金屬行業錳行業深度報告：不容忽視的第四種電池金屬-220330（40頁）.pdf

1、 證券研究報告 請務必閱讀正文之后的免責條款 不容忽視的第四種電池金屬不容忽視的第四種電池金屬 金屬行業錳行業深度報告2022.3.30 中信證券研究部中信證券研究部 核心觀點核心觀點 敖翀敖翀 首席周期產業 分析師 S1010515020001 拜俊飛拜俊飛 金屬分析師 S1010521070006 商力商力 金屬分析師 S1010520020002 新型錳基正極材料的新型錳基正極材料的滲透率提升有望滲透率提升有望使得鋰電池行業用錳量使得鋰電池行業用錳量在在 2021-2035年年間間增長超過增長超過 10 倍倍，但鋼鐵用錳的主導地位難以改變。錳行業的“二元格局”使，但鋼鐵用錳的主導地位難以

2、改變。錳行業的“二元格局”使得得電池用錳原料易出現結構性短缺電池用錳原料易出現結構性短缺。率先發力新型錳基材料研發生產的正極企。率先發力新型錳基材料研發生產的正極企業和向下游電池材料延伸的錳產品制造商業和向下游電池材料延伸的錳產品制造商料料將受益。將受益。 首次覆蓋錳行業并給予 “中首次覆蓋錳行業并給予 “中性”評級，建議關注德方納米、容百科技、紅星發展和湘潭電化。性”評級，建議關注德方納米、容百科技、紅星發展和湘潭電化。 錳主要應用于鋼鐵行業，當前電池用錳占比較低。錳主要應用于鋼鐵行業，當前電池用錳占比較低。錳被廣泛應用于鋼鐵、有色冶金、化工、電子、電池、農業、醫學等領域。2021 年全球錳

3、消費量超過 2000萬噸，其中 95%以上用于鋼鐵冶金行業，鋼鐵行業用錳在錳的下游消費中占據絕對主導地位。 錳在電池行業的應用包括鋅錳電池和鋰離子電池正極材料， 2021年合計消費占比約 2%，其中鋰離子電池用錳量占比約 0.5%。 新型新型錳基正極材料發展前景廣闊，錳基正極材料發展前景廣闊，產業化進程加速。產業化進程加速。錳在鋰電正極材料中的應用當前主要以錳酸鋰和鎳鈷錳酸鋰（三元材料）為主。含錳正極材料的突出優勢是高電壓帶來的高能量密度、 原料供應豐富以及成本低廉， 缺點則主要體現在電化學性能較差、循環壽命短等方面。近年來隨著材料改性技術的進步，錳基正極材料的產業化進程加速。 其中磷酸錳鐵鋰

4、作為磷酸鐵鋰最重要的改進方向之一有望率先得到產業化應用， 富鋰錳基則受益于其超高的能量密度被認為是繼磷酸鐵鋰和三元材料之后最具前景的動力電池用正極材料。 預計預計 2021-2035 年鋰電正極材料用錳量將增長超過年鋰電正極材料用錳量將增長超過 10 倍。倍。 受益于三元正極材料和錳酸鋰材料出貨量的快速增長，我們預計 2025 年鋰電正極材料用錳量將超過30 萬噸，2021-2025 年 CAGR 為 32%。隨著新型錳基正極材料的滲透率提升，我們預計鋰電池用錳量將出現激增，至 2035 年有望增至 130 萬噸以上，超過2021 年的 10 倍。2035 年鋰電池領域用錳量預計占錳整體需求比

5、例達到 5%，鋼鐵行業由于基數較大，預計仍將占據 90%以上的需求量。 中國錳礦原料進口依賴度高，中國錳礦原料進口依賴度高，2021 年電解錳供應短缺引發價格暴漲。年電解錳供應短缺引發價格暴漲。中國錳礦資源總量較高但品位偏低，下游錳產品加工主要依賴進口原料，2021 年對外依賴度超過 90%。錳的加工產品包括錳合金、電解金屬錳、電解二氧化錳和硫酸錳等。2021 年由于行業“供給側改革”和限電等因素影響，電解錳產量下降 20萬噸，供應嚴重短缺，價格上漲超過 200%，顯著高于其他錳產品。 錳行業呈現“二元格局”，錳行業呈現“二元格局”，2022 年年以來以來電池級硫酸錳產品盈利能力回升電池級硫酸

6、錳產品盈利能力回升。鋼鐵行業用錳的“高基數”和電池用錳的“高增速”使得錳行業呈現出“二元格局”。2022 年以來，鋼鐵用錳產品和電池用錳產品價格走勢分化已體現這一趨勢。此外， 由于電池級硫酸錳常用電解錳酸溶生產， 電解錳的供應擾動會導致電池級硫酸錳出現結構性短缺。2022 年以來電解錳價格回歸理性和硫酸錳價格持續上漲帶來了硫酸錳產品盈利能力顯著回升，單噸盈利拉闊至 4000 元。 風險因素：風險因素：電池技術路線變化的風險；下游需求增長不及預期的風險；錳價大幅波動造成企業盈利波動的風險。 投資策略投資策略：新型錳基正極材料的滲透率提升有望使得鋰電池行業用錳量在2021-2035 年間增長超過

