展部分政策（來(lái)源：DeepTech）

在下游新能源汽車(chē)蓬勃發(fā)展、產(chǎn)業(yè)政策大力支持的背景下，中國(guó)鋰電材料技術(shù)開(kāi)始迅速發(fā)展，在多個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了國(guó)外技術(shù)壁壘的突破。在技術(shù)迅速發(fā)展的同時(shí)，鋰電材料產(chǎn)業(yè)也突飛猛進(jìn)，在鋰電材料領(lǐng)域進(jìn)行布局的產(chǎn)業(yè)園區(qū)在中國(guó)各地涌現(xiàn)，培育出了一系列擁有資源優(yōu)勢(shì)、技術(shù)優(yōu)勢(shì)、規(guī)模優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)業(yè)集群。

（九）中國(guó)鋰電材料產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)聚集態(tài)勢(shì)

中國(guó)鋰電材料產(chǎn)業(yè)在下游市場(chǎng)和政策的雙重助力下得到了蓬勃的發(fā)展，鋰電材料相關(guān)企業(yè)和產(chǎn)業(yè)園區(qū)大量涌現(xiàn)，逐漸產(chǎn)生了聚集態(tài)勢(shì)。

圖15.中國(guó)鋰電材料部分企業(yè)與產(chǎn)業(yè)園區(qū)（來(lái)源：DeepTech）

（十）鋰電材料產(chǎn)業(yè)園區(qū)：礦產(chǎn)資源導(dǎo)向布局，完整產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)生虹吸效應(yīng)

鋰礦資源是中國(guó)鋰電材料產(chǎn)業(yè)園發(fā)展的重要因素，在鋰電材料產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)上產(chǎn)業(yè)園區(qū)通過(guò)補(bǔ)鏈、強(qiáng)鏈、延鏈逐步擴(kuò)大在新能源產(chǎn)業(yè)的覆蓋正極材料作為鋰電池材料的核心，正極材料產(chǎn)業(yè)能夠吸引鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈上的其他產(chǎn)業(yè)聚集，形成產(chǎn)業(yè)園區(qū)。鋰礦作為正極材料的關(guān)鍵原材料，鋰礦的位置很大程度上決定了鋰電材料產(chǎn)業(yè)園區(qū)聚集的位置。中國(guó)在鋰電材料領(lǐng)域進(jìn)行布局的產(chǎn)業(yè)園區(qū)分布具有明顯的地域特征，大多聚集在四川、江西、湖南等地，這與中國(guó)的鋰礦資源分布情況基本吻合。本章挑選各地在鋰電材料領(lǐng)域進(jìn)行布局的典型園區(qū)進(jìn)行分析：

1）四川省：射洪縣鋰電產(chǎn)業(yè)園

據(jù)自然資源部統(tǒng)計(jì)，四川省硬巖石鋰礦占全國(guó)鋰礦石資源的57%。豐富的鋰礦資源為四川省帶來(lái)了鋰電正極材料發(fā)展的區(qū)位優(yōu)勢(shì)。射洪縣鋰電產(chǎn)業(yè)園啟動(dòng)于2010年的四川省遂寧市，依托鋰礦石資源，發(fā)展鋰離子電池正極材料產(chǎn)業(yè)，并以此為基礎(chǔ)，橫向上向負(fù)極材料、隔膜和電解液進(jìn)行布局，縱向上向下游電芯制造、新能源汽車(chē)和鋰電材料回收領(lǐng)域擴(kuò)展，逐步建立全產(chǎn)業(yè)鏈。射洪鋰電產(chǎn)業(yè)園將配合遂寧市蓬溪先進(jìn)材料產(chǎn)業(yè)園和安居鋰電產(chǎn)業(yè)園，形成良好的鋰電產(chǎn)業(yè)集聚效應(yīng)。

