一、三元電池脫穎而出，引領(lǐng)汽車電動(dòng)化浪潮

    電動(dòng)車要求電池具有比能量高、比功率大、自放電少、價(jià)格低廉、使用壽命長(zhǎng)及安全性好等特性，相應(yīng)的正極材料也應(yīng)滿足相同的要求。正極材料是電池中鋰離子之源，其性能直接關(guān)系到電池性能，是鋰電能量密度的基礎(chǔ)，是鋰離子電池中關(guān)鍵的功能材料。鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈中，市場(chǎng)規(guī)模大、產(chǎn)值高的也是正極材料，其占鋰離子電池生產(chǎn)成本的30-40%。

正極材料參數(shù)與 電動(dòng)汽車表現(xiàn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系

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    鋰離子電池正極材料技術(shù)路線有很多，主要圍繞著磷酸鐵鋰、三元材料（NCM、NCA）、鈷酸鋰、錳酸鋰這四大類。

正極材料性能對(duì)比

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    智研咨詢發(fā)布的《2020-2026年中國(guó)正極材料產(chǎn)業(yè)運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀及發(fā)展前景分析報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示：各種正極材料應(yīng)用領(lǐng)域各不相同，三元材料和磷酸鐵鋰主要用于動(dòng)力電池領(lǐng)域。

    （1）三元材料是鎳鈷錳酸鋰和鎳鈷鋁酸鋰為代表的多元金屬?gòu)?fù)合氧化物，能夠充分發(fā)揮三種金屬的優(yōu)勢(shì)，電池能量密度較高，是動(dòng)力電池主要正極材料之一，主要用于乘用車以及大部分物流車。（2）磷酸鐵鋰原材料低廉，循環(huán)性和安全性好，但能量密度較低，主要用于客車以及部分物流車。（3）錳酸鋰資源豐富，價(jià)格便宜，安全性好，但循環(huán)性差，高溫中衰減嚴(yán)重，少量用于動(dòng)力電池中。（4）鈷酸鋰能量密度高，但價(jià)格高且安全性一般，目前主要用于3C產(chǎn)品數(shù)碼電池中。

正極材料性能對(duì)比

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    近年來(lái)國(guó)外動(dòng)力電池企業(yè)主打三元正極材料路線，依靠先發(fā)優(yōu)勢(shì)技術(shù)積累明顯。在鋰離子電池技術(shù)路線選擇方面，國(guó)外動(dòng)力電池企業(yè)并未大量采用磷酸鐵鋰電池，而是在錳酸鋰電池基礎(chǔ)上發(fā)展出錳酸鋰+三元摻混電池路線。隨著技術(shù)進(jìn)步，三元材料摻混比例逐步提升，錳酸鋰材料摻混比例逐步降低，直至發(fā)展出純?nèi)姵亍?/p>

    我國(guó)動(dòng)力電池逐步由磷酸鐵鋰電池轉(zhuǎn)向三元電池，乘用車領(lǐng)域尤為明顯。我國(guó)對(duì)動(dòng)力電池的研究起步于“十五”科技部電動(dòng)汽車重點(diǎn)專項(xiàng)，研究重點(diǎn)主要是鎳氫電池和錳酸鋰電池；到“十一五”時(shí)，研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向磷酸鐵鋰電池，從我國(guó)新能源汽車推廣示范開(kāi)始,2010-2015年，磷酸鐵鋰電池一度在我國(guó)新能源汽車領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，后因?yàn)槟芰棵芏绕偷脑颍诔擞密嚭蛯Ｓ密嚨阮I(lǐng)域逐步被三元電池所取代，現(xiàn)在主要用于客車等對(duì)安全性和循環(huán)壽命要求比較高的領(lǐng)域。到“十二五”，受能量密度驅(qū)使，動(dòng)力鋰電池研發(fā)重心轉(zhuǎn)向了三元鋰離子電池。為進(jìn)一步提升能量密度，2025年后技術(shù)路線有望轉(zhuǎn)向固態(tài)電池/鋰硫電池/金屬空氣電池等下一代電池。

動(dòng)力電池技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

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    二、高能量密度代表電池未來(lái)發(fā)展方向，三元正極材料是關(guān)鍵

    1、補(bǔ)貼政策掛鉤能量密度，驅(qū)動(dòng)高能量密度化

    從2009年國(guó)家開(kāi)始新能源汽車推廣試點(diǎn)以來(lái)，我國(guó)一直推行新能源汽車補(bǔ)貼政策，隨著新能源汽車市場(chǎng)的發(fā)展，國(guó)家對(duì)補(bǔ)貼政策也有所調(diào)整。但總體來(lái)看，補(bǔ)貼政策呈現(xiàn)額度收緊，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求逐漸提高的趨勢(shì)，從2017年開(kāi)始補(bǔ)貼政策與能量密度掛鉤。2018年補(bǔ)貼政策鼓勵(lì)高續(xù)航里程、高能量密度、低能耗的車型。續(xù)航里程和能量密度雙高的車型補(bǔ)貼不降反升，補(bǔ)貼政策開(kāi)始向扶強(qiáng)扶優(yōu)轉(zhuǎn)變，有利于淘汰行業(yè)內(nèi)落后產(chǎn)能，促進(jìn)行業(yè)龍頭企業(yè)業(yè)務(wù)發(fā)展。