7、10 倍。但由于鋼鐵行業錳消費量基數較高，長期來看仍將占據主導地位。鋼鐵用錳和電池用錳的“二元格局”使得電池用錳原料易出現結構性短缺，2022 年以來電池級硫酸錳盈利顯著拉闊。建議投資圍繞兩條主線：1）率先發力新型錳基正極材料研發生產的企業；2）業務向下游電池材料延伸的錳產品制造商。 首次覆蓋錳行業并給予 “中性” 評級， 建議關注德方納米、容百科技、紅星發展和湘潭電化。 金屬金屬行業行業 評級評級 中性（首次）中性（首次） 金屬金屬行業行業錳行業深度報告錳行業深度報告2022.3.30 請務必閱讀正文之后的免責條款部分 目錄目錄 投資聚焦投資聚焦 . 1 投資邏輯. 1 投資策略. 1 風險

8、因素. 1 錳行業概況錳行業概況 . 2 錳在正極材料中的應用分析錳在正極材料中的應用分析 . 3 富鋰錳基正極材料 . 3 橄欖石型磷酸錳鋰和磷酸錳鐵鋰正極材料 . 5 尖晶石型錳酸鋰正極材料 . 7 尖晶石型鎳錳酸鋰正極材料. 9 層狀三元正極材料 . 10 鈉離子電池用含錳材料 . 12 錳基正極材料的合成方法 . 12 需求分析：技術變革將帶動電池用錳量激增需求分析：技術變革將帶動電池用錳量激增 . 15 錳下游需求以鋼鐵和電池為主 . 15 正極材料技術路線變更將帶動電池用錳量快速增長 . 18 供應分析：電池用錳原料易出現結構性短缺供應分析：電池用錳原料易出現結構性短缺 . 20

9、國內錳礦原料進口依賴度高. 20 國內電解錳產量下滑，高純硫酸錳供應擾動加大 . 23 價格分析：錳產品價格呈現價格分析：錳產品價格呈現“二元格局二元格局” . 26 重點公司介紹重點公司介紹 . 28 湘潭電化. 28 紅星發展. 30 中鋼天源. 32 三峽水利. 33 風險因素風險因素 . 33 投資建議投資建議 . 34 行業觀點. 34 投資策略. 34 TXjYrVbYgVsWcV0V8Z9P8Q7NtRoOoMmOjMpPoNjMtQnMaQnNxONZtQqNuOmMwO 金屬金屬行業行業錳行業深度報告錳行業深度報告2022.3.30 請務必閱讀正文之后的免責條款部分 插圖目錄

10、插圖目錄 圖 1：錳的產業鏈圖示 . 3 圖 2：Li2MnO3的結構示意圖 . 4 圖 3：LiMO2的結構示意圖 . 4 圖 4：富鋰錳基材料與其他正極材料的能量密度對比 . 4 圖 5：富鋰錳基正極材料首次充放電示意圖 . 5 圖 6：富鋰錳基正極材料循環過程中材料結構變化的原子模型 . 5 圖 7：磷酸錳鋰的結構示意圖 . 6 圖 8：橄欖石型 LiFeXMn1-XPO4的結構示意圖 . 6 圖 9：磷酸錳鋰和改性磷酸錳鋰的放電容量與循環次數圖 . 6 圖 10：納米磷酸錳鋰的掃描電子顯微鏡照片 . 6 圖 11：尖晶石 LiMn2O4結構示意圖 . 8 圖 12：2021 年不同正極

11、材料出貨量占比 . 8 圖 13：錳酸鋰-石墨電池中錳的溶解遷移過程 . 8 圖 14：2016-2021 年中國錳酸鋰材料出貨量及增長情況 . 9 圖 15：2020 年中國二輪車電芯市場出貨規模 . 9 圖 16：鎳錳酸鋰材料的結構示意圖 . 9 圖 17：鎳錳酸鋰的高電壓平臺示意圖 . 10 圖 18：包覆導電材料后鎳錳酸鋰的循環性能對比 . 10 圖 19：層狀材料的晶體結構示意圖 . 11 圖 20：NCM 正極材料放電容量與熱穩定性和容量保持率的關系圖 . 11 圖 21：2017-2021 年中國三元正極材料出貨量 . 11 圖 22：2021 年不同型號三元正極材料出貨量占比

12、. 11 圖 23：常見的錳基正極材料合成路線圖 . 12 圖 24：工業上用高溫固相合成法制備 LMO 正極材料的路線圖 . 13 圖 25：共沉淀法制備 NCM 正極材料的路線圖 . 14 圖 26：高溫固相法制備的富鋰錳基材料的掃描電子顯微鏡照片 . 14 圖 27：共沉淀法制備的富鋰錳基材料的掃描電子顯微鏡照片 . 14 圖 28：2020 年錳礦石生產產品分布 . 15 圖 29：2020 年錳礦石產品利用分布 . 15 圖 30：全球鋅錳電池用錳量預測 . 18 圖 31：全球鋰電正極材料用錳量預測 . 18 圖 32：不同錳基正極材料中錳含量對比 . 18 圖 33：2025-2

