磷酸锰铁锂 行业深度报告 ：升级版铁锂，产业化加速在即国海证券研究所李航 (分析师 ) 邱迪 (分析师 )S0350521120006 S 评级：推荐 (首次覆盖 )证券研究报告2022年 08月 01日电力设备1请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明 2最近一年走势 相关报告 钠离子电池行业深度研究：钠电池产业化加速，有望补充锂电产业链（推荐） *电气设备 *李航 2022-06-13 海上风电行业深度研究：海风观察系列报告之三：招标持续落地，上调2025年海上风电装机预期（推荐） *电气设备 *邱迪，李航 2022-06-04 海底电缆行业深度报告：海风观察系列报告之二：海缆市场空间上行，龙头地位依然稳固（推荐） *电气设备 *邱迪，李航 2022-04-06 新能源汽车行业深度研究：产业技术前瞻系列之一：大圆柱路径确定，关注产业链相关机会（推荐） *电气设备 *李航，邱迪 2022-03-30 电气设备行业深度研究：储能报告系列之二： 我国电化学储能收益机制及经济性测算（推荐） *电气设备 *李航，邱迪 2022-02-23相对沪深 300表现 2022/08/01表现 1M 3M 12M电力设备 3.1% 38.9% -3.5%沪深 300 -6.2% 4.3% -12.9%-0.3000-0.2000-0.10000.00000.10000.20000.3000电气设备 沪深 300请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明 3核心提要 当前时点为什么关注磷酸锰铁锂？ 锰铁锂是磷酸锰锂与磷酸铁锂结合的产物，充分结合二者优势。锰铁锂高电压平台带来较高能量密度，循环、安全性能比肩铁锂、低温性能优于铁锂。但存在电导率低 +双电压平台 +锰溶出，导致工业化生产难度大，材料性能和成本难以兼顾。 补贴退坡 +技术突破， 2020年磷酸铁锂开始回潮，目前景气度仍在 高位，但铁锂能量密度已接近上限，锰铁锂可以补足铁锂短板，带来市场需求。锰铁锂并非近期新型材料，早在 2014年左右即得到市场关注（当时 LFP是主流），但后续因国家补贴侧重能量密度，市场对 LFP态度转冷，因此LMFP研发逐渐被搁置。 2020年开始磷酸铁锂回潮，锰铁锂重回大众视野。得益于重视度提升，锰铁锂技术瓶颈，正在逐步被解决。 从工艺角度看锰铁锂成本？高性能锰铁锂材料制备依赖于 3个环节： 1）研究 对铁锰比例的判断； 2）合成 对合成路线的选择； 3）改性 对改性方式的选择。 铁锰比例：最优比例尚无定论，目前多为 64、 73，高锰是发展方向。目前各家产品中，当升锰含量较高，达 65%；容百在 60%。 合成路线：锰铁锂与铁锂同属于磷酸盐体系，制备工艺类似，固相法简单适合工业化生产，液相法更复杂但产品性能更好。各家布局思路是沿用原优势路线，德方和宁德时代采用水热法 /溶胶凝胶法；力泰锂能、当升科技采用共沉淀法；斯科兰德、湖北万润采用固相法，斯科兰德下一代将转向固液一体化。 改性方法：合成锰铁锂过程中，可伴随改性手段进一步提升电化学性能（类似 LFP也需要一系列改性手段），主要改性方式有纳米化、碳包覆、金属离子掺杂、与三元材料复用，且可同时使用以上多种方法。目前各家主要采用纳米化和碳包覆，金属离子掺杂使用较少。 成本测算：单吨总成本看，德方可研口径 LMFP在 4.7万元 /吨， 2021年 LFP在 3.8万元 /吨，二者锂价相当，总成本 LMFP较 LFP高 20%-30%，主要由于 bom端可能使用较贵的改性方式 +补锂剂等，制造端非折旧成本中燃料动力可能较高。理想状况下通过工艺优化 +规模优势，成本将较LFP高 5-10%，能量密度较 LFP高 15-20%，因此在单 Wh成本上较 LFP具备优势 。请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明 4核心提要 磷酸锰铁锂的产业化路径及量产进展？ 市场开拓：先两轮再四轮。目前两轮车已实现锰铁锂量产，主要受益于锰铁锂循环性能好于锰酸锂，星恒 +天能两大龙头对锰铁锂的大力推广。车用各家产品还在送样验证阶段，与三元产品复配打开车用市场，纯用产业化可能还需要 2-3年。 各家进展：目前主流电池厂仍在进行测试中，宁德时代进展较快，预计 2022H2小批量产，其次亿纬锂能、欣旺达在测试中。正极材料厂中，德方纳米产能规划最大达 44万吨，下半年 11万吨锰铁锂投产；力泰锂能已实现对两轮车出货；容百科技（控股公司已实现对两轮车出货）、当升科技推出新产品。 