磷酸錳鐵鋰行業專題報告：電池前瞻研究系列專題（二）固溶體是本質析出是現象看好液相法-220521（30頁）.pdf

1、- 1 -敬請參閱最后一頁特別聲明本報告的主要看點本報告的主要看點：1.從技術及生產角度把困擾錳鐵鋰行業發展的掣肘逐一講明主要包括：錳析出所帶來的一些列問題、雙電壓、導電性等并闡述各家公司解決方法,強調錳鐵鋰生產時均一性為最重要步驟。2.通過多維度分析各家生產、使用錳鐵鋰企業的技術、進度、特性并對未來競爭格局做出判斷：看好液相法先發優勢企業及龍頭電池廠。3.從經濟性及生產的角度闡明錳鐵鋰行業進度及未來發展趨勢。陳傳紅陳傳紅分析師分析師 SAC 執業編號：執業編號：S薛少龍薛少龍聯系人聯系人固溶體是本質，析出是現象，看好液相法固溶體是本質，析出是現象，看好液相法電池前瞻研究系列專題（二電池前瞻研

2、究系列專題（二 ）行業觀點行業觀點我們通過五個維度系統分析錳鐵鋰整個產業鏈演化，得出主要結論如下我們通過五個維度系統分析錳鐵鋰整個產業鏈演化，得出主要結論如下：1.錳鐵鋰和鐵鋰是否可以共存核心取決于錳鐵鋰技術發展。2.先發頭部公司競爭能力得到強化有望獲得超額收益，其核心來自于工藝沉淀；3.錳鐵鋰商業化已達第二章（動力裝車在即） ，隨著 22 年底頭部企業有望動力電池裝車，屆時整個產業鏈將迎來新篇章。為什么發展磷酸錳鐵鋰：老樹新枝，本質上為經濟性提升。為什么發展磷酸錳鐵鋰：老樹新枝，本質上為經濟性提升。近幾年 LFP 電池能量密度提升迅速已接近極限。據工信網發布的新能源推廣應用推薦車型目錄，20

3、22 年搭載 LFP 電池系統的最大能量密度為 161.27 Wh/kg，并且這一最大值近兩年幾乎沒有變化。電池廠與正極廠對可以從原理層面上可以提升能量密度的方案渴望程度進一步提升，自此磷酸錳鐵鋰系大發展應運而生。什么是好的磷酸錳鐵鋰：均一固溶體是本質，析出是現象。什么是好的磷酸錳鐵鋰：均一固溶體是本質，析出是現象。LFMP 因繼承LFP 磷酸根結構體系為橄欖石結構，導致其導電性能、倍率性能低，且由于錳等金屬加入導致存在雙電壓、J-T 效應最終導致比容量低、穩定性差。目前導電性、倍率、雙電壓行業已解決，錳析出所引出的問題為行業目前導電性、倍率、雙電壓行業已解決，錳析出所引出的問題為行業最大掣肘

4、，而均一固溶體形成為錳析出最大痛點，行業少部分企業已突破最大掣肘，而均一固溶體形成為錳析出最大痛點，行業少部分企業已突破（摻雜、核殼結構改變等（摻雜、核殼結構改變等） 。如何生產出好的磷酸錳鐵鋰：兩種路線，液相法最優。如何生產出好的磷酸錳鐵鋰：兩種路線，液相法最優。目前生產錳鐵鋰主要有液相法液相法和半固半液半固半液兩種方法。LMFP 與 LFP 生產工藝有所不同，由于錳鐵需要形成均一的固溶體才能成生產出品質較高的錳鐵鋰，因此生產高品質錳鐵鋰大概率要基于液相法，液相法企業先發優勢顯著。磷酸錳鐵鋰的未來在哪里：先兩輪，再復合，終章為獨立成組。首磷酸錳鐵鋰的未來在哪里：先兩輪，再復合，終章為獨立成組

5、。首先先LMFP+LMO 產品憑借安全性與循環壽命等優勢已率先進入兩輪電動車終端?，F在現在:LMFP+NCM 復合產品相較 NCM 在安全性與循環性能大幅提升，且制造成本降低，成為車端商業化落地的開端。未來：未來：理論上隨著錳比例的不斷增高，LMFP 綜合能力密度提升越高，進而其經濟性提升越高，但由于錳析出、導電率等問題尚未完美解決，未來隨著企業攻克生產難題，LMFP 獨立成組有望落地。誰能生產出好的磷酸錳鐵鋰誰能生產出好的磷酸錳鐵鋰:百舸爭流，先發龍頭優勢顯著。百舸爭流，先發龍頭優勢顯著。隨著 21、22年錳鐵鋰產業鏈迅速發展，正極&電池行業巨頭紛紛加碼布局。正極：正極：以液相法龍頭德方納米

6、產能擴張最為迅速，目前規劃產能已達 44 萬噸，其余如力泰鋰能、當升科技等也紛紛公告其擴產規劃。電池：電池：今年來寧德、比亞迪、國軒高科等電池廠龍頭紛紛公告或加速研發錳鐵鋰系電池。投資建議投資建議隨著鐵鋰正極能量密度已近理論極值，錳鐵鋰或將成為鐵鋰企業第二成長曲線。隨著錳鐵鋰行業在 21、22 年迅猛發展，產業商業化&規?；诩?，我們建議關注已在該行業完成突破擁有先發優勢的企業。重點推薦：重點推薦：德方納米；建議關注：建議關注：寧德時代、比亞迪、當升科技、力泰鋰能等。風險提示風險提示新能源汽車銷量不及預期；市場競爭加劇風險；行業產能過剩的風險。2022 年年 05 月月 21 日日磷酸錳鐵鋰專