13、035 年動力電池用錳量構成 . 19 圖 34：全球錳消費結構變化 . 20 圖 35：2005-2021 年全球錳礦儲量 . 20 圖 36：2021 年全球錳礦資源分布（按錳含量計） . 20 圖 37：2011-2021 年全球錳產量 . 21 圖 38：2021 年全球錳產量分布（按錳含量計） . 21 圖 39：中國錳礦礦集區及潛力區分布圖 . 21 圖 40：2020 年全球主要錳礦生產國產量及品位 . 22 圖 41：中國錳礦進口量及對外依存度 . 22 圖 42：2017-2021 年中國電解金屬錳產量及同比 . 24 圖 43：2013-2020 年中國電解二氧化錳產量及同

14、比 . 25 金屬金屬行業行業錳行業深度報告錳行業深度報告2022.3.30 請務必閱讀正文之后的免責條款部分 圖 44：2020 年中國硫酸錳產量分區域占比 . 26 圖 45：中國高純硫酸錳產量 . 26 圖 46：中國電解錳價格走勢圖. 26 圖 47：2021 年以來國產錳礦和進口錳礦的價格走勢 . 27 圖 48：2021 年以來不同錳產品價格變化 . 27 圖 49：電解錳酸溶生產硫酸錳盈虧分析 . 28 圖 50：湘潭電化股權結構 . 28 圖 51：湘潭電化營業收入及同比 . 29 圖 52：湘潭電化歸母凈利潤及同比 . 29 圖 53：湘潭電化收入結構變化. 29 圖 54：

15、2021 年上半年湘潭電化毛利構成 . 29 圖 55：紅星發展股權結構 . 30 圖 56：紅星發展營業收入及同比 . 31 圖 57：紅星發展歸母凈利潤及同比 . 31 圖 58：紅星發展收入結構變化. 32 圖 59：紅星發展毛利潤結構 . 32 圖 60：三峽水利收入結構變化. 33 圖 61：2021 年上半年三峽水利毛利潤構成 . 33 表格目錄表格目錄 表 1：錳元素基本信息 . 2 表 2：錳礦石分類 . 2 表 3：國內企業在富鋰錳基材料的布局 . 5 表 4：磷酸錳鐵鋰與其他正極材料形成復合材料的優勢 . 7 表 5：國內企業在磷酸錳鐵鋰材料的布局 . 7 表 6：國內布局

16、鈉離子電池的企業及相關技術路線 . 12 表 7：不同錳基正極材料的生產工藝對比 . 13 表 8：不同類型錳基正極材料對比 . 15 表 9：鋼鐵領域錳用量測算 . 16 表 10：鋅錳電池用錳量測算 . 16 表 11：鋰電正極材料用錳量測算 . 17 表 12：2025-2035 年動力電池用錳量測算 . 19 表 13：2020 年我國主要錳系合金產量 . 23 表 14：2021 年中國電解錳產量前十企業 . 24 表 15：2020 年全國電解二氧化錳產量前十企業 . 25 表 16：湘潭電化錳礦資源 . 30 表 17：湘潭電化錳礦資源 . 30 金屬金屬行業行業錳行業深度報告錳

17、行業深度報告2022.3.30 請務必閱讀正文之后的免責條款部分 1 投資聚焦投資聚焦 投資邏輯投資邏輯 錳主要應用于鋼鐵行業，當前電池用錳占比較低。錳主要應用于鋼鐵行業，當前電池用錳占比較低。錳下游應用包括鋼鐵、有色冶金、化工、電子、電池、農業、醫學等領域。2021 年全球錳消費量超過 2000 萬噸，其中 95%以上用于鋼鐵冶金行業，鋼鐵用錳占據絕對主導地位。錳在電池行業的應用包括鋅錳電池和鋰離子電池正極材料， 2021年合計消費占比約2%， 其中鋰離子電池用錳量占比約0.5%。 新型錳基新型錳基正極材料正極材料發展前景廣闊，發展前景廣闊， 預計預計 2021-2035 年鋰電年鋰電池池用

18、錳量將增長超過用錳量將增長超過 10 倍。倍。錳在鋰電正極材料中的應用當前主要以錳酸鋰和鎳鈷錳酸鋰（三元材料）為主。近年來隨著材料改性技術的進步，新型錳基正極材料如磷酸錳鐵鋰和富鋰錳基等產業化進程加速。受益于三元正極材料和錳酸鋰材料出貨量的快速增長，我們預計 2025 年鋰電正極材料用錳量將超過 30萬噸， 2021-2025年 CAGR為 32%。 隨著新型錳基正極材料的滲透率提升，我們預計鋰電池用錳量將出現激增，至 2035 年有望增至 130 萬噸以上，超過 2021 年的10 倍。2035 年鋰電池領域用錳量預計占錳整體需求比例達到 5%。 中國錳礦原料進口依賴度高，中國錳礦原料進口依

19、賴度高，2021 年電解錳供應短缺引發價格暴漲年電解錳供應短缺引發價格暴漲。中國錳礦資源總量較高但品位偏低， 下游錳產品加工主要依賴進口原料， 2021 年對外依賴度超過 90%。錳的加工產品包括錳合金、電解金屬錳、電解二氧化錳和硫酸錳等。2021 年由于行業“供給側改革”和限電等因素影響，電解錳產量下降 20 萬噸，供應嚴重短缺，價格上漲超過200%，顯著高于其他錳產品。 錳行業呈現“二元格局” ，錳行業呈現“二元格局” ，2022 年年以來以來電池級硫酸錳產品盈利能力回升。電池級硫酸錳產品盈利能力回升。鋼鐵行業用錳的“高基數”和電池用錳的“高增速”使得錳行業呈現出“二元格局” 。2022

