三元材料是指由三种化学成分（元素），组分（单质及化合物）或部分（零件）组成的材料整体。在锂电池的正极材料中其一般均指的是化学组成为LiNixXyCozO2的材料。其中X为Mn（锰）时就是NCM（俗称镍钴锰酸锂），而X为Al（铝）时指的就是NCA（俗称镍钴铝酸锂）。
一、行业总述
1、三元材料行业定义
三元材料是指由三种化学成分（元素），组分（单质及化合物）或部分（零件）组成的材料整体。在锂电池的正极材料中其一般均指的是化学组成为LiNixXyCozO2的材料。其中X为Mn（锰）时就是NCM（俗称镍钴锰酸锂），而X为Al（铝）时指的就是NCA（俗称镍钴铝酸锂）。而所谓111、532、622和811等型号则均指的是NCM材料中x、y、z三个数字的比例，比如622中的x：y：z就等于6：2：2，其化学组成就是LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2。材料的微观结构来看，NCA和NCM非常类似，但是由于其中真正走向产业化规模制造的目前只有松下为首在使用的LiNi0.8Al0.05Co0.15O2，因而最后NCA就演变成了对它的特指。
图：典型的锂电池正极材料
NCM和NCA本质上都是为了解决钴酸锂（LiCoO2）或镍酸锂（LiNiO2）层状结构的稳定性问题，锰元素和铝元素在其中均起到支撑结构的作用，其中锰的掺入可以引导锂和镍层间混合，因此改善材料的高温性能；铝的掺入则在一定程度上可以改善材料的晶格结构，减少塌陷，进而改善其循环稳定性。两条技术路线本身并没有什么高下之分，甚至NCM由于Mn的稳定性更好还可能有着安全性上的优势，未来谁是三元材料的发展趋势关键还是得看产业化应用后谁的Ni含量更高。
正极三元材料与钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂性能比较：
2、三元材料产业链图
以三元电池NCM为例，产业链上游包括三元前驱体和相应的矿产资源（锂矿、钴矿、锰矿和镍矿），中游包括三元正极材料、电解液、负极材料、隔膜及其他，下游主要应用在3C电子、新能源汽车、储能蓄电池【1】。
【1】储能蓄电池：指使用于太阳能发电设备和风力发电设备以及可再生能源储蓄能源用的蓄电池。
图：三元材料（NCM）产业链图
从我国锂电池应用领域看，动力、储能以及3C等产业快速发展已成为驱动锂离子电池产业发展的主要驱动力，且动力和储能领域对锂电池的需求增速在不断加快。
1）3C领域仍是锂离子电池的最主要下游消费终端，但增速开始逐渐趋缓，3C领域三元电池的使用量较少，主要是钴酸锂电池；
2）新能源汽车市场快速发展，动力型锂电池成为正极材料市场主要支撑，增量明显。三元电池作为未来动力电池的主流发展方向将直接受益于新能源汽车市场的高速增长，也是未来三元材料需求的主要增长点；
3）储能蓄势待发，成长空间即将打开。预计2015-2018年储能领域锂电池正极材料的市场需求量年复合增速将超过40%。
3、三元材料行业发展现状
3.1三元材料市场概述
受下游新能源汽车产量的快速增长、3C电子产品出货量的稳定增长带动，我国正极材料的产量及产值呈现出了快速增长势头。2016年，我国锂电池正极材料产量为16.16万吨，同比增长43.14%；2010年至2016年，年复合增长率高达36.48%。而行业产值则从2010年的57亿元增长到2016年的208亿元，年复合增长率高达24.08%。
