【研報】電力設備與新能源行業：從生產工藝角度詳解磷酸鐵鋰-20200605 [50頁].pdf

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1、從生產工藝角度詳解磷酸 鐵鋰 分析師：申建國 執業證書編號：S1220517110007 聯系人：黃麟 證券研究報告 電力設備與新能源行業/正極研究 2020年6月5日 序言：序言： 正極材料行業的研究： 三元or磷酸鐵鋰是個問題，我們針對鋰電池正極材料進行了一系列深度研究： 正極深度之一：動力電池命門-暗流涌動的正極市場探討 正極深度之二：高鎳電池如火如荼，借鑒海外龍頭有跡可循 正極深度之三：降本趨勢明確，磷酸鐵鋰逆襲 深度拆解磷酸鐵鋰生產工藝和技術深度拆解磷酸鐵鋰生產工藝和技術 本篇報告從磷酸鐵鋰的生產工藝入手，比較不同的磷酸鐵鋰企業在專利、技術、 工藝上的不同。 oPrOpOnOrMpO

2、zQoMxPmQvN9PbP9PtRrRoMqQfQrRqOiNmMxPbRqQuNvPrNtQNZsRsN 核心觀點：核心觀點： 核心觀點：核心觀點： 磷酸鐵鋰與三元差異化明顯磷酸鐵鋰與三元差異化明顯，安全性能將更受市場青睞安全性能將更受市場青睞。 磷酸鐵鋰與三元對比優劣勢明顯，優勢在安全性好；劣勢在系統能量密度低。在供應格局上，磷酸 鐵鋰對應新能源商用車，而在新能源乘用車的裝機份額逐漸被三元取代。磷酸鐵鋰的系統能量密度 隨技術突破不斷提升，里程焦慮逐漸緩解。目前已有包括特斯拉在內的多家主機廠申報磷酸鐵鋰為 動力電池的乘用車目錄，安全性能更好的磷酸鐵鋰將更受市場青睞。 生產工藝差別大生產工藝

3、差別大，核心在于改進導電性能核心在于改進導電性能。 磷酸鐵鋰的原材料被分為鐵源、磷源、鋰源和碳源。不同的生產工藝差別主要在前驅體的合成方法 、磷酸鐵鋰正極的合成步驟、鋰源和碳源加入的順序、原材料的選擇。一般通過改進碳包覆工藝、 摻雜金屬陽離子、提高顆粒比表面積和替換高性能導電劑等方法改進磷酸鐵鋰正極材料，核心在于 改進磷酸鐵鋰的導電性能。 市場集中度提高市場集中度提高，看好一線龍頭和后晉黑馬看好一線龍頭和后晉黑馬。 一線龍頭綁定下游動力電池龍頭企業，成本控制較好，二線公司難以競爭。我們看好現有一線磷酸 鐵鋰正極公司德方納米德方納米、中國寶安中國寶安（貝特瑞貝特瑞），建議關注順利導入CATL和B

4、YD的二線后晉黑馬湘潭電湘潭電 化化（湖南裕能湖南裕能）。 風險提示：風險提示：新能源汽車銷量不及預期、客戶導入進度低于預期、資產減值風險。 目錄 二 三 一 投資機會投資機會 磷酸鐵鋰生產工藝拆解磷酸鐵鋰生產工藝拆解 磷酸鐵鋰行業格局磷酸鐵鋰行業格局 目錄 一 磷酸鐵鋰行業格局磷酸鐵鋰行業格局 電池產業鏈 新能源汽車產業鏈新能源汽車產業鏈 資料來源：方正證券研究所 目前正極材料動力電池的裝機主要以磷酸鐵鋰和三元材料為主目前正極材料動力電池的裝機主要以磷酸鐵鋰和三元材料為主，2019年磷酸鐵鋰動力電池和 三元動力電池市占率分別為28%和72%。磷酸鐵鋰具有很好的循環性，循環壽命可超過2000次

5、 ，同時價格更低，成本優勢明顯，主要應用于注重安全性與經濟性的新能源客車和貨車新能源客車和貨車。 主流正極材料為三元和磷酸鐵鋰主流正極材料為三元和磷酸鐵鋰 資料來源：中國知網，方正證券研究所 圖表圖表2 2： 磷酸鐵鋰與三元電池體系對比磷酸鐵鋰與三元電池體系對比 主要性能主要性能 磷酸鐵鋰磷酸鐵鋰 三元三元 材料材料理論容量理論容量 （mAhmAh/g/g） 170 278 電池包能量密度電池包能量密度 （WhWh/kg/kg） 130-160 170-220 循環性能循環性能( (次次) ) 2000 800 工作電壓（工作電壓（V V） 3.2 3.6 安全溫度（安全溫度（C C） 700