20、年以來，鋼鐵用錳產品和電池用錳產品價格走勢分化已體現這一趨勢。此外，由于電池級硫酸錳常用電解錳酸溶生產，電解錳的供應擾動會導致電池級硫酸錳出現結構性短缺。2022 年以來電解錳價格回歸理性和硫酸錳價格持續上漲，硫酸錳的單噸盈利拉闊至 4000 元。 投資策略投資策略 新型錳基正極材料的滲透率提升有望使得鋰電池行業用錳量在 2021-2035 年間增長超過 10 倍。但由于鋼鐵行業錳消費量基數較高，長期來看仍將占據主導地位。鋼鐵用錳和電池用錳的“二元格局”使得電池用錳原料易出現結構性短缺，2022 年以來電池級硫酸錳盈利顯著拉闊。建議投資圍繞兩條主線：1）率先發力新型錳基正極材料研發生產的企業；

21、2）業務向下游電池材料延伸的錳產品制造商。首次覆蓋錳行業并給予“中性”評級，建議關注德方納米、容百科技、紅星發展和湘潭電化。 風險因素風險因素 電池技術路線變化的風險；下游需求增長不及預期的風險；錳價大幅波動造成企業盈利波動的風險。 金屬金屬行業行業錳行業深度報告錳行業深度報告2022.3.30 請務必閱讀正文之后的免責條款部分 2 錳錳行業概況行業概況 錳元素的基本信息：錳元素的基本信息：錳是銀白色脆性金屬，元素符號 Mn，原子量為 54.94，密度為7.3g/cm3，熔點為 1244，沸點為 1962。錳是人類所必需的微量元素之一。 表 1：錳元素基本信息 項目項目 內容內容 項目項目 內

22、容內容 中文名稱 錳 原子量 54.94 英文名稱 Manganese 密度 7.3g/cm3 原子序數 25 熔點 1244 元素符號 Mn 沸點 1962 資料來源：金屬百科網站，中信證券研究部 錳礦物的組成及分類：錳礦物的組成及分類：錳資源廣泛分布于陸地和海洋中，錳在自然界以氧化物、氫氧化物、硫化物、碳酸鹽、硅酸鹽和硼酸鹽等狀態產出。在冶金工業中，錳礦按照礦石類型可分為氧化錳礦和碳酸錳礦，按含錳量高低可以分為富錳礦和貧錳礦， 我國將含錳量在 30%以上的成品礦石稱作富錳礦。 表 2：錳礦石分類 類型類型 化學組成化學組成 錳含量（錳含量（% %） 密度（密度（g/cmg/cm3 3） 礦

23、物結構礦物結構 莫氏硬度莫氏硬度 軟錳礦 MnO2 63.2 5 疏松狀、煙灰狀 25 硬錳礦 mMnO MnO2 nH2O 3560 4.44.7 膠狀、粒狀 46 水錳礦 Mn2O3 H2O 62.4 4.24.3 柱狀結晶、粒狀 34 黑錳礦 Mn3O4 72 4.84 粒狀 55.5 褐錳礦 Mn2O3 69.6 4.75.0 密集粒狀 66.5 菱錳礦 MnCO3 47.8 3.63.7 粒狀、腎狀 3.54.5 硫錳礦 MnS 63.1 3.94.1 粒狀、塊狀 3.54 資料來源：金屬百科網站，中信證券研究部 錳的應用領域：錳的應用領域：作為重要的工業原料， 錳被廣泛應用于鋼鐵、

24、 有色冶金、 化工、 電子、電池、農業、醫學等領域。鋼鐵行業是錳下游主要的應用領域，錳主要用作煉鋼過程中的脫氧劑、脫硫劑和合金元素。近年來錳在電池領域的應用得到市場關注，傳統的鋅-錳電池主要使用電解二氧化錳（EMD）作為正極，錳也是動力電池正極材料如錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰等重要的組成元素。 表 2：錳及其化合物的應用領域 應用領域應用領域 具體用途具體用途 鋼鐵工業 脫氧劑、脫硫劑、合金元素 化工工業 許多錳鹽是重要的化學試劑，如氧化劑、消毒劑等 環保行業 汽車尾氣和工業用水、飲用水的凈化劑 有色冶金 濕法冶煉銅、鋅、鈾等的氧化劑，制造非鐵合金 電子工業 錳鋅鐵氧體是重要的軟磁材料 建筑材料 生產

25、玻璃時的著色、褪色和澄清劑 電池 干電池消極劑，動力電池正極材料 農業 生產肥料、殺蟲劑、動物飼料添加劑 資料來源：金屬百科網站，中信證券研究部 金屬金屬行業行業錳行業深度報告錳行業深度報告2022.3.30 請務必閱讀正文之后的免責條款部分 3 錳的產業鏈：錳的產業鏈：錳產業鏈可分為兩大部分：1）電爐加焦炭還原錳礦石獲得錳合金，主要有高碳錳鐵、中低碳錳鐵、硅錳合金等，用于煉鋼作脫氧劑、脫硫劑及合金添加劑；2）硫酸浸出錳礦石制備硫酸錳，再經電解、除雜或氧化等工藝后獲得各類高純錳化合物。其中電解二氧化錳可用作干電池正極材料（堿錳型等）和鋰電池正極材料（錳酸鋰型） ；電解金屬錳的主要市場是特鋼、不

