1、2022 年深度行业分析研究报告 目录目录 投资聚焦投资聚焦 . 1 投资逻辑. 1 投资策略. 1 风险因素. 1 锰行业概况锰行业概况 . 2 锰在正极材料中的应用分析锰在正极材料中的应用分析 . 3 富锂锰基正极材料 . 3 橄榄石型磷酸锰锂和磷酸锰铁锂正极材料 . 5 尖晶石型锰酸锂正极材料 . 7 尖晶石型镍锰酸锂正极材料. 9 层状三元正极材料 . 10 钠离子电池用含锰材料 . 12 锰基正极材料的合成方法 . 12 需求分析：技术变革将带动电池用锰量激增需求分析：技术变革将带动电池用锰量激增 . 15 锰下游需求以钢铁和电池为主 . 15 正极材料技术路线变更将带动电池用锰量快

2、速增长 . 18 供应分析：电池用锰原料易出现结构性短缺供应分析：电池用锰原料易出现结构性短缺 . 20 国内锰矿原料进口依赖度高. 20 国内电解锰产量下滑，高纯硫酸锰供应扰动加大 . 23 价格分析：锰产品价格呈现价格分析：锰产品价格呈现“二元格局二元格局” . 26 重点公司介绍重点公司介绍 . 28 湘潭电化. 28 红星发展. 30 中钢天源. 32 三峡水利. 33 TXjYrVbYgVsWcV0V8Z9P8Q7NtRoOoMmOjMpPoNjMtQnMaQnNxONZtQqNuOmMwO 插图目录插图目录 图 1：锰的产业链图示 . 3 图 2：Li2MnO3的结构示意图 . 4

3、 图 3：LiMO2的结构示意图 . 4 图 4：富锂锰基材料与其他正极材料的能量密度对比 . 4 图 5：富锂锰基正极材料首次充放电示意图 . 5 图 6：富锂锰基正极材料循环过程中材料结构变化的原子模型 . 5 图 7：磷酸锰锂的结构示意图 . 6 图 8：橄榄石型 LiFeXMn1-XPO4的结构示意图 . 6 图 9：磷酸锰锂和改性磷酸锰锂的放电容量与循环次数图 . 6 图 10：纳米磷酸锰锂的扫描电子显微镜照片 . 6 图 11：尖晶石 LiMn2O4结构示意图 . 8 图 12：2021 年不同正极材料出货量占比 . 8 图 13：锰酸锂-石墨电池中锰的溶解迁移过程 . 8 图 1

4、4：2016-2021 年中国锰酸锂材料出货量及增长情况 . 9 图 15：2020 年中国二轮车电芯市场出货规模 . 9 图 16：镍锰酸锂材料的结构示意图 . 9 图 17：镍锰酸锂的高电压平台示意图 . 10 图 18：包覆导电材料后镍锰酸锂的循环性能对比 . 10 图 19：层状材料的晶体结构示意图 . 11 图 20：NCM 正极材料放电容量与热稳定性和容量保持率的关系图 . 11 图 21：2017-2021 年中国三元正极材料出货量 . 11 图 22：2021 年不同型号三元正极材料出货量占比 . 11 图 23：常见的锰基正极材料合成路线图 . 12 图 24：工业上用高温固

5、相合成法制备 LMO 正极材料的路线图 . 13 图 25：共沉淀法制备 NCM 正极材料的路线图 . 14 图 26：高温固相法制备的富锂锰基材料的扫描电子显微镜照片 . 14 图 27：共沉淀法制备的富锂锰基材料的扫描电子显微镜照片 . 14 图 28：2020 年锰矿石生产产品分布 . 15 图 29：2020 年锰矿石产品利用分布 . 15 图 30：全球锌锰电池用锰量预测 . 18 图 31：全球锂电正极材料用锰量预测 . 18 图 32：不同锰基正极材料中锰含量对比 . 18 图 33：2025-2035 年动力电池用锰量构成 . 19 图 34：全球锰消费结构变化 . 20 图

6、35：2005-2021 年全球锰矿储量 . 20 图 36：2021 年全球锰矿资源分布（按锰含量计） . 20 图 37：2011-2021 年全球锰产量 . 21 图 38：2021 年全球锰产量分布（按锰含量计） . 21 图 39：中国锰矿矿集区及潜力区分布图 . 21 图 40：2020 年全球主要锰矿生产国产量及品位 . 22 图 41：中国锰矿进口量及对外依存度 . 22 图 42：2017-2021 年中国电解金属锰产量及同比 . 24 图 43：2013-2020 年中国电解二氧化锰产量及同比 . 25 图 44：2020 年中国硫酸锰产量分区域占比 . 26 图 45：中

