1、正文之后的免责声明及其项下所有内容证券研究报告证券研究报告 | | 2022022 2年年5 5月月4 4日日锂电行业深度系列八：磷酸锰铁锂锂电行业深度系列八：磷酸锰铁锂正极发展新方向，产业化加速推进正极发展新方向，产业化加速推进行业行业研究研究 深度报告深度报告 电力设备新能源电力设备新能源 锂电池锂电池投资评级：投资评级：超配超配（维持评级）（维持评级）证券分析师：王蔚祺010-S0980520080003正文之后的免责声明及其项下所有内容投资建议投资建议n电压高平台的电压高平台的磷酸锰铁锂成本低，是正极发展新方向之一磷酸锰铁锂成本低，是正极发展新方向之一新型正极材料主要围绕高电压平台和锰
2、基材料开展，在其分支体系中最早商业化的就是磷酸锰铁锂。相较磷酸铁锂，其具有高电压、高能量密度和更优异的低温性能；相较三元材料具备成本低、安全性高、循环寿命长等优势。磷酸锰铁锂的自身也存在性能缺陷，包括导电性差、首圈效率低等，可通过包覆、掺杂、改性等方式来提升性能。针对锰磷酸锰铁锂导电性差的问题，可掺杂碳纳米管以提升导电性能，并实现对能量密度、循环寿命和倍率性能的优化；添加补锂剂使得首圈效率和循环寿命得到优化。从工艺上可在现有磷酸铁锂的产线做改造升级。n百亿市场方兴未艾，应用场景丰富多样百亿市场方兴未艾，应用场景丰富多样磷酸锰铁锂应用可分为纯用和混用两种方式。纯用情况下能量密度优于磷酸铁锂10-
3、20%；混用方案下与三元正极混合能够提升安全性、降低成本。磷酸锰铁锂未来应用场景主要集中于电动汽车和电动二轮车市场。在电动汽车市场，其一方面能够部分取代磷酸铁锂，另一方面可与三元材料混用降本和提高安全性。我们预计2025年磷酸锰铁锂全球市场需求为15.4万吨，市场空间达到92亿元，2021-2025年均复合增速将达到129%。n上下游快速布局，产业化进程显著加快上下游快速布局，产业化进程显著加快近年来伴随磷酸铁锂的兴起，磷酸锰铁锂作为其升级版本愈发得到重视，特别是2019年以来相关专利申请数量快速增长。在技术方面，比亚迪、国轩高科、德方纳米、力泰锂能在专利布局方面具有明显优势。在量产进度方面，
4、天津斯特兰、力泰锂能宣布实现量产，德方纳米规划产能达44万吨，预计其中11万吨将在2023年初投产。此外，当升科技、厦钨新能已经进入小试阶段。下游电池企业中，天能股份、星恒电源均有相关电池产品应用于电动二轮车电池领域。n投资建议：关注技术先发优势及相关受益环节投资建议：关注技术先发优势及相关受益环节2022年是磷酸锰铁锂产业化应用的元年，未来具有广阔的市场空间。我们看好具有先发技术优势的正极材料和下游具备优势的电池企业，推荐磷酸锰铁锂领域具有技术深入布局的德方纳米、当升科技、厦钨新能；同时碳纳米管导电剂龙头企业天奈科技。n风险提示：电动车销量不及预期；新技术产业化进展不及预期；部分企业产能建设
5、和爬坡不及预期。风险提示：电动车销量不及预期；新技术产业化进展不及预期；部分企业产能建设和爬坡不及预期。xU9UjZnWjWnVhXtUjZ8OdN6MtRnNtRpNiNpPsPfQqQqN9PqQyRvPqMvNxNoNrM正文之后的免责声明及其项下所有内容磷酸铁锂和三元材料是动力电池主要正极体系0101磷酸锰铁锂：低成本高电压，正极发展新方向0202百亿市场方兴未艾，应用场景丰富多样0303上下游企业快速布局，产业化进程显著加快0404目录目录投资建议：关注技术先发优势企业及相关受益环节0505正文之后的免责声明及其项下所有内容一、锂离子电池正极材料体系发展趋势分析一、锂离子电池正极材料
6、体系发展趋势分析正文之后的免责声明及其项下所有内容图1：锂电池正极材料体系研究应用标志性事件资料来源：锂电池基础科学，国信证券经济研究所整理正极材料体系介绍正极材料体系介绍 理想的锂离子电池应具有较高的能量密度、功率密度，较好的循环性能及可靠的安全性。正极重量达到电池整体重量的38%以上，因此提升正极材料的比容量是提升电池整体容量的关键。实际上能够全面满足要求的正极材料体系并不多，目前也没有明确的理论可以指导正极材料的选择。主流的正极材料体系都是历史上由个别科学家提出，然后经过长期的研究开发使材料逐渐获得应用。正文之后的免责声明及其项下所有内容能量密度由比容量和电压共同决定能量密度由比容量和电
