1、从生产工艺角度详解磷酸 铁锂 分析师：申建国 执业证书编号：S07 联系人：黄麟 证券研究报告 电力设备与新能源行业/正极研究 2020年6月5日 序言：序言： 正极材料行业的研究： 三元or磷酸铁锂是个问题，我们针对锂电池正极材料进行了一系列深度研究： 正极深度之一：动力电池命门-暗流涌动的正极市场探讨 正极深度之二：高镍电池如火如荼，借鉴海外龙头有迹可循 正极深度之三：降本趋势明确，磷酸铁锂逆袭 深度拆解磷酸铁锂生产工艺和技术深度拆解磷酸铁锂生产工艺和技术 本篇报告从磷酸铁锂的生产工艺入手，比较不同的磷酸铁锂企业在专利、技术、 工艺上的不同。 oPrOpOnOrMpO
2、zQoMxPmQvN9PbP9PtRrRoMqQfQrRqOiNmMxPbRqQuNvPrNtQNZsRsN 核心观点：核心观点： 核心观点：核心观点： 磷酸铁锂与三元差异化明显磷酸铁锂与三元差异化明显，安全性能将更受市场青睐安全性能将更受市场青睐。 磷酸铁锂与三元对比优劣势明显，优势在安全性好；劣势在系统能量密度低。在供应格局上，磷酸 铁锂对应新能源商用车，而在新能源乘用车的装机份额逐渐被三元取代。磷酸铁锂的系统能量密度 随技术突破不断提升，里程焦虑逐渐缓解。目前已有包括特斯拉在内的多家主机厂申报磷酸铁锂为 动力电池的乘用车目录，安全性能更好的磷酸铁锂将更受市场青睐。 生产工艺差别大生产工艺
3、差别大，核心在于改进导电性能核心在于改进导电性能。 磷酸铁锂的原材料被分为铁源、磷源、锂源和碳源。不同的生产工艺差别主要在前驱体的合成方法 、磷酸铁锂正极的合成步骤、锂源和碳源加入的顺序、原材料的选择。一般通过改进碳包覆工艺、 掺杂金属阳离子、提高颗粒比表面积和替换高性能导电剂等方法改进磷酸铁锂正极材料，核心在于 改进磷酸铁锂的导电性能。 市场集中度提高市场集中度提高，看好一线龙头和后晋黑马看好一线龙头和后晋黑马。 一线龙头绑定下游动力电池龙头企业，成本控制较好，二线公司难以竞争。我们看好现有一线磷酸 铁锂正极公司德方纳米德方纳米、中国宝安中国宝安（贝特瑞贝特瑞），建议关注顺利导入CATL和B
4、YD的二线后晋黑马湘潭电湘潭电 化化（湖南裕能湖南裕能）。 风险提示：风险提示：新能源汽车销量不及预期、客户导入进度低于预期、资产减值风险。 目录 二 三 一 投资机会投资机会 磷酸铁锂生产工艺拆解磷酸铁锂生产工艺拆解 磷酸铁锂行业格局磷酸铁锂行业格局 目录 一 磷酸铁锂行业格局磷酸铁锂行业格局 电池产业链 新能源汽车产业链新能源汽车产业链 资料来源：方正证券研究所 目前正极材料动力电池的装机主要以磷酸铁锂和三元材料为主目前正极材料动力电池的装机主要以磷酸铁锂和三元材料为主，2019年磷酸铁锂动力电池和 三元动力电池市占率分别为28%和72%。磷酸铁锂具有很好的循环性，循环寿命可超过2000次
5、 ，同时价格更低，成本优势明显，主要应用于注重安全性与经济性的新能源客车和货车新能源客车和货车。 主流正极材料为三元和磷酸铁锂主流正极材料为三元和磷酸铁锂 资料来源：中国知网，方正证券研究所 图表图表2 2： 磷酸铁锂与三元电池体系对比磷酸铁锂与三元电池体系对比 主要性能主要性能 磷酸铁锂磷酸铁锂 三元三元 材料材料理论容量理论容量 （mAhmAh/g/g） 170 278 电池包能量密度电池包能量密度 （WhWh/kg/kg） 130-160 170-220 循环性能循环性能( (次次) ) 2000 800 工作电压（工作电压（V V） 3.2 3.6 安全温度（安全温度（C C） 700
6、 200 快充性能（快充性能（5 5分钟）分钟） 总容量的10% 总容量的40% 优势优势 寿命长，价格低 ，高温性能好 密度高，快充快 ，低温性能好 下游应用下游应用 新能源客、货车 新能源乘用车 图表图表1 1： 20192019年动力电池分类别出货量年动力电池分类别出货量 28% 72% 磷酸铁锂 三元 磷酸铁锂晶体中磷酸铁锂晶体中P P- -O O键稳固键稳固，难以分解难以分解。即便高温或过充时也不会像钴酸锂一样结构崩塌发热 或是形成强氧化性物质，因此拥有良好的安全性。其电热峰值可达350-500C，而三元体系 电热峰值仅为200C。在针刺实验中，磷酸铁锂出现冒烟情况，但无明火；而三元