市场空间：目前磷酸锰铁锂主要应用在两轮车领域，四轮车 领域 2022H2将有小批量出货， 2023年是锰铁锂放量元年，预计达 13万 吨。预计 2025年全球 LMFP材料需求 为 41万 吨， 2023-2025年复合增速达 75%，按照单吨 6万元测算， 2025年大约 200亿 +的 市场空间。 投资建议 行业评级：锰铁锂产业化进入加速期，电动两轮车 +车用应用空间广阔，首次覆盖，给予锰铁锂电池行业“推荐”评级。 重点关注 （ 1）电池环节：宁德时代、比亚迪、亿纬锂能、欣旺达；（ 2）正极环节：德方纳米、容百科技、当升科技。（ 3）上游锰源：红星发展。（ 4）搭配使用材料碳纳米管、补锂剂：天奈科技、德方纳米 。 风险提示：新技术验证测试进展不及 预期；部分 企业产能建设和爬坡不及 预期；新能源 车、二轮车销量不及 预期；原材料 价格持续 上涨；行业 价格竞争加剧；重点关注公司业绩不及预期。请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明 5目录一、当前时点为什么关注磷酸锰铁锂二、从工艺角度看磷酸锰铁锂成本三、磷酸锰铁锂产业化路径及量产进展四、投资建议及风险提示请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明 6目录一、当前时点为什么关注磷酸锰铁锂？1.1 锰铁锂定位是“升级版铁锂”，弥补其能量密度短板1.2 磷酸铁锂回潮，拉动对锰铁锂的关注，技术难题逐步被攻克请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明 71.1 锰铁锂是磷酸锰锂与磷酸铁锂结合的产物，充分结合二者优势 目前锂电池主流的正极材料可分为过渡金属氧化物和聚阴离子盐，前者以钴酸锂、锰酸锂、三元材料为代表，后者以磷酸铁锂材料为代表。 磷酸锰铁锂（ LMFP）是磷酸锰锂与磷酸铁锂结合的产物，充分结合二者优势。 磷酸铁锂与磷酸锰锂同属于聚阴离子盐，橄榄石型结构让二者均具备较高安全性和较差的电导率，其中磷酸铁锂易于合成+成本低 +相对高的电导率，因此商业化较为成功；而磷酸锰锂电导率极低 +稳定性差，一直未得到应用，但锰元素加入使得电压平台高，进而提升能量密度，而这正是磷酸铁锂的短板。由于铁和锰离子的半径相近，因此二者可实现原子级别的混合，进而得到可结合二者优势的磷酸锰铁锂。正极材料聚阴离子盐过渡金属氧化物层状结构尖晶石结构钴酸锂、三元、富锂锰基等锰酸锂、钒酸锂等磷酸盐（橄榄石结构）硅酸盐、钛酸盐等磷酸铁锂磷酸锰锂磷酸钴锂等磷酸锰铁锂图：锂电池正极材料分类资料来源： CNKI百科、 高比能正极材料复配应用研究 贺志 龙 、 磷酸锰铁锂正极材料的制备 赵秋 萍、 磷酸锰铁锂复合三元体系及对复合方式的研究 贺志龙， 国海证券研究所图：磷酸锰铁锂结构图图：各材料电导率对比请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明 81.1 锰铁锂定位是“升级版铁锂”，弥补其能量密度短板 锰铁锂高电压平台带来较高能量密度，循环、安全性能比肩铁锂、低温性能优于铁锂。 从能量密度看，三元 LMFP LFP。 LMFP电压平台为 4.1V，高于 LFP的 3.4V，由能量密度 =克容量 *电压可知， LMFP的理论能量密度较 LFP高21%，但相比三元材料仍有较大差距，因此 LMFP并非定位于替代三元材料。 从压实密度（与实际能量密度正相关）看，三元 LFP LMFP。 LFP工艺较为成熟，压实密度区间 2.1-2.6g/cm3，少数头部企业可做到 2.6g/cm3的水平。而 LMFP目前的压实密度在 2.3-2.5g/cm3，较 LFP低，随工艺成熟还有提升空间。三元材料则因其本身真密度高，因此压实密度相对高。 从安全性能看， LFP LMFP三元。由于三元材料稳定性差，其高温下容易发生晶格塌陷，因此安全性差。由于锰元素高温性能差，因此 LMFP较LFP安全性能稍差，但二者均较三元的安全性强。