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锂和磷是磷酸铁锂正极的主要原材料，而三元正极中除了锂以外还要用到钴、镍、锰三种金属。磷酸铁锂主要原材料为低成本的铁和磷，无需价格较为昂贵的钴镍锰材料，因此磷酸铁锂的平均生产成本低于三元电池。铁锂电池还有安全性高、循环次数高的优势，但能量密度较低和低温性能比三元电池要差。
不过当铁锂电池连在一起，成组效率高85%以上，如Pack后的能量密度在130-140wh/kg。而三元虽然单体能量密度在200-250为主，但成组效率低一些，只有75-80%左右，Pack后的能量密度普遍在140-160wh/kg，高镍三元在180wh/kg左右。但相比于成本优势，磷酸铁锂涨价了才60-70元/公斤，三元几乎贵了三倍，要在180-190元/公斤，是它的3倍了。
我国在新能源汽车补贴驱动阶段，政策对于能量密度的要求，三元成为主要的技术路线。伴随补贴的退坡以及铁锂电池CTP、刀片技术的应用，铁锂电池呈现明显回潮的趋势。铁锂电池渗透率从2020年2月的13%增长至2021年9月的61%。
目前铁锂基本达到理论能量密度上限，难以进一步提升，主要应用于中低端车型以及高端品牌标准续航版本，比如特斯拉M3和MY的标准版都是铁锂正极，高配版普遍采用三元正极，尤其是能量密度更高的高镍三元。在2021年的上海车展中，超过40款新能源汽车车型选择高镍三元技术路线，占比超过50%，包括奔驰、宝马、奥迪、本田等知名品牌，高镍三元材料凭借其突出的性能优势成为终端车企的重要技术路线选择。
而未来伴随新能源汽车智能化程度的提高，单车电耗将显著增加，对于动力电池高能量密度的追求将会持续，欧洲电动车仍以三元正极为主。国内铁锂电池渗透率已达上限，预计三元市占率将企稳回升。
三元正极成本中原材料占比超过9成，主要由锂、镍、钴、锰等金属原料构成。锂源以氢氧化锂作为前驱体，成本占比最高，钴镍接近，锰价值量较低。镍含量提升可以增加电池的续航能力，钴含量提升可以增强电池的稳定性，锰含量提升可以保持电池的安全性，企业可以根据具体需求选择添加比例。
根据镍钴锰在三元材料制备过程中的投放比例，可以将三元电池分为高镍与低镍两类， 高镍电池包含 NCM811、NCM622 等，低镍电池有 NCM523、NCM111 等，另外用铝代替锰的镍钴铝（NCA）三元电池也属于高镍电池的一种。
钴是一种稀有金属，2020年全球探明钴矿储量710万吨，其中刚果(金)储量360万吨，占比50%； 目前中国已探明钴储量约8万吨，仅占全球总储量约1%，高度依赖进口。全球年产基本稳定在15万吨，2021年全球钴产量为17万吨，已经创历史新高，民主刚果是世界最大钴生产国，占全球钴产量的70%以上。2021年我国精炼钴（包括电解钴、钴粉、钴盐等，折金属量）产量12.8万吨，同比增长26.7%；当前国内钴金属价格为50万元/吨，长期看，钴价和镍价保持三倍的比例关系。
高续航里程需求和成本控制的趋势下，三元正极高镍化是大势所趋。若要提高电池的能量密度，提升车辆续驶里程，必须增加镍含量，下降成本就要降低钴含量。目前电池能量密度方面镍钴铝酸锂＞镍钴锰酸锂811＞镍钴锰酸锂622＞镍钴锰酸锂523。理论上生产每 Gwh 的NCM523、NCM811需要的钴金属量分别为220和91 吨，需要的镍金属量分别为548和725吨。
三元材料逐渐从中低镍往高镍化发展，目前高镍811材料体系已基本成熟，2021年国内高镍材料总产量达到15.23万吨，同比增长222.4%，市场份额从2019年的12.5%快速提升至38.3%。2022年国内高镍三元正极材料的产量持同比翻倍增长，在三元材料中的渗透率已经达到45%。目前海外大厂例如LG几乎只生产高镍三元电池，松下的NCA电池技术成熟、出货量占全部动力电池的 60%，中国的高镍三元市占率与海外大厂相比，还有较大的提升空间。