6、 200 快充性能（快充性能（5 5分鐘）分鐘） 總容量的10% 總容量的40% 優勢優勢 壽命長，價格低 ，高溫性能好 密度高，快充快 ，低溫性能好 下游應用下游應用 新能源客、貨車 新能源乘用車 圖表圖表1 1： 20192019年動力電池分類別出貨量年動力電池分類別出貨量 28% 72% 磷酸鐵鋰 三元 磷酸鐵鋰晶體中磷酸鐵鋰晶體中P P- -O O鍵穩固鍵穩固，難以分解難以分解。即便高溫或過充時也不會像鈷酸鋰一樣結構崩塌發熱 或是形成強氧化性物質，因此擁有良好的安全性。其電熱峰值可達350-500C，而三元體系 電熱峰值僅為200C。在針刺實驗中，磷酸鐵鋰出現冒煙情況，但無明火；而三元

7、出現劇烈 燃燒，表面溫度超過500C。 三元鋰循環時發生陽離子混排三元鋰循環時發生陽離子混排，NiNi元素含量越高安全性越差元素含量越高安全性越差。在三元鋰中，二價Ni離子體積 與鋰離子近似，在放電時鋰離子大量脫出的時候，受到外界因素作用，占據Li離子晶格中位 置，從而導致陽離子混排，使得結構穩定性下降。Ni含量越高，三價不穩定Ni離子還原成二 價Ni離子的概率就越高，則發生陽離子混排的機會就越多，電池整體安全性更差。 磷酸鐵鋰結構穩定，安全性好磷酸鐵鋰結構穩定，安全性好 圖表圖表4 4： 三元鋰（三元鋰（NCMNCM）的晶體結構）的晶體結構 圖表圖表3 3： 磷酸鐵鋰的晶體結構磷酸鐵鋰的晶體

8、結構 資料來源：中國知網，方正證券研究所 圖表圖表6 6： 三元和磷酸鐵鋰正極材料價格走勢（萬元三元和磷酸鐵鋰正極材料價格走勢（萬元/ /噸）噸） 13.5 3.8 0 5 10 15 20 25 15Q115Q215Q315Q416Q116Q216Q316Q417Q117Q217Q317Q418Q118Q218Q318Q419Q119Q219Q319Q420Q1 NCM523價格 LFP價格 磷酸鐵鋰價格不斷走低，行業洗牌加速磷酸鐵鋰價格不斷走低，行業洗牌加速 價格逐年走低價格逐年走低，磷酸鐵鋰產能過剩磷酸鐵鋰產能過剩。國內 磷酸鐵鋰產能在2015-2017較快擴張，以 至于產能過剩，201

9、8年全國磷酸鐵鋰產能 利用率降至16%。同時由于補貼政策對高 能量密度三元電池的偏好，導致磷酸鐵鋰 材料價格也逐年走低，從16Q1的11.2萬元 /噸大幅下滑至20Q1的3.8萬元/噸。 圖表圖表5 5： 全國磷酸鐵鋰產能利用率全國磷酸鐵鋰產能利用率 資料來源：GGII，方正證券研究所 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 國內LFP正極產能（

10、噸） 產能利用率 磷酸鐵鋰裝機份額處于絕對低位磷酸鐵鋰裝機份額處于絕對低位 受補貼政策的影響，磷酸鐵鋰動力電池在新能源乘用車的裝機占比越來越低，下游主要供應新 能源客車和新能源專用車。2020年疫情期間，新能源客車環比銷量的跌幅遠高于新能源乘用車 ，磷酸鐵鋰動力電池占新能源乘用車份額繼續下降至不足2%，導致2月份磷酸鐵鋰裝機份額不 足20%，處于絕對低位。 圖圖表表7 7：20182018- -20192019年磷酸鐵鋰動力電池占比變化年磷酸鐵鋰動力電池占比變化 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 磷酸鐵鋰占比 三元占比 資料來源：GGII，方正證券研究所 下半年裝機量回暖主要看新能源商用車下半年裝機量回暖主要看新能源商用車 磷酸鐵鋰基本盤在新能源客車和新能源專用車磷酸鐵鋰基本盤在新能源客車和新能源專用車。新能源商用車普

12、遍單車帶電量大，對安全要 求較高，磷酸鐵鋰動力電池在新能源商用車的應用場景較好。在新能源客車中基本上穩定在 95%的份額以上，在新能源專用車中份額從2018年開始逐年提升，到2019年基本上份額穩定在 80%左右。20Q1新能源商用車銷量下滑嚴重導致磷酸鐵鋰裝機量大減，而隨著國家商用車政策 的陸續出臺和新能源公交車的換車剛需，下半年新能源商用車銷量回暖將帶動磷酸鐵鋰裝機量 走強。 圖表圖表9 9： 20182018- -20192019新能源專用車動力電池磷酸鐵鋰占比新能源專用車動力電池磷酸鐵鋰占比 圖表圖表8 8： 20182018- -20192019新能源客車動力電池磷酸鐵鋰占比新能源客

