截至2023年10月，我国新能源汽车保有量达1821万辆。我国新能源汽车已迈入规模化、全球化发展阶段，带动我国成为全球最大的锂离子电池制造国，市场占有率连续6年排名世界第一。

　　新能源汽车和新型储能的高速发展对电池技术提出了更高要求。正极材料是决定电池性能与成本的关键因素。目前，我国正极材料以磷酸铁锂和三元材料为主，同时涌现了大量基于原有正极材料的技术创新和新型正极材料的技术革新，技术路径丰富多样。但正极材料在技术发展中仍面临能量密度、安全性能与成本无法兼顾的问题。如何把安全的平衡点提升至高能量密度水平并兼具经济性，是正极材料高质量发展亟待解决的问题。

　　正极材料是锂电池的核心材料之一，对产品最终的能量密度、电压、使用寿命及安全性等有着直接影响，也是锂电池中成本最高的部分，约占整个动力电池电芯成本的30%~40%。

　　我国正极材料主要分为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂（LFP）、三元材料、磷酸锰铁锂（LMFP）、钠离子正极材料和其他新型正极材料。其中，前四类材料技术成熟，已实现产业规模化应用。2022年，我国正极材料出货量为189.6万吨，比上年增长近70%，产量达201.7万吨。

　　目前，我国电池产业技术水平有效提升，形成了以三元材料和LFP正极材料为主的发展路径，其中，三元电池单体/系统比能量达到每千克300千瓦时，接近现有正极材料体系的能量密度极限，亟待以技术创新突破能量密度瓶颈，满足市场发展对成本、安全的需要，实现我国正极材料技术的高质量发展。

　　钴酸锂是我国最早实现商业化的正极材料，具有理论能量密度高、倍率性能好、高低温性能佳等优点。但钴的成本高，加之钴酸锂的实际能量密度低、安全性能差、循环寿命短，导致其应用领域局限在小型电子产品。为满足消费电子对电池能量密度提升的需求，钴酸锂高压化这一技术路径最为直接有效，即提高充电上限电压可以使钴酸锂脱出更多的锂离子参与电化学反应，从而提升电池的放电比容量。

　　2022年电子消费市场低迷，且原料价格高位波动，导致钴酸锂出货量、产量比上年降幅超两成。未来，技术迭代与产品更新换代需求将驱动新一轮电子消费景气周期的到来；AR/VR、无人机等新型电子消费品类愈加丰富；我国锂矿探明储量大幅增加，提锂技术提升，成本回落。在多重因素下，我国钴酸锂需求仍有一定增长空间。

　　目前，我国钴酸锂市场竞争格局已基本确立。未来，研发高于4.5伏电压的钴酸锂高壁垒产品是该领域企业技术创新的最优路径，将促进市场份额进一步集中。

　　我国锰酸锂成本低、安全性好、循环寿命长，但受限于低能量密度，下游消费仅集中于数码、低端储能和小动力领域。2023年锂盐价格下降提升了锰酸锂材料的性价比，国内部分3C产品开始由钴酸锂路线切换至锰酸锂路线，带动锰酸锂出货量同比增长。但随着主要应用于储能和低速交通工具的钠离子电池逐步落地，锰酸锂在电动两轮车和储能领域的市场份额或将被取代。

　　当前，在新能源汽车补贴退坡和市场化推广的双重影响下，为降低原料成本，生产企业将进一步减少对钴、镍的依赖。由于技术瓶颈难以突破，现多以两种正极材料混用来取长补短，如锰酸锂与三元材料混用为新能源汽车降本。因此，在有限的能量密度范围内最大程度地发挥锰酸锂的成本和安全优势是其立身之本。

　　目前，我国锰酸锂生产企业数量多但规模小，呈现百花齐放的竞争格局。未来，在新型正极材料快速发展的背景下，锰酸锂生产企业亟待打破技术瓶颈以抵挡“大浪淘沙”。

　　磷酸铁锂兼具能量密度、成本与安全性能三大优势，成为正极材料技术的研究重点。在保持低成本的优势下，为满足新能源汽车长续航里程需求，磷酸铁锂的技术升级迫在眉睫，主要有以下两条路径：

　　一是从提升能量密度上对磷酸铁锂的合成技术持续升级，强化技术壁垒。将磷酸铁锂制备成纳米级，从而提供额外的容量。在合成技术上还可以通过塑型剂、表面活性剂等制备具有更高压实密度的磷酸铁锂，从而提升磷酸铁锂的体积能量密度。