受动力锂电池快速发展的支撑，三元材料呈现快速发展势头，且受下游动力市场的需求影响，新型高电压正极材料以及高镍三元材料开始受到厂家的重视，研发力度加大，并逐步开始推向市场。统计数据显示，2016年中国锂电三元材料产量5.43万吨，同比增长48.8%；产值79.8亿元，同比增长超过60%，在四种正极材料中其产值占比最高。
受2016年初政府暂停三元锂电池客车列入新能源汽车推广目录的政策影响，2016年三元材料电池配套量占比较2015年下降8%，主要系三元材料电池在纯电动专用车上应用的减少，数据显示，2016年三元材料电池在专用车上的占比从58.99%跌至24%，磷酸铁锂电池的占比却从36.25%增加至71.12%。随着三元电池在客车的解禁，三元电池的突出优势更加明显，尤其是在乘用车和专用车领域，2017年1-5批新能源汽车推广目录中，乘用车和专用车三元占比均超过70%。
图：2015年和2016年动力电池配套占比比较
3.2三元材料技术路线
目前三元正极材料主要包括两种技术路线，即以镍钴锰酸锂为正极的NCM路线和以镍钴铝酸锂为正极的NCA路线。NCM和NCA本质上都是为了解决钴酸锂（LiCoO2）或镍酸锂（LiNiO2）层状结构的稳定性问题，锰元素和铝元素在其中均起到支撑结构的作用，对容量的提升相对有限。其中锰的掺入可以引导锂和镍层间混合，因此改善材料的耐高温性能；铝的掺入则在一定程度上可以改善材料的晶格结构，减少塌陷，进而改善其循环稳定性。
（1）镍钴锰酸锂（NCM）
NCM根据组分可以分为两个基本系列：低钴的对称型三元材料和高镍的三元材料两种类型。前者的Ni/Mn两种金属元素的摩尔比固定为1，以维持三元过渡金属氧化物的价态平衡，代表性的产品是333和442三元材料。这类材料由于Ni含量较低Mn含量较高晶体结构比较完整，因此具有向高压发展的潜力；高镍的三元材料由于采用氢氧化物共沉淀工艺使得Ni，Co和Mn三元素在前驱体里面实现了原子尺度的均匀分布，高镍三元目前有代表性的组分有622、701515和811这几种。811的物性和NCA非常相似，在全电池中的实际克容量发挥可以超过190mAh/g相当可观。
虽然提高镍含量可以提升容量，但负面作用也同样非常明显。随着镍含量的升高，Ni在Li层的混排效应也更加明显，将直接恶化其循环性和倍率性能【2】。而且提高镍含量使得晶体机构稳定性变差，表面残碱含量也随之升高，这些因素都会导致安全性问题比较突出，尤其是在高温测试条件下电芯产气非常严重。
【2】倍率性能：指不同充放电电流下的电池放电性能。
高镍的产业化技术难点，在于前驱体的生产和产物的烧结，以及表面处理工艺这些方面，其中三元材料技术含量60%体现在前驱体的制备工艺。前驱体制备必须严格控制气氛以及络合剂浓度，否则镍含量将偏离化学计量比，导致前驱体碳含量偏高，而前驱体的品质（形貌、粒径、粒径分布、比表面积、杂质含量、振实密度等）直接决定了最后烧结产物的理化指标；烧结工艺主要体现在掺杂物的选择、烧结程序温度和气氛的控制。
NCM生产工艺流程：
（2）镍钴铝酸锂（NCA）
三元NCA材料，国外起步较早，国内的起步较晚。根据GGII的统计，截至2016年末，国内从事NCA生产的企业数量超过了15家，大多数处于建设发展初期，少量企业处于小批量生产送样检测的阶段，与日韩存在明显的差距。目前特斯拉电动汽车采用的为日本松下的NCA电池，带动了全球的NCA生产的热潮，目前国内NCA生产量为几百吨左右。
图：2016年末国内NCA材料企业的进展