13、車動力電池磷酸鐵鋰占比 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 磷酸鐵鋰出貨量(Gwh) 其他出貨量(Gwh) 磷酸鐵鋰占比 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 磷酸鐵鋰出貨量(Gwh) 其他出貨量(Gwh) 磷酸鐵鋰占比 資料來源：GGII，方正證券研究所 部分乘用車企開始換裝磷酸鐵鋰部分乘用車企開始換裝磷酸鐵鋰 資料來源：工信部，方正證券研究所 乘用車企新增磷酸鐵鋰

14、動力電池車型乘用車企新增磷酸鐵鋰動力電池車型，滲透率改善滲透率改善。 2019年下半年開始，國內主要乘用車企 開始在工信部推薦批次中新增磷酸鐵鋰動力電池車型。在2019年第七批中，國內新能源乘用車 銷量前10的寶駿E100開始新增磷酸鐵鋰動力電池車型；在中端車型中，比亞迪漢和榮威EI6 MAX也出現在2020年第二批目錄中，上汽、比亞迪、長安等主要廠商開始部分向磷酸鐵鋰轉變 。此外，特斯拉也計劃在其低配版Model 3中使用磷酸鐵鋰動力電池，滲透率有望改善。 圖表圖表1010： 20192019年以來換裝磷酸鐵鋰車型年以來換裝磷酸鐵鋰車型 車型 工信部批次 公告型號 電池系統能量密度（Wh/k

15、g） 寶駿E100 2019第七批 LZW7001EVAHW 126 寶駿E200 2019第七批 LZW7002EVCHW 126 東風俊風 2019第八批 DFA7000C1A5BEV 130 奇瑞小螞蟻 2019第八批 NEQ7000BEVJ72F 140 眾泰E200 2019第九批 JNJ6410EV1 140 長安X7EV 2019第九批 SC6478AABBEV 138 寶駿E300 2020第一批 LZW7003EVMET 125 比亞迪漢 2020第二批 BYD7009BEV 140 榮威EI6 MAX 2020第二批 CSA7154SEPHEV 140 合眾哪吒N01 20

16、20第二批 THZ7000BEVS00J 135 特斯拉Model3 2020第七批 TSL7000BEVAR1 140 圖圖表表1111： 20192019前十月動力電池裝機量對比（單位：前十月動力電池裝機量對比（單位：GwhGwh） 磷酸鐵鋰基本盤穩定磷酸鐵鋰基本盤穩定，20202020年乘用車回潮可期年乘用車回潮可期。2019年1-10動力電池裝機量情況，磷酸鐵鋰 動力電池在商用車占據了絕對的市場份額，占專用車裝機量的83%，客車裝機量的94%，主要 由于商用車對能量密度要求較低，應用場景好。三元動力電池占乘用車裝機量的95%，磷酸鐵 鋰僅占4%，未來有一定的滲透空間。磷酸鐵鋰體系在動力

17、電池中占比2019年為33%，下跌約6% ，相比2018年下跌幅度減小，顯示出其與三元差異化的競爭優勢。隨著磷酸鐵鋰技術的不斷 突破，解決該體系的里程焦慮，相較于三元性價比凸顯，2020年其在動力電池體系中的占比 有望提升。 需求：鐵鋰基本盤穩定需求：鐵鋰基本盤穩定 圖圖表表1212： 20172017- -20202020動力電池體系占比動力電池體系占比 45% 59% 65% 63% 49% 39% 33% 36% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 2017201820192020E 三元 磷酸鐵鋰 0 5 10 15 20 25 30 35 乘用車乘用車 專用

18、車專用車 客車客車 三元 磷酸鐵鋰 資料來源：GGII，方正證券研究所 CTPCTP和刀片提高能量密度和刀片提高能量密度，磷酸鐵鋰優勢明顯磷酸鐵鋰優勢明顯。2019年，寧德時代率先推出全新CTP技術，使 得電池包體積利用率提高了15%-20%，彌補了磷酸鐵鋰體系的缺點，同時大大降低電芯單位成 本，提高電芯的能量密度，適應當前的動力電池降本趨勢。比亞迪也于2019年推出了自己的 刀片電池方案，主要配套磷酸鐵鋰動力電池，解決能量密度和續航問題，其將在2020年6月推 出搭載磷酸鐵鋰動力電池的新能源汽車“漢”，續航將達到600km，充分說明了磷酸鐵鋰動力 電池的應用前景和其在CTP/刀片新電池包技術