7、国高纯硫酸锰产量 . 26 图 46：中国电解锰价格走势图. 26 图 47：2021 年以来国产锰矿和进口锰矿的价格走势 . 27 图 48：2021 年以来不同锰产品价格变化 . 27 图 49：电解锰酸溶生产硫酸锰盈亏分析 . 28 图 50：湘潭电化股权结构 . 28 图 51：湘潭电化营业收入及同比 . 29 图 52：湘潭电化归母净利润及同比 . 29 图 53：湘潭电化收入结构变化. 29 图 54：2021 年上半年湘潭电化毛利构成 . 29 图 55：红星发展股权结构 . 30 图 56：红星发展营业收入及同比 . 31 图 57：红星发展归母净利润及同比 . 31 图 58

8、：红星发展收入结构变化. 32 图 59：红星发展毛利润结构 . 32 图 60：三峡水利收入结构变化. 33 图 61：2021 年上半年三峡水利毛利润构成 . 33 表格目录表格目录 表 1：锰元素基本信息 . 2 表 2：锰矿石分类 . 2 表 3：国内企业在富锂锰基材料的布局 . 5 表 4：磷酸锰铁锂与其他正极材料形成复合材料的优势 . 7 表 5：国内企业在磷酸锰铁锂材料的布局 . 7 表 6：国内布局钠离子电池的企业及相关技术路线 . 12 表 7：不同锰基正极材料的生产工艺对比 . 13 表 8：不同类型锰基正极材料对比 . 15 表 9：钢铁领域锰用量测算 . 16 表 10

9、：锌锰电池用锰量测算 . 16 表 11：锂电正极材料用锰量测算 . 17 表 12：2025-2035 年动力电池用锰量测算 . 19 表 13：2020 年我国主要锰系合金产量 . 23 表 14：2021 年中国电解锰产量前十企业 . 24 表 15：2020 年全国电解二氧化锰产量前十企业 . 25 表 16：湘潭电化锰矿资源 . 30 表 17：湘潭电化锰矿资源 . 30 1 投资聚焦投资聚焦 投资逻辑投资逻辑 锰主要应用于钢铁行业，当前电池用锰占比较低。锰主要应用于钢铁行业，当前电池用锰占比较低。锰下游应用包括钢铁、有色冶金、化工、电子、电池、农业、医学等领域。2021 年全球锰消

10、费量超过 2000 万吨，其中 95%以上用于钢铁冶金行业，钢铁用锰占据绝对主导地位。锰在电池行业的应用包括锌锰电池和锂离子电池正极材料， 2021年合计消费占比约2%， 其中锂离子电池用锰量占比约0.5%。 新型锰基新型锰基正极材料正极材料发展前景广阔，发展前景广阔， 预计预计 2021-2035 年锂电年锂电池池用锰量将增长超过用锰量将增长超过 10 倍。倍。锰在锂电正极材料中的应用当前主要以锰酸锂和镍钴锰酸锂（三元材料）为主。近年来随着材料改性技术的进步，新型锰基正极材料如磷酸锰铁锂和富锂锰基等产业化进程加速。受益于三元正极材料和锰酸锂材料出货量的快速增长，我们预计 2025 年锂电正极

11、材料用锰量将超过 30万吨， 2021-2025年 CAGR为 32%。 随着新型锰基正极材料的渗透率提升，我们预计锂电池用锰量将出现激增，至 2035 年有望增至 130 万吨以上，超过 2021 年的10 倍。2035 年锂电池领域用锰量预计占锰整体需求比例达到 5%。 中国锰矿原料进口依赖度高，中国锰矿原料进口依赖度高，2021 年电解锰供应短缺引发价格暴涨年电解锰供应短缺引发价格暴涨。中国锰矿资源总量较高但品位偏低， 下游锰产品加工主要依赖进口原料， 2021 年对外依赖度超过 90%。锰的加工产品包括锰合金、电解金属锰、电解二氧化锰和硫酸锰等。2021 年由于行业“供给侧改革”和限电

12、等因素影响，电解锰产量下降 20 万吨，供应严重短缺，价格上涨超过200%，显著高于其他锰产品。 锰行业呈现“二元格局” ，锰行业呈现“二元格局” ，2022 年年以来以来电池级硫酸锰产品盈利能力回升。电池级硫酸锰产品盈利能力回升。钢铁行业用锰的“高基数”和电池用锰的“高增速”使得锰行业呈现出“二元格局” 。2022 年以来，钢铁用锰产品和电池用锰产品价格走势分化已体现这一趋势。此外，由于电池级硫酸锰常用电解锰酸溶生产，电解锰的供应扰动会导致电池级硫酸锰出现结构性短缺。2022 年以来电解锰价格回归理性和硫酸锰价格持续上涨，硫酸锰的单吨盈利拉阔至 4000 元。 投资策略投资策略 新型锰基正极

