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業(yè)的發(fā)展方向，未來10年將迎來全球汽車產業(yè)轉型升級的重要戰(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，正極材料產業(yè)關鍵技術的突破將成為國內新能源和新能源汽車等戰(zhàn)略新興產業(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市場領域，近幾年鋰電池在電動汽車和儲能領域的應用推廣也取得驕人的成績。

1.1鋰電終端產品發(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，智能手機在連續(xù)數年的持續(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用范圍的擴展，筆記本電腦市場不斷萎縮，根據日本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用領域的發(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地高度集中于中、日、韓三國，其中中國正極材料供應商所占的比例高達55%，韓國占24%，日本占20%，其他國家約占1%。中國正極材料供應商的產品不僅供應本地鋰電廠商，還大量出口至日韓鋰電廠商。據中國海關進出口數據，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

首先得以應用的鋰電正極材料是鈷酸鋰，它結構穩(wěn)定、比容量高、綜合性能突出，廣泛應用于筆記本電腦、手機、MP3/4等小型電子設備中。鈷酸鋰安全性較差、成本高，主要用于中小型號電芯，不適合應用于車用動力大型鋰電中。前期在車用動力電池應用體系上主要分為錳系和鐵系。錳酸鋰結構穩(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)的鈷酸鋰也已經不能滿足性能要求。從技術趨勢上來說，只有通過提升鈷酸鋰電池的工作電壓來實現容量提升，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年已經量產，國內品牌手機已經可以實現可在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，屆時手機電池在30分鐘可充電至80%。三元材料應用于圓柱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，結合三元材料的性能特點，技術發(fā)展主要趨勢與鈷酸鋰提升工作電壓的做法不同，采用調整三元材料鎳含量來提升電池容量，隨著技術的不斷發(fā)展，逐漸實現高鎳三元材料或NCA（鎳摩爾比大于80%）的成熟應用。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對應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年動力電池技術規(guī)劃，可以發(fā)現，能量密度、成本、循環(huán)壽命是動力電池主要評價指標。對比各國數據：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發(fā)展水平密切相關。從德系車企BMW發(fā)布的用戶調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，中國國務院2012年7月發(fā)布的節(jié)能與新能源汽車產業(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，是動力電池技術提升階段，新型鋰離子電池實現產業(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，是動力電池產業(yè)成熟階段。新體系電池實現實用化，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，中國也逐漸轉向采用更高能量密度的多元材料體系鋰電池。國內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，其中中國的目標數量最大。近三年以來，中國的新能源汽車產量出現了成倍的爆發(fā)式增長，目前中國已經成為新能源汽車最大生產國。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暴漲，導致在2015年中國出現動力鋰電產能不足的狀況，各家動力電池企業(yè)迅速擴充產能。2015年中國國內動力電池的產能約為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資源供應主要依托Talison公司，開采和供應能力有限。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)展關系我國產業(yè)結構轉型和能源發(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瓶頸，降低我國鋰輝石、鋰云母供應的開采和制造成本，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，根據日本B3公司預計，到2020年，預計全球的BEV年產量120萬輛，鋰電版HEV和PHEV合計是310萬輛。此外預計電動大巴產量約10萬輛。根據國際鎳鈷年會報告，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)政治經濟不穩(wěn)定，信息透明度不高，鈷金屬的價格幾經暴漲暴跌的過山車行情。隨著經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該高度重視鈷資源的開發(fā)。加大在全球鈷礦產資源的開發(fā)投入，加強鈷的回收利用，加大國家收儲力度。