7、出现剧烈 燃烧，表面温度超过500C。 三元锂循环时发生阳离子混排三元锂循环时发生阳离子混排，NiNi元素含量越高安全性越差元素含量越高安全性越差。在三元锂中，二价Ni离子体积 与锂离子近似，在放电时锂离子大量脱出的时候，受到外界因素作用，占据Li离子晶格中位 置，从而导致阳离子混排，使得结构稳定性下降。Ni含量越高，三价不稳定Ni离子还原成二 价Ni离子的概率就越高，则发生阳离子混排的机会就越多，电池整体安全性更差。 磷酸铁锂结构稳定，安全性好磷酸铁锂结构稳定，安全性好 图表图表4 4： 三元锂（三元锂（NCMNCM）的晶体结构）的晶体结构 图表图表3 3： 磷酸铁锂的晶体结构磷酸铁锂的晶体
8、结构 资料来源：中国知网，方正证券研究所 图表图表6 6： 三元和磷酸铁锂正极材料价格走势（万元三元和磷酸铁锂正极材料价格走势（万元/ /吨）吨） 13.5 3.8 0 5 10 15 20 25 15Q115Q215Q315Q416Q116Q216Q316Q417Q117Q217Q317Q418Q118Q218Q318Q419Q119Q219Q319Q420Q1 NCM523价格 LFP价格 磷酸铁锂价格不断走低，行业洗牌加速磷酸铁锂价格不断走低，行业洗牌加速 价格逐年走低价格逐年走低，磷酸铁锂产能过剩磷酸铁锂产能过剩。国内 磷酸铁锂产能在2015-2017较快扩张，以 至于产能过剩，201
9、8年全国磷酸铁锂产能 利用率降至16%。同时由于补贴政策对高 能量密度三元电池的偏好，导致磷酸铁锂 材料价格也逐年走低，从16Q1的11.2万元 /吨大幅下滑至20Q1的3.8万元/吨。 图表图表5 5： 全国磷酸铁锂产能利用率全国磷酸铁锂产能利用率 资料来源：GGII，方正证券研究所 54% 38% 18% 16% 22% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 0 50000 100000 150000 200000 250000 300000 350000 400000 450000 2015年年 2016年年 2017年年 2018年年 2019年年 国内LFP正极产能（
10、吨） 产能利用率 磷酸铁锂装机份额处于绝对低位磷酸铁锂装机份额处于绝对低位 受补贴政策的影响，磷酸铁锂动力电池在新能源乘用车的装机占比越来越低，下游主要供应新 能源客车和新能源专用车。2020年疫情期间，新能源客车环比销量的跌幅远高于新能源乘用车 ，磷酸铁锂动力电池占新能源乘用车份额继续下降至不足2%，导致2月份磷酸铁锂装机份额不 足20%，处于绝对低位。 图图表表7 7：20182018- -20192019年磷酸铁锂动力电池占比变化年磷酸铁锂动力电池占比变化 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 2018-01 2018-02 2018-0
11、3 2018-04 2018-05 2018-06 2018-07 2018-08 2018-09 2018-10 2018-11 2018-12 2019-1 2019-2 2019-3 2019-4 2019-5 2019-6 2019-7 2019-08 2019-09 2019-10 2019-11 2019-12 2020-01 2020-02 2020-03 磷酸铁锂占比 三元占比 资料来源：GGII，方正证券研究所 下半年装机量回暖主要看新能源商用车下半年装机量回暖主要看新能源商用车 磷酸铁锂基本盘在新能源客车和新能源专用车磷酸铁锂基本盘在新能源客车和新能源专用车。新能源商用车普
12、遍单车带电量大，对安全要 求较高，磷酸铁锂动力电池在新能源商用车的应用场景较好。在新能源客车中基本上稳定在 95%的份额以上，在新能源专用车中份额从2018年开始逐年提升，到2019年基本上份额稳定在 80%左右。20Q1新能源商用车销量下滑严重导致磷酸铁锂装机量大减，而随着国家商用车政策 的陆续出台和新能源公交车的换车刚需，下半年新能源商用车销量回暖将带动磷酸铁锂装机量 走强。 图表图表9 9： 20182018- -20192019新能源专用车动力电池磷酸铁锂占比新能源专用车动力电池磷酸铁锂占比 图表图表8 8： 20182018- -20192019新能源客车动力电池磷酸铁锂占比新能源客