2）江西?。阂舜簢?guó)家鋰電新能源高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化基地

江西省鋰礦以鋰云母為主，主要集中在宜春，這賦予了宜春鋰電正極材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的區(qū)位優(yōu)勢(shì)。在礦產(chǎn)資源支持下，宜春從鋰電正極材料產(chǎn)業(yè)出發(fā)，橫向上在負(fù)極材料、隔膜等鋰電材料產(chǎn)業(yè)布局，擴(kuò)展鋰電材料種類。宜春也是江西省機(jī)電生產(chǎn)基地，有較強(qiáng)的機(jī)械加工配套能力和生產(chǎn)特種汽車(chē)、工程機(jī)械的基礎(chǔ)。宜春在鋰電材料的基礎(chǔ)上，向產(chǎn)業(yè)鏈下游的鋰電池制造和新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，打造新能源全產(chǎn)業(yè)鏈。

完善的產(chǎn)業(yè)鏈條同樣對(duì)鋰電材料企業(yè)有巨大的吸引力。鋰電材料產(chǎn)業(yè)位于鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈上游，除礦產(chǎn)資源外，能否高效地與下游產(chǎn)業(yè)配合對(duì)鋰電材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展同樣影響重大。

中國(guó)有部分產(chǎn)業(yè)園區(qū)在當(dāng)?shù)氐V產(chǎn)資源并不十分豐富的背景下，由于布局較早，產(chǎn)業(yè)鏈條和園區(qū)服務(wù)支撐體系相對(duì)完善，對(duì)鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈頭部企業(yè)產(chǎn)生了強(qiáng)大的吸引力，形成優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)鏈。本章取產(chǎn)業(yè)鏈完善的典型園區(qū)進(jìn)行分析。

1）湖南省：寧鄉(xiāng)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)

寧鄉(xiāng)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)成立于2006年，當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)以機(jī)械制造、紡織服裝等傳統(tǒng)行業(yè)為主。在鋰電池產(chǎn)業(yè)的布局是從2007年引入從事鋰電池回收和三元前驅(qū)體的邦普鎳鈷技術(shù)有限公司開(kāi)始，在十幾年的發(fā)展期間各類正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解液、前驅(qū)體、廢舊電池回收企業(yè)陸續(xù)進(jìn)駐，自上游到下游形成了完整產(chǎn)業(yè)鏈。

在產(chǎn)業(yè)鏈完整的同時(shí)，多年的發(fā)展使園區(qū)中涌現(xiàn)了可觀的頭部企業(yè)，在正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解液、前驅(qū)體等領(lǐng)域產(chǎn)生了規(guī)模優(yōu)勢(shì)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)始布局技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)，圍繞鋰離子電池新型電極材料、全固態(tài)電解質(zhì)、燃料電池、新型電池體系設(shè)計(jì)和先進(jìn)電池表征等領(lǐng)域的前沿科學(xué)和技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行突破。

（十一）正極材料進(jìn)入門(mén)檻較低，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，集中度較分散

目前正極材料市場(chǎng)集中度較低。由于正極材料在鋰電池中的成本占比較高，是鋰電四大材料中市場(chǎng)空間最大的品種。正極材料的低端產(chǎn)品工藝成熟，因此中國(guó)正極材料行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，上游鋰、鈷企業(yè)和下游電池企業(yè)等新進(jìn)入者對(duì)正極材料產(chǎn)業(yè)進(jìn)行布局，整體來(lái)看行業(yè)集中度較低。

其中，磷酸鐵鋰材料市場(chǎng)集中度高于三元材料。由于磷酸鐵鋰曾經(jīng)歷供給過(guò)剩導(dǎo)致的價(jià)格下跌，經(jīng)過(guò)行業(yè)洗牌，行業(yè)內(nèi)企業(yè)數(shù)量較少，頭部企業(yè)在技術(shù)、規(guī)模、成本和客戶黏性上優(yōu)勢(shì)明顯。

隨著下游對(duì)正極材料性能要求越來(lái)越高，隨著高鎳無(wú)鈷化趨勢(shì)的到來(lái)以及頭部企業(yè)的高性能產(chǎn)品逐步成熟，三元正極材料的競(jìng)爭(zhēng)格局正在逐步分化，高低端產(chǎn)能的產(chǎn)能利用率差距逐步拉開(kāi)。