7、压共同决定电池的能量密度是比容量与电压的乘积。而正极材料能量密度提升可以依托以下几种路径：1）提升比容量，如层状三元高镍材料、层状富锂锰材料；3）提升材料电压，如磷酸锰铁锂、高压钴酸锂、高压三元材料等；3）从材料形貌、材料粒度和极片工艺入手提高材料的压实密度。三元材料中镍元素能够提高正极比容量、锰元素能够提升正极的工作电压，因而其展现出显著优于磷酸铁锂材料的能量密度。图2：锂电池的计算质量能量密度和体积能量密度资料来源：锂电池基础科学，国信证券经济研究所整理图3：理论比容量为170mAh/g的不同材料能量密度情况（Wh/kg)资料来源：磷酸锰铁锂正极材料电化学性能研究，国信证券经济研究所整理5
8、786466970200400600800100012003.4V3.8V4.1VE为能量密度V为工作电压q为电池容量正文之后的免责声明及其项下所有内容正极材料体系介绍正极材料体系介绍 商业化使用的锂离子电池正极材料按结构主要分为以下三类：层状晶体结构（钴酸锂、三元材料）；立方尖晶石晶体结构（锰酸锂）；正交橄榄石晶体结构的（磷酸铁锂等）。目前动力电池领域在主流应用材料为橄榄石结构的磷酸铁理和层状三元材料，主要考量是性能与成本的最优组合：尖晶石材料相对容量较低，同时高温下由于锰的溶解造成性能下降；层状材料中钴酸锂成本过高，LiNiO2存在安全问题，将Ni、Mn、Co三种材料组合起来，即为三元材料
9、是当前高性能动力电池的主要选择，成本更具优势但能量密度较低的磷酸铁锂也是动力电池的另一大主流方向。表1：常见锂离子电池正极材料性能材料类型材料类型磷酸铁锂磷酸铁锂锰酸锂锰酸锂钴酸锂钴酸锂三元镍钴锰三元镍钴锰晶体结构橄榄石尖晶石层状层状理论容量（mA.h/g)3-285电芯质量比能量（W.h/kg)--240平均电压/V3.43.83.83.6电压范围/V3.43.83.82.5-4.6循环性/次-2-2000安全性能好良好差中价格（万元/吨）（2022Q1均价）14.510.
10、953.933.3（三元6系）主要应用领域电动车大规模储能电动工具、电动自行车3C电子产品电动工具、电动自行车、电动汽车、储能资料来源：锂电池基础科学，国信证券经济研究所整理正文之后的免责声明及其项下所有内容三元和磷酸铁锂是主流动力电池正极材料三元和磷酸铁锂是主流动力电池正极材料图4：国内正极材料产量（万吨）资料来源：鑫椤锂电、国信证券经济研究所整理图5：国内动力电池装机量及磷酸铁锂电池占比（GWh、%）资料来源：动力电池联盟、国信证券经济研究所整理动力电池市场中磷酸铁锂和三元材料是最主要的正极体系。动力电池市场中磷酸铁锂和三元材料是最主要的正极体系。2021年中国正极产量预计为104.9万吨
11、，同比增长超102%；其中三元材料产量39.8万吨，占比约38%，磷酸铁锂产量为45.3万吨，占比约43%，同比提升16pct。2021年国内动力电池装车量为154.5GWh，同比增长143%；其中三元电池装机量为74.3GWh，同比增长91%；磷酸铁锂电池装机量为79.8GWh，同比增长227%。2021年国内动力电池中磷酸铁锂装机量占总装机量比重为51.7%，较2020年提升13.3pct。与三元材料相比，磷酸铁锂的优势在于：1）循环寿命长；2）安全性能高；3）成本低。不足在于能量密度低。19.6 21.0 39.8 9.7 14.2 45.3 5.9 7.4 9.2 7.6 9.3 10
12、.7 42.9 51.9 104.9 0204060800202021三元材料磷酸锂铁钴酸锂锰酸锂41 39 74 20 24 80 33%38%52%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 201920202021三元材料磷酸铁锂锰酸锂钛酸锂磷酸铁锂占比正文之后的免责声明及其项下所有内容高压化是正极材料的发展趋势高压化是正极材料的发展趋势目前开发的锂离子电池均以正极材料作为锂源，整个电池的比容量受限于正极材料的容量，而且正极材料的成本占电池总材料成本的50%以上。因此制备成本低同时具有
13、高能量密度的正极材料是行业追求的重要目标。为了使锂离子电池具有较高的能量密度、功率密度，较好的循环性能及可靠的安全性能，正极材料的选择应满足以下条件：1. 要提供在可逆的充放电过程中往返于正负极之间的锂离子，而且还要提供首次充放电过程中在负极表面形成SEI膜时所消耗的锂离子：2. 提供较高的电极电位且在充放电过程中，电压平台稳定；3. 正极活性物质电化当量小，可逆嵌脱锂量大，锂离子扩散系数高，具有较高的离子和电子电导率；4. 充放电过程中结构稳定型性好：5. 资源丰富，无毒，化学稳定性好，制备成本低。基于以上的性能要求，目前正极材料行业的主流发展趋势是高电压化，而当前最具商业化前景的高电压正极