13、材料的渗透率提升有望使得锂电池行业用锰量在 2021-2035 年间增长超过 10 倍。但由于钢铁行业锰消费量基数较高，长期来看仍将占据主导地位。钢铁用锰和电池用锰的“二元格局”使得电池用锰原料易出现结构性短缺，2022 年以来电池级硫酸锰盈利显著拉阔。建议投资围绕两条主线：1）率先发力新型锰基正极材料研发生产的企业；2）业务向下游电池材料延伸的锰产品制造商。首次覆盖锰行业并给予“中性”评级，建议关注德方纳米、容百科技、红星发展和湘潭电化。 风险因素风险因素 电池技术路线变化的风险；下游需求增长不及预期的风险；锰价大幅波动造成企业盈利波动的风险。 2 锰锰行业概况行业概况 锰元素的基本信息：锰

14、元素的基本信息：锰是银白色脆性金属，元素符号 Mn，原子量为 54.94，密度为7.3g/cm3，熔点为 1244，沸点为 1962。锰是人类所必需的微量元素之一。 表 1：锰元素基本信息 项目项目 内容内容 项目项目 内容内容 中文名称 锰 原子量 54.94 英文名称 Manganese 密度 7.3g/cm3 原子序数 25 熔点 1244 元素符号 Mn 沸点 1962 资料来源：金属百科网站，中信证券研究部 锰矿物的组成及分类：锰矿物的组成及分类：锰资源广泛分布于陆地和海洋中，锰在自然界以氧化物、氢氧化物、硫化物、碳酸盐、硅酸盐和硼酸盐等状态产出。在冶金工业中，锰矿按照矿石类型可分为

15、氧化锰矿和碳酸锰矿，按含锰量高低可以分为富锰矿和贫锰矿， 我国将含锰量在 30%以上的成品矿石称作富锰矿。 表 2：锰矿石分类 类型类型 化学组成化学组成 锰含量（锰含量（% %） 密度（密度（g/cmg/cm3 3） 矿物结构矿物结构 莫氏硬度莫氏硬度 软锰矿 MnO2 63.2 5 疏松状、烟灰状 25 硬锰矿 mMnO MnO2 nH2O 3560 4.44.7 胶状、粒状 46 水锰矿 Mn2O3 H2O 62.4 4.24.3 柱状结晶、粒状 34 黑锰矿 Mn3O4 72 4.84 粒状 55.5 褐锰矿 Mn2O3 69.6 4.75.0 密集粒状 66.5 菱锰矿 MnCO3

16、47.8 3.63.7 粒状、肾状 3.54.5 硫锰矿 MnS 63.1 3.94.1 粒状、块状 3.54 资料来源：金属百科网站，中信证券研究部 锰的应用领域：锰的应用领域：作为重要的工业原料， 锰被广泛应用于钢铁、 有色冶金、 化工、 电子、电池、农业、医学等领域。钢铁行业是锰下游主要的应用领域，锰主要用作炼钢过程中的脱氧剂、脱硫剂和合金元素。近年来锰在电池领域的应用得到市场关注，传统的锌-锰电池主要使用电解二氧化锰（EMD）作为正极，锰也是动力电池正极材料如锰酸锂、镍钴锰酸锂等重要的组成元素。 表 2：锰及其化合物的应用领域 应用领域应用领域 具体用途具体用途 钢铁工业 脱氧剂、脱硫

17、剂、合金元素 化工工业 许多锰盐是重要的化学试剂，如氧化剂、消毒剂等 环保行业 汽车尾气和工业用水、饮用水的净化剂 有色冶金 湿法冶炼铜、锌、铀等的氧化剂，制造非铁合金 电子工业 锰锌铁氧体是重要的软磁材料 建筑材料 生产玻璃时的着色、褪色和澄清剂 电池 干电池消极剂，动力电池正极材料 农业 生产肥料、杀虫剂、动物饲料添加剂 资料来源：金属百科网站，中信证券研究部 3 锰的产业链：锰的产业链：锰产业链可分为两大部分：1）电炉加焦炭还原锰矿石获得锰合金，主要有高碳锰铁、中低碳锰铁、硅锰合金等，用于炼钢作脱氧剂、脱硫剂及合金添加剂；2）硫酸浸出锰矿石制备硫酸锰，再经电解、除杂或氧化等工艺后获得各类

18、高纯锰化合物。其中电解二氧化锰可用作干电池正极材料（碱锰型等）和锂电池正极材料（锰酸锂型） ；电解金属锰的主要市场是特钢、不锈钢和合金的生产，也可用于制造其他锰化合物如高纯硫酸锰；高纯硫酸锰主要用作锂电池正极三元材料的前驱体原料。 图 1：锰的产业链图示 资料来源：南方锰业公司公告，中信证券研究部 锰在正极材料中的应用分析锰在正极材料中的应用分析 富锂锰基正极材料富锂锰基正极材料 富锂锰基正极材料的一般组成可表示为 xLi2MnO3(1-x)LiMO2 (0 x1, M=Ni, Co, Mn)，可以看作由 Li2MnO3和 LiMO2两种成分组成， 这两种结构成分在原子尺度均匀复合形成富锂锰基