表：各正极材料性能参数对比资料来源：孚能科技定增募集书、钜大锂电、斯科兰德、 磷酸锰铁锂复合三元体系及对复合方式的研究 贺志龙，国海证券研究所项目 钴酸锂电池 锰酸锂电池 磷酸铁锂电池 磷酸锰铁锂电池 三元材料 NCM电池 三元材料 NCA电池化学式 LiCoO2 LiMn2O4 LiFePO4 LiMnxFe1-xPO4 Li(NixCoyMnz)O2 Li(NixCoyAlz)O2结构类型 层状氧化物 尖晶石 橄榄石 橄榄石 层状氧化物 层状氧化物理论电压平台（ V） 3.7 3.9 3.4 4.1 3.7 3.7全电池电压平台（ V） 3.7 3.8 3.2 3.8-4.1 3.65 3.7理论比容量（ mAh/g） 274 148 170 170 273-285实际比容量（ mAh/g） 135-150 100-120 130-150 140+ 155-210压实密度（ g/cm3） 3.6-4.2 3.2-3.7 2.1-2.6 2.3-2.5 3.4-3.9理论能量密度（ Wh/kg） 1014 577 578 697 1000左右平均能量密度（ Wh/kg） 180-240 100-150 100-200 高于铁锂 180-300循环寿命（次） 500-1,000 500-2,000 2,000 2000 800-2,000 500-2,000低温性能 好 好 一般 优于磷酸铁锂 好 好高温性能 好 差 好 高温循环容量保持率差 一般 差安全性 差 较好 好 好 较好 较差主要应用领域 消费型锂电池 动力电池、储能型锂电池 动力电池、储能型锂电池 已用于两轮车，尚未车用 动力电池、储能型锂电池优势 充放电稳定、生产工艺简单 锰资源丰富、锰价较低、安全性 高 安全性好、成本较低、循环寿命好 相较铁锂能量密度高，相较三元成本 低且更安全 能量密度高、循环寿命好、电化学性能稳定、低温性能好劣势 钴资源紧缺、钴价较高、循 环寿命较差 能量密度低、循环寿命较差、相 容性差 能量密度较低、低温性能差、产品一 致性差 双电压平台，锰溶出等问题导致加工 难度大 钴资源紧缺、钴价较高、热稳定性差、生产工艺复杂请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明 91.1 锰铁锂定位是“升级版铁锂”，弥补其能量密度短板 锰铁锂高电压平台高带来较高能量密度，循环、安全性比肩铁锂、低温性能优于铁锂。 从低温性能看，三元 LMFP LFP。根据钜大锂电数据，三元材料在 -20度容量保持率一般在 80%+。而 LFP和 LMFP由于电导率低，低温性能差于三元材料。这里以德方纳米 LFP产品为例， DY-1与 DF-5在 -20度容量保持率分别为 73%、 60%，差于 LMFP产品 75%的保持率，主要由于 LMFP一次颗粒小于 LFP， Li+运输路径更短。 从循环寿命看， LFP LMFP三元。由于橄榄石型的晶格稳定性好，因此 LFP与LMFP的循环性能均好于三元。从 2000次循环的容量保持率看，斯科兰德 LMFP为88.7%，略低于德方 DY-3的 89.4%。主要由于 LMFP技术成熟度低（姜泰勒效应导致锰溶出破坏 SEI膜进而加快衰减），因此目前循环寿命还达不到 LFP的水平。图：低温性能放电曲线（左 1为斯科兰德 LMFP产品、中间与右 1为德方纳米 LFP产品）资料来源：斯科兰德、钜大锂电、德方纳米官网，国海证券研究所图：循环曲线图（左 1为斯科兰德 LMFP产品、中间与右 1为德方纳米 LFP产品）请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明 10单位：万元 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022单车补贴金额公式 里程补贴标准 里程补贴标准里程补贴标准 电池系统能量密度调整系数里程补贴标准 电池系统能量密度调整系数 车辆能耗调整系数Min 里程补贴标准，车辆带电量 550元 电池系统能量密度调整系数 车辆能耗调整系数Min 里程补贴标准，车辆带电量 400元 电池系统能量密度调整系数 车辆能耗调整系数Min 里程补贴标准，车辆带电量 280元 电池系统能量密度调整系数 车辆能耗调整系数里程补贴标准100R 150 3.15 2.5 2 1.5 00 0 0150R 250 4.5 4.5 3.6 2.4250R 3005.4 5.5 4.43.4 1.8300R 400 4.5 1.62 1.3 0.91R400 5 2.5 2.25 1.8 1.26电池系统能量密度调整系数90E 105无 无1 0 0 0 0 0105E 120 0.6120E 1251.11125E 140 0.8 0.8 0.8 0.8140E 160 1.1 0.9 0.9 0.9 0.9E160 1.2 1 1 1 1车辆能耗调整系数门槛 无 无 m1000 时，Y0.014 m+0.5； 10001600时，Y0.005 m+13.7 m1000 时， Y0.0126 m+0.45； 10001600时， Y0.0045 m+12.33 m1000 ，Y=0.0112 m+0.4； 1000 m1600 时，Y=0.0078 m+3.8； m 1600时，Y=0.0044 m+9.24 