19、下的優勢。 技術：技術：CTP和刀片電池解決里程痛點和刀片電池解決里程痛點 資料來源：公司官網，方正證券研究所 圖圖表表1313： 刀片電池（刀片電池（BYDBYD） 圖圖表表1414： CTPCTP電池（電池（CATLCATL） 寧德時代和比亞迪技術雙突破寧德時代和比亞迪技術雙突破，磷酸鐵鋰磷酸鐵鋰20202020年有望從運營型乘用車突破年有望從運營型乘用車突破。比亞迪近日將刀 片磷酸鐵鋰動力電池的量產時間提前至2020年一季度，寧德時代2019年也曾公布自己在磷酸 鐵鋰動力電池上的突破，兩家為國內主要動力電池供應商。國內主要運營車型以比亞迪、上 汽大眾、吉利為主，其上游動力電池供應被比亞迪

20、和寧德時代占據主要份額。 運營需求較好運營需求較好，20202020年磷酸鐵鋰滲透率加快年磷酸鐵鋰滲透率加快。由于新能源乘用車相比較燃油車的日常費用較 低，在出租運營上的場景較好。加上目前政策對于網約車和出租車的導向，未來網約車和出 租車市場會繼續被新能源乘用車滲透。我們預計新能源乘用車的運營需求在下半年將逐漸恢運營需求在下半年將逐漸恢 復復。 預計預計20202020年磷酸鐵鋰動力電池裝機量將超年磷酸鐵鋰動力電池裝機量將超3030GwhGwh?？紤]到磷酸鐵鋰在新能源商用車穩固的市 場地位，預計2020年在新能源客車和專用車的滲透率為95%和92%。補貼的影響削弱和磷酸鐵 鋰技術的突破將提升其

21、在新能源乘用車市場的滲透率，預計2020年磷酸鐵鋰動力電池在新能 源乘用車運營需求的滲透率為25%，在私人需求的滲透率為12%，對上游動力電池的需求將達對上游動力電池的需求將達 3030. .4 4GwhGwh，年增速為年增速為5050. .4 4% %。 預計預計2020年磷酸鐵鋰動力電池裝機量高增長年磷酸鐵鋰動力電池裝機量高增長 資料來源：乘聯會，方正證券研究所 圖圖表表1515： 新能源乘用車運營需求增速較快（單位：萬輛）新能源乘用車運營需求增速較快（單位：萬輛） 圖圖表表1616： 20162016- -20202020磷酸鐵鋰動力電池裝機量（單位：磷酸鐵鋰動力電池裝機量（單位：Gwh

22、Gwh） 4 8 19 29 47 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% 140% 160% 0 10 20 30 40 50 20162017201820192020E 新能源運營乘用車銷量 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 20162017201820192020E 裝機量 增速 圖表圖表1818： 磷酸鐵鋰市場龍頭集中度逐年提高磷酸鐵鋰市場龍頭集中度逐年提高 磷酸鐵鋰價格不斷走低，行業洗牌加速磷酸鐵鋰價格不斷走低，行業洗牌加速 龍

23、頭公司份額不斷提高龍頭公司份額不斷提高，小產能出清小產能出清。下 游需求減弱疊加價格的持續下跌使得產能 逐漸出清，磷酸鐵鋰材料行業CR3的份額 逐年提高，從15Q1不足10%提高到19Q4的 75%，20Q1由于疫情影響下滑至60%。在此 期間，沃特瑪的破產危機造成了大量與其 合作的磷酸鐵鋰正極企業的產能閑置以及 虧損，市場產能無序擴張的趨勢受到了抑 制，磷酸鐵鋰市場資源進一步向優質的公 司匯集，行業洗牌加速。 圖表圖表1717： 20192019年國內磷酸鐵鋰市場份額年國內磷酸鐵鋰市場份額 35% 18% 12% 5% 5% 4% 21% 德方納米 貝特瑞 湖南裕能 北大先行 貴州安達 天津

24、斯特蘭 其他 資料來源：GGII，方正證券研究所 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產量（噸） 市場總產量（噸） CR3占比 圖表圖表19.201819.2018、20192019年各公司磷酸鐵鋰出貨量及占比年各公司磷酸鐵鋰出貨量及占比 磷酸鐵鋰材料頭部公司占比提高磷酸鐵鋰材料頭部公司

25、占比提高 磷酸鐵鋰頭部公司出貨量快速增長，份額快速提升，其中德方納米一直保持行業第一，而貝特 瑞和湖南裕能由于客戶資源好，2019年出貨量快速提升，并晉升至第二和第三名。 公司名稱公司名稱 20192019年年 20182018年年 磷酸鐵鋰磷酸鐵鋰 占比占比 磷酸鐵鋰磷酸鐵鋰 占比占比 德方納米 25500 34.9% 14000 19.2% 貝特瑞 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% 貴州安達 3850 5.3% 5800 7.9% 天津斯特蘭 2650 3.6% 2000 2.7% 煙