国内磷酸铁锂产能急剧扩张，由21年的64万吨/年，到24年产能将增至203万吨，相较而言，仅4家公司在21年发布了三元正极材料扩产公告，预计24年，三元电池正极材料产能将增加33万吨，远低于磷酸铁锂产能增量。高镍三元技术门槛高，在制备工艺及生产设备方面都有严格的要求，这给后续进入者增加了难度。
高镍三元材料要求烧结温度不能高于800℃，碳酸锂熔点过高，不易烧结，使用氢氧化锂做原料可以使其在烧熔过程中与三元前驱体均匀充分的混合，所以氢氧化锂为高镍三元锂离子电池的必然选择。
氢氧化锂生产主要分为锂辉石制备氢氧化锂和盐湖制备氢氧化锂两种路线。锂辉石可一步直接生产氢氧化锂，盐湖则需要先产出工业级碳酸锂后再苛化生产氢氧化锂。国内企业主要使用锂辉石通过硫酸酸化焙烧生产氢氧化锂。三元正极材料应用在高端车型，氢氧化锂的认证壁垒较高，中国已通过国外认证的四家企业（赣锋、天齐、盛新、雅化）均是通过使用自有矿山加通过长协锁定海外矿山的形式保证自己的锂资源供给，产品质量稳定。部分通过碳酸锂苛化制备氢氧化锂的厂家，由于购买的原料为工业级碳酸锂，本身原料存在杂质较多、原料来源不稳定的情况，因此对后续除杂工艺的要求更为严苛，产品一致性较低，因此较难成为中国的主流生产工艺。
2021年，中国氢氧化锂总产量为17.5万吨，同比上涨51%，国内产能占全球一半以上，主要集中在赣锋锂业，雅化集团，天宜锂业（天华超净），天齐企业等大厂中。全球动力电池对氢氧化锂的实际需求总量到2025年将达到58万吨。
除了使用熔点更低的氢氧化锂作为原材料外，高镍正极工艺条件更为苛刻。降低烧结温度同时保证烧结质量，则要增加烧结时间，一般相对中低镍三元需要多次烧结，进而增加了制造费用和降低了单线产能。同时，高镍良品率偏低意味着更多的原材料损耗，也会增加相应成本。高镍的原材料单吨成本涨幅小于中低镍，故原材料差距逐步缩小，叠加资本开支下降、技术工艺优化改进良品率提升，瓦时成本逐步降至中低镍以下。
高镍三元消耗的锂盐更多，因而在锂盐价格上涨时营业成本承压更大，但较高的加工费带动高镍三元毛利率均维持在较高水平，体现了较强的定价能力和盈利水平。高镍带来能量密度提升与整体车辆减重与降本的优势，因此三元正极企业纷纷加大高镍布局，市场加速向高镍化倾斜。
当前国内三元正极市场格局较为分散，2021年CR3市场份额约38%，CR5约56%，与负极、隔膜、电解液相比集中度处于最低水平。行业竞争较为激烈，第一梯队企业之间市占率相差不大，暂时没有绝对龙头出现。
和磷酸铁锂相比，三元正极产品丰富、迭代速度快，资本开支强度高，企业产能扩张相对谨慎。各厂商产能较为平均，单一厂商无法满足头部电池厂的全部需求。头部客户为满足需求和保障供应链安全会将正极材料分给几家供应商一起供货。虽然三元正极行业整体集中度较低，但是竞争格局正逐步优化，以容百科技、当升科技、天津巴莫及长远锂科为代表的第一梯队阵营优势逐步扩大。
结构上看，三元正极行业特性以及较分散的格局决定了一线厂商基本满产满销供不应求，前期低端产能逐步淘汰，行业整体产能利用率逐步提升。2021 年国内三元正极产能利用率为58%，国内前五大企业产量占行业总供应量的50%，平均产能利用率达91%。
在全球新能源汽车需求爆发的背景下，正极材料市场空间广阔。经测算，22/23年全球三元正极的需求达88/105万吨，25年预计高达196万吨；其中22/23年高镍三元的需求达 49/69万吨，25年预计高达156万吨，5年复合增长率46%。
2021 年下游强劲需求带动高镍三元应用提速，长远锂科、振华新材等企业依托前期的技术储备，通过资本市场融资加快产能建设，快速抢占高镍市场份额，市场集中度出现一定下滑。
容百科技，2021 年三元正极出货5.23万吨，其中高镍占比超过90%，位居国内第一、全球第二。公司主要客户包括CATL、孚能科技、蜂巢能源、SK、亿纬锂能等国内外知名电池厂商，22-25 年将成为CATL三元正极粉料第一供应商，凸显强大综合实力。21年年底公司建成三元正极产能12万吨，预计22年底建成产能可超25万吨，到25年，公司将扩大高镍正极产能至60万吨以上规模，竞争优势进一步扩大。