14、材料分以下几种：1）橄榄石结构的磷酸锰铁锂；2）尖晶石结构的镍锰酸锂；3）层状结构的三元材料（镍钴锰酸锂）、富锂锰基材料。正文之后的免责声明及其项下所有内容正极发展新方向一：磷酸锰铁锂（橄榄石结构）正极发展新方向一：磷酸锰铁锂（橄榄石结构）图11：磷酸锰铁锂结构示意图资料来源：磷酸锰铁锂基正极材料的组成调控、制备优化与电化学性能研究、国信证券经济研究所整理图12：锂电池代表正极材料放电曲线资料来源：橄榄石型锂离子电池正极材料的制备技术及电池特性研究、国信证券经济研究所整理橄榄石结构磷酸盐LiMPO4主要有四种（M代表金属，主要为铁Fe、镍Ni、锰Mn、钴Co）；电压分别是3.43.5V（铁）、
15、5.05.4V（镍）、4.04.2V（锰）和4.74.8V（钴）；同时四种磷酸盐可以相互掺杂，就构成多元橄榄石系列材料。多元体系的充放电曲线、循环伏安曲线都可以简单地看成四种单独橄榄石的充放电曲线和循环伏安曲线的线性叠加。由于磷酸镍锂的电压超出目前电解液稳定上限，钴也不是主要的构成元素。反之锰对环境友好，磷酸锰锂的工作电压又比较理想（在4.1V），可以与现有的商业化电解液相匹配。磷酸锰铁锂(LMFP)是在磷酸铁锂的基础上添加锰元素而获得新型正极材料，一方面可以提高材料体系的电压、弥补磷酸铁锂电压低导致能量密度低的不足；另一方面可以通过表面包覆碳材料导电剂来提升导电性能。正文之后的免责声明及其项
16、下所有内容正极发展新方向二：镍锰酸锂（尖晶石结构正极发展新方向二：镍锰酸锂（尖晶石结构5V5V正极材料）正极材料）图13：蜂巢能源电池技术创新路线资料来源：蜂巢能源官网，国信证券经济研究所整理在尖晶石结构的高电压5V正极材料当中，镍锰酸锂（LiNi1-xMnxO4）具有较好的稳定性，LiNi0.5Mn1.5O4的实际首次放电容量在140mAh/g左右，接近理论容量，充放电平台在4.7V左右，同时LiNi0.5Mn1.5O4合成简单，是正极发展的主流方向之一。镍锰酸锂的优点在于：镍锰酸锂的优点在于：1）电压平台高，约为4.7V，能量密度高（约690Wh/kg）；2）无需添加钴等贵金属元素，成本低
17、。不足之处在于：1）反应过程中会有锰元素歧化反应后溶解在电解液中并沉积在负极表面，进而使得SEI膜持续消耗再生，耗费活性锂，降低循环寿命；2）高电压会造成常规电解液体系分解，进而产生氢氟酸腐蚀正极材料。目前镍锰酸锂主要通过离子掺杂、表面包覆以及材料复合方式提升综合性能。产业化进程：产业化进程：蜂巢能源所推出的NMx无钴电池搭载的就是镍锰酸锂材料，其电池包能量密度能够超过240Wh/kg，与中低镍三元电池相差不大；其安全性、循环寿命均优于三元电池体系。目前，宁德时代、国轩高科、ATL、长远锂科、容百科技、巴莫科技（容百科技）等均有相关专利布局。表5：三元正极与镍锰酸锂对比类型类型热失控（热失控（
18、）10001000周循环后周循环后容量保持率容量保持率成本成本NCM81115587%NMx（镍锰酸锂）17095%较NCM811下降15%资料来源：蜂巢能源官网，国信证券经济研究所整理正文之后的免责声明及其项下所有内容正极发展新方向三：富锂锰基正极发展新方向三：富锂锰基( (层状结构）层状结构）图14：富锂锰基0.1C倍率下首周充放电曲线资料来源：尖晶石/层状异质界面的构筑提升富锂锰基正极材料电化学性能，国信证券经济研究所整理；注：图中各曲线差异在于材料晶格参数略有不同富锂锰基固溶体材料是一种相对较新的锂离子电池正极材料，是在开发锰基氧化物作为锂离子电池正极材料的研究过程中发现的。LiMnO
19、2层状材料在循环过程中结构不稳定，而利用同样具有层状结构的Li2MnO3来稳定上述材料时，彼此可形成稳定性大大提高。富锂锰基在24.8V保持超过200mAh/g的比容量。这是目前所用正极材料实际容量的两倍左右。而且由于材料中使用了大量的Mn元素，与钴酸锂和三元材料相比，不仅价格低，而且安全性好、对环境友好。材料被很多人视为下一代锂离子电池正极材料的理想之选。富锂锰基优点富锂锰基优点主要在于比容量高（一般在250mAh/g以上，最高能达到400mAh/g）；不足之处在于：1）首圈库伦效率低；2）循环寿命较差；3）电压/容量衰减。针对富锂锰基固溶体存在的这些缺点，可以采用的改性的方法主要有表面包覆