m1000 ， Y=0.0112 m+0.4； 1000 m1600 时，Y=0.0078 m+3.8； m 1600时，Y=0.0044 m+9.25 m1000 ， Y=0.0112 m+0.4； 1000 m1600 时，Y=0.0078 m+3.8； m 1600时， Y=0.0044 m+9.260Q 5%1 1 10.5 0 0.8 0.8 0.85%Q 10%110%Q 20% 0.8 1 1 120%Q 25% 125%Q 35% 1.1 1.1 1.1 1.1Q35% 1.11.2 磷酸铁锂回潮，让锰铁锂重回大众视野 补贴退坡 +技术突破， 2020年磷酸铁锂开始回潮，目前景气度仍在高位。 复盘历史看， 2015-2016年铁锂占比高于三元， 2017年开始三 元接近铁 锂，直到 2020年三元一直是主流，但 2020年开始磷酸铁锂开始迅速上量，占 比2020的 39%提升 至 2021年的52%。 第一轮三元反超铁锂背后是政策导向（ 2017年开始以能量密度为指标进行差异化补贴，因此高能量密度的三元开始成为主流），第二轮铁锂反超三元背后是技术突破 （ 2019年底 -2020年推出的 CTP、刀片技术使得铁锂体积能量密度上限得以提升，加之补贴退坡下，性价比凸显，因此铁锂逐步回潮）。表： 2015-2022年中国 BEV补贴标准变化资料来源 ：动力电池产业创新联盟、华经产业研究、 财政部，国海证券研究所图： 2015年至今三元与铁锂装机量（ GWh）9.66 19.80 17.97 22.20 20.80 24.40 79.80 4.21 6.50 16.15 33.10 40.50 38.90 74.30 0204060801001201401601802015 2016 2017 2018 2019 2020 2021磷酸铁锂 三元材料GWH请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明 111.2 磷酸铁锂回潮，让锰铁锂重回大众视野 锰铁锂作为铁锂升级版本（铁锂能量密度基本接近天花板），铁锂热度高时锰铁锂才受到关注。锰铁锂并非近期新型材料，早在 2014年左右即得到市场关注（当时 LFP是主流），但后续因国家补贴侧重能量密度，市场对 LFP态度转冷，因此 LMFP研发逐渐被搁置。 2020年开始磷酸铁锂回潮，锰铁锂重回大众视野。 从头部车企看， 2014年比亚迪总裁王传福在“ 2014中国新能源汽车产业三基工程工作会议”中，提到其找到了新的技术方向，即为 LMFP。且2015年 5月，工信部车型目录中出现新款 e6车型，搭载 LMFP能量密度达 117Wh/kg，远高于 2014LFP版本的 84Wh/kg。 2017年补贴增加能量密度指标，三元成为追捧对象，随着磷酸铁锂的转冷，锰铁锂逐渐被淡忘。 从专利统计看， 2005年开始便陆续有锰铁锂的零星专利申请，直至 2014年专利申请数超过十位数，较 2013年翻 2倍，此后至 2019年专利数基本稳定且个别年份有下滑，市场关注度低。自 2020年以来，锰铁锂专利数开始呈明显上升趋势，伴随磷酸铁锂回潮，锰铁锂重回大众视野。表：比亚迪 e6性能参数对比资料来源： OFweek 锂电网 、工信部、专利网，国海证券研究所比亚迪 e6 材料体系 纯电动续驶里程（ km） 整车整备质量（ kg） 动力蓄电池组总质量（ kg） 动力蓄电池组总能量（ KWh） 能量密度（ Wh/kg）2014版 LFP 322 2360/2380 750 63 842015版 LMFP 400 2420 700 82 117图： 2005年至 2022年 7月国内锰铁锂专利申请数量（个数）1 1 0 1 3 47 10 1033 37 30 32391629482001020304050602005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明 121.2 锰铁锂技术瓶颈，正在逐步被解决 虽然理论上锰铁锂具备 LFP的安全 +循环优势，且能量密度更高，但电导率低 +双电压平台 +锰溶出，导致工业化生产难度大，材料性能和成本难以兼顾。 电导率低：电子在锰铁锂跃迁能系远高于铁锂，铁锂可类比半导体，而锰铁锂基本属于绝缘体，此外锰铁锂一次颗粒很小，导致锰铁锂加工难度远大于铁锂。 双电压平台：由于存在铁锰两种元素，带来 2种不同的工作电压，大致在 3.9V与 3.3V，双电压平台存在不稳定性。 锰溶出：锰离子姜泰勒效应，导致锰溶出，在负极表面沉积，破坏 SEI膜。 总结：电导率低、双电压平台、锰溶出导致锰铁锂的容量、稳定性、循环性能等达不到预期。 