当升科技多年来积极开拓国际市场， 业务范围涵盖日韩、欧洲和美国，目前海外营收占比超过37%。公司通过与SK、LG 等头部电池厂紧密合作成功进入一线车企供应链，预计2022年高镍三元出货占比提升至30%。预计2022年高镍三元出货占比提升至30%，2022年三元正极有效产能预计达到9万吨，2023年预计达到13万吨。
华友钴业，收购天津巴莫38.6%股权且完成并表，成功跻身三元正极第一梯队，形成从上游镍钴资源及冶炼、前驱体、正极材料到回收利用的产业链闭环。 三元正极前驱体是制造三元正极的原材料，2021年全球三元前驱体材料总产量达75万吨，同比增长80%，预计2022年全球三元前驱体产量103万吨，同比增长38%。国内三元前驱体行业产量 CR4 集中度高达62%，分别是中伟股份、格林美、华友钴业和湖南邦普其中，中伟股份市占率提升至26%，保持行业第一。
中伟股份的主要客户为LG化学、厦门钨业、特斯拉，20年营收累计占比在 73%，其中LG 化学是中伟股份的最大客户，占公司营收三成。电池厂商对于正极材料及正极材料前驱体厂商的验证周期较长，一般需要1-2年，全球领先的锂离子电池厂商验证周期更长。
LG 化学动力电池装机量在全球市占率约为 20%，是特斯拉、大众的电池供应商。21年1月LG新能源上市，宣布将产能2021年末前将电池年产能增加到156GWh，预计到2023年进一步提升到260GWh，到2025年实现430GWh的产能。按照LG在 2023年 260Gwh的产能，大约需要前驱体产能约40万吨，这是中伟股份20年底11万吨三元前驱体产能的3.6倍，假设公司大约占据LG前驱体供应比例在30%，对应为12万吨的产能需求。中伟公司在2020 年3月与特斯拉达成销售协议，合同期限为三年，公司将为特斯拉提供三元前驱体，特斯拉自产电池计划有望带动中伟股份的成长。
为了提升能量密度和降低成本，电池尺寸越做越大。从18650电池到2170电池，体积提升46%，能量提升50%；从 2170电池到4680 电池，体积提升448%，能量提升400%。比亚迪和宁德时代都走的方形封装路线，特斯拉的4680则属于圆柱型。圆柱型是最为成熟的技术路径，从消费电子开始，采用钢铝把圆柱的电池包装起来，一直是生活中最常见的电池。
特斯拉4680电池通过电池设计、正负极材料、生产工艺和系统集成等方面的优化和创新，解决了动力电池高成本的痛点，成本下降56%；能量密度提高至300Wh/kg，续航达到750km左右，解决了短续航的痛点；最大充电电流6C，15min充70%的电量，解决了充电慢的痛点。圆弧形设计降低了电池间热扩散的概率，电池更安全。这意味着更少电芯数量，更高成组率。比如同样用于75kWh的电动车里，需要4400个2170的电芯，若换为4680电芯仅需要950个；同时，更少的电芯数量降低了组装时间，提升成组效率，带来了成本优势。 综合来说，4680是一款有潜力成为行业标准品的电池，它的材料体系应用激进，采取了超高镍低钴正极+硅碳负极的方案，叠加CTC提升布置效率，节省了370个零部件，为车身减重10%，将每千瓦时的电池成本降低7%，增加14%的续航，彰显了特斯拉的野心。 预测2025年后，4680电池将成为中高端车型电池的主流选择。预计特斯拉2025年销量达到380万辆，预计60%车型搭载4680电池，4680电池的需求将达到236GWh。4680电池的组件上的几个特点：正极为高镍三元正极材料，负极材料为含硅的硅碳复合材料，以及适用了更安全、更稳定的含有LIFSI的新电解液。特斯拉4680自有产能不能满足整车需求，松下和LG有望继2170电池后，继续供货4680 电池。亿纬锂能布局4680较早，拥有多年圆柱项目经验，亿纬锂能有望凭借4680实现单点突破，提升自身市场占比。 |
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