NCA材料的工业化生产技术难度在于首先需要掌握前驱体的共沉淀工艺，其次是需要有比较独特的Al掺杂技术，并且烧结程序温度和气氛的控制也较高。除了材料方面的因素，电池生产工艺也需要与NCA材料匹配，NCA材料由于表面的碱性物质含量很高，因而非常容易吸潮，所以要求匀浆涂布车间要非常严格地控制水分，防止在匀浆过程中浆料容易形成果冻状，而导致无法涂布；此外，还需要在匀浆过程中采取一些特别的措施，比加入少量草酸来改善浆料凝结，松下公司还在NMP里面加入一种特殊的助溶剂，来改善打浆过程中的团聚。另外，与NCA对电解液的匹配性有较高要求，否则电芯胀气将比较严重，高温循环和存储也很难过关。
4、三元材料未来发展趋势
技术趋向高镍化：三元材料中镍元素含量的增加会增加材料容量，而综合性能受到镍钴锰三种元素的比例影响较大，未来在对电池能量密度需求不断提升的背景下，三元材料将向高镍化方向发展。但是同时考虑到镍含量增加会影响产品结构稳定性、热稳定性和循环性能，因此高镍化趋势更加考验企业对产品的把控能力。
表：不同类型NCM材料的比容量
二需求侧分析
1、过去5年市场量数据分析
受益于国内电动车用动力电池、3C电池的钴替代、电动工具、电动自行车等快速增长的影响，带动中国三元材料市场需求的持续快速增长。2016年中国三元材料市场规模和销量分别达到79.8亿元、5.43万吨，同比2015年分别增长68%、49%。
三元电池市场产量的增长主要受新能源乘用车、锂电自行车、中低端数码锂电池等市场带动，而市场产值的增长高于产量的增长主要系以下原因：
a）2016年新能源汽车动力电池保持高速增长，乘用车对三元材料需求量增速加快；b）镍、钴金属价格全年呈现上涨趋势，其中镍金属年底价格同比年初上涨超过2万元/吨，钴金属上涨超过6万/吨，因此拉动三元前驱体及成品材料价格上涨；c）高镍材料如622、811、NCA产能逐步释放并形成销量，其价格同比常规型号532高1.5万元/吨以上，因此带动总产值上涨；d）2016年下半年钴酸锂价格大幅度上涨，部分数码电池企业为节省成本，加大在中低端数码领域采用三元材料替代钴酸锂。
2、未来5年预测市场量数据分析
2016年我国新能源汽车处于政策调整期，受清查骗补、三元电池暂缓用于商用车、电池目录、补贴政策调整、纯电动物流车推荐目录暂缓发布等政策影响，新能源汽车增速36.41%，低于年初预期。但从全球来看，中国新能源汽车市场仍是全球增长最快的市场。根据工业和信息化部的最新要求，自2017年1月1日起，三元电池在客车上的应用解禁，三元材料有望保持高速增长。
3、市场需求整体情况
在纯电动乘用车方面，三元材料依然仍占据主导地位，2016年配套量占比达55.95%。虽然相比2015年时，占比降低了2.7%左右，但是其配套量却翻了两番，达到4.65GWh。
国内三元材料型号以532为主，而532三元材料，原本是三星SDI为了规避美国3M的专利而开发的组分，却成为了市场上最畅销的三元材料。从电池形状上来看，国内圆柱三元电池普遍采用NCM532，采用叠片工艺的三元动力电池采用NCM111，其中三元圆柱的产量大于方形叠片电池。
4、主要需求者与特点
锂离子电池电芯的核心结构包括正极材料、负极材料、电解液和隔膜等。具体来看，正极材料在电芯制造成本、质量中占比最大，直接决定着动力电池产品的安全性、能量密度等各项性能。
动力锂电池行业集中度明显提升：工信部已经陆续公布第292至297批《道路机动车车辆生产企业及产品》目录，目录中共有1,743款新能源汽车入选。其中排名前五名电池企业配套车型数量超过总数量的50%，绝大多数车型集中在CATL、沃特玛、北京国能、中信国安以及国轩高科，其中CATL在今年来每个批次的目录中车型配套数量均为第一，CATL在客车和乘用车领域配套车型数量均为第一，专用车方面则沃特玛、北京国能和CATL车型居多。
图：推荐目车型配套数量