20、、与受锂型材料复合、表面处理以及其他手段。产业化进程：产业化进程：中科院宁波材料所旗下的宁波富锂电池已具有百吨级的富锂锰基正极材料中试生产线；容百科技、当升科技等也在推进相关产品研发工作。图15：富锂锰基与三元9系材料性能对比资料来源：德勤咨询，国信证券经济研究所整理2204008141800三元9系富锂锰基比容量（mAh/g）理论能量密度（Wh/kg）正文之后的免责声明及其项下所有内容二、二、动力电池正极材料的市场现状动力电池正极材料的市场现状正文之后的免责声明及其项下所有内容短期磷酸铁锂装机提升，长期三元和铁锂长期并存短期磷酸铁锂装机提升，长期三元和铁锂长期并存图6：磷酸铁锂与三元电芯价格
21、对比（元/Wh）资料来源：百川盈孚，国信证券经济研究所整理磷酸铁锂在动力电池中占比短期提升主要得益于：磷酸铁锂在动力电池中占比短期提升主要得益于：1）补贴退坡后，动力电池追求降低成本拉动高性价比磷酸铁锂的需求；2）宁德时代CTP、比亚迪刀片电池等结构优化技术提升了铁锂电池包的能量密度，弥补材料本身的不足，车企对磷酸铁锂电池认可度逐步提升。国内市场2022-2023年磷酸铁锂电池装机占比有望继续超过50%；海外市场方面，随着特斯拉等海外车企逐步增配磷酸铁锂电池，渗透率将快速提高。展望2025年，全球动力电池市场中磷酸铁锂占比有望接近40%，磷酸铁锂有望与三元材料长期并存。表2：海外车企对磷酸铁锂
22、电池的配置规划企业企业时间时间对磷酸铁锂方案的工作进展对磷酸铁锂方案的工作进展雷诺2021年2月雷诺5为了能够计划在2023年量产，正在考虑使用磷酸铁锂电池大众2021年3月未来其将在入门级车型上使用磷酸铁锂电池，并且会是其平台的主要电池路线之一现代2021年上半年已着手研发搭载磷酸铁锂电池的电动汽车，并将在在中国以外地区销售特斯拉2021年10月对于标准续航版Model 3和Model Y，其将在全球范围内改用磷酸铁锂电池戴姆勒2021年10月其豪华汽车品牌梅赛德斯-奔驰考虑在入门级车型中使用磷酸铁锂电池丰田2021年12月计划在2022年，面向中国市场推出搭载比亚迪刀片式磷酸铁锂电池的小型
23、电动汽车福特2022年2月作为“一号客户”到访比亚迪西安弗迪XAB工厂，并考虑在全球范围内的入门级车型上大批量使用磷酸铁锂电池资料来源：Ofweek，特斯拉官网，丰田官网，大众官网，国信证券经济研究所整理正文之后的免责声明及其项下所有内容三元材料：行业集中度稳步提升，高镍化趋势显著三元材料：行业集中度稳步提升，高镍化趋势显著三元材料行业集中度稳步提升：三元材料行业集中度稳步提升：2021年三元正极CR3达到38%，同比提升6pct；CR5达到55%，同比提升8pct。高镍三元加速渗透：高镍三元加速渗透：2021年国内三元8系材料占比提升至36%，较2020年增长12pct。主要系：1）长续航需
24、求下，高镍三元能量密度高优势继续凸显；2）磷酸铁锂回暖下，低镍三元产品性价比进一步下滑，被磷酸铁锂替代部分份额。长期来看，虽然磷酸铁锂装机依旧有望维持高位，但是长续航和高性能要求下高镍化趋势显著，三元材料出货结构将加速提升。图7：2021年国内三元正极材料企业出货量占比资料来源：鑫椤锂电、国信证券经济研究所整理容百科技14%天津巴莫12%当升科技12%长远锂科9%贵州振华8%南通瑞翔7%厦钨新能源6%其他32%图8：国内三元正极材料出货结构资料来源：SMM新能源、国信证券经济研究所整理1%2%56%46%17%16%24%36%1%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%10
25、0%20202021NCM3系NCM523NCM622NCM811NCA正文之后的免责声明及其项下所有内容磷酸铁锂：企业大幅扩张供需得到缓解，头部份额持续提升磷酸铁锂：企业大幅扩张供需得到缓解，头部份额持续提升图9：2021年磷酸铁锂市场竞争格局资料来源：鑫椤锂电，国信证券经济研究所整理德方纳米、湖南裕能在磷酸铁锂市场占据领先份额。德方纳米、湖南裕能在磷酸铁锂市场占据领先份额。2021年湖南裕能市占率达到22%，位居行业第一；德方纳米因产能瓶颈市占率达到20%，排名降至第二位。2021年磷酸铁锂市场CR2达到42%，同比提升4pct。其他企业在2021年市场份额均下降至10%以下。头部企业产能