13、车动力电池磷酸铁锂占比 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 磷酸铁锂出货量(Gwh) 其他出货量(Gwh) 磷酸铁锂占比 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 磷酸铁锂出货量(Gwh) 其他出货量(Gwh) 磷酸铁锂占比 资料来源：GGII，方正证券研究所 部分乘用车企开始换装磷酸铁锂部分乘用车企开始换装磷酸铁锂 资料来源：工信部，方正证券研究所 乘用车企新增磷酸铁锂
14、动力电池车型乘用车企新增磷酸铁锂动力电池车型，渗透率改善渗透率改善。 2019年下半年开始，国内主要乘用车企 开始在工信部推荐批次中新增磷酸铁锂动力电池车型。在2019年第七批中，国内新能源乘用车 销量前10的宝骏E100开始新增磷酸铁锂动力电池车型；在中端车型中，比亚迪汉和荣威EI6 MAX也出现在2020年第二批目录中，上汽、比亚迪、长安等主要厂商开始部分向磷酸铁锂转变 。此外，特斯拉也计划在其低配版Model 3中使用磷酸铁锂动力电池，渗透率有望改善。 图表图表1010： 20192019年以来换装磷酸铁锂车型年以来换装磷酸铁锂车型 车型 工信部批次 公告型号 电池系统能量密度（Wh/k
15、g） 宝骏E100 2019第七批 LZW7001EVAHW 126 宝骏E200 2019第七批 LZW7002EVCHW 126 东风俊风 2019第八批 DFA7000C1A5BEV 130 奇瑞小蚂蚁 2019第八批 NEQ7000BEVJ72F 140 众泰E200 2019第九批 JNJ6410EV1 140 长安X7EV 2019第九批 SC6478AABBEV 138 宝骏E300 2020第一批 LZW7003EVMET 125 比亚迪汉 2020第二批 BYD7009BEV 140 荣威EI6 MAX 2020第二批 CSA7154SEPHEV 140 合众哪吒N01 20
16、20第二批 THZ7000BEVS00J 135 特斯拉Model3 2020第七批 TSL7000BEVAR1 140 图图表表1111： 20192019前十月动力电池装机量对比（单位：前十月动力电池装机量对比（单位：GwhGwh） 磷酸铁锂基本盘稳定磷酸铁锂基本盘稳定，20202020年乘用车回潮可期年乘用车回潮可期。2019年1-10动力电池装机量情况，磷酸铁锂 动力电池在商用车占据了绝对的市场份额，占专用车装机量的83%，客车装机量的94%，主要 由于商用车对能量密度要求较低，应用场景好。三元动力电池占乘用车装机量的95%，磷酸铁 锂仅占4%，未来有一定的渗透空间。磷酸铁锂体系在动力
17、电池中占比2019年为33%，下跌约6% ，相比2018年下跌幅度减小，显示出其与三元差异化的竞争优势。随着磷酸铁锂技术的不断 突破，解决该体系的里程焦虑，相较于三元性价比凸显，2020年其在动力电池体系中的占比 有望提升。 需求：铁锂基本盘稳定需求：铁锂基本盘稳定 图图表表1212： 20172017- -20202020动力电池体系占比动力电池体系占比 45% 59% 65% 63% 49% 39% 33% 36% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 20020E 三元 磷酸铁锂 0 5 10 15 20 25 30 35 乘用车乘用车 专用
18、车专用车 客车客车 三元 磷酸铁锂 资料来源：GGII，方正证券研究所 CTPCTP和刀片提高能量密度和刀片提高能量密度，磷酸铁锂优势明显磷酸铁锂优势明显。2019年，宁德时代率先推出全新CTP技术，使 得电池包体积利用率提高了15%-20%，弥补了磷酸铁锂体系的缺点，同时大大降低电芯单位成 本，提高电芯的能量密度，适应当前的动力电池降本趋势。比亚迪也于2019年推出了自己的 刀片电池方案，主要配套磷酸铁锂动力电池，解决能量密度和续航问题，其将在2020年6月推 出搭载磷酸铁锂动力电池的新能源汽车“汉”，续航将达到600km，充分说明了磷酸铁锂动力 电池的应用前景和其在CTP/刀片新电池包技术