19、材料。在过渡金属/锂混合层内，锂和过渡金属原子有序排列，形成超晶格结构，这样的结构也使得富锂锰基材料有着优异的物理性能。 富锂锰富锂锰基基材料比容量高，成本低，安全性更好。材料比容量高，成本低，安全性更好。根据富锂锰基正极材料结构优化及晶面调控研究进展 （周建峰等）分析，在富锂锰基材料充电过程中，随着 Li+的迁移，过渡金属离子化合价发生变化以保证体系电荷补偿，使其具有超高的比容量，可以达到300mAh/g，几乎是目前已商业化正极材料实际容量的两倍，因此其被视为下一代锂离子电池最有前景的正极材料之一。同时富锂锰基材料以较便宜的锰元素为主，贵重金属含量少，与常用的钴酸锂和镍钴锰三元系正极材料相比

20、，不仅成本更低，而且安全性更好。 4 图 2：Li2MnO3的结构示意图 资料来源：富锂锰基正极材料结构优化及晶面调控研究进展（周建峰等） 图 3：LiMO2的结构示意图 资料来源：富锂锰基正极材料结构优化及晶面调控研究进展（周建峰等） 图 4：富锂锰基材料与其他正极材料的能量密度对比 资料来源：The Current Move of Lithium Ion Batteries Towards the Next Phase（Tae-Hee Kim 等），中信证券研究部 富锂锰基材料富锂锰基材料存在首次不可逆容量损失、倍率性能差、循环过程电压衰减等缺点。存在首次不可逆容量损失、倍率性能差、循环过

21、程电压衰减等缺点。富锂锰基材料在实际充放电过程中存在以下问题：1）由于富锂锰基材料首次充电结束后净脱出 Li2O，在随后的放电过程中不能返回到晶格中，造成不可逆的容量损失。2）富锂锰基材料中的氧离子在大电流条件下反应不充分，导致其倍率性能较差。3）在充电过程中Li+迁移的同时，过渡金属离子会自发地向锂层迁移，导致脱出的 Li+不能回到原位，材料结构逐步从层状向尖晶石相转变，导致循环过程中电压衰减且循环寿命低。 5 图 5：富锂锰基正极材料首次充放电示意图 资料来源： 富锂锰基正极材料倍率性能的改善研究 （李翌通） 图 6：富锂锰基正极材料循环过程中材料结构变化的原子模型 资料来源：富锂锰基正极

22、材料结构优化及晶面调控研究进展（周建峰等） 国内已有多家公司储备了富锂锰基材料的生产技术国内已有多家公司储备了富锂锰基材料的生产技术。根据相关公司公告，容百科技、当升科技等正极材料企业均提前布局了富锂锰基材料的研发，目前已进入小试阶段，并积极配合相关客户在公司现有产线进行产品性能优化及工艺放大实验。另外，振华新材、中伟股份、 昆工科技、 天原股份、国轩高科、 多氟多等公司也开展了富锂锰基材料 （前驱体）的研发项目，目前正积极探索其商业化的可行性。 表 3：国内企业在富锂锰基材料的布局 公司名称公司名称 布局内容布局内容 振华新材 在研项目：富锂锰系固溶体研究 容百科技 富锂锰基正极材料工艺达到

23、小试阶段 昆工科技 公司针对“锂离子电池富锂锰基正极材料项目”，完成了锂电研究平台搭建工作，成功开展系列实验研究，基本具备富锂锰基正极材料研发功能 中伟股份 依托于前驱体合成机理的研究，开发方向涵盖了富锂锰基等新型正极材料的前驱体 当升科技 公司目前正在开展对富锂锰基正极材料等新技术的研发，实现了富锂锰基产品的小试工艺定型 天原股份 公司聘请吴锋院士担任公司锂电首席科学家，与其团队在富锂锰方面开展联合技术攻关工作，填补公司在富锂锰技术方面的研究空白 国轩高科 公司全资子公司合肥国轩近年来重点完成了高电压高容量的富锂锰材料等科研项目研究 多氟多 在研项目：高比容量动力性富锂锰基材料锂离子电池产业

24、化项目 资料来源：相关公司公告，中信证券研究部 橄榄石型橄榄石型磷酸锰锂磷酸锰锂和磷酸锰铁锂和磷酸锰铁锂正极材料正极材料 磷酸锰铁锂材料是磷酸铁锂材料重要的升级方向之一磷酸锰铁锂材料是磷酸铁锂材料重要的升级方向之一。橄榄石型磷酸盐正极材料的典型代表磷酸铁锂（LiFePO4，LFP）是目前广泛使用的动力电池正极材料。根据共沉淀法制备磷酸锰铁锂及其电化学性能研究 （马国轩）分析，磷酸锰锂（LiMnPO4，LMP）与 LFP 具有相似的橄榄石型结构， 相比于 LFP 3.4 V 的电极电势 （对于 Li+/Li） 而言， LMFP的电极电势为 4.1 V（对于 Li+/Li） ，因此其具有比 LFP