26、銹鋼和合金的生產，也可用于制造其他錳化合物如高純硫酸錳；高純硫酸錳主要用作鋰電池正極三元材料的前驅體原料。 圖 1：錳的產業鏈圖示 資料來源：南方錳業公司公告，中信證券研究部 錳在正極材料中的應用分析錳在正極材料中的應用分析 富鋰錳基正極材料富鋰錳基正極材料 富鋰錳基正極材料的一般組成可表示為 xLi2MnO3(1-x)LiMO2 (0 x1, M=Ni, Co, Mn)，可以看作由 Li2MnO3和 LiMO2兩種成分組成， 這兩種結構成分在原子尺度均勻復合形成富鋰錳基材料。在過渡金屬/鋰混合層內，鋰和過渡金屬原子有序排列，形成超晶格結構，這樣的結構也使得富鋰錳基材料有著優異的物理性能。 富

27、鋰錳富鋰錳基基材料比容量高，成本低，安全性更好。材料比容量高，成本低，安全性更好。根據富鋰錳基正極材料結構優化及晶面調控研究進展 （周建峰等）分析，在富鋰錳基材料充電過程中，隨著 Li+的遷移，過渡金屬離子化合價發生變化以保證體系電荷補償，使其具有超高的比容量，可以達到300mAh/g，幾乎是目前已商業化正極材料實際容量的兩倍，因此其被視為下一代鋰離子電池最有前景的正極材料之一。同時富鋰錳基材料以較便宜的錳元素為主，貴重金屬含量少，與常用的鈷酸鋰和鎳鈷錳三元系正極材料相比，不僅成本更低，而且安全性更好。 金屬金屬行業行業錳行業深度報告錳行業深度報告2022.3.30 請務必閱讀正文之后的免責條

28、款部分 4 圖 2：Li2MnO3的結構示意圖 資料來源：富鋰錳基正極材料結構優化及晶面調控研究進展（周建峰等） 圖 3：LiMO2的結構示意圖 資料來源：富鋰錳基正極材料結構優化及晶面調控研究進展（周建峰等） 圖 4：富鋰錳基材料與其他正極材料的能量密度對比 資料來源：The Current Move of Lithium Ion Batteries Towards the Next Phase（Tae-Hee Kim 等），中信證券研究部 富鋰錳基材料富鋰錳基材料存在首次不可逆容量損失、倍率性能差、循環過程電壓衰減等缺點。存在首次不可逆容量損失、倍率性能差、循環過程電壓衰減等缺點。富鋰錳基

29、材料在實際充放電過程中存在以下問題：1）由于富鋰錳基材料首次充電結束后凈脫出 Li2O，在隨后的放電過程中不能返回到晶格中，造成不可逆的容量損失。2）富鋰錳基材料中的氧離子在大電流條件下反應不充分，導致其倍率性能較差。3）在充電過程中Li+遷移的同時，過渡金屬離子會自發地向鋰層遷移，導致脫出的 Li+不能回到原位，材料結構逐步從層狀向尖晶石相轉變，導致循環過程中電壓衰減且循環壽命低。 金屬金屬行業行業錳行業深度報告錳行業深度報告2022.3.30 請務必閱讀正文之后的免責條款部分 5 圖 5：富鋰錳基正極材料首次充放電示意圖 資料來源： 富鋰錳基正極材料倍率性能的改善研究 （李翌通） 圖 6：

30、富鋰錳基正極材料循環過程中材料結構變化的原子模型 資料來源：富鋰錳基正極材料結構優化及晶面調控研究進展（周建峰等） 國內已有多家公司儲備了富鋰錳基材料的生產技術國內已有多家公司儲備了富鋰錳基材料的生產技術。根據相關公司公告，容百科技、當升科技等正極材料企業均提前布局了富鋰錳基材料的研發，目前已進入小試階段，并積極配合相關客戶在公司現有產線進行產品性能優化及工藝放大實驗。另外，振華新材、中偉股份、 昆工科技、 天原股份、國軒高科、 多氟多等公司也開展了富鋰錳基材料 （前驅體）的研發項目，目前正積極探索其商業化的可行性。 表 3：國內企業在富鋰錳基材料的布局 公司名稱公司名稱 布局內容布局內容 振

31、華新材 在研項目：富鋰錳系固溶體研究 容百科技 富鋰錳基正極材料工藝達到小試階段 昆工科技 公司針對“鋰離子電池富鋰錳基正極材料項目”，完成了鋰電研究平臺搭建工作，成功開展系列實驗研究，基本具備富鋰錳基正極材料研發功能 中偉股份 依托于前驅體合成機理的研究，開發方向涵蓋了富鋰錳基等新型正極材料的前驅體 當升科技 公司目前正在開展對富鋰錳基正極材料等新技術的研發，實現了富鋰錳基產品的小試工藝定型 天原股份 公司聘請吳鋒院士擔任公司鋰電首席科學家，與其團隊在富鋰錳方面開展聯合技術攻關工作，填補公司在富鋰錳技術方面的研究空白 國軒高科 公司全資子公司合肥國軒近年來重點完成了高電壓高容量的富鋰錳材料等