电池厂商扩产步伐坚定：根据公开资料显示，电池厂商均有明确的产能规划。目前4大产能电池厂商分别是比亚迪、CATL、沃特玛和国轩高科，4家企业的2016年锂电池产能共为35.5GWh。比亚迪2020年的产能规划达到34GWh，CATL计划到2020年产能为50GWh，电池厂产能计划情况如下表：
表：主要电池生产厂商产能规划
锂电池产能过剩推动行业洗牌：根据国内2017-2018年新能源汽车产销量及预测，国内2017-2018年国内磷酸铁锂电池的需求量为16GWh和18GWh，三元材料锂电池需求量为14GWh和24GWh，而国内磷酸铁锂电池产能已经达到63GWh，三元电池产能也达到39GWh，从供需结构来讲，目前锂电池行业处于产能过剩的状态。
产能过剩将加速行业的洗牌，具体表现为：
1）磷酸铁锂电池能量密度要求提高，落后产能淘汰，具有规模、技术优势和资金实力的企业存活下来；
2）磷酸铁锂产能扩张放缓，部分企业逐步将一些磷酸铁锂电池产能切换为三元电池产能（具有成熟三元电池技术的生产企业将产线从磷酸铁锂调试成三元大概需要3个月左右，但是对于之前没有三元电池生产技术经验的企业来说产能切换可能需要2-3年，同时受电池规格和型号不同的影响，并不是所有产线都可以直接切换）；
3）龙头锂电池企业持续投入三元电池产能的建设，同时技术路径向高密度三元锂电池发展，如NCM（622、811）和NCA。
主要厂商：据21世纪经济报道联合威尔森咨询有限公司共同推出的《2016中国新能源汽车市场报告》中显示，2016年国内动力电池市场出货量达28.04Gwh，三元电池出货量占比31%，其中宁德时代排名第一。
三供给侧分析
1、供给整体情况及主要参与者
目前国内三元材料的供应较为集中，根据EVTank在研究报告中三元正极材料企业市场份额的排名，长远锂科、当升科技、湖南杉杉、厦门钨业、宁波金和这前五家企业2016年市占率合计达到了50%左右，前十大厂商2016年的市占率在68%左右。随着三元电池产业链的稳定与成熟，下游电芯及整车企业对材料供应的稳定性、质量的保证以及品牌越发看重，兼具技术与资金优势的大企业相对于跟风的小企业将拥有显著优势，未来大企业整体的市场份额有望保持甚至扩大。
根据目前国内主流产商发布的产能建设及规划消息，仅主流产商三元材料产能建设规模已超30万吨，这还不算中低端小型企业的未统计产能，假设2017年仅仅百分之50达产这个数字也达到了15万吨的产能，远超出三元材料预测需求量，产能过剩已经开始显现。
表：国内部分三元材料厂商产能规划
主要参与者：
（1）湖南杉杉（股票代码：600884.SH）
湖南杉杉成立于1992年，是国内首批进入锂离子电池材料市场的企业，目前为中国最大、世界综合产能前三的锂离子电池材料综合供应商，是日本IIT总研年报中连续四年唯一上榜的中国锂电材料制作商，已与三星、LG、索尼等国际知名企业建立战略合作关系。公司经营产品囊括锂电池正、负极材料、电解液及正极材料前驱体。2016年度公司正极材料实现销售收入250,341万元。
（2）厦门钨业（股票代码：600549.SH）
厦门钨业成立于1997年，经营业务涉及钨、钼、稀土、能源新材料和房地产等产业。钨产业经过三十年的发展已形成从钨矿山、冶炼、深加工到钨二次资源回收的完整钨产业链，其中灯用钨丝占世界市场的50%以上份额。稀土产业形成了从稀土矿山开发、冶炼分离、稀土功能材料(稀土永磁材料、储能材料、发光材料等)和科研应用等较为完整的产业体系。能源新材料领域建设了锂电正极材料和镍氢电池负极材料(贮氢合金)两大产品线，其中锂电正极材料包括了钴酸锂、三元材料、锰酸锂和磷酸铁锂等产品。2016年度公司电池材料实现销售收入205,051万元。