得益于对锰铁锂的重视程度回升，对相关领域加大研发，以上技术瓶颈，目前头部企业已经有所解决，具体方案有 1）优化合成方法， 2）合成后进行改性，例如将锰铁锂纳米化、碳包覆、金属离子掺杂、与三元材料复用等。图： LMFP与 LFP电池 1C放电曲线资料来源：真锂研究、 磷酸锰铁锂复合三元体系及对复合方式的研究 贺志龙、 高比能正极材料复配应用研究 贺志龙、鹏欣资源回复函，国海证券研究所单位：万元 2010-2018年 2019年 2020年 2021H1研发投入 7751 1163 1185 777研究院研发费用 1507 312 394 219工程中心小试生产 6244 851 791 558研发投入占总支出比重 50% 65% 79% 63%表：力泰锂能历年研发情况请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明 13目录二、从工艺角度看磷酸锰铁锂成本2.1 研究重点：锰铁比例的研究是关键，目前量产多为 6:42.2 合成路线：沿袭铁锂工艺，德方采用液相法，湖北万润等采用固相法2.3 改性方法：纳米化、碳包覆、离子掺杂、与三元复用2.4 成本测算： BOM成本高于铁锂，制造成本仍有下降空间请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明 142.1 锰铁比例的研究是关键，目前量产多为 6:4 高性能锰铁锂材料制备依赖于 3个环节： 1）研究 对铁锰比例的判断； 2）合成 对合成路线的选择； 3）改性 对改性方式的选择。 铁锰比例：最优比例尚无定论，目前多为 64、 73，高锰是发展方向。 类比三元材料 523、 622、 811的镍钴锰配比，大家已经充分认知如果想要高能量密度则选择高镍、想要性价比则选择中镍。但锰铁锂中最佳的铁锰比例还没有明确的共识。过高的锰含量 姜泰勒效应 衰减快；过低的锰含量 电压平台提升不明显 无法提升能量密度。为提升能量密度，使锰铁锂有研究价值，锰含量需要 50%，目前研究集中在锰铁比为 5:5、6:4、 7:3、 8:2、 9:1，目前量产的产品多为 64、 73或之间，高锰是未来努力的方向。资料来源： 磷酸铁锰锂正极材料的制备及性能研究进展 赵秋萍、 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 林文忠 .，国海证券研究所表：不同铁锰比例下产品性能简要对比图：不同铁锰比例下充放电电压平台对比 图： 1C不同铁锰比例下放电循环对比 图： 0.1C不同铁锰比例下放电循环对比请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明 152.1 锰铁比例的研究是关键，目前量产多为 6:4 从目前各家产品和专利看铁锰比例： 当升科技： 1）产品：根据 2022年 7月 20日当升科技的产品发布会，其锰铁锂产品锰含量为 65%，高于其列出的竞品 55%的含量。 2）专利：锰含量研究范围在 40%-90%。 容百科技： 1）产品：根据 2022年 7月 20日容百科技战略发布会，其产品锰铁比例为 6： 4。发布会中称“下一代高压实产品 skyland one锰铁比7:3，近期将发布， 8:2后续将推出”。 2）专利：锰含量研究范围在 50%-90%。 力泰锂能（宁德时代控股）： 1）产品：尚无公开产品锰铁比例。 2）专利：锰含量研究范围在 60%-80%。资料来源 ： 磷酸 锰铁锂前驱体、磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法和电极材料、电极以及锂离子 电池 专利， 一 种磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法和应用 专利， 制备磷酸锰铁锂前体的方法和制备磷酸锰铁锂的方法 专利， 当升科技战略发布会，容百科技战略发布会，国海证券研究所图：当升科技锰铁锂产品图 图：容百科技锰铁锂产品图请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明 162.2 合成路线：固相法简单适合工业化生产，液相法复杂但性能更好 锰铁锂与铁锂同属于磷酸盐体系，制备工艺类似，固相法简单适合工业化生产，液相法更复杂但产品性能更好。不同于铁锂行业，有成熟的磷酸铁作为前驱体；锰铁锂行业发展初期，没有标准前驱体，需要正极企业自行制备，提高了行业技术壁垒。 锰铁需要实现原子级别混合，因此液相法天然更适合于锰铁锂生产，性能更佳；固相法简单更适合工业化。 