26、高速扩张，短期供需紧张，长期看磷酸铁锂环节产能持续充裕。头部企业产能高速扩张，短期供需紧张，长期看磷酸铁锂环节产能持续充裕。目前德方纳米、湖南裕能等龙头企业加速扩产，二者在2025年规划磷酸盐系产能均已突破70万吨。短期需求爆发式增长吸引了部分化工企业切入到磷酸铁锂领域，川发龙蟒、龙佰集团、山东丰元等相继投资建设10万吨级以上产能。我们预计磷酸铁锂供应紧张状态将在1-2年后缓解，2023年后行业进入持续供给宽松状态。图10：全球磷酸铁锂正极供需测算（万吨）资料来源：德方纳米公告，湖南裕能招股说明书，湖北万润招股说明书，龙蟠科技公告，富临精工公告，安达科技公告，当升科技公告，高工锂电，国信证券经
27、济研究所整理与测算21 40 103 197 307 421 15 39 68 101 133 177 0500300350400450202020212022E2023E2024E2025E有效产能（万吨）需求（万吨）正文之后的免责声明及其项下所有内容磷酸铁锂：企业大幅扩张供需得到缓解，头部份额持续提升磷酸铁锂：企业大幅扩张供需得到缓解，头部份额持续提升表3：磷酸铁锂行业供需测算情况（万吨）20202020202120212022E2022E2023E2023E2024E2024E2025E2025E德方纳米3.915.545.056.078.078.0湖南裕能2.91
28、9.326.941.759.175.1龙蟠科技（常州锂源）3.99.027.044.052.057.0富临精工（江西升华）1.26.212.231.231.231.2湖北万润2.34.317.526.326.326.3安达科技4.06.010.014.024.030.0当升科技 30.030.0重庆特瑞2.56.56.510.510.510.5斯特兰4.06.06.06.06.06.0比亚迪1.02.02.02.02.02.0川发龙蟒 10.010.0山东丰元化学 10.020.0龙佰集团 5.010.025.035.0湖南邦盛 10.023.040.050.0名义产能名义产能25.725.7
29、74.874.8168.1168.1264.7264.7404.1404.1461.1461.1有效产能有效产能20.620.640.540.5102.8102.8197.1197.1306.5306.5421.2421.2需求需求14.814.838.838.868.068.0100.9100.9133.5133.5176.7176.7富余富余产能产能5.7 5.7 1.7 1.7 34.8 34.8 96.2 96.2 173.0 173.0 244.5 244.5 资料来源：德方纳米公告，湖南裕能招股说明书，湖北万润招股说明书，龙蟠科技公告，富临精工公告，安达科技公告，当升科技公告，高工
30、锂电，国信证券经济研究所整理与测算注：德方纳米产能包含新型磷酸盐系材料；不完全统计，各公司情况以其最新披露口径为准正文之后的免责声明及其项下所有内容磷酸铁锂：成本、新材料、客户将成为核心竞争要素磷酸铁锂：成本、新材料、客户将成为核心竞争要素随着随着1-21-2年后行业产能的过度年后行业产能的过度供给，具有成本和客户优势的企业有望获得稳固的市场份额。供给，具有成本和客户优势的企业有望获得稳固的市场份额。正极作为动力电池最重要的主材，电池厂与上游合作密切。如德方纳米与宁德时代、亿纬锂能具有合资工厂，宁德时代、比亚迪入股湖南裕能等。与头部电池厂深入绑定的正极厂，能够享受更高的订单确定性，进而实现快速
31、增长。通过产品升级构建技术护城河，是正极材料企业在磷酸盐产品市场的主要竞争战略。通过产品升级构建技术护城河，是正极材料企业在磷酸盐产品市场的主要竞争战略。新型磷酸盐磷酸锰铁锂具备能量密度高、低温性能好的优势，未来其纯用及混用方案有望在电动汽车领域快速渗透。而具备相关专利布局和产能布局的企业，或将充分享受技术红利，实现市占率的稳固和提升。表4：电池厂与磷酸铁锂正极企业合作情况比亚迪比亚迪宁德时代宁德时代亿纬锂能亿纬锂能德方纳米 合资建设曲靖麟铁（2万吨）和宜宾德方时代（8万吨）项目，宁德时代持股40%合资建设德枋亿纬年产10万吨磷酸铁锂项目，亿纬锂能持股40%湖南裕能比亚迪持有湖南裕能5.27%
32、股份；二者具有产能合作协议，2022-2025年间比亚迪至少向裕能分别采购7.1/9.6/7.2/2.5万吨磷酸铁锂宁德时代持有湖南裕能10.54%股份；二者具有保供协议，2022-2024年间宁德时代每年至少向湖南裕能采购10.2万吨磷酸铁锂二者具有合作协议，2022-2025年间亿纬锂能每年分别向湖南裕能至少采购0.66/0.72/0.72/0.06万吨磷酸铁锂龙蟠科技 与龙蟠科技孙公司山东锂源签订协议，包销其新项目投产之日（预计2022年7月）起至2023年12月31日前的全部产能（合计约7.5万吨） 富临精工 宁德时代持有其正极子公司江西升华20%股份 湖北万润二者签有战略合作协议二者
