鋰離子電池的主要構成材料包括電解液、隔離材料、正負極材料等。正極材料占有較大比例（正負極材料的質量比為3：1~4：1），因此，正極材料的性能直接影響著鋰離子電池的性能，其成本也直接決定電池成本高低。

圖1 鋰電池各部分材料成本占比（數據來源：公開資料整理制作）

目前，已經商業化的正極材料主要包括錳酸鋰、鈷酸鋰、磷酸鐵鋰以及三元正極材料，去年四種正極材料產量比例如圖2所示。其中，三元正極材料已經占據正極材料的半壁江山。

圖2 2017年四種正極材料產量占比（數據來源：公開資料整理制作）

三元正極的小宇宙仍在進一步爆發中。2018年上半年，磷酸鐵鋰材料產銷下降，三元材料量價齊升，國內正極材料行業呈現“冰火兩重天”。根據高工產研鋰電研究所數據現實，2018年二季度國內正極材料總出貨量6.41萬噸，同比增長13.7％。其中三元材料同比上漲52.1％，磷酸鐵鋰同比下滑33.6％，三元材料成為帶動正極材料市場增長的主要驅動因素。

三元材料簡介

何為三元材料？三元材料相比其它三種正極材料到底勝在何處？高鎳三元材料是否會再次迎來爆發？我們一探究竟。

三元材料主要含有三種元素，例如鎳鈷錳(NCM)材料和鎳鈷鋁(NCA)材料。其中，NCM依據其三種元素成分含量比不同又可分為111/622/811/523等多種類型，高鎳NCM811材料(Ni、Co、Mn比例為8∶1∶1)是目前三元材料研究的熱點，因此本文也主要對高鎳NCM811進行介紹。

我們可以通過了解正極材料主要性能指標，以進一步了解正極材料的技術要點與發展方向。

正極材料主要性能指標

表1展示了正極材料的主要性能指標及其解釋，總的來說，我們需要振實密度高、容量大、循環性能長、比表面積適合、熱穩定性好、成本低的正極材料。

表1 鋰離子電池主要性能指標及其解釋

主流正極材料對比

圖3 四種主流鋰電池正極材料對比（圖片來源：2017-2023年中國正極材料行業市場深度調研及投資前景分析報告）

鈷酸鋰具有理論比容量高、循環性能優異、放電平臺平穩、工作電壓高和合成工藝相對簡單等優點。因此以鈷酸鋰作為正極材料的鋰離子電池，廣泛應用于3C領域。但是鈷資源稀缺，價格昂貴、毒性較大，且其過充安全性能較差。

由于錳資源豐富、價格便宜、安全性能高和環境友好等優點，錳酸鋰作為正極材料具有良好前景，主要分為層狀結構和尖晶石型。不過，層狀結構錳酸鋰理論比容量較高，但結構穩定性差；尖晶石型錳酸鋰理論比容量低，且高溫循環和儲存性能差。

磷酸鐵鋰價格低廉，且無毒、無污染、結構穩定、循環性能和安全性能極佳，但其比容量不高且導電性差，并存在微量鐵的溶解可能引起電池短路的問題。

這些缺點限制了以上三種正極材料進一步的應用。目前，鋰離子電池的市場需求趨向于高電壓、高容量、低鈷化，三元材料因此勢頭強勁。

協同效應驅使三元材料優勢明顯

三元材料包括NCM和NCA兩種類型，高鎳NCM是主流的發展趨勢。 Ni是材料的主要活性物質之一，對容量有著重要影響；Co也是活性物質，部分參與化學反應，既能穩定材料的層狀結構，又能減小陽離子混排，便于材料深度放電，從而提高材料的放電容量；Mn4+不同于Mn3+，呈電化學惰性，在三元材料中起到結構穩定和熱穩定性的作用，并降低材料成本。

可以說，三元層狀結構正極材料結合了鎳酸鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰的優點，一定程度上彌補了單一組元材料的不足，因此其綜合性能優于各個單一組分正極材料，存在顯著的三元協同效應。

協同效應決定了三元材料的性能優勢。同時，市場需求加上政策風向引導了高鎳NCM的進一步崛起。

政策推動鋰電池高能量密度化

目前來看，高電壓、高容量正極材料是市場需求所向同時也是政府的發展目標。

2017年初，四部委印發《促進汽車動力電池產業發展行動方案》中指出，2020年動力電池系統比能量力爭較現有水平提高一倍達到260Wh/kg。

2018年初，四部委印發《關于調整完善新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知》。通知要求，乘用車補貼車型能量密度不低于105Wh/kg，對于能量密度大的電池，給予較高的補貼系數（160Wh/kg及以上的車型按1.2倍補貼），新能源客車的能量密度要求也進一步提升。

圖4 純電動乘用車補貼方案對比（圖片來源：天檢汽車產業政策研究團隊）

目前，NCM523能量密度最高為200Wh/Kg，而NCM622和NCM811卻可以達到230Wh/Kg和280Wh/Kg以上。如果需要依靠三元電池實現2020年260Wh/kg的目標，只有811才能夠勝任。相較NCM523材料和NCM622，NCM811能量密度優勢更大。在眾多電池廠商看來，與其利用622進行緩慢的過渡，還不如一步到位。

因此，為了進一步實現政府對于鋰電池能量密度提升目標，同時獲得更高的補貼系數，眾多廠商共同推動了三元正極材料的崛起。

僅以國內上市公司來看，格林美（002340）已于去年成功推出811型、NCA等高鎳產品；當升科技（300073）于今年初募集15億資金加碼鋰電池項目，其中江蘇三期工程項目擬投建1.8萬噸三元811/NCA產能，以銜接動力電池811及國際客戶市場需求；杉杉股份（600884）在回答投資者問表示，現有高鎳三元產能8000多噸/年，今年已有小批量出貨；寧德時代（300750）表示將在明年推出NCM811電池，目前寧德時代電池主要為NCM 523，該電池的正極材料是20%的鈷。一旦推出NCM 811電池，每千瓦時電池的鈷含量將下降一半多，同時電池能量密度將增加。

圖5 寧德時代（CATL）能量密度發展路線圖（圖片來源：寧德時代）

總結

通過提高三元材料中的鎳含量、降低鈷含量，能夠在提高材料克容量同時降低原材料成本。高鎳三元正極材料的崛起勢不可擋。

不過，值得警惕的是，高鎳三元這條路線并不好走。影響動力電池性能的不僅僅是比能量密度一個指標，還有動力電池的比功率密度、安全性、一致性、循環壽命等多種因素，在眾多指標和成本之間找到一個產業化應用的平衡點，才是支撐鋰離子電池發展的關鍵。高鎳體系在降本提質的同時，還意味著更高的化學活性以及更為苛刻的工藝環境。由于高鎳正極必須搭配技術壁壘極高的硅碳負極、陶瓷隔膜以及高電壓電解液等配套材料，才能充分發揮其高能量密度優勢，因此這不僅對正極材料企業提出了更高要求，還是對整個供應鏈的巨大挑戰。

作者：火宣

參考文獻

2017-2023年中國正極材料行業市場深度調研及投資前景分析報告；智研咨詢集團。

鋰離子電池富鎳三元正極材料研究進展；成都理工大學 材料與化學化工學院，劉磊，包珊珊，何歡，李峻峰；程度理工大學 材料科學技術研究所，李俊峰；四川科能鋰電有限公司，孫文仙，岳波。

富鎳三元正極材料的制備與性能；西南交通大學，李歡。