7、題報告行業專題研究報告行業專題研究報告(深度深度)證券研究報告新能源新能源與汽車研究中心與汽車研究中心 磷酸錳鐵鋰專題分析報告- 2 -敬請參閱最后一頁特別聲明內容目錄內容目錄一、為什么發展磷酸錳鐵鋰：老樹新枝，本質上為經濟性提升.51.1 鐵鋰路線已接近理論極值.51.2 磷酸錳鐵鋰：LFP 能量密度極值下，鐵鋰破解的新出路.5二、什么是好的磷酸錳鐵鋰：突破原有桎皓，方可升華.72.1LMFP 存在的性能問題：雙電壓、穩定性、導電率、循環、比容量.72.1.1 比容量、穩定性以及循環性能問題：Jahn-Teller 效應，Mn3+易溶解，行業正在突破，少數企業已有進展. 82.1.2 雙電壓

8、平臺問題：行業內部分龍頭企業已突破.102.1.3 導電率低：致低溫性能以及倍率性能差，行業內大多數企業采用多元化技術路線已解決.132.2 專利：錳鐵鋰無通式化合物專利.16三、如何生產出好的磷酸錳鐵鋰：兩種路線，液相法最優.183.1 兩種路線：液相法與半固半液法.183.2 復合三元生產：各企業技術路線百花齊放. 203.3 降本路線：增加原材料選取范圍、工藝改良、回收.223.4 投資強度：2 億左右，略大于鐵鋰.23四、磷酸錳鐵鋰的未來在哪里：先兩輪，再復合，終章為獨立成組.234.1 商業化路線：兩輪電動車復合三元獨立使用. 234.1.1 兩輪電動車：已進終端，放量在即. 234

9、.1.2 復合三元：商業化落地的開始.244.1.3 單獨使用為終章.244.2 龍頭布局：寧德時代將推出 M3P 電池，德方納米新建年產 44 萬噸產能項目.244.3LMFP 復合材料低溫性能好，高寒冷儲能大有可為.24五、誰能生產出好的磷酸錳鐵鋰:百舸爭流，先發龍頭優勢顯著.255.1 正極廠：德方納米、當升科技、力泰鋰能等.255.1.1 德方納米：液相法優勢顯著，目前在建產能最大.255.1.2 力泰鋰能：深度綁定寧德，未來有望實現大規模放量.265.2 電池廠：寧德時代、比亞迪、國軒高科.275.2.1 寧德時代：布局已久，蓄勢待發.275.2.2 比亞迪：鐵鋰龍頭，錳鐵鋰積極儲備

10、.275.2.3 國軒高科：深耕鐵鋰十余年，注重研發.28六、投資建議.29七、風險提示.29mX9WrPsRrMqNoPtNoN7NaO7NnPpPnPoMiNoOqNfQpNrN9PmNqQxNnPvNxNnQsO磷酸錳鐵鋰專題分析報告- 3 -敬請參閱最后一頁特別聲明圖表目錄圖表目錄圖表 1：LFP 電池系統能量密度變化（Wh/kg）.5圖表 2：NCM 電池系統能量密度變化（Wh/kg）.5圖表 3：不同錳鐵比的 LMFP/C 復合電極材料的 XRD 曲線（x=Fe）. 5圖表 4：NCM523、LFP 以及 LMFP 電化學性能對比.6圖表 5：2020-2025 年全球新能源汽車銷

11、售量/預測（單位：輛，%）.6圖表 6：2015-2022 年碳酸鋰（電池級）價格走勢（萬元/噸）.6圖表 7：2015-2022 年三元材料價格走勢（萬元/噸）.7圖表 8：2017-2022 年磷酸鐵鋰材料（非納米級）價格走勢（萬元/噸）.7圖表 9：LFP 與 LFMP 性能對比.7圖表 10：核殼結構與濃度梯度區別.8圖表 11：不同/有無核殼結構電化學性能對比.8圖表 12：各組比容量對比. 9圖表 13：未包覆碳的 LMFP 首次充放電曲線. 9圖表 14：包覆碳的 LMFP 首次充放電曲線.9圖表 15：1C 電流密度下不同碳包覆量制備的 LMFP 放電循環曲線.10圖表 16：

12、梯度結構 a（碳包覆）/核殼結構 b（殼材料為碳）磷酸錳鐵鋰的扣式電池充放電循環曲線對比.10圖表 17：梯度結構 a（碳包覆）/核殼結構 b（殼材料為碳）磷酸錳鐵鋰的扣式電池倍率性能對比.10圖表 18：LMFP 充放電曲線均有兩個電壓平臺（線 a）.11圖表 19：不同錳鐵比 LMFP 電化學性能.11圖表 20：不同錳鐵比例的 LMFP 放電. 12圖表 21：不同錳鐵比例的 LMFP 在不同倍率下的能量密度（x=Fe）. 12圖表 22：不同錳鐵比例的 LMFP 的倍率性能（x=Mn）.12圖表 23：不同錳鐵比例的 LMFP 的循環性能（x=Mn）.12圖表 24：不同實施/對比例電