19、下的优势。 技术：技术：CTP和刀片电池解决里程痛点和刀片电池解决里程痛点 资料来源：公司官网，方正证券研究所 图图表表1313： 刀片电池（刀片电池（BYDBYD） 图图表表1414： CTPCTP电池（电池（CATLCATL） 宁德时代和比亚迪技术双突破宁德时代和比亚迪技术双突破，磷酸铁锂磷酸铁锂20202020年有望从运营型乘用车突破年有望从运营型乘用车突破。比亚迪近日将刀 片磷酸铁锂动力电池的量产时间提前至2020年一季度，宁德时代2019年也曾公布自己在磷酸 铁锂动力电池上的突破，两家为国内主要动力电池供应商。国内主要运营车型以比亚迪、上 汽大众、吉利为主，其上游动力电池供应被比亚迪
20、和宁德时代占据主要份额。 运营需求较好运营需求较好，20202020年磷酸铁锂渗透率加快年磷酸铁锂渗透率加快。由于新能源乘用车相比较燃油车的日常费用较 低，在出租运营上的场景较好。加上目前政策对于网约车和出租车的导向，未来网约车和出 租车市场会继续被新能源乘用车渗透。我们预计新能源乘用车的运营需求在下半年将逐渐恢运营需求在下半年将逐渐恢 复复。 预计预计20202020年磷酸铁锂动力电池装机量将超年磷酸铁锂动力电池装机量将超3030GwhGwh。考虑到磷酸铁锂在新能源商用车稳固的市 场地位，预计2020年在新能源客车和专用车的渗透率为95%和92%。补贴的影响削弱和磷酸铁 锂技术的突破将提升其
21、在新能源乘用车市场的渗透率，预计2020年磷酸铁锂动力电池在新能 源乘用车运营需求的渗透率为25%，在私人需求的渗透率为12%，对上游动力电池的需求将达对上游动力电池的需求将达 3030. .4 4GwhGwh，年增速为年增速为5050. .4 4% %。 预计预计2020年磷酸铁锂动力电池装机量高增长年磷酸铁锂动力电池装机量高增长 资料来源：乘联会，方正证券研究所 图图表表1515： 新能源乘用车运营需求增速较快（单位：万辆）新能源乘用车运营需求增速较快（单位：万辆） 图图表表1616： 20162016- -20202020磷酸铁锂动力电池装机量（单位：磷酸铁锂动力电池装机量（单位：Gwh
22、Gwh） 4 8 19 29 47 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% 140% 160% 0 10 20 30 40 50 200192020E 新能源运营乘用车销量 增速 20.3 17.9 22.2 20.2 30.4 -20% -10% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 0 5 10 15 20 25 30 35 200192020E 装机量 增速 图表图表1818： 磷酸铁锂市场龙头集中度逐年提高磷酸铁锂市场龙头集中度逐年提高 磷酸铁锂价格不断走低，行业洗牌加速磷酸铁锂价格不断走低，行业洗牌加速 龙
23、头公司份额不断提高龙头公司份额不断提高，小产能出清小产能出清。下 游需求减弱叠加价格的持续下跌使得产能 逐渐出清，磷酸铁锂材料行业CR3的份额 逐年提高，从15Q1不足10%提高到19Q4的 75%，20Q1由于疫情影响下滑至60%。在此 期间，沃特玛的破产危机造成了大量与其 合作的磷酸铁锂正极企业的产能闲置以及 亏损，市场产能无序扩张的趋势受到了抑 制，磷酸铁锂市场资源进一步向优质的公 司汇集，行业洗牌加速。 图表图表1717： 20192019年国内磷酸铁锂市场份额年国内磷酸铁锂市场份额 35% 18% 12% 5% 5% 4% 21% 德方纳米 贝特瑞 湖南裕能 北大先行 贵州安达 天津
24、斯特兰 其他 资料来源：GGII，方正证券研究所 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 0 5000 10000 15000 20000 25000 15Q1 15Q2 15Q3 15Q4 16Q1 16Q2 16Q3 16Q4 17Q1 17Q2 17Q3 17Q4 18Q1 18Q2 18Q3 18Q4 19Q1 19Q2 19Q3 19Q4 20Q1 CR3产量（吨） 市场总产量（吨） CR3占比 图表图表19.201819.2018、20192019年各公司磷酸铁锂出货量及占比年各公司磷酸铁锂出货量及占比 磷酸铁锂材料头部公司占比提高磷酸铁锂材料头部公司