32、科研項目研究 多氟多 在研項目：高比容量動力性富鋰錳基材料鋰離子電池產業化項目 資料來源：相關公司公告，中信證券研究部 橄欖石型橄欖石型磷酸錳鋰磷酸錳鋰和磷酸錳鐵鋰和磷酸錳鐵鋰正極材料正極材料 磷酸錳鐵鋰材料是磷酸鐵鋰材料重要的升級方向之一磷酸錳鐵鋰材料是磷酸鐵鋰材料重要的升級方向之一。橄欖石型磷酸鹽正極材料的典型代表磷酸鐵鋰（LiFePO4，LFP）是目前廣泛使用的動力電池正極材料。根據共沉淀法制備磷酸錳鐵鋰及其電化學性能研究 （馬國軒）分析，磷酸錳鋰（LiMnPO4，LMP）與 LFP 具有相似的橄欖石型結構， 相比于 LFP 3.4 V 的電極電勢 （對于 Li+/Li） 而言， LMF

33、P的電極電勢為 4.1 V（對于 Li+/Li） ，因此其具有比 LFP 高約 1520%的理論能量密度。但是 LMP 導電性極差， 幾乎屬于絕緣體。 為了解決 LFP 放電電壓低和 LMP 導電性能差的問題，通常將兩種材料按一定比例復合形成磷酸錳鐵鋰材料（LiFeXMn1-XPO4，LMFP） 。磷酸錳鐵鋰被認為是磷酸鐵鋰材料未來最具競爭力的升級材料之一。同時 Fe、Mn 等元素在自然界中含量非常豐富，原材料易獲取且成本低廉。 金屬金屬行業行業錳行業深度報告錳行業深度報告2022.3.30 請務必閱讀正文之后的免責條款部分 6 圖 7：磷酸錳鋰的結構示意圖 資料來源： 鋰離子電池正極材料磷酸

34、錳鋰的研究進展 （邱景義等） 圖 8：橄欖石型 LiFeXMn1-XPO4的結構示意圖 資料來源： Recent Advances of Mn-Rich LiFe1-yMnyPO4 (0.5 y 1.0) Cathode Materials for High Energy Density Lithium Ion Batteries （Yuanfu Deng 等） 通過碳包覆等材料改性技術，通過碳包覆等材料改性技術，LMFP 的產業化進程加速。的產業化進程加速。由于 LMP 材料的電子電導率（10-10 S/cm）和離子遷移率（10-16 cm2s-1）均低于 LFP，因此含有錳元素的 LMFP

35、材料的放電比容量和倍率性能較差。在過去二十年間，通過元素摻雜、表面涂覆、材料復合等方式，LMP 和 LMFP 正極材料的電導率問題得到了有效改善。增強 LMFP 導電性能的辦法有： （1）摻雜其他元素，如 Mg、Zr、Co 等，改善離子傳輸性能； （2）在電極材料表面涂覆碳等涂層，提高顆粒之間的導電性； （3）優化合成方法，制備納米級別的 LMFP材料來縮短 Li+的遷移距離等； （4）與其他正極材料制備復合電極等。 圖 9：磷酸錳鋰和改性磷酸錳鋰的放電容量與循環次數圖 資 料 來 源 ： Electrochemical lithiation and delithiation of LiMnP

36、O4: Effect of cation substitution （Jong-Won Lee 等） 圖 10：納米磷酸錳鋰的掃描電子顯微鏡照片 資料來源： Performance Improvement of Lithium Manganese Phosphate by Controllable Morphology Tailoring with Acid-Engaged Nano Engineering （Hui Guo 等） 磷酸錳鐵鋰與其他正極材料混用磷酸錳鐵鋰與其他正極材料混用其其產業化的產業化的重要重要方向方向。得益于高電壓的突出優勢，磷酸錳鐵鋰材料除了單獨使用外，還可以與現有的正

37、極材料進行混摻，發展出豐富多樣的應用場景。 例如將磷酸錳鐵鋰和三元材料進行混摻， 材料不僅具備更好的循環性能和安全性，成本也能得到下降。磷酸錳鐵鋰和錳酸鋰的混摻更是使得錳酸鋰重新適用于車用動力電池材料。磷酸錳鐵鋰與其他正極材料的混摻使用使得其產業化進程在各類錳基正極材料中具備領先性，也拓寬了材料的應用場景。 金屬金屬行業行業錳行業深度報告錳行業深度報告2022.3.30 請務必閱讀正文之后的免責條款部分 7 表 4：磷酸錳鐵鋰與其他正極材料形成復合材料的優勢 復合方式復合方式 優勢優勢 LMFP+LFP 提升能量密度和低溫性能 LMFP+LMO 提升能量密度、增加循環壽命、保持低成本優勢 LM

38、FP+LCO 提高電壓平臺、提高能量密度 LMFP+三元 更好的低溫性能、更好的循環性能、更高的安全性、更低的成本 資料來源： 磷酸錳鐵鋰復合三元體系及對復合方式探討 （談?。?，中信證券研究部 國內多家企業布局磷酸錳鐵鋰材料，德方納米國內多家企業布局磷酸錳鐵鋰材料，德方納米進度領先進度領先。德方納米在 2021 年和 2022年與云南省曲靖經開區管委會分別簽訂了新建年產 10萬噸和年產33萬噸新型磷酸鹽系正極材料生產基地項目的投資協議， 總投資約 100 億。 鵬欣資源參股公司江蘇力泰現有 2000噸 LMFP 生產線，2020 年起已向客戶小規模銷售 LMFP 產品。除此之外，當升科技、光