26、臺卓能 0 0.0% 1600 2.2% 其他 15000 20.5% 24200 33.1% 總量 73050 58400 資料來源：GGII，方正證券研究所 下游客戶集中度較高下游客戶集中度較高 圖表圖表21.21.磷酸鐵鋰企業磷酸鐵鋰企業20192019年磷酸鐵鋰產量及主要客戶年磷酸鐵鋰產量及主要客戶 磷酸鐵鋰正極企業磷酸鐵鋰正極企業 年產量（噸）年產量（噸） 年產能（噸）年產能（噸） 主要客戶主要客戶 核心客戶核心客戶 德方納米 25500 30000 BYD、湖北金泉、贛鋒電池、雄韜鋰電、中 天儲能、比亞迪、航天電源、中國鐵塔 CATL 貝特瑞 13100 20000 CATL、億緯

27、鋰能、國能電池 CATL、力神、鵬輝 湖南裕能 9000 20000 CATL、BYD、中航鋰電、中車新能源 BYD 北大先行 3950 15000 CATL、BYD CATL 貴州安達 3850 20000 BYD、國軒高科、中航鋰電、安馳新能源、 光宇電源、安馳新能源、中興派能 BYD 圖表圖表20.201920.2019年磷酸鐵鋰動力電池裝機量占比年磷酸鐵鋰動力電池裝機量占比 50% 13% 11% 8% 8% 10% CATL 國軒 比亞迪 比克 億緯鋰能 其他 磷酸鐵鋰動力電池集中度高磷酸鐵鋰動力電池集中度高，上游材料環節受上游材料環節受 影響大影響大。隨著行業出清，磷酸鐵鋰動力電池

28、的 市場集中度不斷提高，2019年前五共占90%的 份額，其中CATL裝機量占比50%。作為上游的 材料環節，客戶結構十分重要。德方納米和貝 特瑞對CATL出貨前2，湖南裕能與BYD簽訂大單 合同，產銷情況有保證。 資料來源：GGII，公司公告，方正證券研究所 圖表圖表2323： 主要公司毛利率主要公司毛利率 圖表圖表2222： 主要公司銷售額主要公司銷售額 德方納米收入和毛利率最高德方納米收入和毛利率最高，裕能新能源后軍突起裕能新能源后軍突起。經過幾年的產能出清，磷酸鐵鋰市場經 過大洗牌，不少前期參與的公司紛紛退出市場，目前德方納米與貝特瑞形成雙寡頭格局。裕 能新能源導入比亞迪和寧德時代，從

29、2018年開始后軍突起，2019年出貨9000噸，銷售額達6千 萬元。行業毛利逐年下滑，2019年主要公司毛利率均在10%左右，而德方納米毛利率為21%， 較去年同期略有上升，體現了公司行業龍頭地位。 主要公司經營情況比較主要公司經營情況比較 0 2 4 6 8 10 12 20152016201720182019 德方納米 貝特瑞 安達科技 卓能材料 金鋰科技 升華科技 歐賽能源 裕能新能源 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 20152016201720182019 德方納米 貝特瑞 安達科技 歐賽能源 裕能新能源* 注：裕能新能源*為銷售凈利率 資

30、料來源：WIND，方正證券研究所 目錄 二 磷酸鐵鋰生產工藝拆解磷酸鐵鋰生產工藝拆解 圖表圖表2525： 液相法和固相法對比液相法和固相法對比 圖表圖表2424： 磷酸鐵鋰的合成方法磷酸鐵鋰的合成方法 磷酸鐵鋰正極主流的合成方法為液相法和固相法磷酸鐵鋰正極主流的合成方法為液相法和固相法。兩種方法的優劣勢各有不同，其中液相法液相法 優點是產品一致性好，循環次數高，質量相對更佳，缺點在于生產設備復雜，投資成本較高 ，擴產難度大；固相法固相法最為成熟，成本低，同時也可以大規模生產，缺點在于產品性能較差 。此外，還有溶劑凝膠法溶劑凝膠法、共沉淀法共沉淀法，微波合成法微波合成法等其他方法。 磷酸鐵鋰正極

31、材料合成方法磷酸鐵鋰正極材料合成方法 資料來源：中國知網，方正證券研究所 制程制程 液相法液相法 固相法固相法 制程精度 200納米級別 1.5微米級 容量密度 高 （155mAh/g） 低 （140mAh/g） 循環壽命 優 （2000次SOC80%） 劣 （2000次SOC70%） 制造成本 略高 略低 產能擴充性 劣 優 快速充放 優 劣 電池加工性 劣 優 LiFePO4 其他方法其他方法 溶劑凝膠法溶劑凝膠法 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 圖表圖表2626： 固相合成法工藝流程固相合成法工藝流程 固相合成法固相合成法 固相合成法最為成熟固相合成法最為成熟