13、池性能對比.13圖表 25：不同實施/對比例放電曲線. 13圖表 26：專利實施例安全性能測試結果.13圖表 27：NCM、LFP 以及 LMFP 導電性能參數對比.14圖表 28：LMFP 與 NCM 復合 LMFP 性能對比.14圖表 29：LiMPO4(M=Mn,Fe)結構示意圖.15圖表 30：摻雜鎂前后材料結構圖對比.15圖表 31：摻雜/不摻雜鎂首次充放電比容量對比.15圖表 32：摻雜/不摻雜鎂的 LMFP 在不同倍率性能下放電容量（mAh/g）. 15圖表 33：不摻雜鎂的 LMFP 在不同倍率下放電曲線.16圖表 34：摻雜鎂的 LMFP 在不同倍率下放電曲線.16圖表 35

14、：摻雜/不摻雜鎂的 LMFP 首次充放電曲線.16磷酸錳鐵鋰專題分析報告- 4 -敬請參閱最后一頁特別聲明圖表 36：通式化合物專利定義.17圖表 37：部分企業關于磷酸錳鐵鋰的專利布局.17圖表 38：錳鐵鋰生產方法.19圖表 39：部分企業前段液相法生產 LMFP 前驅體.19圖表 40：各公司制備 LMFP 前驅體流程圖.20圖表 41：1-M 與 2-C 電化學性能對比.20圖表 42：低溫放電曲線.21圖表 43：充放電曲線.21圖表 44：針刺過程電壓、溫度隨時間曲線. 21圖表 45：常溫循環性能.21圖表 46：電池放電倍率對比.21圖表 47：部分企業復合三元的技術路線.22

15、圖表 48：不同比例混合電化學性能對比.22圖表 49：部分企業降本路線.23圖表 50：德方納米新型磷酸鹽系正極材料生產項目投資強度（億元）.23圖表 51：2016-2022 年我國兩輪鋰電兩輪車銷量占比及預測（%）. 23圖表 52：正極材料粒度分布（m）.24圖表 53：力泰鋰能股權結構（2022）.24圖表 54：電化學儲能裝機量分布（2021）.25圖表 55：全球儲能電池出貨量及預測（GWh）.25圖表 56：LMFP 相關研發項目內容（2021）. 26圖表 57：研發人員學歷情況（2021）.26圖表 58：2018-2021 各公司研發支出水平對比（%）. 26圖表 59：

16、2014-2021 年力泰鋰能專利申請數量（項）.26圖表 60：磷酸錳鐵鋰材料（納米 LMFP 晶粒嵌入立體網狀導電體結構的正極材料）的技術性能. 27圖表 61：研發人員學歷情況（2021）.27圖表 62：寧德時代部分 LMFP 相關專利.27圖表 63：比亞迪部分 LMFP 相關專利. 28圖表 64：2019-2022 年比亞迪動力電池裝機量（GWh）. 28圖表 65：2017-2021Q3 各公司研發支出水平對比（%）. 28圖表 66：公司新產品榮譽證書.28磷酸錳鐵鋰專題分析報告- 5 -敬請參閱最后一頁特別聲明一、為什么發展磷酸錳鐵鋰：老樹新枝，本質上為經濟性提升一、為什么

17、發展磷酸錳鐵鋰：老樹新枝，本質上為經濟性提升1.1 鐵鋰路線已接近理論極值鐵鋰路線已接近理論極值近幾年近幾年 LFP 電池能量密度提升迅速已接近極限。電池能量密度提升迅速已接近極限。2010 款比亞迪 E6LFP 電池能量密度僅為 90Wh/kg，隨著電池技術的不斷迭代，根據工信網發布的新能源推廣應用推薦車型目錄，2022 年搭載 LFP 電池系統的最大能量密度為 161.27Wh/kg，并且這一最大值近兩年幾乎沒有變化，自此磷酸錳鐵自此磷酸錳鐵鋰系大發展應運而生。鋰系大發展應運而生。圖表圖表1：LFP電池系統能量密度變化（電池系統能量密度變化（Wh/kg）圖表圖表2：NCM電池系統能量密度變

18、化電池系統能量密度變化（Wh/kg）來源：電車匯，工信網，國金證券研究所注：20 xx 年第 xx 批數據來源：當批目錄最大值來源：OFweek，國金證券研究所1.2 磷酸錳鐵鋰：磷酸錳鐵鋰：LFP 能量密度極值下，鐵鋰破解的新出路能量密度極值下，鐵鋰破解的新出路LMFP：以錳鐵固溶體形式存在而非簡單的物理混合。：以錳鐵固溶體形式存在而非簡單的物理混合。在 LMP 中摻雜 Fe，形成 LMFP 固溶體能很好的結合 LMP 以及 LFP 的優點。根據樣品的 XRD圖 譜 與 LMP 和 LPM 標 準 譜 圖 進 行 對 比 ， 可 以 看 出 ： 在 x 值 為0.1,0.3,0.5,0.7,