    受補(bǔ)貼下滑影響，2019年下半年起國(guó)內(nèi)新能源汽車單月銷量同比持續(xù)下滑。2019年1-10月，我國(guó)新能源汽車產(chǎn)銷量分別為98.3和94.7萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)11.7%和10.1%。10月我國(guó)新能源汽車銷量7.5萬(wàn)輛，同比下滑45.6%，環(huán)比下滑5.9%，產(chǎn)量為9.5萬(wàn)輛，同比下滑35.4%，環(huán)比增長(zhǎng)6.2%。其中，新能源乘用車產(chǎn)銷量分別為8.3和6.6萬(wàn)輛，同比分別下滑34.5%和45.0%，產(chǎn)量環(huán)比增長(zhǎng)3%，銷量環(huán)比下滑8.9%。新能源商用車產(chǎn)銷量分別為1.2和0.9萬(wàn)輛，同比分別下滑41%和49.4%，環(huán)比增長(zhǎng)35.8%和24.1%。

新能源汽車月度銷量及增速（萬(wàn)臺(tái)）

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    雙積分修正征求意見(jiàn)稿發(fā)布，保障新能源汽車長(zhǎng)期發(fā)展。7月9日，工信部發(fā)布《乘用車企業(yè)平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法》修正案（征求意見(jiàn)稿），要點(diǎn)如下：（1）鼓勵(lì)發(fā)展低油耗乘用車：計(jì)算乘用車企業(yè)新能源汽車積分達(dá)標(biāo)值時(shí)，低油耗乘用車的生產(chǎn)量或者進(jìn)口量按照其數(shù)量的0.2倍計(jì)算。（2）修改純電動(dòng)乘用車積分計(jì)算方法，降低單車積分上限值（純電動(dòng)乘用車積分上限從5分下調(diào)至3.4分，插電混動(dòng)積分從2分下調(diào)至1.6分）。（3）新能源汽車積分比例的期限延長(zhǎng)2021-2023新能源汽車積分比例要求為14%、16%、18%。新的積分測(cè)算方式將引導(dǎo)行業(yè)向節(jié)能減排方向發(fā)展，單車積分上限的降低也有望從供需結(jié)構(gòu)變化修正新能源積分價(jià)值，從長(zhǎng)效機(jī)制上保障行業(yè)中長(zhǎng)期的快速發(fā)展。

    工信部正編制《2021-2035年新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，征求意見(jiàn)稿提出2030年新能源汽車占比40%。工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)司副司長(zhǎng)羅俊杰11月7日在第二屆中國(guó)國(guó)際進(jìn)口博覽會(huì)“中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇”透露，工信部會(huì)同20多個(gè)部門牽頭編制的《2021-2035年新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》正處在征求意見(jiàn)階段。征求意見(jiàn)稿提出了兩個(gè)階段性目標(biāo)：到2025年，新能源汽車競(jìng)爭(zhēng)力明顯提高，銷量占當(dāng)年汽車總銷量的20%，到2030年，新能源汽車形成市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，銷量占當(dāng)年汽車總銷量的40%。

    2019年補(bǔ)貼政策調(diào)整，續(xù)航里程和能量密度門檻進(jìn)一步提高。2019年新的補(bǔ)貼政策里程分類由2018年的5段，變?yōu)?50≤R＜400km和R≥400km兩種。補(bǔ)貼金額續(xù)航里程R≥400km從5萬(wàn)元下降至2.5萬(wàn)元，300≤R＜400km從4.5萬(wàn)元下降至3萬(wàn)元。最低續(xù)航區(qū)間150≤R<200km將不再補(bǔ)貼。2019年補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)也提高了對(duì)能量密度的要求，取消了對(duì)125wh/kg以下的電池的補(bǔ)貼，并對(duì)其余各級(jí)別的能量密度系數(shù)下調(diào)了0.2。達(dá)到160wh/kg的能量密度成為標(biāo)準(zhǔn)要求。在新的補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)下，部分車企繼續(xù)提升新車型的續(xù)航和能量密度，也有部分車企轉(zhuǎn)向低續(xù)航的低成本路線。

2018年與2019年新能源乘用車補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

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2018年與2019年的能量密度要求對(duì)比

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    乘用車部分車型探索磷酸鐵鋰低成本路線，續(xù)航里程分布也呈現(xiàn)兩極分化。從工信部車型公告數(shù)據(jù)來(lái)看，部分乘用車企今年探索磷酸鐵鋰的低成本路線，過(guò)渡期之后，今年第7、8、9批次推廣目錄中，純電動(dòng)乘用車采用磷酸鐵鋰電池的車型數(shù)分別為6、7、5款。而從續(xù)航里程上來(lái)看，過(guò)渡期之后的3批目錄中較低續(xù)航車型數(shù)也有所上升。在第9批的25款純電動(dòng)乘用車中，300公里續(xù)航以下車型數(shù)為11款，有2款車型的續(xù)航里程在150公里以下，4款在150-200公里，也有車企推出600公里以上續(xù)航車型，預(yù)計(jì)明年乘用車?yán)m(xù)航里程仍將呈現(xiàn)兩級(jí)分化。

乘用車車電池種類分布趨勢(shì)

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乘用車?yán)m(xù)駛里程分布趨勢(shì)

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    2、高能量密度提升關(guān)鍵在于正極材料，高鎳化趨勢(shì)已定

    純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程一直是核心買點(diǎn)和消費(fèi)者核心關(guān)注點(diǎn)，持續(xù)增加的續(xù)航里程也是影響車型終端銷量的重點(diǎn)要素之一。動(dòng)力電池容量大小直接關(guān)系到純電動(dòng)汽車的續(xù)航里程，現(xiàn)代汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本保持固定不變，即使開(kāi)發(fā)專門的純電動(dòng)汽車平臺(tái)，預(yù)留給動(dòng)力電池的布局空間也僅僅是前后軸之間的固定位臵。在無(wú)法改變布局空間的前提下，提升電池整體容量便是解決續(xù)航問(wèn)題的基礎(chǔ)。從2013年開(kāi)始至今，國(guó)產(chǎn)純電動(dòng)汽車的續(xù)航里程，已經(jīng)從150公里快速提升至400公里左右，部分高端車型已邁向500公里續(xù)航里程。動(dòng)力電池以更輕的整備質(zhì)量以及更高的能量密度，獲得更大的電池容量，作為核心升級(jí)的便是電池能量密度。
提高電池包能量密度，主要有兩大途徑：一是采用更高能量密度的電芯，二是提高成組效率。現(xiàn)階段主流方形電芯成組效率已經(jīng)在75%左右，在現(xiàn)有技術(shù)條件下可提升空間相對(duì)有限，未來(lái)有較大發(fā)展空間的是從提升電芯能量密度出發(fā)，進(jìn)而提升電池包整體的能量密度。