32、，同時也可大規模生產同時也可大規模生產 。碳熱還原法是最通用的固相法, 一般用磷 酸鐵為前驅體，也稱磷酸鐵法。其一般使用 磷酸鐵等作為鐵源；以碳酸鋰等作為鋰源； 以有機物（葡萄糖、蔗糖、淀粉）、炭黑作 為碳源。首先將各原材料按化學計量進行混 合均勻，然后通入保護氣（N2、Ar等）在較 低溫度下處理1-5小時，使原材料得到預分解 ，在550-750攝氏度下燒結處理5-20小時得到 磷酸鐵鋰。碳熱還原法下會采用廉價的三價 鐵源，將前驅體與有機物或炭黑均勻混合， 利用碳源在高溫環境下的還原性將三價鐵還 原成二價鐵，同時使熱解的碳包覆在磷酸鐵 鋰上起到增強導電性的作用。 固相法的操作優點是簡便易操控固

33、相法的操作優點是簡便易操控，成本較低成本較低 ，可大規模工業生產可大規模工業生產，生產壁壘低生產壁壘低。主要問 題在于物料之間的混合不均勻。此外，此方 法生產的化學反應物顆粒較大，粒度分布范 圍廣，產品一致性較差，循環次數低，質量 相對較低。 鐵源 鋰源 磷源 碳源 按比例混合配料 加入酒精液相球磨，干燥 通入保護氣體進行高溫燒結 磷酸鐵鋰材料 資料來源：中國知網，方正證券研究所 液相合成法液相合成法 液相法能夠獲得混合更均勻的前驅體，但生液相法能夠獲得混合更均勻的前驅體，但生 產壁壘較高。產壁壘較高。制備的主要過程是以水作為溶 劑，同時在真空或惰性氣體下將氫氧化鋰、 硫酸亞鐵、磷酸按照一定的

34、摩爾比例混合， 同時在120攝氏度的條件下進行水熱反應5小 時，得到磷酸鐵鋰產物。水熱法下由于鋰、 鐵原子的混亂排布，會使得大概7%的鐵原子 占據鋰的位置，使得制備的產品克容量不夠 高。 液相法的優點是材料混合均勻，產品一致性液相法的優點是材料混合均勻，產品一致性 好，循環次數高，質量相對更佳。好，循環次數高，質量相對更佳。但水熱法 的主要不足是對高溫高壓的控制條件要求高 ，生產制備較復雜，成本較高，量產難度大 ，生產壁壘高。 圖表圖表2727： 液相合成法工藝流程液相合成法工藝流程 鋰源 鐵源 磷源 真空或惰性氣體環境，加入溶劑， 按一定摩爾比例混合 密封加熱 磷酸鐵鋰 資料來源：中國知網，

35、方正證券研究所 圖表圖表2828： 固相法與液相法原材料成本結構固相法與液相法原材料成本結構 原材料成本對比原材料成本對比 資料來源：德斱納米招股說明書，貝特瑞公開發行說明書 ，方正證券研究所 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、固相法分別以德方納米、貝特瑞所代表。兩種方法 的材料成本受鋰源（碳酸鋰）價格波動影響較大。固相法鐵源和磷源來自外購的磷酸鐵前驅 體，且對前驅體品質要求高；液相法可通過鐵塊制備硝酸鐵，對原材料要求低，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 化學式 每噸用量(噸) 材料價格 （萬元/噸） 每噸成本 （萬元） 鋰源 碳酸鋰

36、Li2CO3 0.24 5.20 1.25 鐵源+磷源 無水磷酸鐵 FePO4 0.85 1.04 0.89 合計 2.13 液相法 化學式 每噸用量(噸) 材料價格 （萬元/噸） 每噸成本 （萬元） 鋰源 碳酸鋰 Li2CO3 0.24 5.20 1.25 鐵源 硝酸鐵 Fe(NO3)3 0.50 0.80 0.40 磷源 磷酸二氫銨 NH4H2PO4 0.35 0.51 0.18 合計 1.83 圖表圖表2929： 主要公司生產工藝流程主要公司生產工藝流程 生產工藝對比生產工藝對比 磷酸鐵鋰的生產通常將原材料混合制備前驅體后，再二次加工制成磷酸鐵鋰正極材料。工藝 的改進關注點主要為簡化生產

37、流程，提高生產效率，降低能耗。 德方納米：德方納米：通過自熱蒸發工藝直接制備前驅體，簡化了生產的工序； 貝特瑞：貝特瑞：對前驅體細化處理，同時省去干燥環節，提高一致性并縮短制備時間； 北大先行：北大先行：傳統液相法制備磷酸鐵鋰，優化了燒結工藝； 湖南裕能和安達科技：湖南裕能和安達科技：直接制備成磷酸鐵前驅體，工藝相對簡單，設備投入成本低。 資料來源：中國知網，方正證券研究所 圖圖表表3030： 改進磷酸鐵鋰正極材料的主要措施改進磷酸鐵鋰正極材料的主要措施 導電性差導電性差、容量密度低是磷酸鐵鋰正極的最大缺點容量密度低是磷酸鐵鋰正極的最大缺點。磷酸鐵鋰正極材料優點在于結構穩定， 安全，無污染且價