19、0.9 的樣品中，并未同時出現 LMP 或 LFP 的峰，說明樣品中 LMP 和 LFP 的混合是以固溶體的形式存在而非簡單的物理混合。圖表圖表3：不同錳鐵比的不同錳鐵比的LMFP/C復合電極材料的復合電極材料的XRD曲線曲線（x=Fe）來源： 磷酸鐵鋰包覆磷酸錳鐵鋰正極材料的制備與電化學性能研究 ，國金證券研究所LFP 能量密度再提升理論上可能性較小。能量密度再提升理論上可能性較小。能量密度=克容量電壓平臺體積。從公式可以看出能量密度在體積一定時只與材料的克容量和電壓平臺有關，電壓平臺與物理結構有關，磷酸鐵鋰材料的電壓平臺為 3.4V；而磷酸鐵鋰克容量目前做到接近 160mAh/g，已經接近

20、理論極限。磷酸錳鐵鋰專題分析報告- 6 -敬請參閱最后一頁特別聲明隨著新能源車需求快速攀升、原材料價格不斷上漲、部分原有電池體系已隨著新能源車需求快速攀升、原材料價格不斷上漲、部分原有電池體系已接近理論極值的情況下，電池廠與正極廠對可以從技術層面上可以提升能接近理論極值的情況下，電池廠與正極廠對可以從技術層面上可以提升能量密度的方案渴望程度進一步提升。量密度的方案渴望程度進一步提升。此前由于磷酸錳鐵鋰性能性能以及生產難生產難度度等問題沉寂了許久，但磷酸鐵鋰電池能量密度接近極值以錳鐵鋰電池技術不斷突破等因素共振，多家廠商因其經濟性經濟性又開始關注磷酸錳鐵鋰。正極廠商：正極廠商：磷酸鐵鋰電壓平臺為

21、 3.4V，而磷酸錳鐵鋰可達 4.1V，理論上 LMFP 能量密度提高 20%+。且錳非稀有金屬，全球錳礦資源非常豐富，磷酸錳鐵鋰成本較磷酸鐵鋰原料成本增加 5-10%左右，錳鐵鋰發展符合經濟性。電池廠商：電池廠商：生產 LMFP 電池與生產 LFP 電池的生產設備變動較小，無需重建產線，變動成本低，符合經濟性。圖表圖表4：NCM523、LFP以及以及LMFP電化學性能對比電化學性能對比NCM523NCM523LFPLFPLMFPLMFP材料結構層狀橄欖石橄欖石導電性能較好優秀一般壓實密度（g/cm3）3.4-3.82.3-2.62.3-2.6電壓平臺（V）2.8-4.53.4 左右4.1 左

22、右理論比容量（mAh/g）273170170實際比容量（mAh/g）155-160140-150140-150循環次數（次）800-20002000-60002000來源：廈塢新能招股說明書，國金證券研究所圖表圖表5：2020-2025年全球新能源汽車銷售量年全球新能源汽車銷售量/預測（單預測（單位：輛，位：輛，%）圖表圖表 6 6：2015-2022年碳酸鋰（電池級）價格走勢（萬元年碳酸鋰（電池級）價格走勢（萬元/ /噸）噸）來源：國金證券研究所測算來源：國金證券研究所測算磷酸錳鐵鋰專題分析報告- 7 -敬請參閱最后一頁特別聲明圖表圖表7：2015-2022年三元材料價格走勢（萬元年三元材料

23、價格走勢（萬元/噸）噸）圖表圖表8：2017-2022年磷酸鐵鋰材料（非納米級）價格走年磷酸鐵鋰材料（非納米級）價格走勢（萬元勢（萬元/噸）噸）來源：中國化學與物理協會，國金證券研究所來源：中國化學與物理協會，國金證券研究所二、什么是好的磷酸錳鐵鋰：突破原有桎皓，方可升華二、什么是好的磷酸錳鐵鋰：突破原有桎皓，方可升華2.1LMFP 存在的性能問題：雙電壓、穩定性、導電率、循環、比容量存在的性能問題：雙電壓、穩定性、導電率、循環、比容量LMFP 作為作為 LFP 的的“升級版升級版” ，雖繼承了 LFP 低成本、高熱穩定性、高安全性等優點，彌補了其能量密度低、低溫穩定性較差等缺點，但 LMFP

24、 也存在導電性能、倍率性能以及循環性能較差等問題。導電性能問題相對簡單，目前行業內大部分企業都已解決；除此之外的雙導電性能問題相對簡單，目前行業內大部分企業都已解決；除此之外的雙電壓、比容量以及循環等問題行業內部分龍頭企業已突破；電壓、比容量以及循環等問題行業內部分龍頭企業已突破；Jahn-Teller 效效應導致的錳析出問題為最大痛點，行業正在突破，少數企業已有進展。應導致的錳析出問題為最大痛點，行業正在突破，少數企業已有進展。圖表圖表9：LFP與與LFMP性能對比性能對比成本成本安全性安全性高溫性能高溫性能能量密度能量密度導電性能導電性能倍率性能倍率性能循環性能循環性能LFPLFP低高優低