    高能量密度電池是各國(guó)政府及領(lǐng)先電池企業(yè)競(jìng)相布局、重點(diǎn)研發(fā)的方向。日本政府早在2009年就提出了高能量密度電池的研發(fā)目標(biāo)，2020年，純電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池電芯能量密度為250Wh/kg，2030年達(dá)到500Wh/kg，2030年以后發(fā)展到700Wh/kg。美國(guó)政府在2015年11月將2020年電芯能量密度目標(biāo)提升為350Wh/kg。

1990-2030年鋰離子電池能量密度發(fā)展路線

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現(xiàn)有動(dòng)力電池的技術(shù)指標(biāo)以及未來(lái)的發(fā)展目標(biāo)

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    2017年3月，國(guó)家發(fā)改委、財(cái)政部、工信部和科技部四部委聯(lián)合發(fā)布了《促進(jìn)汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)方案》，提出到2020年，新型鋰離子動(dòng)力電池單體比能量超過(guò)300Wh/kg，系統(tǒng)比能量力爭(zhēng)達(dá)到260Wh/kg；到2025年，新體系動(dòng)力電池技術(shù)取得突破性進(jìn)展，單體比能量達(dá)500Wh/kg。2017年5月，工信部、國(guó)家發(fā)改委和科技部三部委聯(lián)合發(fā)布的《汽車產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》再一次提出到2020年，動(dòng)力電池單體比能量達(dá)到300Wh/kg以上，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)350Wh/kg，系統(tǒng)比能量力爭(zhēng)達(dá)到260Wh/kg，到2025年，動(dòng)力電池系統(tǒng)比能量達(dá)到350Wh/kg。

    2019年方形電芯將主推能量密度230-240Wh/kg的產(chǎn)品，軟包主推240-260Wh/kg產(chǎn)品，18650電芯將推出3.2-3.4Ah的產(chǎn)品、21700電芯將推出4.8-5.0Ah的產(chǎn)品。

國(guó)內(nèi)主流電池廠商能量密度匯總

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    國(guó)內(nèi)部分主流電池廠商均計(jì)劃在2020年達(dá)到300Wh/kg。

四大鋰電企業(yè)對(duì)未來(lái)技術(shù)的規(guī)劃

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    綜合前面提到的主流電池廠商技術(shù)路線，要實(shí)現(xiàn)2020年動(dòng)力電池單體能量密度達(dá)到300Wh/kg、電動(dòng)汽車長(zhǎng)續(xù)航里程和較低成本的目標(biāo)，因磷酸鐵鋰能量密度存在瓶頸，可挖掘潛力有限，在現(xiàn)有技術(shù)體系下，三元材料成為技術(shù)發(fā)展主流線路。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上常見(jiàn)的三元材料主要是鎳鈷錳酸鋰NCM，其通式為L(zhǎng)iNi1-x-yCoxMnyO2,其綜合了LiCoO2、LiNiO2和LiMnO2三種材料的優(yōu)點(diǎn)，由于Ni、Co和Mn之間存在明顯的協(xié)同效應(yīng)，因此NCM的性能好于單一組分層狀正極材料，是目前最具發(fā)展?jié)摿Φ恼龢O材料之一。三種元素對(duì)材料電化學(xué)性能的影響也不一樣，一般而言，Co主要起穩(wěn)定三元材料層狀結(jié)構(gòu)，提高材料的電子導(dǎo)電性和改善循環(huán)性能；Mn的存在能降低成本，改善材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性；Ni有助于提高材料容量，但Ni含量過(guò)高將會(huì)與Li+產(chǎn)生混排效應(yīng)而導(dǎo)致循環(huán)性能和倍率性能惡化，而且高鎳材料的pH值過(guò)高影響實(shí)際使用。Ni、Co和Mn三種元素不同配比可以獲得不同性能的NCM材料，主流型號(hào)包括NCM333、NCM523、NCM622和NCM811。

NCM的放電容量、熱穩(wěn)定性和容量保持率關(guān)系圖

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    正極材料比容量與電池單體能量密度直接相關(guān)。從LFP到NCM333、NCM523、NCM622，目前正在向NCM811、NCA發(fā)展，隨著正極材料的發(fā)展，電池能量密度也在不斷提升，2020年單體能量密度有望達(dá)到300Wh/kg。

磷酸鐵鋰和三元材料性能

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    近年來(lái)，三元正極材料逐漸向高比容量、高壓實(shí)、高電壓、低成本方向發(fā)展，在此過(guò)程中合理設(shè)計(jì)材料的結(jié)構(gòu)至關(guān)重要，通過(guò)不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以有效解決相應(yīng)問(wèn)題。目前三元正極材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改進(jìn)方向主要包括：類單晶型結(jié)構(gòu)、放射狀結(jié)構(gòu)、核殼結(jié)構(gòu)和梯度材料結(jié)構(gòu)等。類單晶型結(jié)構(gòu)能夠提升正極材料的壓實(shí)密度、顆粒強(qiáng)度、電壓等；放射狀結(jié)構(gòu)能夠提升正極材料的比容量和循環(huán)穩(wěn)定性等；核殼結(jié)構(gòu)和梯度材料結(jié)構(gòu)適用于高鎳三元材料，能夠充分發(fā)揮正極材料的比容量，提升截止電壓和循環(huán)穩(wěn)定性等。所以，未來(lái)應(yīng)該根據(jù)電池的使用要求，深入分析正極材料的性能特點(diǎn)，通過(guò)合理設(shè)計(jì)材料結(jié)構(gòu)，結(jié)合三元正極材料的其他改性手段，開(kāi)發(fā)綜合性能優(yōu)異的三元正極材料。