圖16.磷酸鐵鋰和三元材料部分企業(yè)圖譜（來(lái)源:DeepTech）

（十二）負(fù)極材料以人造石墨為主流，行業(yè)集中度較高

目前負(fù)極材料出貨產(chǎn)品以石墨化碳材料為主，包括人造石墨和天然石墨。盡管人造石墨成本較天然石墨更高，但其憑借著優(yōu)異的性能、與正極材料和電解液更好的適配性在動(dòng)力電池中占據(jù)主流，據(jù)高工鋰電統(tǒng)計(jì)，2020年人造石墨市場(chǎng)占比達(dá)到84%。

目前中國(guó)的負(fù)極材料行業(yè)集中度較高，行業(yè)呈現(xiàn)寡頭壟斷態(tài)勢(shì)，據(jù)高工鋰電統(tǒng)計(jì)，2020年天然石墨CR5約為84%，人造石墨CR5約為80%。

頭部企業(yè)受產(chǎn)能限制，加速負(fù)極材料一體化產(chǎn)能布局。2021年，隨著新能源汽車(chē)市場(chǎng)需求呈爆發(fā)式增長(zhǎng)，負(fù)極材料下游市場(chǎng)需求持續(xù)旺盛，但受地方政府控能耗、限電等因素限制，負(fù)極材料產(chǎn)量提升速度低于市場(chǎng)需求增速。在負(fù)極材料供不應(yīng)求的背景下，中國(guó)頭部負(fù)極材料企業(yè)開(kāi)始加速在江西、四川、內(nèi)蒙等地加速負(fù)極材料產(chǎn)能建設(shè)、建立負(fù)極材料一體化生產(chǎn)基地。中國(guó)各大頭部企業(yè)在發(fā)展產(chǎn)能的同時(shí)，在新產(chǎn)品、新工藝方面持續(xù)向低成本、高性能的方向推進(jìn)，并在納米硅碳、硬碳、軟碳、鋰金屬負(fù)極等新興技術(shù)路線方向上進(jìn)行技術(shù)儲(chǔ)備。

圖17.中國(guó)鋰電負(fù)極材料行業(yè)部分企業(yè)圖譜（來(lái)源：DeepTech）

（十三）中國(guó)鋰電材料研究體系逐漸成熟

研究機(jī)構(gòu)和人才是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要支撐。在中科院物理所陳立泉院士的帶領(lǐng)下，中國(guó)學(xué)者們對(duì)鋰離子電池材料的研究已持續(xù)四十余載，研究機(jī)構(gòu)和人才已經(jīng)形成了較為成熟的研究生態(tài)。以中科院物理所、中科院化學(xué)所為代表的研究機(jī)構(gòu)為中國(guó)鋰電材料技術(shù)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)；南開(kāi)大學(xué)、清華大學(xué)、中南大學(xué)等高校在細(xì)分領(lǐng)域發(fā)力；射洪鋰電研究院等研究機(jī)構(gòu)與產(chǎn)業(yè)園區(qū)緊密配合，提升產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新能力。中國(guó)建立起了具備多層次結(jié)構(gòu)的研究機(jī)構(gòu)和人才的研究體系。

圖18.部分中國(guó)鋰電材料研究機(jī)構(gòu)（來(lái)源：DeepTech）

表6.中國(guó)鋰電材料部分人才（來(lái)源:DeepTech）

（十四）中國(guó)鋰電材料技術(shù)展望：鋰電材料將持續(xù)向低成本、高性能、高安全性的方向發(fā)展

1）鋰電材料將持續(xù)向低成本、高性能、高安全性的方向發(fā)展。

在過(guò)去的十幾年中，中國(guó)的鋰電材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，多種材料產(chǎn)業(yè)從無(wú)到有，從弱到強(qiáng)，從進(jìn)口依賴到國(guó)產(chǎn)替代，直到現(xiàn)在大部分材料技術(shù)和產(chǎn)能均能與國(guó)際同行相匹敵，占據(jù)了全球鋰電材料產(chǎn)業(yè)的半壁江山。隨著中國(guó)“碳中和”“碳達(dá)峰”政策的持續(xù)推進(jìn)，新能源汽車(chē)再次被推上風(fēng)口浪尖，鋰電材料也隨之進(jìn)入了新的發(fā)展階段。