（3）天力锂能（股票代码：833757.OC）
新乡天力锂能股份有限公司成立于2009年，注册资金2100万，是目前国内最大的集研发、生产、销售为一体专业生产二次动力电池材料的生产厂家。公司主营产品为新型锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂产品系列，具有年产5,000吨的规模实力；镍氢电池负极材料储氢合金粉产品系列，具有年产1,000吨的规模实力；一次性锌锰电池负极材料锌粉产品系列，具有年产3,000吨的规模实力。2016年度公司三元材料实现销售收入31,072万元。
（4）当升科技（股票代码：300073.SZ）
公司是一家新能源材料研发和生产的北京市高新技术企业，主要从事钴酸锂、多元材料及锰酸锂等小型锂电、动力锂电正极材料的研发、生产和销售。公司是国内率先出口锂电正极材料的供应商，国际前6大锂电巨头中拥有5家客户，包括三星SDI、LG化学、三洋能源、深圳比克和比亚迪等。2016年度公司锂电池正极材料实现销售收入115,658万元。
2、供给侧上游各环节及主要参与者
三元材料的产业链上游主要包括三元前驱体和相应的矿产资源（锂、钴、镍、锰矿以及废料回收）。随着新能源汽车行业的高速发展，带动了钴、锂量价齐增，目前市场处于供不应求的状况。
（1）锂矿及碳酸锂
锂矿资源基本处于垄断格局，2014年前五家公司控制了全球82%的锂资源供应，其中天齐锂业和洛克伍德联合控制泰利森（天齐锂业股权占比51%，洛克伍德股权占比49%）后，相当于控制了全球锂资源的50%左右供给。
表：全球主要锂矿供应商
碳酸锂是生产三元材料的主要原材料，碳酸锂的材料成本占整个三元材料成本比重的50%以上，碳酸锂的价格直接决定了三元材料的成本高低，全球碳酸锂及其衍生产品供应量约70%来自盐湖卤水提锂，约30%来自矿石提锂。虽然锂资源并不稀缺，但具备经济可采价值的锂资源高度集中于盐湖提锂企业SQM、Rockwood、FMC和锂辉石企业Talison、Galaxy手中，因此碳酸锂的全球定价权基本集中于上述企业。随着新能源汽车尤其是乘用车对三元材料需求量的增大，碳酸锂处于供不应求的状况，2015年国内碳酸锂供给缺口达1.5万吨，导致碳酸锂的价格也从14年的4万/吨上升至目前的16万/吨。
图：14年-16年碳酸锂价格走势图
国内锂资源主要企业及产能情况如下：
（2）钴
全球钴矿主要储量集中在非洲，其中最大储量国为刚果，占全球总储量的47%，中国的储量极少，只占到全球储量的1.11%。但由于非洲的电力等生产条件受限，钴矿都是出口到国外深加工，其中我国是主要的钴矿深加工国，全球42%的钴矿在中国精炼。受新能源汽车需求拉动，钴价在2016年下半年触底反弹，11月份以来钴价涨幅超10%，后续爆发潜力最大。据国金证券2015年10月22日发布的研究报告《需求强劲，供给受限，钴市场拐点临近》预测，从2015年至2020年，全球钴供需平衡状况将不断改善，并在2016年出现供不应求，到2020年钴市场紧缺额将扩大至6,600吨。
国内钴矿资源主要参与企业如下：
（1）金川集团
金川集团是全球知名的采、选、冶配套的大型有色冶金和化工联合企业，是中国最大的镍钴铂族金属生产企业和中国第三大铜生产企业，在全球24个国家或地区开展有色金属矿产资源开发与合作。目前，金川集团目前拥有19个采矿许可证，29个勘查许可证，控制的矿产资源储量中，约包含镍435万吨，铜995万吨，钴43万吨，铂1,110吨。钴金属保有资源量、铂族金属储量和可开发利用的钴资源储量均居国内首位。