三元正極材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)方向

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    三、2020年后技術(shù)迭代速度變慢，高鎳三元大有可為

    相比NCM333逐步提升到NCM523、NCM622，技術(shù)難度提升相對(duì)比較平緩，NCM811/NCA技術(shù)門檻明顯提升，在制備工藝、設(shè)備以及生產(chǎn)環(huán)境等方面的要求明顯高于普通三元材料。NCA技術(shù)壁壘高，幾乎被日韓企業(yè)壟斷，主要供應(yīng)商有日本的住友金屬、日本化學(xué)和戶田化學(xué)，韓國(guó)的ECOPRO和GSEM。由于NCA對(duì)生產(chǎn)環(huán)境和制造工藝的要求更高，同時(shí)由于NCM811與之前的NCM333/523/622等同屬于鎳鈷錳結(jié)構(gòu)，與它們的生產(chǎn)工藝也更為接近，而NCA加入鋁元素，合成工藝上會(huì)有區(qū)別。國(guó)內(nèi)企業(yè)多數(shù)偏向于NCM811。擁有技術(shù)先發(fā)優(yōu)勢(shì)的正極企業(yè)盈利能力將顯著提升。NCM811正極材料含鈷量?jī)H為6.1%，相比NCM523/622下降50%；如果考慮到每KWhNCM811電池所需要的正極質(zhì)量為1.44kg，每KWhNCM523電池所需要的正極質(zhì)量為1.89kg，每KWhNCM811電池鈷用量?jī)H為NCM523的40.5%。在高鎳正極體系下，正極燒結(jié)環(huán)節(jié)的技術(shù)含量也顯著增加，在以加工費(fèi)定價(jià)的模式下，NCM811正極材料的毛利率也將高于目前NCM523產(chǎn)品。

    高鎳三元正極，尤其是高鎳NCM811有效產(chǎn)能釋放難度非常高。一方面是生產(chǎn)工藝方面，高鎳三元材料在前驅(qū)體燒結(jié)和材料生產(chǎn)環(huán)境方面的要求都較為苛刻，產(chǎn)品在存儲(chǔ)使用過(guò)程中容易吸潮成果凍狀，不易調(diào)漿和極片涂布，因此正極材料企業(yè)對(duì)窯爐等生產(chǎn)設(shè)備的各項(xiàng)性能要求都比較高；另一方面，高鎳三元的安全性更差，因此合格供應(yīng)商的認(rèn)證難度較高、所需時(shí)間較長(zhǎng)。此外，整車廠對(duì)上游零部件供應(yīng)商有較高的門檻要求和長(zhǎng)時(shí)間的認(rèn)證測(cè)試，程序更復(fù)雜，時(shí)間也更長(zhǎng)。目前，國(guó)內(nèi)僅當(dāng)升科技、容百鋰電、杉杉股份等少數(shù)幾家公司具備量產(chǎn)高鎳三元材料能力，但產(chǎn)品性能和一致性仍需進(jìn)一步提高，關(guān)鍵設(shè)備的技術(shù)水平和可靠性與國(guó)外存在一定的差距。要實(shí)現(xiàn)突破，就要研究包覆元素種類、包覆量對(duì)材料表面殘余堿含量及電化學(xué)性能的影響，確定有利于降低殘余堿含量，提高材料電化學(xué)性能的最佳包覆參數(shù)組合，提高關(guān)鍵設(shè)備如氧氣氣氛焙燒設(shè)備的技術(shù)水平和可靠性。隨著高鎳三元材料滲透率以及技術(shù)門檻的提升，少數(shù)具備量產(chǎn)技術(shù)的龍頭企業(yè)市場(chǎng)份額有望提升，國(guó)內(nèi)正極材料分散競(jìng)爭(zhēng)格局有望得以改善，工藝技術(shù)水平過(guò)硬、成本管控優(yōu)異的正極龍頭企業(yè)有望“殺出重圍”。

    展望未來(lái)，從目前的三元材料技術(shù)來(lái)看，通過(guò)降低電芯中非活性物質(zhì)的質(zhì)量比來(lái)提高電池的能量密度，幾乎已經(jīng)達(dá)到了技術(shù)的極限，采用具有更高比容量的正負(fù)極材料是提高電池能量密度更為有效的技術(shù)途徑。富鋰錳基正極+硅碳負(fù)極被視為下一代鋰動(dòng)力電池的理想之選。雖然富鋰錳基正極材料具有高放電比容量的優(yōu)勢(shì)，但當(dāng)前仍面臨著結(jié)構(gòu)復(fù)雜問(wèn)題，充放電機(jī)理還存在爭(zhēng)議，其首次放電效率、倍率性能、高溫性能、全電池性能、長(zhǎng)期循環(huán)性能和充放電過(guò)程中放電電壓平臺(tái)衰減方面的問(wèn)題有待解決。目前解決這種材料問(wèn)題的手段很多：包覆、酸處理、摻雜、預(yù)循環(huán)、熱處理等方法，但是這些方法只能在某些方面提升材料的性能，實(shí)現(xiàn)富鋰錳基動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用相對(duì)比較困難，據(jù)推測(cè)到2025年才有大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的可能。從目前至富鋰錳基正極材料產(chǎn)業(yè)化之間，未來(lái)6-7年正極材料性能提升主要是依托NCM811/NCA技術(shù)路線，正極材料技術(shù)迭代速度在逐步變慢。隨著能量密度提升，單車帶電量有望隨之提升，2020年純電動(dòng)乘用車平均續(xù)航里程有望達(dá)到400公里，部分車型甚至?xí)_(dá)到500公里以上；如果將時(shí)間拉長(zhǎng)到2025年，屆時(shí)受益于電池成本的降低以及NCM811/NCA體系的進(jìn)一步技術(shù)挖掘帶來(lái)的能量密度提升，單車帶電量有望進(jìn)一步提升，純電動(dòng)乘用車?yán)m(xù)航里程有望接近甚至超過(guò)燃油車，“里程焦慮”將成為過(guò)去式。目前圓柱型動(dòng)力電池已率先實(shí)現(xiàn)NCM811/NCA量產(chǎn)，方形、軟包電池有望在2019年迎來(lái)高鎳產(chǎn)品量產(chǎn)，國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池龍頭寧德時(shí)代和比亞迪均計(jì)劃在2019年推出NCM811動(dòng)力電池。NCM811/NCA技術(shù)路線產(chǎn)品生命周期有望延續(xù)到2025年。