　　二是从降本增效上对磷酸铁锂的合成工艺持续升级，稳固成本竞争力。磷酸铁锂的生产成本由锂源、磷源、铁源、用电成本和环保成本构成，不同工艺路线直接决定成本及其下降潜力。草酸亚铁供应链配套不足，使得铁源成本高于铁红、硫酸亚铁，未来随着煤化工企业进入，可解决配套问题实现降本；锂源则可兼容单价更低的磷酸锂；液相法节约能源成本，但使用硝酸后会产生氮氧化物，环保成本高，工艺控制难。

　　随着新能源汽车回归市场化，未来磷酸铁锂的市场需求将迅猛增长。随着生产企业日益增多，国内磷酸铁锂预计将于2024年形成结构性产能过剩，现有市场高端产能不足、中低端产能过剩，行业或将迎来洗牌。

　　三元材料是层状镍钴锰（铝）酸锂复合材料。相较上述三种正极材料，三元材料具有突出的高能量密度和长循环性能优势，仅部分金属成本较高。在新能源汽车高质量发展下，三元材料可满足其对长续航里程的需求。但受锂价、钴价上涨影响，三元材料市场需求增速放缓。同时，在技术革新下，一些新型正极材料的能量密度等性能已接近甚至超越了传统三元材料，对三元材料出货量带来冲击。

　　在市场竞争格局上，此前由于三元材料各生产企业的原料体系、工艺、资源布局较为相似，行业竞争格局较为分散。但随着三元材料技术更迭加速，生产企业的一体化布局加大了成本差异，行业集中度有所提升，龙头企业优势显露。

　　未来，新型正极材料的发展将改变三元材料的市场格局，为适应市场与技术的快速变化，三元材料需不断迭代创新。一是可通过调节指标，精准控制三元前驱体的合成过程；二是可采用“一锅端”的新型合成方式，用纯基础金属直接生产正极材料，在小幅提高电池容量的同时，还可省去处理含硫废弃物的成本。

　　正极材料技术创新路线日，工信部、国家发展改革委、商务部联合印发《轻工业稳增长工作方案（2023-2024年）》，提出围绕提高电池能量密度、降低热失控等方面，加快铅蓄电池、锂离子电池、原电池等领域关键技术及材料研究应用。而正极材料作为决定电池性能和成本的关键，其技术创新需以提高能量密度、降低成本、提升安全性能为目标导向。提高能量密度

　　磷酸锰铁锂：磷酸铁锂能量密度的提升空间小、难度大，且面临产能过剩风险。通过在磷酸铁锂中添加锰而获得的磷酸锰铁锂，能成功消除磷酸铁锂能量密度瓶颈，将能量密度提高15%~20%，且其橄榄石型结构在充放电时更具安全性。在成本上，磷酸锰铁锂的装机成本略低于磷酸铁锂。因此，加“锰”料将成为磷酸铁锂技术创新的新路径。2023年8月，工信部首次公布装配“三元+磷酸锰铁锂”电池的车型，磷酸锰铁锂电池产业化超预期。待规模化降本后，有望应用到基站储能、特种车辆及电动船舶等领域。

　　三元材料：产业新周期下，对电池能量密度、安全性能的要求愈加严苛，伴随锂电原材料价格上涨，降本增效呼声渐高，倒逼正极材料体系革新。为在市场化竞争中不被淘汰，高镍化、单晶化和高压化成为三元材料的技术升级路径。镍含量是决定正极材料能量密度的关键，镍含量越高，电池能量密度越高。而高能量密度是三元材料最大的竞争优势，故其技术发展路径首选高镍化。单晶结构稳定性更强，故循环性能佳、安全性能高，能负载高电压，可通过提高电压平台来提升能量密度，如若对超高镍材料进行单晶化处理，则有望带领三元材料能量密度到达新高度。由于镍含量越低，安全性能越好，因此高压化在提升能量密度的同时还能改善安全性能。

　　富锂锰基正极材料：因额外利用晶格氧活性而具备每克300毫安时以上的放电比容量，有望打破三元材料能量密度“天花板”。此外，其还具有优异的循环稳定性，且属于低钴材料，能够有效降本。尽管同为三元体系，但富锂锰基正极材料的制备工艺与三元材料完全不同，技术壁垒较高，尚处于产业化初期。未来，富锂锰基正极材料得以规模化生产后，可广泛应用在汽车和储能等领域，成为正极材料发展中强有力的技术路径。