（2）格林美（股票代码：002340.SZ）
格林美收购凯力克也极大提升了钴行业发展潜力，公司在超细钴粉子行业具有明显优势，公司是中国规模最大的采用废弃资源循环再造超细钴镍粉体的企业，国际上采用废弃钴镍资源生产超细钴镍粉体材料的先进企业，中国钴镍粉体材料与循环技术的产业基地之一。致力于循环技术产业的研究与产业化，采用二次资源通过循环技术生产高技术材料，形成采用废旧电池等二次资源生产超细钴粉、超细镍粉、先进电池材料、无铅焊接材料等多种产品，具有资源和成本优势。
（3）中国中冶（股票代码：601618.SH）
公司是全球最大的工程建设综合企业集团之一，以工程承包、资源开发、装备制造及房地产开发为主业的多专业、跨行业、跨国经营的特大型企业集团。中国中冶联合吉恩镍业、金川集团有限公司和酒泉钢铁（集团）有限责任公司投资巴布亚新几内亚瑞木镍钴矿项目，项目生产产品为氢氧化镍钴，矿山服务年限20年，项目达产后年产产品含镍金属33,000吨，钴金属3,300吨。
（4）华友钴业（股票代码：603799.SH）
公司是一家专注于钴、铜有色金属冶炼及钴新材料产品深加工的高新技术企业，产品主要用于锂离子电池正极材料、航空航天高温合金、硬质合金、色釉料、磁性材料、橡胶粘合剂和石化催化剂等领域。公司是中国最大的钴化学品生产商，钴综合产能规模排名中国第二，世界前列。
（5）硫酸镍
硫酸镍主要应用在电池和电镀两个行业中，而在电池行业中，硫酸镍主要用于生产三元材料前驱体，镍在其中的主要作用为提高三元材料的能量密度。在动力电池提高能量密度的大趋势下，三元材料高镍化将是大方向，高镍体系对硫酸镍的需求会成倍增加。据测算，理论上单吨NCM111、532、622、811以及NCA对硫酸镍的需求在0.91、1.36、1.63、2.16以及2.19吨，高镍三元对硫酸镍的需求是低镍三元的两倍左右。
图：不同类型的三元正极材料所需硫酸镍的量（吨）
根据亚洲金属网的数据，2016年国内硫酸镍总产量为24.7万吨，同比增长32.4%，2017年上半年，中国累计生产硫酸镍为13.33万吨，同比增长13%。由于下游三元材料需求旺盛，国内几家公司都有增产计划，2017年硫酸镍产能预计超过35万吨，2018年产能预计达到47万吨。根据国内新能源汽车政策规划，预计17-19年国内三元正极材料需求量分别为7.61万吨、11.66万吨、15.74万吨，复合增速44%；而受益于高镍占比的快速提升，对应电池级硫酸镍的需求量分别为9.09万吨、15.11万吨、21.36万吨。预计短期内硫酸镍产能能够完全覆盖供给需求，但是考虑到硫酸镍生产采用湿法冶金工艺，属于高污染行业，目前国内环保政策趋严的形势下，可能会对厂商的开工率产生影响，造成供给远远小于产能，也可能会造成供需缺口。
图：2016-2020年硫酸镍预计需求
图：2014年至今硫酸镍价格走势
主要厂商：
格林美、中国中冶、贵研铂业。
四法律法规和产业政策分析
行业管理：行业协会主要有中国化学与物理电源行业协会和中国电池工业协会等。
中国化学与物理电源行业协会是经中华人民共和国民政部注册登记的国家一级协会，主管部门为工业和信息化部。协会成立于1989年12月，现有300多家会员单位，下设碱性蓄电池与新型化学电源分会、酸性蓄电池分会、锂电池分会、太阳能光伏分会、干电池工作委员会和电源配件分会等六个分支机构。
中国电池工业协会成立于1988年，经国家民政部注册批准，具有法人资格，为跨地区、跨部门、跨所有制的国家一级协会。中国电池工业协会的主管部门是国有资产管理监督委员会，同时接受国家民政部和中国轻工业联合会的管理。