33、签有保供协议资料来源：德方纳米公告，湖南裕能招股说明书，湖北万润招股说明书，龙蟠科技公告，富临精工公告，国信证券经济研究所整理正文之后的免责声明及其项下所有内容三、磷酸锰铁锂：低成本高电压，正极发展新方向三、磷酸锰铁锂：低成本高电压，正极发展新方向正文之后的免责声明及其项下所有内容磷酸锰铁锂关键性能指标：锰铁比例磷酸锰铁锂关键性能指标：锰铁比例铁含量提升铁含量提升能够带动锂电池导电性和倍率性能的提高，然而过多的铁元素掺杂会使LMFP化学性能接近磷酸铁锂。锰含量提升锰含量提升能够提高电池电压和能量密度，然而锰元素含量过高会使得锰溶出比例过高，进而破坏固溶体结构，并使得电池导电性、倍率性及放电效率
34、恶化。锰铁比例：锰铁比例：最佳比例暂无普遍共识，但一般认为锰铁比至少在1:1以上，典型的锰铁比例有1:1、3:2、3:1等。图16：不同锰铁比例的LMFP充放电电压曲线资料来源：碳掺杂的磷酸锰铁锂锂离子电池正极材料的制备和改性研究、国信证券经济研究所整理注：LM0.5F0.5P是LiMn0.5Fe0.5PO4的简写，Mn与Fe下标不同代表锰铁比不同图17：0.1C电流下不同锰铁比例LMFP循环寿命曲线资料来源：碳掺杂的磷酸锰铁锂锂离子电池正极材料的制备和改性研究、国信证券经济研究所整理注：LM0.5F0.5P是LiMn0.5Fe0.5PO4的简写，Mn与Fe下标不同代表锰铁比不同正文之后的免责
35、声明及其项下所有内容与磷酸铁锂相比：磷酸锰铁锂能量密度高、低温性能好与磷酸铁锂相比：磷酸锰铁锂能量密度高、低温性能好理论比容量相近：理论比容量相近：磷酸铁锂与磷酸锰铁锂的理论比容量均为170mAh/g。电压平台高、能量密度高：电压平台高、能量密度高：磷酸铁锂电压平台一般在3.4V左右；磷酸锰铁锂在掺杂锰后电压平台提升至3.8-4.1V，理论能量密度高出磷酸铁锂10-20%。低温性能改善：低温性能改善：磷酸铁锂低温性能差，-20下容量保持率在60-70%；而磷酸锰铁锂在-20下容量保持率能够达到75%左右。图18：低温（-20）下不同正极体系容量保持率资料来源：天津斯特兰，德方纳米，国信证券经济
36、研究所整理注：LMFP20%三元代表LMFP和三元材料混合正极体系里，三元材料质量占比为20%图19：橄榄石型正极材料放电曲线资料来源：橄榄石型锂离子电池正极材料的制备技术及电池特性研究，国信证券经济研究所整理。注：LMFP-28代表锰铁比为2:8，其他均同；LFP为磷酸铁锂；LMP为磷酸锰锂73%60%75%74%79%0%10%20%30%40%50%60%70%80%磷酸铁锂DY-1磷酸铁锂DF-5LMFPLMFP20%三元LMFP80%三元容量保持率正文之后的免责声明及其项下所有内容与三元材料比：性价比高、安全性高、循环寿命长与三元材料比：性价比高、安全性高、循环寿命长性价比高：性价比
37、高：磷酸锰铁锂能量密度能够与三元5系材料接近，并且价格优势明显。2020年力泰锂能磷酸锰铁锂售价为6万元/吨，而2020年三元523/622/811均价为11.9/13.1/17.9万元/吨，磷酸锰铁锂价格优势明显。安全性高、循环寿命长：安全性高、循环寿命长：磷酸锰铁锂橄榄石型结构稳定性优于层状结构的三元材料，充放电过程中结构更加稳定，材料体系安全性高。此外，磷酸锰铁锂循环寿命可达2000周以上，明显优于三元材料。表6：主要正极材料性能对比磷酸锰铁锂磷酸锰铁锂磷酸铁锂磷酸铁锂磷酸锰锂磷酸锰锂三元材料三元材料材料结构橄榄石橄榄石橄榄石层状结构理论比容量（mAh/g）0实际比
38、容量（mAh/g）-电压平台（V）3.8-4.13.44.13.7-4.3极限能量密度（Wh/kg）6975786971204压实密度（g/cm3）2.3-2.42.4-2.52.3-2.43.7-3.9导电性能一般优秀较差优秀倍率性一般良好较差优秀循环次数良好（2000）优秀（3000）较差一般（500-2000）安全性良好良好良好一般成本低低低高资料来源：天津斯特兰、鹏欣资源、磷酸锰铁锂正极材料的制备和性能、磷酸锰铁锂正极材料电化学性能研究、 LiMn(1-x)FexPO4正极材料制备方法的研究进展、国信证券经济研究所整理正文之后的免责声明及其