25、占比提高 磷酸铁锂头部公司出货量快速增长，份额快速提升，其中德方纳米一直保持行业第一，而贝特 瑞和湖南裕能由于客户资源好，2019年出货量快速提升，并晋升至第二和第三名。 公司名称公司名称 20192019年年 20182018年年 磷酸铁锂磷酸铁锂 占比占比 磷酸铁锂磷酸铁锂 占比占比 德方纳米 25500 34.9% 14000 19.2% 贝特瑞 13100 17.9% 5300 7.3% 湖南裕能 9000 12.3% 0 0.0% 北大先行 3950 5.4% 5500 7.5% 贵州安达 3850 5.3% 5800 7.9% 天津斯特兰 2650 3.6% 2000 2.7% 烟
26、台卓能 0 0.0% 1600 2.2% 其他 15000 20.5% 24200 33.1% 总量 73050 58400 资料来源：GGII，方正证券研究所 下游客户集中度较高下游客户集中度较高 图表图表21.21.磷酸铁锂企业磷酸铁锂企业20192019年磷酸铁锂产量及主要客户年磷酸铁锂产量及主要客户 磷酸铁锂正极企业磷酸铁锂正极企业 年产量（吨）年产量（吨） 年产能（吨）年产能（吨） 主要客户主要客户 核心客户核心客户 德方纳米 25500 30000 BYD、湖北金泉、赣锋电池、雄韬锂电、中 天储能、比亚迪、航天电源、中国铁塔 CATL 贝特瑞 13100 20000 CATL、亿纬
27、锂能、国能电池 CATL、力神、鹏辉 湖南裕能 9000 20000 CATL、BYD、中航锂电、中车新能源 BYD 北大先行 3950 15000 CATL、BYD CATL 贵州安达 3850 20000 BYD、国轩高科、中航锂电、安驰新能源、 光宇电源、安驰新能源、中兴派能 BYD 图表图表20.201920.2019年磷酸铁锂动力电池装机量占比年磷酸铁锂动力电池装机量占比 50% 13% 11% 8% 8% 10% CATL 国轩 比亚迪 比克 亿纬锂能 其他 磷酸铁锂动力电池集中度高磷酸铁锂动力电池集中度高，上游材料环节受上游材料环节受 影响大影响大。随着行业出清，磷酸铁锂动力电池
28、的 市场集中度不断提高，2019年前五共占90%的 份额，其中CATL装机量占比50%。作为上游的 材料环节，客户结构十分重要。德方纳米和贝 特瑞对CATL出货前2，湖南裕能与BYD签订大单 合同，产销情况有保证。 资料来源：GGII，公司公告，方正证券研究所 图表图表2323： 主要公司毛利率主要公司毛利率 图表图表2222： 主要公司销售额主要公司销售额 德方纳米收入和毛利率最高德方纳米收入和毛利率最高，裕能新能源后军突起裕能新能源后军突起。经过几年的产能出清，磷酸铁锂市场经 过大洗牌，不少前期参与的公司纷纷退出市场，目前德方纳米与贝特瑞形成双寡头格局。裕 能新能源导入比亚迪和宁德时代，从
29、2018年开始后军突起，2019年出货9000吨，销售额达6千 万元。行业毛利逐年下滑，2019年主要公司毛利率均在10%左右，而德方纳米毛利率为21%， 较去年同期略有上升，体现了公司行业龙头地位。 主要公司经营情况比较主要公司经营情况比较 0 2 4 6 8 10 12 200182019 德方纳米 贝特瑞 安达科技 卓能材料 金锂科技 升华科技 欧赛能源 裕能新能源 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 200182019 德方纳米 贝特瑞 安达科技 欧赛能源 裕能新能源* 注：裕能新能源*为销售净利率 资
30、料来源：WIND，方正证券研究所 目录 二 磷酸铁锂生产工艺拆解磷酸铁锂生产工艺拆解 图表图表2525： 液相法和固相法对比液相法和固相法对比 图表图表2424： 磷酸铁锂的合成方法磷酸铁锂的合成方法 磷酸铁锂正极主流的合成方法为液相法和固相法磷酸铁锂正极主流的合成方法为液相法和固相法。两种方法的优劣势各有不同，其中液相法液相法 优点是产品一致性好，循环次数高，质量相对更佳，缺点在于生产设备复杂，投资成本较高 ，扩产难度大；固相法固相法最为成熟，成本低，同时也可以大规模生产，缺点在于产品性能较差 。此外，还有溶剂凝胶法溶剂凝胶法、共沉淀法共沉淀法，微波合成法微波合成法等其他方法。 磷酸铁锂正极