25、 高约 1520%的理论能量密度。但是 LMP 导电性极差， 几乎属于绝缘体。 为了解决 LFP 放电电压低和 LMP 导电性能差的问题，通常将两种材料按一定比例复合形成磷酸锰铁锂材料（LiFeXMn1-XPO4，LMFP） 。磷酸锰铁锂被认为是磷酸铁锂材料未来最具竞争力的升级材料之一。同时 Fe、Mn 等元素在自然界中含量非常丰富，原材料易获取且成本低廉。 6 图 7：磷酸锰锂的结构示意图 资料来源： 锂离子电池正极材料磷酸锰锂的研究进展 （邱景义等） 图 8：橄榄石型 LiFeXMn1-XPO4的结构示意图 资料来源： Recent Advances of Mn-Rich LiFe1-yM

26、nyPO4 (0.5 y 1.0) Cathode Materials for High Energy Density Lithium Ion Batteries （Yuanfu Deng 等） 通过碳包覆等材料改性技术，通过碳包覆等材料改性技术，LMFP 的产业化进程加速。的产业化进程加速。由于 LMP 材料的电子电导率（10-10 S/cm）和离子迁移率（10-16 cm2s-1）均低于 LFP，因此含有锰元素的 LMFP材料的放电比容量和倍率性能较差。在过去二十年间，通过元素掺杂、表面涂覆、材料复合等方式，LMP 和 LMFP 正极材料的电导率问题得到了有效改善。增强 LMFP 导电性能

27、的办法有： （1）掺杂其他元素，如 Mg、Zr、Co 等，改善离子传输性能； （2）在电极材料表面涂覆碳等涂层，提高颗粒之间的导电性； （3）优化合成方法，制备纳米级别的 LMFP材料来缩短 Li+的迁移距离等； （4）与其他正极材料制备复合电极等。 图 9：磷酸锰锂和改性磷酸锰锂的放电容量与循环次数图 资 料 来 源 ： Electrochemical lithiation and delithiation of LiMnPO4: Effect of cation substitution （Jong-Won Lee 等） 图 10：纳米磷酸锰锂的扫描电子显微镜照片 资料来源： Perfor

28、mance Improvement of Lithium Manganese Phosphate by Controllable Morphology Tailoring with Acid-Engaged Nano Engineering （Hui Guo 等） 磷酸锰铁锂与其他正极材料混用磷酸锰铁锂与其他正极材料混用其其产业化的产业化的重要重要方向方向。得益于高电压的突出优势，磷酸锰铁锂材料除了单独使用外，还可以与现有的正极材料进行混掺，发展出丰富多样的应用场景。 例如将磷酸锰铁锂和三元材料进行混掺， 材料不仅具备更好的循环性能和安全性，成本也能得到下降。磷酸锰铁锂和锰酸锂的混掺更是使得锰

29、酸锂重新适用于车用动力电池材料。磷酸锰铁锂与其他正极材料的混掺使用使得其产业化进程在各类锰基正极材料中具备领先性，也拓宽了材料的应用场景。 7 表 4：磷酸锰铁锂与其他正极材料形成复合材料的优势 复合方式复合方式 优势优势 LMFP+LFP 提升能量密度和低温性能 LMFP+LMO 提升能量密度、增加循环寿命、保持低成本优势 LMFP+LCO 提高电压平台、提高能量密度 LMFP+三元 更好的低温性能、更好的循环性能、更高的安全性、更低的成本 资料来源： 磷酸锰铁锂复合三元体系及对复合方式探讨 （谈俊） ，中信证券研究部 国内多家企业布局磷酸锰铁锂材料，德方纳米国内多家企业布局磷酸锰铁锂材料，

30、德方纳米进度领先进度领先。德方纳米在 2021 年和 2022年与云南省曲靖经开区管委会分别签订了新建年产 10万吨和年产33万吨新型磷酸盐系正极材料生产基地项目的投资协议， 总投资约 100 亿。 鹏欣资源参股公司江苏力泰现有 2000吨 LMFP 生产线，2020 年起已向客户小规模销售 LMFP 产品。除此之外，当升科技、光华科技、百川股份等公司均布局了 LMFP 材料的研发生产。 表 5：国内企业在磷酸锰铁锂材料的布局 企业名称企业名称 布局内容布局内容 新建项目新建项目 德方纳米 公司在研项目： 石墨烯复合磷酸铁锰锂锂离子电池正极材料的关键技术研发（共计 200 万） 1.年产 10