38、格便宜，但是其缺點也十分突出，如鋰離子擴散系數小、電子導電率低電子導電率低、 容量低容量低、低溫及高倍率性能差。針對其缺點，可以通過包覆導電層、離子摻雜、提高比表面 積、使用高性能導電劑等路徑改善磷酸鐵鋰正極材料的性能。 碳包覆通常是制備過程中必不可少的一環碳包覆通常是制備過程中必不可少的一環。包覆導電層和離子摻雜可以提高磷酸鐵鋰的導電 性，提高比表面積（顆粒納米化）可以提高鋰離子擴散系數和電池的容量，CNT導電劑可以彌 補磷酸鐵鋰導電性能的不足。 改進磷酸鐵鋰正極材料的措施改進磷酸鐵鋰正極材料的措施 改進措施改進措施 具體影響具體影響 碳包覆導電層 碳的加入除了能夠增強電極材料的導電性能外，

39、在產物結晶過程中還充當了 成核劑，減小了產物的粒徑 離子摻雜 高價態的金屬陽離子（Mg2+,Al3+,Ti4+）摻雜，摻雜后產生的空穴可以提高 材料導電性 提高比表面積 粒徑納米化來提高材料的比表面積，可以增大擴散面積，同時縮短Li+在顆粒 內部的擴散路徑，提高活性材料的利用率，提升電池的容量 高性能導電劑 碳納米管（CNT）高性能導電劑較傳統導電劑能夠顯著提升鋰電池導電性，磷 酸鐵鋰切換CNT可彌補其導電性能的不足 資料來源：中國知網，方正證券研究所 圖表圖表3131：貝特瑞相關專利的特點與優勢貝特瑞相關專利的特點與優勢 貝特瑞聚焦于補短板貝特瑞聚焦于補短板 貝特瑞專利覆蓋磷酸鐵鋰制備過程中

40、的各項主要影響因素，改進了磷酸鐵鋰的制造工藝、碳包 覆方法和金屬摻雜方法。改善了磷酸鐵鋰正極的低溫性能差，導電性能差、容量較低等問題， 同時簡化了生產流程，降低了制造成本，提升了生產效率。 公開號公開號 專利名專利名 專利特點專利特點 專利優勢專利優勢 所屬公司所屬公司 CN102651475 鋰離子電池正極材料磷 酸鐵鋰的合成方法 通過高溫處理，發生還原反應，消 耗了磷酸鐵鋰材料中的碳，造成磷 酸鐵鋰材料中碳含量的減少 改善了碳包覆層的均勻性，保證電導率電導率的 同時降低了碳量，提高碳利用率，減小材 料比表面積 貝特瑞 CN102306753 鋰離子正極材料磷酸鐵 鋰的全固相制備方法 增加了

41、顆粒細化的過程并免去烘干免去烘干 過程過程 提高磷酸鐵鋰的生產效率，降低制備成本， 改善批次不穩定性 貝特瑞 CN106602060 一種低成本低成本磷酸鐵鋰材 料、其制備方法及用途 通過壓塊和添加助劑相結合的方式 來提升燒結窯爐的莊田量和縮短窯 爐的燒結時間 制造成本顯著下降，設備產能明顯提升， 且電化學性能優異 貝特瑞 CN103354289 一種低溫型低溫型納米磷酸鐵 鋰、其制備方法及應用 過補充鋰源和磷源燒成完善晶態的 顆粒得到低溫性磷酸鐵鋰 能耗和設備投資降低，環境污染輕。此外， 該方法的生產流程簡單、無苛刻條件且易 于工業化 貝特瑞 CN104362341 一種高密度高密度納米磷酸

42、鐵 鋰材料及其制備方法 將碳源、鋰源包覆在有孔洞的二次 球納米無水磷酸鐵表面，通過燒成 制得高密度納米磷酸鐵鋰材料 高振實密度、高壓實密度，降低了生產成 本，并且具備較高的克容量和良好的低溫 性能 貝特瑞 CN110600708 一種分布摻雜金屬摻雜金屬離子 及碳包覆磷酸鐵鋰正極 材料的制備方法 摻入碳源能夠使碳源更緊密的包覆 在摻雜金屬元素的磷酸鐵鋰復合材 料的表面 導電性好，容量高及循環定性優異 貝特瑞 CN103606676 一種磷酸鐵鋰/碳納米復 合材料及其制備方法 將磷酸鐵鏗前軀體進行化學氣相沉 積包覆，制得碳包覆磷酸鐵鋰材料。 其反應時間短，能耗小，且工藝、形貌更 易控制，包覆效果