25、優優優LFMPLFMP較低高優高差差差來源：國金證券研究所對于比容量以及電導率等可以根據其公式進行定量對于比容量以及電導率等可以根據其公式進行定量/定性分析：定性分析：公式一：活性物質的理論比容量（公式一：活性物質的理論比容量（C0）=26.8103zm/MW，其中，其中C0：活性物質的理論比容量，mAh/g；z：氧化還原反應過程中得失電子數；m：活性物質質量，g；Mw：活性物質的摩爾質量，g/mol公式二：電子電導率（公式二：電子電導率（）=，其中，其中：電子導電率，S/cm；S：活性材料與電解液接觸的表面積，cm2；：活性物質電極的厚度，cm；：電荷轉移阻抗，電池倍率電池倍率：nC，n 是

26、指在一小時內完成充電/放電的次數，n 值越大，充電/放電的倍率越高；倍率性能倍率性能：高倍率下放出的容量越大，性能越好。倍率性能與鋰離子的遷移能力直接相關，所有影響鋰離子遷移速度的因素都會影響鋰離子電池的充放電倍率性能。磷酸錳鐵鋰專題分析報告- 8 -敬請參閱最后一頁特別聲明2.1.1 比容量、穩定性以及循環性能問題：比容量、穩定性以及循環性能問題：Jahn-Teller 效應，效應，Mn3+易溶解，行易溶解，行業正在突破，少數企業已有進展業正在突破，少數企業已有進展原理：原理：1.LMFP 仍存 LMPJahn-Teller 效應（Mn3+富集于正極顆粒表面，扭曲錳氧八面體，進而導致錳析出）

27、 ，結果導致結果導致 SEI 膜增厚膜增厚（消耗活性鋰） 。2.高電位下 MnPO4不穩定。3.錳鐵比增加會增加錳析出概率增大進而導致電極與電解質副反應加劇。4.LMP 晶格易形成部分氧空位。影響：影響：根據公式一，活性鋰減少即 m 下降，理論比容量理論比容量 C0下降下降；同時錳析出導致晶格畸變、結構坍塌，循環穩定性較差以及電池壽命較短循環穩定性較差以及電池壽命較短，材料材料的穩定性也下降。的穩定性也下降。解決：解決：目前主要通過合理調整錳鐵比例（降低錳比例） ，并通過核殼結構改性以及合成具有濃度梯度的錳鐵鋰正極材料等手段減少錳溶解和克服Jahn-Teller 效應。解決一：合成具有濃度梯度

28、或核殼結構的錳鐵鋰正極材料，二者都屬于表解決一：合成具有濃度梯度或核殼結構的錳鐵鋰正極材料，二者都屬于表面改性，減少錳在材料表面的分布進而緩解錳溶解問題。面改性，減少錳在材料表面的分布進而緩解錳溶解問題。圖表圖表10：核殼結構與濃度梯度區別：核殼結構與濃度梯度區別相同相同差異差異具體內容具體內容濃度梯度都屬于表面改性，穩定結構，減少Mn溶出減少表面Mn的含量：沿著徑向方向上，Fe元素濃度上升，而Mn 元素濃度下降將貧錳溶液以1-3L/h的速度加入到富錳溶液中，混合均勻后，將混合溶液加入到磷源溶液中，控制混合溶液中金屬離子與磷源摩爾比為11，在氮氣保護下，進行攪拌并加熱，洗滌干燥后，得到梯度結構

29、的磷酸錳鐵前驅體。核殼結構殼結構包覆在內核LMFP外，減少Mn與電解液的接觸核材料LiaMnbFecDdPO4，其中，a0.85-1.15，b0.65-0.95，c0.049-0.349，d0-0.075；殼材料包括碳和金屬磷酸鹽，金屬選自鎂、鈣、鈷、鎳、銅、鋅、鋁、鎵、鈧、釔、鑭、鈦、鉻、釩、鈮、鋯、鉬、它們中的兩種或更多種的組合、或者上述金屬組分各自與鋰形成的混合物；碳和金屬磷酸鹽可以是以混合物形式存在或者以單獨的殼層形式存在；殼材料中碳的量占核殼材料總重量的0.1-5。來源：CN110416525A，CN104577119B，國金證券研究所核殼結構：殼材料為核殼結構：殼材料為碳和金屬磷酸

30、鹽。碳和金屬磷酸鹽。殼結構包覆在內核 LMFP 外，減少Mn 與電解液的接觸，如上海華誼專利 CN110416525A（2019） ，其殼材料包括碳和金屬磷酸鹽，通過實施例 1與比較例 1 對比，可以看出包覆碳包覆碳+ +金金屬磷酸鹽為殼結構比僅包覆碳的電化學性能更好屬磷酸鹽為殼結構比僅包覆碳的電化學性能更好；通過實施例2 與比較例2和3 對比，可以看出碳碳+ +金屬磷酸鹽為殼結構比無殼結構以及摻雜金屬離子金屬磷酸鹽為殼結構比無殼結構以及摻雜金屬離子（MgMg）的錳鐵鋰電化學性能更好）的錳鐵鋰電化學性能更好。圖表圖表11：不同：不同/有無核殼結構電化學性能對比有無核殼結構電化學性能對比核層核層