31、万吨新型磷酸盐系正极材料生产基地项目，总投资 20 亿元。 2.年产 33万吨新型磷酸盐系正极材料生产基地项目，总投资 75 亿元。 当升科技 公司针对电动车和高端储能市场专项开发高性能的磷酸铁锂、磷酸锰铁锂材料 光华科技 公司锂电池材料主要产品有三元前驱体及三元材料系列产品，磷酸铁、磷酸铁锂及磷酸锰铁锂系列产品 鹏欣资源 鹏欣资源增资 7500 万后持有江苏力泰锂能 23%股份，该公司主要产品包括磷酸锰铁锂正极材料， 目前正在与锂电企业进行应用中试 1. 计划新增建设年产 3000 吨磷酸锰铁锂设备，设备投资约 2000 万元。 2. 新建年产 2000 吨磷酸锰铁锂前驱体装置，设备投资约

32、500 万元。 天能股份 公司锂电业务当前的总体策略是聚焦小动力及储能领域，具备高镍三元、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、三元复合锰锂等产品生产能力 百川股份 公司的全资孙公司宁夏百川新材料有磷酸锰铁锂生产项目 新建年产 1.5 万吨磷酸锰铁锂材料项目。 资料来源：相关公司公告，中信证券研究部 尖晶石尖晶石型型锰酸锂锰酸锂正极材料正极材料 尖晶石正极材料包括锰酸锂（LiMn2O4，LMO）和镍锰酸锂（LNMO）两种，均属于立方尖晶石结构。根据锂离子电池高电压正极材料镍锰酸锂的第一性原理研究 （陈宇阳）分析，LMO 中 Mn 的平均价态为+3.5 价，实际上为等比例的+3 价与+4 价，其充放电活性便是

33、Mn3+/Mn4+氧化还原电对的贡献。 目前 LMO 已在锂电池领域得到广泛的应用， 根据中国有色金属工业协会锂业分会的统计，2021 年 LMO 材料出货量达到 11.1 万吨，占中国正极材料市场的市场份额为 10%。 8 图 11：尖晶石 LiMn2O4结构示意图 资料来源： 锂离子电池高电压正极材料镍锰酸锂的第一性原理研究 （陈宇阳） 图 12：2021 年不同正极材料出货量占比 资料来源：中国有色金属工业协会锂业分会，中信证券研究部 LMO 材料具有原料丰富、成本低、安全性高、制备工艺简单等优点材料具有原料丰富、成本低、安全性高、制备工艺简单等优点。根据锰酸锂石墨电池容量衰减过程及其调

34、控方法的研究（詹纯） 分析， LMO 可通过碳酸锂 （Li2CO3）和二氧化锰（MnO2）通过高温固相法一步合成，步骤简单且工艺成熟。另外，LMO 的热稳定性好，不存在 LiCoO2、LiNiO2等材料受热分解并引发爆炸的安全问题。LMO 还具有相对较高的工作电位（4.0 V） ，一定程度弥补其容量密度上的不足。 LMO 材料存在比容量较低和循环性能差的缺点材料存在比容量较低和循环性能差的缺点。 锰酸锂的比容量约为 120mAh/g，低于目前成熟的三元材料。根据锂离子正极材料尖晶石锰酸锂的掺杂及其表面包覆 （樊学峰）分析，在电池循环过程中，固态的 Mn3+容易发生歧化反应，产生的 Mn2+溶解

35、在电解液中，造成电极材料的消耗。此外，LMO 的晶格结构在反应过程中会发生畸变，从而对材料造成破坏。电解液中的氢氟酸杂质也会与 LMO 发生反应造成 Mn 元素的大量损失，最终影响 LMO 材料循环后的电化学性能。 图 13：锰酸锂-石墨电池中锰的溶解迁移过程 资料来源：锰酸锂石墨电池容量衰减过程及其调控方法的研究（詹纯） 45%44%11%10%磷酸铁锂三元材料锰酸锂钴酸锂 9 中国锰酸锂出货量逐年上升，多用于轻型动力领域。中国锰酸锂出货量逐年上升，多用于轻型动力领域。根据 EV Tank 调研统计，2016-2021 年中国锰酸锂出货量逐年上升，年均复合增长率超过 30%，2021 年出货

36、量达11.1 万吨。由于锰酸锂比容量较低，多用于轻型动力领域。根据高工锂电数据，锰酸锂材料是二轮车电芯市场出货量最大的锂电产品，2020 年市场份额达到 45%。 图 14：2016-2021 年中国锰酸锂材料出货量及增长情况 资料来源：EV Tank，中信证券研究部 图 15：2020 年中国二轮车电芯市场出货规模 资料来源：高工锂电，中信证券研究部 尖晶石型尖晶石型镍锰酸锂镍锰酸锂正极材料正极材料 尖晶石型镍锰酸锂（LiNi0.5Mn1.5O4，LNMO）可看做锰酸锂（LiMn2O4）中四分之一的 Mn 被 Ni 取代而形成的。 LNMO 中由于镍的引入， 锰完全以+4 价的 Mn4+离子