    四、新能源汽車開(kāi)啟1-10階段

    全球新能源汽車市場(chǎng)：2017年告別0-1階段，2018年開(kāi)啟1-10新階段。2017年全球新能源汽車銷量超過(guò)122.3萬(wàn)輛，滲透率首次超過(guò)1%。按照產(chǎn)業(yè)發(fā)展的規(guī)律，一般情況下，當(dāng)產(chǎn)品滲透率超過(guò)1%，意味著市場(chǎng)導(dǎo)入期結(jié)束，并將迎來(lái)快速發(fā)展的成長(zhǎng)期。2017年，全球鋰電池的總出貨量達(dá)到148.1GWh，其中動(dòng)力電池的總出貨量達(dá)到62.35GWh。2014-2017年，動(dòng)力電池的年復(fù)合增速達(dá)到80%；同期，傳統(tǒng)消費(fèi)類電池的復(fù)合增速僅有7%，鋰電池行業(yè)的新增需求動(dòng)力由消費(fèi)電池逐步轉(zhuǎn)向動(dòng)力電池驅(qū)動(dòng)。

    國(guó)外傳統(tǒng)汽車巨頭發(fā)力新能源汽車，全球市場(chǎng)有望大規(guī)模放量。傳統(tǒng)汽車巨頭憑借成熟的供應(yīng)鏈體系、穩(wěn)定的銷售渠道以及品牌優(yōu)勢(shì)，將會(huì)推動(dòng)全球新能源汽車滲透率提升。多家汽車巨頭提出2025年新能源汽車銷量占比達(dá)到15%-25%，憑借傳統(tǒng)汽車巨頭的號(hào)召力，新能源汽車認(rèn)可度將大大提升，屆時(shí)全球新能源汽車市場(chǎng)將步入千萬(wàn)輛級(jí)別，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模效應(yīng)盡顯，從而加快新能源汽車成本的下降以及滲透率進(jìn)一步提升。

    我國(guó)是全球最大的新能源汽車市場(chǎng)，也是增長(zhǎng)最快的市場(chǎng)，是推動(dòng)全球新能源車市增長(zhǎng)的主要?jiǎng)恿Α?017年，我國(guó)新能源汽車滲透率已達(dá)到2.69%，2018年有望超4%。這一數(shù)據(jù)提升的背后，顯示出汽車產(chǎn)業(yè)新舊動(dòng)能的加速轉(zhuǎn)換和中國(guó)汽車工業(yè)的加速轉(zhuǎn)型，汽車電動(dòng)化趨勢(shì)日趨明朗。2018年1-11月我國(guó)新能源汽車產(chǎn)銷量分別達(dá)到105.4和103萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)63.6%和68.0%。根據(jù)我們的測(cè)算，2018-2020年我國(guó)新能源汽車的產(chǎn)量有望達(dá)123、169和234萬(wàn)輛，動(dòng)力電池需求可達(dá)53.43GWh、75.17GWh和107.63GWh。

我國(guó)新能源汽車產(chǎn)量及動(dòng)力電池需求預(yù)測(cè)

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    五、電池黃金時(shí)代降臨，高鎳三元正極有望迎來(lái)快速增長(zhǎng)期

    動(dòng)力電池是鋰離子電池需求增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力。2017年全球鋰離子電池的出貨量達(dá)到143.5Gwh，其中汽車動(dòng)力鋰電池的出貨量達(dá)到58.1Gwh，儲(chǔ)能鋰電池出貨量達(dá)到11.0Gwh，其他傳統(tǒng)領(lǐng)域鋰電池出貨量達(dá)到74.4Gwh。基于對(duì)汽車動(dòng)力鋰電池發(fā)展前景的持續(xù)看好，2020年全球鋰離子電池出貨量有望達(dá)到265GWh，其中汽車動(dòng)力鋰電池出貨量有望達(dá)到156GWh，占比近60%。

    鋰離子電池需求快速提升帶動(dòng)正極材料出貨量持續(xù)成長(zhǎng)，2017年全球鋰電正極材料出貨量為36.5萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)20%。

全球鋰電正極材料出貨量預(yù)測(cè)（噸/年）

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    我國(guó)正極材料全球份額呈上升趨勢(shì)。受新能源汽車行業(yè)快速發(fā)展帶動(dòng)影響，全球正極材料行業(yè)發(fā)展一直穩(wěn)步提升，2011-2017年全球正極材料復(fù)合增速為35%。由于國(guó)內(nèi)政策傾斜疊加國(guó)內(nèi)新能源汽車市場(chǎng)高速發(fā)展，我國(guó)正極材料的發(fā)展速度相比其他國(guó)家提升速度更快，2011-2017年我國(guó)正極材料出貨量復(fù)合增速為43%，明顯高于全球正極材料出貨量復(fù)合增速。從2015年起我國(guó)全球市占率逐年遞增，年平均增速達(dá)到7.2%。