39、项下所有内容磷酸锰铁锂材料的劣势磷酸锰铁锂材料的劣势导电性差、倍率性能差：导电性差、倍率性能差：磷酸锰铁锂的电子电导和离子电导性均显著低于三元材料和磷酸铁锂，因而表现出较差的导电性和较差的倍率特性。首圈效率低：首圈效率低：磷酸锰铁锂首圈充放电效率在92%左右，而磷酸铁锂能够做到95%以上。双电压平台：双电压平台：磷酸锰铁锂体系中铁和锰放电电压存在较大差别，因而产生了放电过程中的双电压平台。双电压平台的问题会使得电池在放电过程中面临一定可能的功率骤降。但是在实际应用中，电池中磷酸锰铁锂的双电压问题并没有那么显著。锰溶出导致循坏寿命衰减：锰溶出导致循坏寿命衰减：锰的导电性差、容易出现极化现象使得放
40、电电压平台缩减，降低循环寿命。同时充放电过程中锰离子会溶出并沉积在负极表面，进而破坏SEI膜，使得SEI膜不断再生修复，消耗大量活性锂，造成容量损失。图20：实际电池中并不存在电压突然骤降情况资料来源：以磷酸锰铁锂为正极的软包电池失效分析、国信证券经济研究所整理表7：主要正极材料电导率及锂离子扩散系数对比三元材料三元材料锰酸锂锰酸锂磷酸铁锂磷酸铁锂磷酸锰铁锂磷酸锰铁锂锂离子扩散系数(cm2/s)10-910-1010-1410-15电导率(S/cm)10-310-610-910-13资料来源：磷酸锰铁锂正极材料的制备和性能、国信证券经济研究所整理注：电导率越高，导电性越强；锂离子扩散系数越高，
41、锂离子在正极中扩散速度越快正文之后的免责声明及其项下所有内容改性技术：包覆改性技术：包覆与磷酸铁锂类似，为改进磷酸锰铁锂材料本身的一些应用不足，可采用包覆、掺杂、纳米化等方式对材料进行改性。与磷酸铁锂类似，为改进磷酸锰铁锂材料本身的一些应用不足，可采用包覆、掺杂、纳米化等方式对材料进行改性。包覆：包覆：导电材料包覆在磷酸锰铁锂表面能够改善材料的导电性能，避免颗粒团聚、提升均一性，改善倍率性能。同时，表面包覆后能够一定程度上抑制锰离子的溶出，从而改善材料的循环寿命。包覆材料的含量需适量，过低不能有效提高材料的电子电导和离子电导；过高则会延长锂离子迁移路径，阻碍迁入迁出，使得比容量降低。图21：不
42、同碳包覆次数下磷酸锰铁锂倍率性能情况资料来源：改进高温固相法制备磷酸锰铁锂正极材料、国信证券经济研究所整理图22：不同碳含量下磷酸锰铁锂材料循环寿命曲线资料来源：碳掺杂的磷酸锰铁锂锂离子电池正极材料的制备和改性研究、国信证券经济研究所整理正文之后的免责声明及其项下所有内容改性技术：掺杂与纳米化改性技术：掺杂与纳米化掺杂：掺杂：碳材料或金属离子加入到磷酸锰铁锂材料中能够提高其导电性能，但掺杂量需严格控制，过量的金属离子掺杂会使得结构异化。实际应用中，添加碳纳米管能够构建优异的导电网络，进而实现材料体系性能的全方位提升。此外，还可以通过添加过量锂离子或补锂剂等方式来提升首圈效率和循环寿命。纳米化：
43、纳米化：纳米化是指通过机械球磨、控制煅烧温度、采用超导粒子作为核促进剂等多种方式将材料尺寸缩小至纳米级颗粒。纳米化颗粒可以缩短锂离子扩散路径，提高锂离子迁移效率、降低电极极化，从而改善倍率性能和低温性能。同时，其还能提升材料比表面积，使得电解液浸润程度更高，降低电极界面阻抗，提升电子导电性。图23：不同粒径磷酸锰铁锂低温（-20）下容量保持率资料来源：混合正极中LiMn0.7Fe0.3PO4粒径对锂离子电池性能的影响，国信证券经济研究所整理图24：不同碳材料掺杂下磷酸锰铁锂的循环寿命资料来源：掺硫碳纳米管作导电添加剂改进磷酸锰铁锂电化学性能，国信证券经济研究所整理正文之后的免责声明及其项下所有
44、内容制备方法：固相法制备方法：固相法+ +液相法液相法固相法：固相法：包括高温固相法、碳热还原法、机械活化法及微波加热法等。优点是工艺过程简单成熟，制备成本较低，易于实现大规模工业化；不足是产品混合均匀性较差，品质较差。液相法：液相法：包括溶剂热法、溶胶凝胶法、共沉淀法、模板法以及喷雾干燥法等。优点是产品质量高；不足是过程控制难度大、工艺难度高。该方法代表厂商为德方纳米。表8：磷酸锰铁锂主流制备方法制备方法制备方法具体分类具体分类主要流程主要流程产品性能产品性能能耗能耗设备要求设备要求产品纯度产品纯度工业化难度工业化难度代表公司专利布局代表公司专利布局固相法高温固相法二价铁盐与其他各种原料通过