德方和宁德时代采用水热法 /溶胶凝胶法；力泰锂能、当升科技采用共沉淀法；斯科兰德、湖北万润采用固相法，斯科兰德下一代将转向固液一体化。 对于 LFP公司来说，德方沿袭液相法、湖北万润沿袭固相法，二者协同性强，工艺基本与 LFP相同；对于三元公司来说并非毫无优势，后段 +复配存在一定协同性。 1）铁锂公司：锰铁锂一般沿袭铁锂的工艺，德方继续采用液相法、湖北万润继续采用固相法，工艺协同性强。 2）三元公司：自研，也可以收购进入锰铁锂生产，且后段（除前驱体）可能用三元设备做，有一定协同性；且在与三元复配的研究上更得心应手。资料来源 ： LiMn_(1-x)Fe_xPO_4正极材料制备方法的研究进展 齐美洲、 磷酸铁锰锂正极材料的制备及性能研究进展 赵秋萍、 橄榄石型正极材料的改性及储能性能的研究 闫素远、 德方纳米定 增、 磷酸锰铁锂技术基本情况 中电能协、 制备磷酸锰铁锂前体的方法和制备磷酸锰铁锂的方法 专利， 国海证券研究所表：磷酸锰铁锂主要生产工艺对比（德方来自定增募集书，各企业路线来源于专利） 工艺分类 工艺名称 工艺流程 优势 劣势 代表企业固相法（无需液态介质）高温固相法将反应所需要的固体原材料（锂源、锰源、磷酸源）均匀混合后，在惰性气氛下，先在较低温度下（ 300-400）预烧一段时间，然后取出在高温（ 500-800）焙烧数小时，目的是提升橄榄石晶体的结晶度冷却后研磨粉碎即得产物。最成熟、最简单、最适合大批量工业化生产该方法合成温度高、合成时间长，不易控制产品的粒度及分布和形貌，均匀性差斯科兰德、比亚迪、湖北万润液相法水热法在耐压密封的反应釜内，以水或有机溶剂为反应介质，通过加热使反应釜内产生高温高压的反应环境，使一般在常温常压条件下不溶或者难溶的物质溶解并进行重结晶。粒径小、纯度高、粒度分布均匀、晶粒发育良好、杂质少等优点重复性低，使用的反应釜造价高，不利于工业化生产德方纳米、宁德时代溶胶 -凝胶法将原料均匀混合，发生缩合反应，形成稳定的溶胶体系，经陈化后而产生聚合形成三维空间结构的凝胶，凝胶经过干燥、煅烧固化可以得到纳米级别的材料。前驱体均一，且热处理温度较低，比例容易控制，所合成自颗粒小且分布均匀。合成周期长，不易干燥且干燥收缩大，操作复杂，工业化难度较大比亚迪、德方纳米（定增工艺）共沉淀法 在溶液状态下，将合适的沉淀剂加入到均相溶液中，生成难溶的前驱体沉淀物， 再煅烧制备高纯纳米粉体的合成方法。原料价廉易得、合成工艺简单、混合均匀、热处理温度低、周期短纳米级沉淀过滤困难、离子行为复杂、控制结晶难度大和废液需要处理力泰锂能、当升科技、比亚迪请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明 17铁源（氢氧化铁等）碳源（石墨烯等）前驱体 碳包覆中间体磷源（磷酸二氢铵等）锰源（碳酸锰等） 研磨、活化冷却 碳源研磨、干燥锂源（碳酸锂等）磷酸锰铁锂正极材料煅烧、冷却2.2 合成路线：固相法和液相法最主要区别在于前驱体合成环境资料来源：德方纳米定增 、 制备磷酸锰铁锂前体的方法和制备磷酸锰铁锂的方法 专利、 一种磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法和 应用 专利、 锂离子蓄电池复合正极材料及其制备方法 专利， 国海证券研究所；以上为专利情况，实际量产选择路径可能不同锂源（碳酸锂）铁源（硝酸铁）液态浆料水分固体蜂窝状凝胶 颗粒状前驱体磷源（磷酸二氢铵）锰源（硝酸锰）磁性物质成品粉末状前驱体混合溶解前驱体制备 初碎 造粒 烧结、粉碎除铁包装第一浆料 滤饼碳源、水第二浆料液料 A液料 B锰盐（硫酸锰等）铁盐（硫酸亚铁等） 共沉淀反应 洗涤过滤 搅拌 干燥草酸或磷酸磷酸锰铁锂前体锂盐混合、干燥 混合物 磷酸锰铁锂煅烧前驱体石墨烯分散液混合物超声分散加热蒸发磷酸锰铁锂和石墨烯复合正极材料烧结含锰化合物（碳酸锰）含磷化合物（磷酸氢铵等）含铁化合物（草酸亚铁）碳酸锂有机分散剂图：斯科兰德 -固相法图：德方纳米 -溶胶法（也是水热法的一种）图：力泰锂能 -共沉淀法图：宁德时代 -水热法请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明 182.3 改性方法：纳米化、碳包覆、离子掺杂；与三元复用 合成锰铁锂过程中，可伴随改性手段进一步提升电化学性能（类似 LFP也需要一系列改性手段）。 主要改性方式有纳米化、碳包覆、金属离子掺杂、与三元材料复用，且可同时使用以上多种方法。 纳米化：原理为小颗粒缩短扩散路径 +提高比表 电化学性能提升，具体实现通过水热法或者机械球磨等。 原理：颗粒缩小至纳米尺寸后可以显著减少锂离子在正极活性物质颗粒内部的扩散路径，以便高效脱嵌，提高对应电池的倍率性能。