    我國(guó)三元正極材料市場(chǎng)占比逐步提升。2017年我國(guó)正極材料出貨量為20.80萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)29.53%；2018年Q1-Q3正極材料出貨量為18.43萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)19.8%。受新能源汽車動(dòng)力電池需求持續(xù)拉動(dòng)，同時(shí)在補(bǔ)貼政策與電池能量密度掛鉤等刺激下，三元材料需求大增，2018年Q1-Q3三元材料出貨量為9.25萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)52%。2018年我國(guó)鋰電正極材料產(chǎn)量將突破25萬(wàn)噸，其中三元材料仍將是市場(chǎng)最大需求產(chǎn)品。主要原因有：新能源汽車補(bǔ)貼政策高能量密度要求；以LFP為主的電池企業(yè)大批量轉(zhuǎn)型三元；LCO價(jià)格較高，消費(fèi)電子企業(yè)為節(jié)省成本將逐步改用高鎳三元材料。

    受碳酸鋰和金屬鈷價(jià)格下降影響，正極材料全線降價(jià)。鈷價(jià)和鋰價(jià)受累于供應(yīng)端的快速增加，我們預(yù)計(jì)2019年整體呈現(xiàn)下跌走勢(shì)，從而帶動(dòng)三元正極材料價(jià)格下行。

    受補(bǔ)貼政策推出時(shí)間影響，新能源汽車銷量呈前低后高，一般每年Q4銷量為全年單季度最大，電池裝機(jī)量也是此趨勢(shì)。考慮汽車銷量季度性變化以及提前備貨的影響，NCM、LFP正極材料同樣呈現(xiàn)前低后高，下半年多為出貨量放量時(shí)間點(diǎn)。

    正極材料技術(shù)路線和細(xì)分領(lǐng)域較多，我國(guó)正極材料市場(chǎng)整體集中度仍然相對(duì)分散。2017年我國(guó)正極材料CR5為32.5%，CR10為53.6%；2018年Q1-Q3我國(guó)正極材料CR5為35.7%，CR10為57.1%，市場(chǎng)集中度有所提升。

    三元材料競(jìng)爭(zhēng)激烈，沒(méi)有明顯龍頭，當(dāng)升科技市占率提升明顯。2017年我國(guó)三元材料CR5為49.7%，CR10為75.8%；2018年Q1-Q3國(guó)內(nèi)三元材料CR5為47.2%，CR10為74.1%，市場(chǎng)集中度略有下降。其中當(dāng)升科技、容百鋰電、長(zhǎng)遠(yuǎn)鋰科市占率均超過(guò)10%，尤其是當(dāng)升科技，在三元材料白熱化競(jìng)爭(zhēng)中能取得份額的提升實(shí)屬不易。

    在中游四大材料中，三元正極材料競(jìng)爭(zhēng)最為激烈，行業(yè)集中度最低。沒(méi)有一家企業(yè)市占率超過(guò)15%，CR2、CR3、CR5、CR10等指標(biāo)明顯低于其他三大材料。

鋰電中游材料行業(yè)集中度對(duì)比

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    我們預(yù)計(jì)2018-2020年我國(guó)正極材料需求量分別為25.5、31和40.2萬(wàn)噸，其中三元材料仍將是市場(chǎng)最大需求產(chǎn)品，2018-2020年需求量分別為12.7、16.8和23.8萬(wàn)噸，三元材料市場(chǎng)份額分比為49.8%、54.2%和59.2%。主要原因有：（1）新能源汽車補(bǔ)貼政策高能量密度要求；（2）以磷酸鐵鋰為主的電池企業(yè)批量轉(zhuǎn)型三元；（3）鈷酸鋰價(jià)格較高，消費(fèi)電子企業(yè)為節(jié)省成本將逐步改用高鎳三元材料。2019年寧德時(shí)代和比亞迪均計(jì)劃推出NCM811電池，開(kāi)啟811新時(shí)代，由于811正極材料單價(jià)和毛利率均高于523/622，NCM811滲透率提升有望改善正極材料企業(yè)盈利狀況。

我國(guó)正極材料需求預(yù)測(cè)

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    分高鎳三元滲透率偏悲觀、偏中性、偏樂(lè)觀三種情況對(duì)我國(guó)動(dòng)力電池所需三元正極材料進(jìn)行測(cè)算。按三元滲透率偏中性估計(jì)下，2018-2020年我國(guó)動(dòng)力電池對(duì)應(yīng)三元正極總需求分別為5.32、8.78和14.42萬(wàn)噸，其中高鎳三元正極總需求分別為1.59、4.16和9.75萬(wàn)噸，高鎳三元正極滲透率分別為29.94%、47.32%和67.58%。

我國(guó)動(dòng)力電池對(duì)三元正極材料需求測(cè)算

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    六、從發(fā)展時(shí)間和專利角度看三元正極材料