31、殼層殼層80%80%常溫循環常溫循環壽命壽命5C5C倍率放電容量倍率放電容量（mAh/gmAh/g）實施例1LiMn0 .9Fe0 .1PO4/C0 .1LiCoPO41100圈130比較例1LiMn0 .9Fe0 .1PO4/C-400圈120實施例2LiMn0 .8Fe0 .2PO41.4%碳+1%AlPO4730圈118比較例2LiMn0 .8Fe0 .2PO4-340圈111比較例3Li1.1Mn0 .8Fe0 .1Mg0.05PO4-680圈117來源：CN110416525A，國金證券研究所磷酸錳鐵鋰專題分析報告- 9 -敬請參閱最后一頁特別聲明核殼結構：殼材料為核殼結構：殼材料為

32、碳，即碳包覆。碳，即碳包覆。碳包覆可以有效阻止磷酸錳鋰顆粒進一步長大以及阻止電解液中 HF 對正極材料的侵蝕作用，提高正極材料的提高正極材料的循環性能等電化學性能循環性能等電化學性能。未包覆 V.S 包覆碳：未包覆碳的 LMFP 首次充放電比容量幾乎為0mAh/g；碳包覆后在 550/600/650下，首次放電比容量分別為140/149/147mAh/g。未包覆 V.S 包覆碳：1C 電流密度下，未包覆碳的 LMFP 比容量為0mAh/g；碳包覆：5/10/15%碳含量循環 100 圈后比容量分別為59.4/76.6/74.4mAh/g。圖表圖表12：各組比容量對比：各組比容量對比碳含量碳含量

33、比容量（比容量（mAh/gmAh/g）錳含量 20%135（循環 80 次后）錳含量 80%60（循環 80 次后）未未/ /包覆碳包覆碳首次充放電比容量（首次充放電比容量（mAh/gmAh/g）未包覆碳0包覆碳140（550）149（600）147（650）未未/ /包覆碳包覆碳1 1C C 循環循環 100100 次后比容量（次后比容量（mAh/gmAh/g）未包覆碳0包覆碳59.4（碳含量 5%）76.6（碳含量 10%）74.4（碳含量 15%）來源：國金證券研究所圖表圖表13：未包覆碳的：未包覆碳的LMFP首次充放電曲線首次充放電曲線圖表圖表14：包覆碳的：包覆碳的LMFP首次充放電

34、曲線首次充放電曲線來源： 橄欖石型鋰離子電池正極材料的制備技術及電池特性研究 ，國金證券研究所來源： 橄欖石型鋰離子電池正極材料的制備技術及電池特性研究 ，國金證券研究所注：1.三條曲線為不同溫度下的充放電曲線；2.碳源：97#汽油磷酸錳鐵鋰專題分析報告- 10 -敬請參閱最后一頁特別聲明圖表圖表15：1C電流密度下不同碳包覆量制備的電流密度下不同碳包覆量制備的LMFP放電循環曲線放電循環曲線來源： 碳摻雜的磷酸錳鐵鋰鋰離子電池正極材料的制備和改性研究 ，國金證券研究所注：1.x%為碳含量，如 0%為碳添加量為 0%；2.碳源：液態丙烯腈（LPAN）濃度梯度：濃度梯度：為減少材料表面的 Mn

35、含量。如國軒高科專利 CN104577119B（2015） ，分別配制富錳溶液和貧錳溶液，通過控制加樣速度，用共沉淀法合成梯度結構的磷酸錳鐵前驅體，再進行摻鋰和高溫煅燒，制備出梯度結構磷酸錳鐵鋰。圖表圖表16：梯度結構梯度結構a（碳包覆）（碳包覆）/核殼結構核殼結構b（殼材料為（殼材料為碳）碳）磷酸錳鐵鋰的扣式電池充放電循環曲線磷酸錳鐵鋰的扣式電池充放電循環曲線對比對比圖表圖表17：梯度結構梯度結構a（碳包覆）（碳包覆）/核殼結構核殼結構b（殼材料為（殼材料為碳）碳）磷酸錳鐵鋰的扣式電池磷酸錳鐵鋰的扣式電池倍率性能對比倍率性能對比來源：CN104577119B，國金證券研究所來源：CN1045

36、77119B，國金證券研究所解決二：降低錳比例。解決二：降低錳比例。錳含量的增加會提高 LMFP 工作電壓，進而有效的提高能量密度，但是會導致導電率和鋰離子傳導率同時下降；錳含量的增加會使電解液接觸錳的數量增加，增加錳在充放電循環中的溶解。根據圖表 14，錳含量為 20/80%時，循環 80 次后比容量分別約為135/60mAh/g，提升 125%。綜述：錳析出問題行業內各企業正在突破，少數企業已有進展，綜述：錳析出問題行業內各企業正在突破，少數企業已有進展，如華誼集團、德方納米采用合成核殼結構的磷酸錳鐵鋰正極材料緩解錳析出問題。2.1.2 雙電壓平臺問題：行業內部分龍頭企業已突破雙電壓平臺問

37、題：行業內部分龍頭企業已突破磷酸錳鐵鋰專題分析報告- 11 -敬請參閱最后一頁特別聲明原理：原理：由于錳、鐵的充放電電壓不同，鐵的電壓平臺低于錳，因此，LMFP 充放電存在兩個電壓平臺，對應錳與鐵的氧化還原，在 3.5V 附近的平臺為 Fe2+轉化為 Fe3+，在 4.1V 附近對應 Mn2+轉化為 Mn3+。圖表圖表18：LMFP充放電曲線均有兩個電壓平臺（線充放電曲線均有兩個電壓平臺（線a）來源： 橄欖石型鋰離子電池正極材料的制備技術及電池特性研究 ，國金證券研究所影響：影響：存在變壓問題，電壓切換會導致后期電池 BMS 難管理等問題。解決：解決：目前主要通過導電物包覆、提高錳比例以及通過