同时纳米化也能提高活性颗粒的比表面积，即提高与电解液的反应表面，以使性能得到提升。市场上成熟的 LFP材料粒径基本为纳米级，而锰铁锂扩散系数较 LFP的更低，因此粒径要更小才能发挥性能。 实现：液相法本身通过简单的溶液过程即可制备出纳米粉体（在实际生产中水热法可实现纳米片形貌，但由于生产成本较高、设备投资较大的原因目前产能有限）；固相法等可以通过机械球磨、控制煅烧温度等多种方式将材料尺寸缩小至纳米级颗粒。资料来源： 高比能正极材料复配应用研究 贺志龙、中国粉体网 、 一 种磷酸锰铁锂的水热合成 方法 专利 ，国海证券研究所图：纳米棒状锰铁锂结构请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明 192.3 改性方法：纳米化、碳包覆、离子掺杂；与三元复用 碳包覆：原理快速构建导电网络 导电性提升，具体实现通过与碳源混合后煅烧。 原理：碳是常用的导电材料，利用导电碳与锰铁锂构建快速导电网络，使电子在充放电过程中可以在活性物质之间迅速迁移，降低电池的内阻和充放电极化。同时碳包覆还可降低活性物质和电解液的接触表面，从而避免与电解液产生副反应，改善其高温性能和循环性能。并且表面碳包覆还可有效抑制被改性材料颗粒的团聚和生长，从而维持住颗粒的纳米结构，有效减少 Li+在活性颗粒内部的扩散距离，使材料拥有更加出色的倍率性能。 实现：将材料与碳源混合球磨后煅烧。 常见的碳源分为有机和无机碳源，有机碳源包括葡萄糖、蔗糖等，无机碳源包括炭黑、乙炔黑、石墨烯、碳纳米管等。目前用的最多的是有机碳源，有机碳源在高温中会先溶解，均匀渗透到材料。资料来源： 改进高温固相法制备磷酸锰铁锂正极材料 李晶、 高比能正极材料复配应用研究 贺志龙，国海证券研究所图：包碳制备流程 图：碳包覆改善化学性能请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明 202.3 改性方法：纳米化、碳包覆、离子掺杂；与三元复用 离子掺杂：减弱姜泰勒效应 提高电化学反应活性，具体实现通过引入金属阳离子。 原理：不同于碳包覆的是掺杂是从晶格内部改变材料的导电性和离子扩散性能，掺杂离子可使晶格产生缺陷，并可抑制 Jahn-Teller效应，从而提高材料性能。 实现：利用金属阳离子进行掺杂。 常见的包括 Mg2+、 Zn2+、 Cu2+、 Co3+、 Ni2+、 Cr3+、 V3+、 Ti4+、 Zr4+等。对于 Mg2+的研究是最为广泛的，同价掺杂对改善 LFMP的性能有积极地影响。由于价态一致，不会引起晶格结构的缺位，造成循环过程中结构的坍塌。另外，钒掺杂的LFMP材料也得到了较大关注，低倍率时容量改善明显，但高倍率改善不明显。资料来源： 高比能正极材料复配应用研究 贺志龙、 非化学计量磷酸锰铁锂的制备与电化学性能研究 王杰 、 一种复合多元磷酸铁锰钒锂正极材料的制备方法 专利， 国海证券研究所图： 钒 掺杂改善循环性能 图： 钒 掺杂提升电导率请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明 212.3 改性方法：纳米化、碳包覆、离子掺杂；与三元复用 为何需要复配：通过纳米化、碳包覆、离子掺杂等改性手段制成的磷酸锰铁锂虽然电化学性能有所提升 ，但依然存在材料比表面积较大、极片易吸水、压实密度偏低、电池内阻偏大等问题，较难单独用于制备电池，而将其与其它正极材料复配使用则可均衡性能，使其兼具安全性 +高能量密度等。其他性能不再赘述，这里仅以安全性说明，三元材料针刺后会起明火，仅掺杂 10%锰铁锂即可使三元材料不起明火、仅冒烟，掺杂 15%可以不起火，可使峰值温度下降，安全性显著提升。 为何可以复配： 1）三元与锰铁锂电压窗口接近（ LFP电压窗口低）； 2）从颗粒大小看 NCM中位粒径是 LMFP的 2倍，复合后可以实现正极材料间的大小粒径互相搭配（ LMFP填补 NCM的空隙，提高离子扩散效率），进而提高正极材料的循环性能。资料来源： 高比能正极材料复配应用研究 贺志龙， 磷酸锰铁锂复合三元体系及对复合方式的研究 贺志龙，国海证券研究所图：材料物性对比 图：安全性测试注：复合电池 2-6锰铁锂比例分别为 10%/15%/20%/25%/30%请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明 222.3 改性方法：纳米化、碳包覆、离子掺杂；与三元复用 如何复配：常规搅拌工艺 性能更均衡；干法包覆 安全性更好。 