43、比傳統包碳工藝更加均 勻，很好的改善了磷酸鐵鋰的導電性導電性 貝特瑞 資料來源：中國知網，方正證券研究所 圖表圖表3232：德方納米相關專利的特點與優勢德方納米相關專利的特點與優勢 德方納米聚焦于工藝簡化德方納米聚焦于工藝簡化 液相法工藝的復雜程度相對較高，并且有多次燒結過程，德方納米主要簡化了制造工藝，通過 一次燒結得到正極材料。同時改進了磷酸鐵鋰的碳包覆方法和金屬摻雜方法，改善了磷酸鐵鋰 正極導電性能差、容量較低的等問題。 公開號公開號 專利名專利名 專利特點專利特點 專利優勢專利優勢 所屬公所屬公 司司 CN104701544 超容量超容量納米磷酸鐵鋰正極 材料及其制備方法和鋰離 子電池

44、 對碳材料進行特殊的表面修飾和改性 處理使其可以參與鋰化反應 材料純度高，性能優異，而且此方法 工藝簡單可控 德方納米 CN108899540 磷酸鐵鋰復合材料及其制 備方法和鋰離子電池 改進制備過程中的燒結、冷卻燒結、冷卻工藝 工藝簡單，性能穩定 德方納米 CN109192936 一種磷酸鐵鋰的制備方法 按特定順序加入原料并省去溶劑，僅 需一步燒結一步燒結即可制得尺寸均一、性能 優良的終產品 工藝簡單，耗能少，環境友好 德方納米 CN110436431 一種磷酸鐵鋰正極材料的 制備方法和鋰離子電池 只通過一次燒結一次燒結就可以制得磷酸鐵鋰 正極材料，工藝方法簡單、成本低 壓實密度高、結晶度好

45、以及單位體積 的能量密度大。 德方納米 CN109336077 一種磷酸鐵鋰正極材料及 其制備方法 活性材料由長條顆粒和球形顆粒球形顆粒組成， 而不是單一球形活性材料 壓實密度較高，易于產業化生產 德方納米 CN110085839 磷酸鐵鋰復合正極材料及 其制備方法和應用 碳源對摻雜金屬碳源對摻雜金屬鹽中的摻雜金屬元素 進行吸附，以實現摻雜 提升磷酸鐵鋰正極鋰離子的擴散能力， 降低充放電過程中鋰離子的濃差極化， 具有突出的倍率性能 德方納米 CN103887509 磷酸鐵鋰基復合導體正極 材料及制備方法、正極和 鋰電池 多種導電包覆導電包覆碳形狀，球形導電碳、 片狀導電碳、管狀導電碳的質量比為

46、1： 1：1 導電性能優，電化學性能好，從而賦 予該鋰電池高倍率和優異倍率循環特 性 德方納米 資料來源：中國知網，方正證券研究所 圖表圖表3333：北大先行和湖南裕能專利的特點與優勢北大先行和湖南裕能專利的特點與優勢 北大先行、湖南裕能和安達科技聚焦保護生成工藝北大先行、湖南裕能和安達科技聚焦保護生成工藝 北大先行、湖南裕能和安達科技的相關專利較少，主要保護其自生的生產工藝。其中湖南裕能 和安達科技均通過磷酸鐵前驅體制備磷酸鐵鋰，有部分磷酸鐵制備的相關專利。 公開號公開號 專利名專利名 專利特點專利特點 專利優勢專利優勢 所屬公司所屬公司 CN10350189 一種高容量高壓密橄欖石 陰極材

47、料的制備方法 添加磷酸鹽化合物用于二次燒結 提高壓實密度同時保持較高的放電 容量，工藝簡單，易于實現工業化 生產 北大先行 CN109326777 一種磷酸鐵鋰電池材料的 制備方法 在塑型劑的作用下首先制備致密度較 高的復合鐵源 工藝簡單易操作 北大先行 CN103441269 一種焦磷酸鋰/碳包覆磷酸 鐵鋰復合材料及其制備方 法 解決了磷酸鐵鋰正極在制備過程表面 生產含Li的強堿性物質的問題 擁有較好的倍率性能 北大先行 CN103247778 一種高功率型磷酸鐵鋰正 極材料及其制備方法 優化燒結工藝與反應的氣氛制備出具 有石墨化程度高的碳包覆層的磷酸鐵 鋰/碳復合正極材料 提高石墨化程度、

48、功率和倍率性能 北大先行 CN108163827 一種由磷化渣制備納米磷 酸鐵的方法 由磷化渣制備納米磷酸鐵的方法 生產的磷酸鋰出不需要粉碎，一次 粒徑100nm，比表面積大，活性 好 湖南裕能 資料來源：中國知網，方正證券研究所 圖表圖表3434：北大先行和湖南裕能專利的特點與優勢（續表）北大先行和湖南裕能專利的特點與優勢（續表） 北大先行、湖南裕能和安達科技聚焦保護生成工藝北大先行、湖南裕能和安達科技聚焦保護生成工藝 公開號公開號 專利名專利名 專利特點專利特點 專利優勢專利優勢 所屬公司所屬公司 CN108101013 一種高品質電池級磷酸鐵 的生產方法 由聚合硫酸鐵和磷酸鹽和表面活性劑 為反