    國(guó)外鋰電池公司商業(yè)化時(shí)間較早，具有比較明顯的先發(fā)優(yōu)勢(shì)。國(guó)外動(dòng)力電池三巨頭：（1）松下于1994年開(kāi)始研發(fā)可充電鋰離子電池。1998年松下開(kāi)始量產(chǎn)筆記本電腦專用的圓柱形鋰離子電池，并建成了業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的鋰離子電池生產(chǎn)線。2008年，松下與特斯拉首次展開(kāi)合作，18650鈷酸鋰電池被特斯拉首款車型Roadster采納。（2）LG化學(xué)于1998年正式開(kāi)始研發(fā)鋰離子電池；2009年，LG化學(xué)正式進(jìn)入動(dòng)力電池市場(chǎng)，與韓國(guó)現(xiàn)代起亞合作，首次將鋰電池產(chǎn)品應(yīng)用于商用混合動(dòng)力車。（3）三星SDI于1999年開(kāi)始進(jìn)入鋰離子電池領(lǐng)域；2008年，三星SDI和博世合資成立了動(dòng)力電池公司SBLimotive，進(jìn)軍動(dòng)力電池市場(chǎng)。總結(jié)來(lái)看，松下、LG化學(xué)和三星SDI于20世紀(jì)90年代即開(kāi)始研發(fā)鋰離子電池，并在2008-2009年相繼進(jìn)入動(dòng)力電池市場(chǎng)，屬于車用動(dòng)力電池先行者。

    受益國(guó)外電池廠商起步早，其配套正極企業(yè)技術(shù)積累深厚，研發(fā)歷史長(zhǎng)，享有技術(shù)先發(fā)優(yōu)勢(shì)，尤其是在三元材料專利方面優(yōu)勢(shì)較為明顯。最早的三元材料是日本電池株式會(huì)社于1997年9月9日申請(qǐng)的NiCoAl三元材料，其采用共沉淀法制備。之后，日本中央電氣工業(yè)株式會(huì)社于1999年11月5日申請(qǐng)了共沉淀法制備陽(yáng)離子摻雜的NiCoMn三元材料。2001年美國(guó)IIionTechnology公司申請(qǐng)了且優(yōu)先權(quán)日為2000年9月14日的采用固相法制備NiCoMn三元材料的專利，從而使三元材料的制備方法從共沉淀法擴(kuò)展到固相法。隨后，開(kāi)始出現(xiàn)原子摻雜改性三元材料的專利申請(qǐng)，如2000年12月11日申請(qǐng)的F原子摻雜改性，之后原子摻雜也發(fā)展迅速，成為改性三元材料的重要手段。2005年11月15日3M公司獲得的、優(yōu)先權(quán)日為2001年4月27日的關(guān)于NiCoMn三元材料授權(quán)的美國(guó)專利US6964828B2及其同族專利CN100403585C等，其主要限定了進(jìn)一步提高三元材料的電化學(xué)性能、安全性能等。其后針對(duì)三元材料的改性方面的專利申請(qǐng)也開(kāi)始逐漸增加。

    目前三元正極材料兩大核心基礎(chǔ)專利主要來(lái)自3M公司和美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室。美國(guó)3M公司和ANL均在2001年申請(qǐng)了三元材料的相關(guān)專利，但兩者的側(cè)重點(diǎn)并不一致。國(guó)際鋰電池界普遍認(rèn)為化學(xué)計(jì)量比的常規(guī)三元材料NCM專利（首次提出了組合物具有通式Li(NiyCo1-2yMny)O2，其中0.083＜y＜0.5）由美國(guó)3M公司擁有，而層狀富鋰高錳材料專利則是美國(guó)阿貢實(shí)驗(yàn)室申請(qǐng)的。一般而言，業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為3M的專利更具實(shí)際產(chǎn)業(yè)價(jià)值，因此大多數(shù)企業(yè)都是向3M購(gòu)買三元材料專利授權(quán)。

三元正極材料兩大核心基礎(chǔ)專利情況

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    國(guó)外三元材料的專利申請(qǐng)起步較早。在1990-1999年處于緩慢起步階段，在2000-2009年處于平穩(wěn)增長(zhǎng)期，在此期間專利申請(qǐng)量的幅度波動(dòng)不大；在2009-2013年間，申請(qǐng)量出現(xiàn)了飛躍，進(jìn)入快速發(fā)展階段。日本和韓國(guó)的企業(yè)，如豐田、三星、清美、三洋等早在2000年以前就有關(guān)于三元材料的相關(guān)研發(fā)，起步早，三星早在1997年就有關(guān)于三元材料的相關(guān)專利申請(qǐng)，并且隨著年份的推進(jìn)，豐田、LG、三星和ASAHI旭金屬的申請(qǐng)量穩(wěn)中有升，研發(fā)結(jié)構(gòu)配臵合理。比如LG從2005年開(kāi)始大規(guī)模的出現(xiàn)關(guān)于三元材料的專利申請(qǐng)，每年都有多項(xiàng)專利申請(qǐng)，說(shuō)明其關(guān)于三元材料正在網(wǎng)絡(luò)式布局。

    相對(duì)于全球三元材料的發(fā)展趨勢(shì)，我國(guó)的三元專利布局較晚，與我國(guó)動(dòng)力電池開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)向三元電池密切相關(guān)。動(dòng)力電池技術(shù)一路發(fā)展而來(lái)，核心是正極材料的開(kāi)發(fā)。我國(guó)動(dòng)力電池開(kāi)發(fā)歷程：2001-2005年是鈷酸鋰和錳酸鋰動(dòng)力電池開(kāi)發(fā)，2006-2008年是錳酸鋰和磷酸鐵鋰電池開(kāi)發(fā)，2008-2010年是能量型功率型電池開(kāi)發(fā)并進(jìn)的狀態(tài)，2010年以后基本以三元電池的開(kāi)發(fā)為主。與技術(shù)路線相對(duì)應(yīng)，我國(guó)三元材料專利申請(qǐng)量在1996-2008年期間發(fā)展相對(duì)緩慢，與全球?qū)＠纳暾?qǐng)趨勢(shì)相比，發(fā)展相對(duì)滯后。2009-2013年期間，由于磷酸鐵鋰的能量密度已經(jīng)不能滿足日漸發(fā)展的電動(dòng)車的需求，受全球三元材料市場(chǎng)的影響，我國(guó)三元材料的專利申請(qǐng)量進(jìn)入快速增長(zhǎng)階段。同時(shí)發(fā)現(xiàn)2009-2013年間，相比于國(guó)內(nèi)申請(qǐng)量的大幅增加，國(guó)外來(lái)華的申請(qǐng)量并沒(méi)有出現(xiàn)大幅度增加，其中可能與國(guó)外申請(qǐng)人在三元材料的安全性問(wèn)題上還沒(méi)有得到有效突破有關(guān)，因此，新的核心基礎(chǔ)專利并沒(méi)有出現(xiàn)，在我國(guó)相應(yīng)的布局還沒(méi)有完全展開(kāi)。2013年之后由于部分專利尚未公開(kāi)，統(tǒng)計(jì)數(shù)量略有下降。與國(guó)外企業(yè)相比，國(guó)內(nèi)企業(yè)在三元材料上并沒(méi)有掌握核心專利，且由于日韓企業(yè)、3M公司等國(guó)外重要申請(qǐng)人布局早，同時(shí)掌握核心專利，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人在三元材料上的專利申請(qǐng)基本都是外圍申請(qǐng)，且方法類專利申請(qǐng)偏多。