2）在技術(shù)層面，正極材料的三元材料更具潛力，低鈷、無(wú)鈷化是方向。

作為鋰離子電池性能關(guān)鍵材料，正極材料以高比容量、長(zhǎng)壽命、高安全性、低成本為發(fā)展方向。在富鋰錳基材料等新一代正極材料取得突破前，磷酸鐵鋰和三元材料將并駕齊驅(qū)。三元材料在比容量方面更具潛力，是近期正極材料產(chǎn)業(yè)發(fā)力的方向，其技術(shù)革新將帶來(lái)更多可能。

3）負(fù)極材料中石墨材料將長(zhǎng)期主導(dǎo)，新型材料尚需突破。

石墨材料憑借成本優(yōu)勢(shì)還將長(zhǎng)期主導(dǎo)市場(chǎng)，硅基材料、金屬鋰材料尚不成熟，需要負(fù)極材料本身或配套電解液材料的技術(shù)突破才能真正邁向市場(chǎng)。

4）在電解液材料上，固態(tài)電解質(zhì)是發(fā)展趨勢(shì)。

作為鋰離子電池安全性的基礎(chǔ)，未來(lái)的發(fā)展方向在于更穩(wěn)定、不易燃的基礎(chǔ)上盡可能追求高性能。在這樣的要求下，固態(tài)電解質(zhì)是非常理想的發(fā)展方向。

5）在隔膜材料上，涂層技術(shù)的發(fā)展將帶來(lái)更安全的電池、更高比容量的電池材料體系。

隔膜除了在電池全生命周期阻隔正、負(fù)極實(shí)現(xiàn)被動(dòng)安全機(jī)制外，更需要針對(duì)高比容量正負(fù)極材料、高電壓正極材料等新型材料體系以及快充、極端溫度等工況場(chǎng)景發(fā)展具有溫度響應(yīng)、電壓響應(yīng)等主動(dòng)安全策略，提高電池性能的新型功能隔膜。

（十五）中國(guó)鋰電材料產(chǎn)業(yè)未來(lái)展望：鋰電材料產(chǎn)業(yè)鏈完備，在政策的引導(dǎo)下具有無(wú)限可能

1）產(chǎn)業(yè)層面上，中國(guó)鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈完備，具備一定規(guī)模優(yōu)勢(shì)。

中國(guó)是全球率先推廣新能源汽車(chē)的國(guó)家之一，早在2012年就已開(kāi)始在政策方面對(duì)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行扶持，拉動(dòng)了鋰電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。隨著需求市場(chǎng)的迅速發(fā)展，中國(guó)鋰電材料產(chǎn)業(yè)迎來(lái)爆發(fā)性增長(zhǎng)，在各個(gè)領(lǐng)域誕生了全球領(lǐng)先的龍頭企業(yè)。

2）雙碳政策持續(xù)推進(jìn)，鋰電材料前景可期。

2020年中國(guó)提出“雙碳”目標(biāo)，并在2021年全方位落地，中國(guó)“涉碳”產(chǎn)業(yè)開(kāi)始降碳轉(zhuǎn)型，交通行業(yè)首當(dāng)其沖，新能源汽車(chē)再一次登上風(fēng)口浪尖。在氫燃料電池汽車(chē)技術(shù)尚不成熟的現(xiàn)在，鋰電池將依然在新能源汽車(chē)領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，鋰電材料產(chǎn)業(yè)依然前景廣闊。

3）礦產(chǎn)資源受限，可能帶來(lái)發(fā)展瓶頸。

以鋰鈷鎳為代表的礦產(chǎn)資源是鋰電池材料的重要上游材料，其資源集中度較高，在全球呈寡頭壟斷特征。以鋰資源為例，中國(guó)鋰資源以鹽湖為主，開(kāi)發(fā)難度較大，成本較高，而鋰礦石資源并不豐富，因此中國(guó)鋰資源依賴進(jìn)口，緊張的國(guó)際局勢(shì)也可能帶來(lái)供需矛盾。