45、机械球磨或高能球磨使得材料粉碎混合，制得前驱体。而后煅烧、研磨得到成品。循环和低温性较好，但倍率性和电化学性差高高低易比亚迪碳热还原法低廉的三价铁盐在碳的作用下还原成二价铁盐作为铁源。进而将二价铁盐与其他原料混合球磨制得前驱体。而后煅烧、研磨得到成品。导电性和稳定性好高低高易液相法溶剂热法各种原料溶解在溶剂中配置成均匀溶液，然后在反应釜中反应得到前驱体。而后干燥、焙烧得到成品。稳定性好，但堆积密度和压实密度较差高高高难德方纳米、比亚迪、厦钨新能、宁德时代溶胶凝胶法各种原料溶解在溶剂中，搅拌或球磨得到均匀溶胶，再升高温度使得体系凝胶化得到湿凝胶。而后进行干燥脱水、焙烧得到成品。产品多方面性能优良
46、低低高难德方纳米（量产方案）共沉淀法各种原料溶解在溶剂中，然后加入共沉淀剂得到沉淀，离心分离后得到前驱体。而后洗涤、干燥、焙烧得到成品。产品多方面性能优良，粒子分布均匀低低高易比亚迪、国轩高科、力泰锂能资料来源：磷酸锰铁锂基正极材料的组成调控、制备优化与电化学性能研究，LiMn(1-x)FexPO4正极材料制备方法的研究进展，专利之星，国信证券经济研究所整理注：不完全统计，各公司情况以其最新披露口径为准正文之后的免责声明及其项下所有内容产业化难点：前驱体合成难度高、工艺难度大产业化难点：前驱体合成难度高、工艺难度大磷酸锰铁锂生产过程的难点主要在于：磷酸锰铁锂生产过程的难点主要在于：1 1）前驱
47、体合成难度高：）前驱体合成难度高：因为行业暂无统一规范，各厂家具有其特定的生产配方及锰铁比设置，前驱体具有非标准化特征，各家企业基本进行自产。同时原料锰盐导电性差、加工难度大，增加了前驱体生产的技术难度。2 2）工艺难度大：）工艺难度大：磷酸锰铁锂自身导电性和部分动力学性能较差，因而需要进行包覆、掺杂、纳米化等改性手段以改善导电性能。而改性技术往往依赖长期的研发和工艺积累，具有较高的壁垒。与磷酸铁锂生产过程相比：与磷酸铁锂生产过程相比：基本工艺路线相似；所需锂盐、磷源、碳源、铁源基本一致；生产设备相似仅需进行简单改造。由于锰元素的加入，材料生产配比及配料体系都需要进行调整，生产体系与磷酸铁锂存
48、在差距。因此原磷酸铁锂生产线直接转产磷酸锰铁锂存在难度。正文之后的免责声明及其项下所有内容磷酸锰铁锂应用方案：纯用和与三元混用磷酸锰铁锂应用方案：纯用和与三元混用纯用方案应用情况：纯用方案应用情况：磷酸锰铁锂纯用情况下，0.2C放电比容量为142mAh/g，中值电压达到3.7V以上，能量密度明显优于磷酸铁锂。混用方案优势：混用方案优势：1 1）增加循环寿命：）增加循环寿命：磷酸锰铁锂小颗粒能够填充在三元大颗粒之间，构建更稳固的导电网络且降低阻抗，提升循环寿命；2 2）安全性能优：）安全性能优：三元材料中加入磷酸锰铁锂后，结构稳定、放热量低的磷酸锰铁锂隔绝在三元材料周围，能够抑制活性材料热失控情
49、况下的连锁反应，提高材料安全性；3 3）成）成本优势：本优势：磷酸锰铁锂能量密度与三元5系基本持平，而成本则优势明显，三元材料掺杂磷酸锰铁锂能够优化复合体系成本。混用方案应用情况：1）LMFP复合20%三元5系，双电压平台变为平滑曲线，且能够兼容现有三元电池管理系统；2）LMFP复合80%三元5系，能力拿高密度变化不大，安全性和成本得到显著优化。图25：磷酸锰铁锂复合20%三元5系材料后双电压平台变为平稳曲线资料来源：天津斯特兰官网，国信证券经济研究所整理表9：磷酸锰铁锂与不同比例的三元材料复合后各项参数对比复合方式复合方式压实密度压实密度（g/cm3)g/cm3)0.2C0.2C放电比容放电
50、比容量（量（mAhmAh/g/g）特点特点LMFP单独使用2.3-2.5142材料相对于磷酸铁锂具有较高能量密度，相对三元具有较优安全性LMFP复合20%三元523材料2.5-2.8150复合少量三元后放电曲线双平台变为平滑曲线，压降斜率减少，减轻对用电器的冲击LMFP复合80%三元523材料3.2-3.4166对三元能量密度影响不大，提高三元安全性，降低整体成本资料来源：天津斯特兰官网，国信证券经济研究所整理正文之后的免责声明及其项下所有内容四、百亿市场方兴未艾，应用场景丰富多样四、百亿市场方兴未艾，应用场景丰富多样正文之后的免责声明及其项下所有内容20252025年全球锂电池需求有望达到年
sgpjbg002
工作日 8:30 - 17:30
会员动态：
报告分类
新质生产力
ChatGPT
新能源汽车
大模型
Sora
机器人
微短剧
芯片
薪酬
白皮书
低空经济
数据要素
创新药
人工智能
AI产业
信息科技
互联网
消费经济
汽车交通
电商零售
传媒娱乐
医药健康
投资金融
能源环境
地产建筑
传统产业
英文报告
其它
扫码登录
手机快捷登录
账号登录