39、華科技、百川股份等公司均布局了 LMFP 材料的研發生產。 表 5：國內企業在磷酸錳鐵鋰材料的布局 企業名稱企業名稱 布局內容布局內容 新建項目新建項目 德方納米 公司在研項目： 石墨烯復合磷酸鐵錳鋰鋰離子電池正極材料的關鍵技術研發（共計 200 萬） 1.年產 10萬噸新型磷酸鹽系正極材料生產基地項目，總投資 20 億元。 2.年產 33萬噸新型磷酸鹽系正極材料生產基地項目，總投資 75 億元。 當升科技 公司針對電動車和高端儲能市場專項開發高性能的磷酸鐵鋰、磷酸錳鐵鋰材料 光華科技 公司鋰電池材料主要產品有三元前驅體及三元材料系列產品，磷酸鐵、磷酸鐵鋰及磷酸錳鐵鋰系列產品 鵬欣資源 鵬欣資

40、源增資 7500 萬后持有江蘇力泰鋰能 23%股份，該公司主要產品包括磷酸錳鐵鋰正極材料， 目前正在與鋰電企業進行應用中試 1. 計劃新增建設年產 3000 噸磷酸錳鐵鋰設備，設備投資約 2000 萬元。 2. 新建年產 2000 噸磷酸錳鐵鋰前驅體裝置，設備投資約 500 萬元。 天能股份 公司鋰電業務當前的總體策略是聚焦小動力及儲能領域，具備高鎳三元、磷酸鐵鋰、磷酸錳鐵鋰、三元復合錳鋰等產品生產能力 百川股份 公司的全資孫公司寧夏百川新材料有磷酸錳鐵鋰生產項目 新建年產 1.5 萬噸磷酸錳鐵鋰材料項目。 資料來源：相關公司公告，中信證券研究部 尖晶石尖晶石型型錳酸鋰錳酸鋰正極材料正極材料

41、尖晶石正極材料包括錳酸鋰（LiMn2O4，LMO）和鎳錳酸鋰（LNMO）兩種，均屬于立方尖晶石結構。根據鋰離子電池高電壓正極材料鎳錳酸鋰的第一性原理研究 （陳宇陽）分析，LMO 中 Mn 的平均價態為+3.5 價，實際上為等比例的+3 價與+4 價，其充放電活性便是 Mn3+/Mn4+氧化還原電對的貢獻。 目前 LMO 已在鋰電池領域得到廣泛的應用， 根據中國有色金屬工業協會鋰業分會的統計，2021 年 LMO 材料出貨量達到 11.1 萬噸，占中國正極材料市場的市場份額為 10%。 金屬金屬行業行業錳行業深度報告錳行業深度報告2022.3.30 請務必閱讀正文之后的免責條款部分 8 圖 11

42、：尖晶石 LiMn2O4結構示意圖 資料來源： 鋰離子電池高電壓正極材料鎳錳酸鋰的第一性原理研究 （陳宇陽） 圖 12：2021 年不同正極材料出貨量占比 資料來源：中國有色金屬工業協會鋰業分會，中信證券研究部 LMO 材料具有原料豐富、成本低、安全性高、制備工藝簡單等優點材料具有原料豐富、成本低、安全性高、制備工藝簡單等優點。根據錳酸鋰石墨電池容量衰減過程及其調控方法的研究（詹純） 分析， LMO 可通過碳酸鋰 （Li2CO3）和二氧化錳（MnO2）通過高溫固相法一步合成，步驟簡單且工藝成熟。另外，LMO 的熱穩定性好，不存在 LiCoO2、LiNiO2等材料受熱分解并引發爆炸的安全問題。L

43、MO 還具有相對較高的工作電位（4.0 V） ，一定程度彌補其容量密度上的不足。 LMO 材料存在比容量較低和循環性能差的缺點材料存在比容量較低和循環性能差的缺點。 錳酸鋰的比容量約為 120mAh/g，低于目前成熟的三元材料。根據鋰離子正極材料尖晶石錳酸鋰的摻雜及其表面包覆 （樊學峰）分析，在電池循環過程中，固態的 Mn3+容易發生歧化反應，產生的 Mn2+溶解在電解液中，造成電極材料的消耗。此外，LMO 的晶格結構在反應過程中會發生畸變，從而對材料造成破壞。電解液中的氫氟酸雜質也會與 LMO 發生反應造成 Mn 元素的大量損失，最終影響 LMO 材料循環后的電化學性能。 圖 13：錳酸鋰-

44、石墨電池中錳的溶解遷移過程 資料來源：錳酸鋰石墨電池容量衰減過程及其調控方法的研究（詹純） 45%44%11%10%磷酸鐵鋰三元材料錳酸鋰鈷酸鋰 金屬金屬行業行業錳行業深度報告錳行業深度報告2022.3.30 請務必閱讀正文之后的免責條款部分 9 中國錳酸鋰出貨量逐年上升，多用于輕型動力領域。中國錳酸鋰出貨量逐年上升，多用于輕型動力領域。根據 EV Tank 調研統計，2016-2021 年中國錳酸鋰出貨量逐年上升，年均復合增長率超過 30%，2021 年出貨量達11.1 萬噸。由于錳酸鋰比容量較低，多用于輕型動力領域。根據高工鋰電數據，錳酸鋰材料是二輪車電芯市場出貨量最大的鋰電產品，2020