38、 LMFP 與三元材料復合解決雙電壓等、問題。解決一：獨立成組，錳比例越高，電壓平臺越高且單一，但問題越多。解決一：獨立成組，錳比例越高，電壓平臺越高且單一，但問題越多。問題：問題：隨著錳比例的增加，電壓平臺電壓平臺從 3.5V 提升并均可維持在 4.1V左右，當錳鐵比為 9:1 左右時 LMFP 不存在雙電壓問題，可以單獨使用，而鐵元素只起到改性作用；但是比容量比容量呈大幅減少趨勢，倍率性倍率性能能急劇下降，循環穩定性循環穩定性不隨 Mn 比例的增加而改變，但循環性能循環性能下降。解決：合成具有濃度梯度或核殼結構的錳鐵鋰正極材料等方法，減少解決：合成具有濃度梯度或核殼結構的錳鐵鋰正極材料等方

39、法，減少錳在 材料 表面的 分布 進而緩 解錳溶 解問 題。錳在 材料 表面的 分布 進而緩 解錳溶 解問 題。如上海華誼專利（CN110416525A，2019） ，其利用核殼結構緩解錳溶解問題提高材料循環性能和放電容量等；國軒高科專利（CN104577119B，2015） ，其公開了一種具有濃度梯度結構的 LMFP 材料，沿著徑向方向上，Fe 元素濃度上升，而 Mn 元素濃度下降，使得材料具有良好的循環和倍率性能。未來隨著 LMFP 技術的不斷迭代，未來有望實現 LFMP 單獨成組。圖表圖表19：不同錳鐵比：不同錳鐵比LMFP電化學性能電化學性能放電容量放電容量（mAh/gmAh/g）倍率

40、性能（倍率性能（mAh/gmAh/g）0.1C0.1C0.2C0.2C0.5C0.5C1C1C2C2CLFP160160156143140123LiMn0.2Fe0.8PO4162136135130120115LiMn0.4Fe0.6PO41589894857360LiMn0.6Fe0.4PO414410080504038LiMn0.8Fe0.2PO41289060403623LMP623632242120來源： 橄欖石型鋰離子電池正極材料的制備技術及電池特性研究 ，國金證券研究所注：具體數值為根據圖片估計值磷酸錳鐵鋰專題分析報告- 12 -敬請參閱最后一頁特別聲明圖表圖表20：不同錳鐵比例的

41、不同錳鐵比例的LMFP放電放電曲線曲線圖表圖表21：不同錳鐵比例的不同錳鐵比例的LMFP在不同倍率下的能量密在不同倍率下的能量密度（度（x=Fe）來源： 橄欖石型鋰離子電池正極材料的制備技術及電池特性研究 ，國金證券研究所來源： 新一代動力鋰離子電池磷酸錳鋰正極材料的研究現狀與展望 ，國金證券研究所圖表圖表22：不同錳鐵比例的不同錳鐵比例的LMFP的倍率性能（的倍率性能（x=Mn）圖表圖表23：不同錳鐵比例的不同錳鐵比例的LMFP的循環性能（的循環性能（x=Mn）來源： 高性能磷酸鐵錳鋰正極材料的制備及其性能研究 ，國金證券研究所來源： 高性能磷酸鐵錳鋰正極材料的制備及其性能研究 ，國金證券研

42、究所解決二：復合三元。解決二：復合三元。由于三元材料與錳鐵鋰材料電壓平臺接近，復合后不存在雙電壓平臺問題，當錳鐵比為合理時 LMFP 需要與三元材料復合解決雙電壓以及三元安全性等問題。根據專利 CN111883771A（2020） ，其錳鐵比為 6:4，從圖中可以看出，其實施例 3 的放電曲線相對于對比例 3 的純磷酸錳鐵鋰變得光滑且平緩，已沒有明顯的雙平臺曲線。根據專利 CN111048760A（2020） ，摻混 30以上的磷酸錳鐵鋰(實施例 3-7)復合材料可以通過所有安全性能測試，說明摻混后的復合材料的安全性能有顯著的提升。磷酸錳鐵鋰專題分析報告- 13 -敬請參閱最后一頁特別聲明圖表

43、圖表24：不同實施：不同實施/對比例電池性能對比對比例電池性能對比圖表圖表25：不同實施：不同實施/對比例放電曲線對比例放電曲線項目項目序號序號電性能測試電性能測試放放電平電平臺臺0.2C0.2C 放電比容量放電比容量（mAh/gmAh/g）中值電中值電壓（壓（V V）壓實密度壓實密度（g/cm3g/cm3）實施例 3152.13.68643.2平滑曲線實施例 4145.13.63932.8較為平滑曲線對比例 3（LMFP）141.43.74782.35雙平臺對比例 4137.33.59682.5雙平臺來源：CN111883771A，國金證券研究所注：對比例 3 為 LMFP，對比例 4 為鐵

