龙蟠科技：崛起的新能源电池正极材料“新势力”
文：任泽平团队
在当下，新能源相关的产业是未来中国经济最有希望的，最具爆发力的领域之一。2022年2季度，我国新能源汽车渗透率已经超过25%，市场迎来爆发式增长。
回顾历史，我国新能源汽车发展迅速的一大根本原因，就是具备了完善的动力电池产业链。再深入探索挖掘，正极材料的发展对产业尤为重要，是新能源车产业链的“幕后功臣”。正极材料的电化学性能极大程度地影响动力电池能量密度、功率密度和循环寿命，直接决定动力电池的核心性能。正可谓，得电池者得新能源车，得正极材料者得电池。
近些年众多前沿企业专注于正极材料相关领域的探索，研究成果也不断带给市场惊喜。前有宁德时代与比亚迪先后推出的CTP与刀片电池结构创新技术，改善了磷酸铁锂电池能量密度的短板；后有以龙蟠科技“铁锂一号”为代表的新型正极材料，解决了低温性能衰减和充电倍率低的行业难题。相信随着正极材料性能向更深层次研发突破，消费者的里程焦虑将充分得到缓解，我国新能源汽车将拥抱未来“黄金十五年”。
1 得新能源电池者得天下，得正极材料者得电池
1.1 正极材料为电池核心，成本占比超40%
在全球双碳背景下，新能源车进入爆发式增长阶段，渗透率迅速提升。2021年全年，我国新能源汽车产销表现远超市场预期，分别为354.5万辆和352.1万辆，同比均增长1.6倍。
电池作为提供动力的核心部件，是新能源汽车的“心脏”，在整车成本中占比约为40%。目前全球动力电池锂电池2021年累计装机量296.8GWh，同比增长102.3%。预计到2025年，全球汽车装机规模或达1000GWh以上，仅中国汽车电池装机量便能达600GWh以上规模，未来市场增量空间显著。因此，电池技术的发展、性能的提升是决定新能源车实现长久发展的核心动力，得新能源电池者得天下。
动力电池构成主要包括正极材料、负极材料、电解液和隔膜四部分。其中正极材料是含锂化合物，是提供锂离子的关键部分，约占电池总成本45%。正极材料有五点基本性能要求，分别是材料自身电位高、锂离子嵌入脱嵌可逆、锂离子扩散系数大、材料比面积大以及材料热稳定性好。正极材料的电化学性能会极大程度地影响动力电池能量密度、功率密度和循环寿命，决定了电池的核心性能，对新能源汽车产业发展尤其重要。目前正极材料根据晶体结构不同可分为三大体系：层状材料、尖晶石和橄榄石，层状正极材料代表如钴酸锂、三元材料；尖晶石正极材料代表如锰酸锂；橄榄石正极材料代表如磷酸铁锂。
1.2 中国正极材料市场飞速发展，未来磷酸铁锂前景巨大
我国正极材料产能增长迅速。2021年我国正极材料产量约111.17万吨，产量同比增加约100.78%。其中，钴酸锂产量10.1万吨，三元材料产量44.05万吨，磷酸铁锂产量45.91万吨，锰酸锂产量11.11万吨。未来，单就电动汽车领域而言，TrendForce预计，至2025年全球动力锂电池对正极材料需求将突破215万吨，若加上储能、消费电子等领域，正极材料需求或超360万吨。
正极材料产业化体系较多，各体系间特点分明，性能区分度较大，是决定锂离子电池性能的关键因素。电池可使用的正极材料包括磷酸铁锂、三元材料、钴酸锂和锰酸锂等。从新能源汽车领域来看，磷酸铁锂和三元材料是市场主流，合计占比超99%。2021年我国动力电池装车量累计154.5GWh,其中三元电池装车量累计74.3GWh，占总装车量的48.1%；磷酸铁锂电池装车量累计79.8GWh,占总装车量的51.7%。
磷酸铁锂由于自身优异性能和原料可得性特征，发展前景较大，市场占比有望进一步提升。相较于钴酸锂、三元等正极材料，磷酸铁锂电池以锂、铁、磷和碳等元素为主要原料，具有稳定的配位结构，为锂离子搭建牢固的“房子”，充放电过程中锂离子进出不易“塌房”，安全性极高；此外还具有耐高温、使用寿命更长等优良性能，具备较高的性价比。
从成本上看，随着新能源汽车财政补贴大幅退坡，整车企业为应对补贴退坡带来的成本压力，换装磷酸铁锂电池逐步成为主流。目前车企的磷酸铁锂电池系统采购成本大约0.9元/Wh，三元材料接近1.1元/Wh。一个总电量30kWh的电池包，如果使用磷酸铁锂能便宜6000元，即使考虑补贴，磷酸铁锂电池仍有4000元以上的成本优势。
从装机数量上来看，2021年全年，磷酸铁锂电池装车量累计79.8GWh，占动力电池总装机量的51.7%。随着特斯拉、比亚迪、上汽、小鹏、北汽、江淮等汽车厂商均大规模采用磷酸铁锂电池，预计磷酸铁锂电池占比到未来几年或将提升到70%-80%。
2 正极材料市场复盘：几经反转，磷酸铁锂占优
锂动力电池往往以正极材料命名，其技术经过多年发展，已经进入加速商业化量产阶段，其中三元锂电池和磷酸铁锂电池在新能源电池装机市场中呈现双雄并立的局面。
磷酸铁锂和三元电池的相互反转之战经历三个阶段：2015年前，磷酸铁锂电池因拥有成本、安全性和循环寿命等优势，是主流厂商选择的技术布局路线，装机占比最高超过70％；而2017年前后随着政策对高能量密度电池补贴力度加大，三元电池取得较大发展，阶段性成为市场主流；2021年以来，磷酸铁锂和三元电池产量格局再度出现逆转；随着政策补贴退坡，磷酸铁锂电池安全性和成本综合优势再度凸显。
2.1 第一阶段：发展之初，磷酸铁锂优势明显
2015年前，磷酸铁锂电池因成本、安全性和循环寿命等优势，是主流厂商选择的技术布局路线，装机占比最高超过70％。
成本方面，磷酸铁锂电池相对于三元电池具有价格优势，主要是源于其原材料成本较为低价可得。原材料成本占三元正极材料总成本近90%，磷酸铁锂正极材料总成本70%。由于资源匮乏、开采难度大等原因，三元正极材料的原材料钴、镍等高度依赖进口，价格较高，因此导致三元正极材料生产成本高。由于磷酸铁锂的正极材料丰富，价格较低，因此磷酸铁锂电池具有一定的成本优势。
安全性方面，磷酸铁锂电池热稳定性高，安全性更好。磷酸铁锂电池不含有害重金属，热失控温度普遍在500℃以上，三元锂电池含有害重金属，热失控温度低于300℃，且使用普通干粉灭火器灭火后，电池内部还会持续发热，可能导致二次燃烧。
循环寿命方面，磷酸铁锂电池的使用寿命更长。在1C充电倍率下，三元锂电池的循环寿命在2500次左右开始明显衰减，磷酸铁锂电池则在3500-5000次以上才开始衰减。
技术方面，磷酸铁锂电池研发历史较早，加工简单，制备技术和工艺路线都比较成熟。而三元材料发展起步晚，锂电池生产工艺较复杂，技术门槛较高，同时生产基础和核心专利欠缺等问题也一度制约着三元材料锂电池的发展。