45、 年市場份額達到 45%。 圖 14：2016-2021 年中國錳酸鋰材料出貨量及增長情況 資料來源：EV Tank，中信證券研究部 圖 15：2020 年中國二輪車電芯市場出貨規模 資料來源：高工鋰電，中信證券研究部 尖晶石型尖晶石型鎳錳酸鋰鎳錳酸鋰正極材料正極材料 尖晶石型鎳錳酸鋰（LiNi0.5Mn1.5O4，LNMO）可看做錳酸鋰（LiMn2O4）中四分之一的 Mn 被 Ni 取代而形成的。 LNMO 中由于鎳的引入， 錳完全以+4 價的 Mn4+離子形式存在，在充電到 4.3 V 時，Mn3+的平臺完全消失；繼續充電到 4.9 V 時，Ni2+可以氧化成 Ni3+再到Ni4+，在 4

46、.7 V 時顯現容量，因此 LNMO 具有高電壓特性。 圖 16：鎳錳酸鋰材料的結構示意圖 資料來源：鋰離子電池鎳錳酸鋰正極材料研究進展（陳孟等） 0%10%20%30%40%50%60%70%024681012201620172018201920202021出貨量（萬噸）同比（%）45%26%29%LMOLFPNCM 金屬金屬行業行業錳行業深度報告錳行業深度報告2022.3.30 請務必閱讀正文之后的免責條款部分 10 LNMO 材料結構穩定、具有高電壓平臺、高比能量密度和良好的循環性能。材料結構穩定、具有高電壓平臺、高比能量密度和良好的循環性能。根據鋰離子電池高電壓正極材料鎳錳酸鋰的第一性

47、原理研究 （陳宇陽） ，LNMO 材料通過用 Ni取代了四分之一的 Mn 元素，因而獲得了高工作電壓的特性。而這種高電壓特性恰好滿足了鋰離子電池高比能量密度和高比功率密度的需求， 同時 LNMO 也具有良好的循環可逆性，因此其在大容量鋰電池領域擁有良好的應用潛力。從原材料角度出發，由于不含價格昂貴的鈷元素，且鎳元素的含量很低，因此相比于高比容量的三元材料，LNMO 具有更好的成本優勢。 LNMO 材料在高電壓下電解液的分解和電極材料在高電壓下電解液的分解和電極/電解液界面的副反應嚴重制約了其規模電解液界面的副反應嚴重制約了其規?；瘧??；瘧?。由于 LNMO 的電位平臺高達 4.7 V，已經超

48、過了常規電解液 14.5 V 的穩定電勢窗口，會導致電解液的氧化分解。另一方面，LNMO 在充電態下會形成具有強氧化性的Ni4+，也會加劇電解液的氧化分解，并在電極/電解液界面形成阻礙鋰離子脫嵌的界面膜，造成電池性能的衰減。 目前可采用元素摻雜、 表面包覆等改性手段提升 LNMO 材料的電化學性能，推動其進一步發展。 圖 17：鎳錳酸鋰的高電壓平臺示意圖 資料來源： Recent Advances of Mn-Rich LiFe1-yMnyPO4 (0.5 y 250 170 100-120 146.7 150-220 工作電壓（V） 2.04.8 3.44.1 4.0 4.7 3.65 循環

49、性能 差 好 差 好 好 優點 比容量高 成本低廉 電壓平臺高 成本低廉 熱穩定性好 放電電壓穩定 成本低 電壓平臺高 安全性好 結構穩定 電壓平臺高 高比能量密度 循環性能好 電化學性能好 高比能量密度 缺點 首次不可逆容量損失 倍率性能差 循環過程電壓衰減 電子、 離子導電性低 電化學性能降低 循環性能差 比容量低 無匹配的電解液 成本高 合成方法 固相合成法、共沉淀法、溶膠凝膠法、噴霧熱解法、靜電紡絲法、水熱法等 應用難度 難 容易 容易 難 容易 資料來源： The Current Move of Lithium Ion Batteries Towards the Next Phase

50、 （Tae-Hee Kim 等） ，中信證券研究部 需求分析需求分析：技術變革將帶動電池用錳量激增：技術變革將帶動電池用錳量激增 錳下游需求以鋼鐵和電池為主錳下游需求以鋼鐵和電池為主 鋼鐵行業用錳占據絕對主導地位。鋼鐵行業用錳占據絕對主導地位。根據國際錳業協會數據，2020 年全球 88%的錳礦石被制成錳合金，8.3%被制成金屬錳，電解錳和硫酸錳產量占比均為 1.7%，其中高純硫酸錳（主要用于生產動力電池正極材料）占比僅有 0.3%；按下游應用領域分類，2020 年鋼鐵行業消耗了全球錳產品的 97%，普通電池用錳量占比為 1.7%，鋰離子電池用錳量占比僅有 0.4%。當前錳的消費結構中鋼鐵領域