1）常规的将磷酸锰铁锂、三元、导电剂、粘接剂和溶剂在搅拌罐中通过常规搅拌工艺复合； 2）先用高速混合机将磷酸锰铁锂通过干法包覆的形式包覆在三元材料上，形成复合正极材料，再将复合正极材料、导电剂、粘接剂和溶剂在搅拌罐中通过相同的常规搅拌工艺制成正极极片，最后做成电池。性能对比： 1）以常规搅拌方式制备的磷酸锰铁锂复合三元材料制成的电池具有与三元电池相似的能量密度和电压平台，同时具有更优的低温性能和更长的循环寿命，并且还拥有更佳的安全性能，是一款综合性能更加均衡的电池体系。 2）包覆方式制成的电池具有更优的安全性能，但电池电阻偏大，电性能稍差，主要适合偏重安全的应用场景。资料来源：专利网，国海证券研究所表：部分正极企业的复配路线公司 专利号 专利名称 工艺力泰CN112885996A 正极活性材料及其制备方法、正极和锂离子电池 干法包覆CN111048760A 正极活性材料及其制备方法 干法包覆德方 CN108598386A 磷酸锰铁锂基复合正极材料及其制备方法 常规搅拌斯科兰德 CN111883771A 一种锂离子电池正极材料、正极片及锂离子电池 干法包覆比亚迪CN105470495A 一种正极活性物质及其制备方法、锂离子电池的正极材料及其制备方法和锂离子电 池 常规搅拌CN114430027A 正极复合材料及其制备方法和锂离子电池 常规搅拌CN105470494A 正极活性材料组合物、正极浆料及其制备方法、正极片及其制备方法、锂离子电池 常规搅拌请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明 232.3 改性方法：纳米化、碳包覆、离子掺杂；与三元复用 复配比例如何：与三元材料进行复用，配比灵活。 1）根据容百科技 2022年 7月 20日发布会，对锰铁锂与 8系进行复配，锰铁锂比例分别在 5%-95%不等。 2）根据当升科技 2022年 7月 20日发布会，其产品为单用，但推测也会复配使用。 3）根据 2022H1斯科兰德创始人李积刚 新一代正极材料磷酸锰铁锂的开发与应用现状 ，提到“锰铁锂复合 20%三元马上量产，锰铁锂纯用还需要 2-3年实现产业化”。资料来源：容百科技发布会、容百科技发布会、斯科兰德，国海证券研究所表：容百科技发布会锰铁锂与三元复用产品产品 高镍三元（ 8系）占比 LMFP占比 能量密度 适用市场 优势产品 1 5% 95% 210Wh/kg 抢占动力用 LFP市场 改善锰铁锂的加工性能产品 2 20%-30% 70%-80% 230Wh/kg 中低端电动汽车市场，中高端电动自 行车 提高了电池容量和压实密度，改善材料电压曲线产品 3 70%-80% 20%-30% 250Wh/kg 中高端电动汽车市场 改善高镍三元的安全性能和循环性能，同时也能降低高镍 三元的成本产品 4 95% 5% 270Wh/kg 高镍三元迭代产品 改善高镍三元安全性能表：斯科兰德产品产品 LMFP占比 三元 523占比 0.2C放电容量 放电电压 压实密度 优势产品 1 100% 0% 140mAh/g 3.75V 2.3-2.5g/cm3 相对于磷酸铁锂有较高能量密度，相对于三元材料具有较优的安全性能产品 2 80% 20% 150mAh/g 2.5-2.8g/cm3 复合少量三元后材料放电曲线双平台可变为平滑曲线，两平台压降斜率减小，减轻对 用电器的冲击，可使用现有三元电池管理系统， 使磷酸锰铁锂大批量使用变为现实产品 3 20% 80% 166mAh/g 3.2-3.4g/cm3 对三元材料的能量密度影响不大，但是三元材料加入少量 LMFP不但提高了三元材料的安全性能，并且降低了三元电池体系的整体成本请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明 242.3 改性方法：纳米化、碳包覆、离子掺杂；与三元复用 对以上改性方式总结，头部公司对改性方式的选择中，碳包覆使用较多，离子掺杂及三元复用专利少于碳包覆。资料来源：专利网，国海证券研究所表：主流企业锰铁锂专利布局细分公司 锰铁锂总计 碳包覆 离子掺杂 与三元复用德方纳米 10 3 1 1力泰锂能 5 3 2斯科兰德 5 2 2 1当升科技 1 1 1长远锂科 1百川高科 3 1 1宁德时代 1 1比亚迪 26 6 5 5亿纬锂能 2 1注：部分专利可能同时采取多种改性方式，例如纳米化 +碳包覆，水热法产出的本身即为纳米级，因此不再统计改性方式 公司 专利名称 示意图纳米化 斯科兰德 一种高压实密度磷酸锰铁锂 /碳复合正极材料的制备方法碳包覆 国轩高科 一种碳 -磷酸铁锂复相单层共包覆磷酸铁锰锂材料及其制备方法离子掺杂 比亚迪 磷酸锰铁锂复合材料及其制备方 法、正极和锂离子电池与三元复用 德方纳米