37、形式存在，在充电到 4.3 V 时，Mn3+的平台完全消失；继续充电到 4.9 V 时，Ni2+可以氧化成 Ni3+再到Ni4+，在 4.7 V 时显现容量，因此 LNMO 具有高电压特性。 图 16：镍锰酸锂材料的结构示意图 资料来源：锂离子电池镍锰酸锂正极材料研究进展（陈孟等） 0%10%20%30%40%50%60%70%02468720021出货量（万吨）同比（%）45%26%29%LMOLFPNCM 10 LNMO 材料结构稳定、具有高电压平台、高比能量密度和良好的循环性能。材料结构稳定、具有高电压平台、高比能量密度和良好的循环性能。根据锂

38、离子电池高电压正极材料镍锰酸锂的第一性原理研究 （陈宇阳） ，LNMO 材料通过用 Ni取代了四分之一的 Mn 元素，因而获得了高工作电压的特性。而这种高电压特性恰好满足了锂离子电池高比能量密度和高比功率密度的需求， 同时 LNMO 也具有良好的循环可逆性，因此其在大容量锂电池领域拥有良好的应用潜力。从原材料角度出发，由于不含价格昂贵的钴元素，且镍元素的含量很低，因此相比于高比容量的三元材料，LNMO 具有更好的成本优势。 LNMO 材料在高电压下电解液的分解和电极材料在高电压下电解液的分解和电极/电解液界面的副反应严重制约了其规模电解液界面的副反应严重制约了其规模化应用。化应用。由于 LNM

39、O 的电位平台高达 4.7 V，已经超过了常规电解液 14.5 V 的稳定电势窗口，会导致电解液的氧化分解。另一方面，LNMO 在充电态下会形成具有强氧化性的Ni4+，也会加剧电解液的氧化分解，并在电极/电解液界面形成阻碍锂离子脱嵌的界面膜，造成电池性能的衰减。 目前可采用元素掺杂、 表面包覆等改性手段提升 LNMO 材料的电化学性能，推动其进一步发展。 图 17：镍锰酸锂的高电压平台示意图 资料来源： Recent Advances of Mn-Rich LiFe1-yMnyPO4 (0.5 y 250 170 100-120 146.7 150-220 工作电压（V） 2.04.8 3.4

40、4.1 4.0 4.7 3.65 循环性能 差 好 差 好 好 优点 比容量高 成本低廉 电压平台高 成本低廉 热稳定性好 放电电压稳定 成本低 电压平台高 安全性好 结构稳定 电压平台高 高比能量密度 循环性能好 电化学性能好 高比能量密度 缺点 首次不可逆容量损失 倍率性能差 循环过程电压衰减 电子、 离子导电性低 电化学性能降低 循环性能差 比容量低 无匹配的电解液 成本高 合成方法 固相合成法、共沉淀法、溶胶凝胶法、喷雾热解法、静电纺丝法、水热法等 应用难度 难 容易 容易 难 容易 资料来源： The Current Move of Lithium Ion Batteries Tow

41、ards the Next Phase （Tae-Hee Kim 等） ，中信证券研究部 需求分析需求分析：技术变革将带动电池用锰量激增：技术变革将带动电池用锰量激增 锰下游需求以钢铁和电池为主锰下游需求以钢铁和电池为主 钢铁行业用锰占据绝对主导地位。钢铁行业用锰占据绝对主导地位。根据国际锰业协会数据，2020 年全球 88%的锰矿石被制成锰合金，8.3%被制成金属锰，电解锰和硫酸锰产量占比均为 1.7%，其中高纯硫酸锰（主要用于生产动力电池正极材料）占比仅有 0.3%；按下游应用领域分类，2020 年钢铁行业消耗了全球锰产品的 97%，普通电池用锰量占比为 1.7%，锂离子电池用锰量占比仅有

42、 0.4%。当前锰的消费结构中钢铁领域用量占据绝对主导地位。 图 28：2020 年锰矿石生产产品分布 资料来源：国际锰业协会，中信证券研究部 图 29：2020 年锰矿石产品利用分布 资料来源：国际锰业协会，中信证券研究部 88.0%8.3%1.7%1.4%0.3%0.2%锰合金电解锰电解二氧化锰普通纯度硫酸锰高纯硫酸锰高纯度锰合金97%1.7%1.4%0.4%钢铁生产普通电池农业锂离子电池 16 预计到预计到 2025 年，全球钢铁冶金行业对锰的需求量将达到年，全球钢铁冶金行业对锰的需求量将达到 2230 万吨。万吨。根据世界钢铁协会数据，2018-2021 年全球粗钢产量分别为 18.2

43、7/18.7518.80/19.52 亿吨，CAGR 为1.7%。国家统计局数据显示，2021 年我国粗钢产量为 10.33 亿吨，同比下降 3.0%。考虑到中钢协提出到 2025 年全国粗钢产量将降至 10 亿吨以下， 我们预计未来中国粗钢产量将小幅下滑， 全球粗钢产量将保持小幅增长态势。 我们预计 2025 年全球钢材产量将达到 2.03亿吨，钢材中平均含锰量约为 1.1%，据此测算 2025 年钢材冶金行业用锰量预计为 2230万吨，2021-2025 年 CAGR 为 1.5%。 表 9：钢铁领域锰用量测算 项目项目 2018 2019 2020 2021 2022E 2023E 20