　　发展低（无）钴正极材料。钴在三元材料中起到维持结构稳定、改善材料循环及倍率性能的作用。但由于钴价高，低（无）钴化成为锂离子电池降本的重要技术路径之一。在三元电池中，钴的成本占原材料成本的20%~70%，镍价远低于钴价，凸显高镍的成本优势。现阶段，三元电池中钴含量最低可降至3%。此外，还可通过铝掺杂部分替代钴（四元材料）实现降本。尽管“高镍低钴”能满足降本需求，但也会导致电池更易过热，安全性大打折扣。因此，真正的“无钴化”必须要以创新技术做支撑。二元无钴材料通过突破阳离子掺杂、单晶和纳米网络包覆三大关键技术，可轻松通过安全性试验并实现降本5%~15%。此外，基于磷酸铁锂和磷酸锰铁锂电池的无钴技术路径也在有序推进。

　　发展钠离子正极材料。当前我国锂资源面临两大问题，一是依赖进口，2022年我国锂资源对外依存度高达55%；二是价格波动剧烈，在一定程度上阻碍了锂离子电池的发展。因此，成本低廉的钠离子正极材料应运而生。目前，我国钠离子正极材料生产企业主攻层状过渡金属氧化物型，同时也积极布局普鲁士蓝（白）型和聚阴离子型。受碳酸锂价格回落影响，2023年钠离子正极材料产业化进程放缓。但我国已将钠离子电池列入《“十四五”能源领域科技创新规划》，支持钠离子电池前沿技术和核心技术装备攻关，积极推动了钠离子正极材料的发展。随着技术更加成熟、实现规模化降本，钠离子正极材料未来可期。

　　一般情况下，正极材料的锂离子含量会大于负极材料锂离子容量，以提高电池的倍率特性和循环性。但过多的锂离子存储在正极结构中，当外部保护电路失灵，电池发生过充时，负极材料已没有更多位置容纳锂离子，导致多余的锂离子会在外部电压驱使下从正极向负极聚集，造成负极表面生成锂单质结晶，而活泼的锂单质遇高温会发生剧烈反应，如量过多则会刺穿隔膜，造成内短路，电池将有爆燃风险。此外，正极材料自身的热稳定性及其与电解液的相容性也将决定正极材料的安全性。

　　国家能源局综合司发布的《防止电力生产事故的二十五项重点要求（2022年版）》提到，中大型电化学储能电站不得选用三元锂电池。这说明安全性已成为制约三元材料发展的关键问题。在三元材料中，镍含量越高，材料稳定性越差，安全性也就越差。在平衡能量密度的前提下，三元材料单晶化是提升其安全性的有效方式。此外，富锂锰基单晶化、三元材料掺杂改性（类似四元材料）和选用钠离子正极材料均为基于安全角度的正极材料技术升级路径。

　　石科院自主开发的三元前驱体合成工艺新技术可实现全系列优质多晶/单晶三元前驱体的制备。业界专家评议认定，石科院自主研发的三元前驱体粒径分布窄、晶体结构可控、一次晶粒堆积取向度高，性能优于商业化产品，且合成工艺具有创新性和自主知识产权，在锂离子电池领域应用前景良好。同时，石科院还开发了配套的高性能正极材料锂化焙烧及多重改性技术，自主研发生产的NCM811等三元正极材料产品性能整体处于国内先进水平。

　　上海院锂电池正极材料团队针对新型高能量密度三元正极材料持续开展技术创新，完成了高能量密度三元正极材料生产的全流程工艺开发，形成了具有自主知识产权的新型组成和结构的前驱体，以及正极材料系列牌号产品。其中，上海院的前驱体产品已通过下游龙头企业的测评，在放电比容量、首周效率、倍率性能、直流阻抗等方面具有优势，目前项目团队已完成吨级前驱体中试生产装置的设计和环评工作。项目团队开发的正极材料具有能量密度高、循环稳定性好、倍率性能和安全性能好的综合优势，目前已完成百公斤级正极材料生产的中试验证，以及下游电池企业的第三方初步测评和认证。

　　上海院还针对下一代电池技术对正极材料性能、成本、安全等方面的要求，积极布局固态电池材料、电池回收技术、钠离子电池正极材料等领域，加大技术攻关力度。