31、材料合成方法磷酸铁锂正极材料合成方法 资料来源：中国知网，方正证券研究所 制程制程 液相法液相法 固相法固相法 制程精度 200纳米级别 1.5微米级 容量密度 高 （155mAh/g） 低 （140mAh/g） 循环寿命 优 （2000次SOC80%） 劣 （2000次SOC70%） 制造成本 略高 略低 产能扩充性 劣 优 快速充放 优 劣 电池加工性 劣 优 LiFePO4 其他方法其他方法 溶剂凝胶法溶剂凝胶法 微波法微波法 液相法液相法 固相法固相法 共沉淀法共沉淀法 图表图表2626： 固相合成法工艺流程固相合成法工艺流程 固相合成法固相合成法 固相合成法最为成熟固相合成法最为成熟
32、，同时也可大规模生产同时也可大规模生产 。碳热还原法是最通用的固相法, 一般用磷 酸铁为前驱体，也称磷酸铁法。其一般使用 磷酸铁等作为铁源；以碳酸锂等作为锂源； 以有机物（葡萄糖、蔗糖、淀粉）、炭黑作 为碳源。首先将各原材料按化学计量进行混 合均匀，然后通入保护气（N2、Ar等）在较 低温度下处理1-5小时，使原材料得到预分解 ，在550-750摄氏度下烧结处理5-20小时得到 磷酸铁锂。碳热还原法下会采用廉价的三价 铁源，将前驱体与有机物或炭黑均匀混合， 利用碳源在高温环境下的还原性将三价铁还 原成二价铁，同时使热解的碳包覆在磷酸铁 锂上起到增强导电性的作用。 固相法的操作优点是简便易操控固
33、相法的操作优点是简便易操控，成本较低成本较低 ，可大规模工业生产可大规模工业生产，生产壁垒低生产壁垒低。主要问 题在于物料之间的混合不均匀。此外，此方 法生产的化学反应物颗粒较大，粒度分布范 围广，产品一致性较差，循环次数低，质量 相对较低。 铁源 锂源 磷源 碳源 按比例混合配料 加入酒精液相球磨，干燥 通入保护气体进行高温烧结 磷酸铁锂材料 资料来源：中国知网，方正证券研究所 液相合成法液相合成法 液相法能够获得混合更均匀的前驱体，但生液相法能够获得混合更均匀的前驱体，但生 产壁垒较高。产壁垒较高。制备的主要过程是以水作为溶 剂，同时在真空或惰性气体下将氢氧化锂、 硫酸亚铁、磷酸按照一定的
34、摩尔比例混合， 同时在120摄氏度的条件下进行水热反应5小 时，得到磷酸铁锂产物。水热法下由于锂、 铁原子的混乱排布，会使得大概7%的铁原子 占据锂的位置，使得制备的产品克容量不够 高。 液相法的优点是材料混合均匀，产品一致性液相法的优点是材料混合均匀，产品一致性 好，循环次数高，质量相对更佳。好，循环次数高，质量相对更佳。但水热法 的主要不足是对高温高压的控制条件要求高 ，生产制备较复杂，成本较高，量产难度大 ，生产壁垒高。 图表图表2727： 液相合成法工艺流程液相合成法工艺流程 锂源 铁源 磷源 真空或惰性气体环境，加入溶剂， 按一定摩尔比例混合 密封加热 磷酸铁锂 资料来源：中国知网，
35、方正证券研究所 图表图表2828： 固相法与液相法原材料成本结构固相法与液相法原材料成本结构 原材料成本对比原材料成本对比 资料来源：德斱纳米招股说明书，贝特瑞公开发行说明书 ，方正证券研究所 固相法原材料成本高于液相法固相法原材料成本高于液相法。液相法、固相法分别以德方纳米、贝特瑞所代表。两种方法 的材料成本受锂源（碳酸锂）价格波动影响较大。固相法铁源和磷源来自外购的磷酸铁前驱 体，且对前驱体品质要求高；液相法可通过铁块制备硝酸铁，对原材料要求低，可以更好的 控制成本。因此，液相法物料成本比固相法低。 固相法 化学式 每吨用量(吨) 材料价格 （万元/吨） 每吨成本 （万元） 锂源 碳酸锂
36、Li2CO3 0.24 5.20 1.25 铁源+磷源 无水磷酸铁 FePO4 0.85 1.04 0.89 合计 2.13 液相法 化学式 每吨用量(吨) 材料价格 （万元/吨） 每吨成本 （万元） 锂源 碳酸锂 Li2CO3 0.24 5.20 1.25 铁源 硝酸铁 Fe(NO3)3 0.50 0.80 0.40 磷源 磷酸二氢铵 NH4H2PO4 0.35 0.51 0.18 合计 1.83 图表图表2929： 主要公司生产工艺流程主要公司生产工艺流程 生产工艺对比生产工艺对比 磷酸铁锂的生产通常将原材料混合制备前驱体后，再二次加工制成磷酸铁锂正极材料。工艺 的改进关注点主要为简化生产