44、鋰與 LMFP 復合材料，實施例 3、4 為三元與 LMFP 復合材料來源：CN111883771A，國金證券研究所注：對比例 3 為 LMFP，對比例 4 為鐵鋰與 LMFP 復合材料，實施例 3 為三元與LMFP 復合材料圖表圖表26：專利實施例安全性能測試結果：專利實施例安全性能測試結果過充過充針刺針刺熱箱熱箱實施例 1(900gLiNi0.5Co0.2Mn0.3O2和100gLiMn0.6Fe0.4PO4)0/31/32/3實施例 2(800gLiNi0.5Co0.2Mn0.3O2和200gLiMn0.6Fe0.4PO4)2/32/33/3實施例 3(700gLiNi0.5Co0.2M

45、n0.3O2和300gLiMn0.6Fe0.4PO4)3/33/33/3實施例 4(600gLiNi0.5Co0.2Mn0.3O2和400gLiMn0.6Fe0.4PO4)3/33/33/3實施例 5(500gLiNi0.5Co0.2Mn0.3O2和500gLiMn0.6Fe0.4PO4)3/33/33/3實施例 6(700gLiNi0.6Co0.2Mn0.2O2和300gLiMn0.6Fe0.4PO4)3/33/33/3實施例 7(700gLiNi0.8Co0.1Mn0.1O2和300gLiMn0.6Fe0.4PO4)3/33/33/3來源：CN111048760A，國金證券研究所解決三：解

46、決三：導電物包覆。導電物包覆。解決雙電壓平臺問題，如根據億緯鋰能相關專利（CN113860280A，2021） ，其采用導電聚合物聚三苯胺包覆 LMFP 正極材料，聚三苯胺自身的充放電性彌補了彌補了 LMFP 雙電壓平臺的不足，從而提雙電壓平臺的不足，從而提升了電池體系的抗過充、過放能力升了電池體系的抗過充、過放能力。綜述：目前行業內部分龍頭企業已突破，綜述：目前行業內部分龍頭企業已突破，如億緯鋰能采用導電物包覆技術路線，斯科蘭德、力泰鋰能以及德方納米等企業通過復合三元技術路線來解決雙電壓問題。2.1.3 導電率低：致低溫性能以及倍率性能差，行業內大多數企業采用多元化導電率低：致低溫性能以及倍

47、率性能差，行業內大多數企業采用多元化技術路線已解決技術路線已解決原理：原理：1.LMFP 具有橄欖石結構，該結構顯著缺點是材料通過 PO4四面體連接，沒有連續的 FeO6（MnO6）共棱八面體網絡，因此無法像鈷酸鋰材料那樣形成連續的 Co-O-Co 結構。限制了鋰離子在一維通道中的運動，鋰鋰離子擴散速率低離子擴散速率低。2.相比 LFP0.3eV 的躍遷能隙，電子在 LMFP 中的躍遷能隙高達 2eV，基本屬于絕緣體，電子導電率以及離子遷移率低電子導電率以及離子遷移率低。磷酸錳鐵鋰專題分析報告- 14 -敬請參閱最后一頁特別聲明圖表圖表27：NCM、LFP以及以及LMFP導電性能參數對比導電性

48、能參數對比NCMNCMLFPLFPLMFPLMFP鋰離子擴散速率（cm2/s）10-9-910-14-1410-15-15電導率（S/cm）10-3-310-9-910-13-13來源： 磷酸錳鐵鋰復合三元體系及對復合方式的研究 ，國金證券研究所影響：影響：低溫性能以及倍率性能主要與電子導電率、鋰離子的擴散速率相關，因而材料倍率性能較差。倍率性能較差。解決：解決：目前主要通過導電劑、碳包覆、復合三元以及金屬離子摻雜等改性手段來改善電導率以及倍率性能較差問題。解決一：導電劑。解決一：導電劑。添加導電劑后可以增加活性物質間的導電接觸，提高電子電導率。解決二：碳包覆。解決二：碳包覆。碳包覆可以通過碳

49、層和顆粒的相互接觸，形成良好的導電網絡，提高材料導電率提高材料導電率。解決三：復合三元。解決三：復合三元。如德方納米專利（CN108598386A，2018） ，提供一種核殼結構的磷酸錳鐵鋰基復合材料，三元材料作為外殼包覆在磷酸錳鐵鋰外面，提高 LMFP 內部電子導電性，使鋰離子遷移速度加快，從而提高材料導電性，提高材料的低溫性能和倍率性能。復合三元后低溫容量保持率提升 3.52%，首次放電比容量以及 1C 放電比容量都明顯高于 LMFP，倍率性能也有明顯提升。圖表圖表28：LMFP與與NCM復合復合LMFP性能對比性能對比實施例（不同比例的實施例（不同比例的 NCMNCM 與與 LMFPLM

50、FP 復合）復合）對比例對比例（LMFPLMFP）檢測項目檢測項目檢測標準檢測標準1 12 23 31 1首次放電比容量（mAh/g）IEC61960157163.6160.91560.2C 中值電壓（V）IEC619613.973.943.953.981C 放電克容量（mAh/g）IEC61962147.2155.7151.11471.0C 中值電壓（V）IEC619633.823.783.83.85低溫容量保持率（%）/74.4970.97極限壓實密度 g/cm32.32-2.352.55-2.602.45-2.502.28-2.32來源：CN108598386A，國金證券研究所解決四解決