44、24E 2025E 中国钢材产量（百万吨） 929.0 995.4 1064.7 1032.8 1017.3 1012.2 1000.1 993.1 中国钢材增速预测 6.7% 7.1% 7.0% -3.0% -1.5% -0.5% -1.2% -0.7% 单位钢材用锰 1.10% 1.10% 1.10% 1.10% 1.10% 1.10% 1.10% 1.10% 中国钢材用锰（万吨） 1021.9 1095.0 1171.2 1136.1 1119.0 1113.4 1100.1 1092.4 海外海外 2018 2019 2020 2021 2022E 2023E 2024E 2025E

45、钢材产量（百万吨） 897.6 879.9 815.7 919.1 946.7 975.1 1004.4 1034.5 单位钢材用锰 3.8% -2.0% -7.3% 12.7% 3.0% 3.0% 3.0% 3.0% 钢材用锰（万吨） 1.10% 1.10% 1.10% 1.10% 1.10% 1.10% 1.10% 1.10% 全球钢材产量（百万吨） 987.4 967.9 897.2 1011.0 1041.4 1072.6 1104.8 1137.9 全球钢材增速预测 1826.6 1875.3 1880.4 1951.9 1964.0 1987.3 2004.4 2027.6 全球钢

46、材用锰（万吨）全球钢材用锰（万吨） 2009.3 2062.9 2068.5 2147.1 2160.4 2186.1 2204.9 2230.3 资料来源：世界钢铁协会，国家统计局，中信证券研究部预测 预计到预计到 2025 年， 全球锌锰电池行业对锰的需求量年， 全球锌锰电池行业对锰的需求量为为 45.5 万吨。万吨。 根据 Fortune business insights 数据，2020 年全球碱性电池市场规模为 75.8 亿美元，碳性电池市场规模约 17.6亿美元，整体锌锰电池市场规模超过 90 亿美元，对应电池销量约为 820 亿只。在家用医疗器械、智能家居等新兴领域的拉动下，Fo

47、rtune business insights 预计全球碱性电池市场将保持 4.8%增速，碳性电池将保持 1.1%增速。据此推算 2025 年全球锌锰产量为 910亿只。以单只锌锰电池含锰量 5g 计算，预计 2025 年全球锌锰电池用锰量为 45.5 万吨，2021-2025 年 CAGR 为 2.1%，市场整体保持低速增长。 表 10：锌锰电池用锰量测算 项目项目 2018 2019 2020 2021E 2022E 2023E 2024E 2025E 国内锌锰电池产量（亿只） 408.16 419.22 443.3 460.1 476.3 492.9 510.2 528.0 国内锌锰电池

48、增速预测 2.7% 5.7% 3.8% 3.5% 3.5% 3.5% 3.5% 全球锌锰电池产量（亿只） 789.2 805.0 820.0 837.2 854.8 872.8 891.1 909.8 全球锌锰电池增速预测 2.0% 1.9% 2.1% 2.1% 2.1% 2.1% 2.1% 单只锌锰电池用锰（g） 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 国内锌锰电池用锰（万吨）国内锌锰电池用锰（万吨） 20.4 21.0 22.2 23.0 23.8 24.6 25.5 26.4 全球锌锰电池用锰（万吨）全球锌锰电池用锰（万吨） 39.5 40.3 41.0 41.9

49、 42.7 43.6 44.6 45.5 资料来源：工信部，Fortune business insights，中信证券研究部预测 17 预计到预计到 2025 年，全球年，全球锂离子锂离子电池电池行业对锰的需求量将达到行业对锰的需求量将达到 30.8 万吨。万吨。尽管受到三元材料高镍化趋势影响，三元电池单体锰用量呈现下滑趋势，但受益于三元电池整体出货量的提升，三元正极材料用锰量仍将保持增长。传统的锰酸锂电池则将继续受益于电动两轮车等细分领域的需求增长，出货量保持稳步提升趋势。我们预计 2025 年全球三元正极材料和锰酸锂材料用锰量将增至 30.8 万吨， 接近 2021 年 3 倍的水平，2

50、021-2025 年 CAGR为 32.2%，成为锰下游消费增速最高的领域。 表 11：锂电正极材料用锰量测算 项目项目 2017 2018 2019 2020 2021E 2022E 2023E 2024E 2025E 国内国内 新能源汽车产量（万辆） 79.4 127.0 125.0 137.0 347.6 541.9 705.2 853.5 1007.8 动力电池出货量（GWh） 44.5 70.6 85.4 83.4 219.7 342.5 445.7 539.4 636.9 其中：三元电池出货量（GWh） 20.0 39.2 55.1 48.5 93.9 140.4 200.6 25