37、流程，提高生产效率，降低能耗。 德方纳米：德方纳米：通过自热蒸发工艺直接制备前驱体，简化了生产的工序； 贝特瑞：贝特瑞：对前驱体细化处理，同时省去干燥环节，提高一致性并缩短制备时间； 北大先行：北大先行：传统液相法制备磷酸铁锂，优化了烧结工艺； 湖南裕能和安达科技：湖南裕能和安达科技：直接制备成磷酸铁前驱体，工艺相对简单，设备投入成本低。 资料来源：中国知网，方正证券研究所 图图表表3030： 改进磷酸铁锂正极材料的主要措施改进磷酸铁锂正极材料的主要措施 导电性差导电性差、容量密度低是磷酸铁锂正极的最大缺点容量密度低是磷酸铁锂正极的最大缺点。磷酸铁锂正极材料优点在于结构稳定， 安全，无污染且价
38、格便宜，但是其缺点也十分突出，如锂离子扩散系数小、电子导电率低电子导电率低、 容量低容量低、低温及高倍率性能差。针对其缺点，可以通过包覆导电层、离子掺杂、提高比表面 积、使用高性能导电剂等路径改善磷酸铁锂正极材料的性能。 碳包覆通常是制备过程中必不可少的一环碳包覆通常是制备过程中必不可少的一环。包覆导电层和离子掺杂可以提高磷酸铁锂的导电 性，提高比表面积（颗粒纳米化）可以提高锂离子扩散系数和电池的容量，CNT导电剂可以弥 补磷酸铁锂导电性能的不足。 改进磷酸铁锂正极材料的措施改进磷酸铁锂正极材料的措施 改进措施改进措施 具体影响具体影响 碳包覆导电层 碳的加入除了能够增强电极材料的导电性能外，
39、在产物结晶过程中还充当了 成核剂，减小了产物的粒径 离子掺杂 高价态的金属阳离子（Mg2+,Al3+,Ti4+）掺杂，掺杂后产生的空穴可以提高 材料导电性 提高比表面积 粒径纳米化来提高材料的比表面积，可以增大扩散面积，同时缩短Li+在颗粒 内部的扩散路径，提高活性材料的利用率，提升电池的容量 高性能导电剂 碳纳米管（CNT）高性能导电剂较传统导电剂能够显著提升锂电池导电性，磷 酸铁锂切换CNT可弥补其导电性能的不足 资料来源：中国知网，方正证券研究所 图表图表3131：贝特瑞相关专利的特点与优势贝特瑞相关专利的特点与优势 贝特瑞聚焦于补短板贝特瑞聚焦于补短板 贝特瑞专利覆盖磷酸铁锂制备过程中
40、的各项主要影响因素，改进了磷酸铁锂的制造工艺、碳包 覆方法和金属掺杂方法。改善了磷酸铁锂正极的低温性能差，导电性能差、容量较低等问题， 同时简化了生产流程，降低了制造成本，提升了生产效率。 公开号公开号 专利名专利名 专利特点专利特点 专利优势专利优势 所属公司所属公司 CN102651475 锂离子电池正极材料磷 酸铁锂的合成方法 通过高温处理，发生还原反应，消 耗了磷酸铁锂材料中的碳，造成磷 酸铁锂材料中碳含量的减少 改善了碳包覆层的均匀性，保证电导率电导率的 同时降低了碳量，提高碳利用率，减小材 料比表面积 贝特瑞 CN102306753 锂离子正极材料磷酸铁 锂的全固相制备方法 增加了
41、颗粒细化的过程并免去烘干免去烘干 过程过程 提高磷酸铁锂的生产效率，降低制备成本， 改善批次不稳定性 贝特瑞 CN106602060 一种低成本低成本磷酸铁锂材 料、其制备方法及用途 通过压块和添加助剂相结合的方式 来提升烧结窑炉的庄田量和缩短窑 炉的烧结时间 制造成本显著下降，设备产能明显提升， 且电化学性能优异 贝特瑞 CN103354289 一种低温型低温型纳米磷酸铁 锂、其制备方法及应用 过补充锂源和磷源烧成完善晶态的 颗粒得到低温性磷酸铁锂 能耗和设备投资降低，环境污染轻。此外， 该方法的生产流程简单、无苛刻条件且易 于工业化 贝特瑞 CN104362341 一种高密度高密度纳米磷酸
42、铁 锂材料及其制备方法 将碳源、锂源包覆在有孔洞的二次 球纳米无水磷酸铁表面，通过烧成 制得高密度纳米磷酸铁锂材料 高振实密度、高压实密度，降低了生产成 本，并且具备较高的克容量和良好的低温 性能 贝特瑞 CN110600708 一种分布掺杂金属掺杂金属离子 及碳包覆磷酸铁锂正极 材料的制备方法 掺入碳源能够使碳源更紧密的包覆 在掺杂金属元素的磷酸铁锂复合材 料的表面 导电性好，容量高及循环定性优异 贝特瑞 CN103606676 一种磷酸铁锂/碳纳米复 合材料及其制备方法 将磷酸铁铿前躯体进行化学气相沉 积包覆，制得碳包覆磷酸铁锂材料。 其反应时间短，能耗小，且工艺、形貌更 易控制，包覆效果