    三元材料主要存在的問(wèn)題包括：（1）循環(huán)性能不高：主要由于隨著Ni含量增加，在充放電過(guò)程中發(fā)生多次相變；（2）產(chǎn)氣現(xiàn)象較嚴(yán)重，安全性不高：主要由于三元材料表面碳酸鋰和氫氧化鋰的存在與電解液發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生氣體；（3）相對(duì)于錳酸鋰和磷酸鐵鋰，三元材料成本較高；（4）倍率性能和首次充放電性能不高等。目前，解決上述問(wèn)題的主要手段有原子摻雜、表面包覆、與其它種類活性材料混用、改進(jìn)制備方法等手段。在改性手段方面，摻雜和包覆的改性方法在三元材料的專利申請(qǐng)中占據(jù)絕對(duì)主流地位，將不同種類正極材料復(fù)合或混用以實(shí)現(xiàn)功能互補(bǔ)也有一定的申請(qǐng)量。

三元材料技術(shù)功效專利數(shù)量圖

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    七、從產(chǎn)能角度看三元正極材料

    全球正極材料生產(chǎn)主要集中在中、日、韓三國(guó)，2017年我國(guó)全球市占率達(dá)到66%。日韓廠商占據(jù)大部分高端產(chǎn)品市場(chǎng)，比利時(shí)優(yōu)美科，韓國(guó)L&F，日本日亞化學(xué)、戶田工業(yè)、住友，德國(guó)巴斯夫是國(guó)際上主要的三元材料生產(chǎn)廠家。松下、三星SDI、LG化學(xué)等電池企業(yè)均擁有部分自有產(chǎn)能。現(xiàn)階段各大正極廠商均推出較大規(guī)模的擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，應(yīng)對(duì)快速增加的正極需求。

主流正極公司擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃

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    目前我國(guó)正極材料企業(yè)主要有三種情況：（1）原主營(yíng)業(yè)務(wù)為正極的企業(yè)，如杉杉股份、當(dāng)升科技；（2）采用前向一體化戰(zhàn)略的上游資源類企業(yè)，向正極延伸產(chǎn)業(yè)鏈，如華友鈷業(yè)；（3）采用后向一體化戰(zhàn)略的下游電池企業(yè)，布局三元正極著力降本提效，如比亞迪、CATL、國(guó)軒高科。隨著高鎳三元材料滲透率以及技術(shù)門檻的提升，少數(shù)具備量產(chǎn)技術(shù)的龍頭企業(yè)市場(chǎng)份額有望提升，國(guó)內(nèi)正極材料分散競(jìng)爭(zhēng)格局有望得以改善，工藝技術(shù)水平過(guò)硬、成本管控優(yōu)異的正極企業(yè)有望“殺出重圍”。受新能源汽車快速發(fā)展帶來(lái)的動(dòng)力電池材料產(chǎn)業(yè)確定性機(jī)會(huì)影響，資本大量涌入，正極行業(yè)持續(xù)擴(kuò)產(chǎn)，尤其是2015年后加碼NCM正極材料，NCM產(chǎn)能占比隨之提升。2016年后隨著新建產(chǎn)能逐步投產(chǎn)，正極行業(yè)整體呈現(xiàn)產(chǎn)能過(guò)剩，產(chǎn)能利用率呈下降趨勢(shì)。

    目前NCM811電池導(dǎo)入呈現(xiàn)“外冷內(nèi)熱”，國(guó)內(nèi)高鎳正極材料擴(kuò)產(chǎn)力度會(huì)比較大。國(guó)際動(dòng)力電池企業(yè)NCM811導(dǎo)入“遇冷”，受國(guó)家新能源補(bǔ)貼政策對(duì)高能量密度、長(zhǎng)續(xù)航里程的鼓勵(lì)所影響，國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池企業(yè)龍頭加速布局高鎳三元電池，寧德時(shí)代和比亞迪均表示將在2019年量產(chǎn)NCM811動(dòng)力電池。

國(guó)內(nèi)外電池企業(yè)NCM811/NCA進(jìn)展

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我國(guó)NCM811/NCA正極材料進(jìn)展

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    布局上游資源，減少資源漲跌對(duì)盈利能力的影響。正極材料價(jià)格與上游鋰鈷鎳價(jià)格有比較密切的關(guān)聯(lián)，為保證原材料穩(wěn)定供應(yīng)，搶占資源話語(yǔ)權(quán)，減少資源漲跌對(duì)盈利能力的影響，正極材料企業(yè)紛紛向上游資源進(jìn)行布局。主要有電池回收資源、控制/間接控制礦產(chǎn)冶煉和簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議等方式。

全球部分正極材料企業(yè)上游資源來(lái)源

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