43、比传统包碳工艺更加均 匀，很好的改善了磷酸铁锂的导电性导电性 贝特瑞 资料来源：中国知网，方正证券研究所 图表图表3232：德方纳米相关专利的特点与优势德方纳米相关专利的特点与优势 德方纳米聚焦于工艺简化德方纳米聚焦于工艺简化 液相法工艺的复杂程度相对较高，并且有多次烧结过程，德方纳米主要简化了制造工艺，通过 一次烧结得到正极材料。同时改进了磷酸铁锂的碳包覆方法和金属掺杂方法，改善了磷酸铁锂 正极导电性能差、容量较低的等问题。 公开号公开号 专利名专利名 专利特点专利特点 专利优势专利优势 所属公所属公 司司 CN104701544 超容量超容量纳米磷酸铁锂正极 材料及其制备方法和锂离 子电池
44、 对碳材料进行特殊的表面修饰和改性 处理使其可以参与锂化反应 材料纯度高，性能优异，而且此方法 工艺简单可控 德方纳米 CN108899540 磷酸铁锂复合材料及其制 备方法和锂离子电池 改进制备过程中的烧结、冷却烧结、冷却工艺 工艺简单，性能稳定 德方纳米 CN109192936 一种磷酸铁锂的制备方法 按特定顺序加入原料并省去溶剂，仅 需一步烧结一步烧结即可制得尺寸均一、性能 优良的终产品 工艺简单，耗能少，环境友好 德方纳米 CN110436431 一种磷酸铁锂正极材料的 制备方法和锂离子电池 只通过一次烧结一次烧结就可以制得磷酸铁锂 正极材料，工艺方法简单、成本低 压实密度高、结晶度好
45、以及单位体积 的能量密度大。 德方纳米 CN109336077 一种磷酸铁锂正极材料及 其制备方法 活性材料由长条颗粒和球形颗粒球形颗粒组成， 而不是单一球形活性材料 压实密度较高，易于产业化生产 德方纳米 CN110085839 磷酸铁锂复合正极材料及 其制备方法和应用 碳源对掺杂金属碳源对掺杂金属盐中的掺杂金属元素 进行吸附，以实现掺杂 提升磷酸铁锂正极锂离子的扩散能力， 降低充放电过程中锂离子的浓差极化， 具有突出的倍率性能 德方纳米 CN103887509 磷酸铁锂基复合导体正极 材料及制备方法、正极和 锂电池 多种导电包覆导电包覆碳形状，球形导电碳、 片状导电碳、管状导电碳的质量比为
46、1： 1：1 导电性能优，电化学性能好，从而赋 予该锂电池高倍率和优异倍率循环特 性 德方纳米 资料来源：中国知网，方正证券研究所 图表图表3333：北大先行和湖南裕能专利的特点与优势北大先行和湖南裕能专利的特点与优势 北大先行、湖南裕能和安达科技聚焦保护生成工艺北大先行、湖南裕能和安达科技聚焦保护生成工艺 北大先行、湖南裕能和安达科技的相关专利较少，主要保护其自生的生产工艺。其中湖南裕能 和安达科技均通过磷酸铁前驱体制备磷酸铁锂，有部分磷酸铁制备的相关专利。 公开号公开号 专利名专利名 专利特点专利特点 专利优势专利优势 所属公司所属公司 CN10350189 一种高容量高压密橄榄石 阴极材
47、料的制备方法 添加磷酸盐化合物用于二次烧结 提高压实密度同时保持较高的放电 容量，工艺简单，易于实现工业化 生产 北大先行 CN109326777 一种磷酸铁锂电池材料的 制备方法 在塑型剂的作用下首先制备致密度较 高的复合铁源 工艺简单易操作 北大先行 CN103441269 一种焦磷酸锂/碳包覆磷酸 铁锂复合材料及其制备方 法 解决了磷酸铁锂正极在制备过程表面 生产含Li的强碱性物质的问题 拥有较好的倍率性能 北大先行 CN103247778 一种高功率型磷酸铁锂正 极材料及其制备方法 优化烧结工艺与反应的气氛制备出具 有石墨化程度高的碳包覆层的磷酸铁 锂/碳复合正极材料 提高石墨化程度、
48、功率和倍率性能 北大先行 CN108163827 一种由磷化渣制备纳米磷 酸铁的方法 由磷化渣制备纳米磷酸铁的方法 生产的磷酸锂出不需要粉碎，一次 粒径100nm，比表面积大，活性 好 湖南裕能 资料来源：中国知网，方正证券研究所 图表图表3434：北大先行和湖南裕能专利的特点与优势（续表）北大先行和湖南裕能专利的特点与优势（续表） 北大先行、湖南裕能和安达科技聚焦保护生成工艺北大先行、湖南裕能和安达科技聚焦保护生成工艺 公开号公开号 专利名专利名 专利特点专利特点 专利优势专利优势 所属公司所属公司 CN108101013 一种高品质电池级磷酸铁 的生产方法 由聚合硫酸铁和磷酸盐和表面活性剂 为反
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