磷酸锰铁锂行业专题报告：电池前瞻研究系列专题（二）固溶体是本质析出是现象看好液相法-220521（30页）.pdf

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1、- 1 -敬请参阅最后一页特别声明本报告的主要看点本报告的主要看点：1.从技术及生产角度把困扰锰铁锂行业发展的掣肘逐一讲明主要包括：锰析出所带来的一些列问题、双电压、导电性等并阐述各家公司解决方法,强调锰铁锂生产时均一性为最重要步骤。2.通过多维度分析各家生产、使用锰铁锂企业的技术、进度、特性并对未来竞争格局做出判断：看好液相法先发优势企业及龙头电池厂。3.从经济性及生产的角度阐明锰铁锂行业进度及未来发展趋势。陈传红陈传红分析师分析师 SAC 执业编号：执业编号：S薛少龙薛少龙联系人联系人固溶体是本质，析出是现象，看好液相法固溶体是本质，析出是现象，看好液相法电池前瞻研究系列专题（二电池前瞻研

2、究系列专题（二 ）行业观点行业观点我们通过五个维度系统分析锰铁锂整个产业链演化，得出主要结论如下我们通过五个维度系统分析锰铁锂整个产业链演化，得出主要结论如下：1.锰铁锂和铁锂是否可以共存核心取决于锰铁锂技术发展。2.先发头部公司竞争能力得到强化有望获得超额收益，其核心来自于工艺沉淀；3.锰铁锂商业化已达第二章（动力装车在即） ，随着 22 年底头部企业有望动力电池装车，届时整个产业链将迎来新篇章。为什么发展磷酸锰铁锂：老树新枝，本质上为经济性提升。为什么发展磷酸锰铁锂：老树新枝，本质上为经济性提升。近几年 LFP 电池能量密度提升迅速已接近极限。据工信网发布的新能源推广应用推荐车型目录，20

3、22 年搭载 LFP 电池系统的最大能量密度为 161.27 Wh/kg，并且这一最大值近两年几乎没有变化。电池厂与正极厂对可以从原理层面上可以提升能量密度的方案渴望程度进一步提升，自此磷酸锰铁锂系大发展应运而生。什么是好的磷酸锰铁锂：均一固溶体是本质，析出是现象。什么是好的磷酸锰铁锂：均一固溶体是本质，析出是现象。LFMP 因继承LFP 磷酸根结构体系为橄榄石结构，导致其导电性能、倍率性能低，且由于锰等金属加入导致存在双电压、J-T 效应最终导致比容量低、稳定性差。目前导电性、倍率、双电压行业已解决，锰析出所引出的问题为行业目前导电性、倍率、双电压行业已解决，锰析出所引出的问题为行业最大掣肘

4、，而均一固溶体形成为锰析出最大痛点，行业少部分企业已突破最大掣肘，而均一固溶体形成为锰析出最大痛点，行业少部分企业已突破（掺杂、核壳结构改变等（掺杂、核壳结构改变等） 。如何生产出好的磷酸锰铁锂：两种路线，液相法最优。如何生产出好的磷酸锰铁锂：两种路线，液相法最优。目前生产锰铁锂主要有液相法液相法和半固半液半固半液两种方法。LMFP 与 LFP 生产工艺有所不同，由于锰铁需要形成均一的固溶体才能成生产出品质较高的锰铁锂，因此生产高品质锰铁锂大概率要基于液相法，液相法企业先发优势显著。磷酸锰铁锂的未来在哪里：先两轮，再复合，终章为独立成组。首磷酸锰铁锂的未来在哪里：先两轮，再复合，终章为独立成组

5、。首先先LMFP+LMO 产品凭借安全性与循环寿命等优势已率先进入两轮电动车终端。现在现在:LMFP+NCM 复合产品相较 NCM 在安全性与循环性能大幅提升，且制造成本降低，成为车端商业化落地的开端。未来：未来：理论上随着锰比例的不断增高，LMFP 综合能力密度提升越高，进而其经济性提升越高，但由于锰析出、导电率等问题尚未完美解决，未来随着企业攻克生产难题，LMFP 独立成组有望落地。谁能生产出好的磷酸锰铁锂谁能生产出好的磷酸锰铁锂:百舸争流，先发龙头优势显著。百舸争流，先发龙头优势显著。随着 21、22年锰铁锂产业链迅速发展，正极&电池行业巨头纷纷加码布局。正极：正极：以液相法龙头德方纳米

6、产能扩张最为迅速，目前规划产能已达 44 万吨，其余如力泰锂能、当升科技等也纷纷公告其扩产规划。电池：电池：今年来宁德、比亚迪、国轩高科等电池厂龙头纷纷公告或加速研发锰铁锂系电池。投资建议投资建议随着铁锂正极能量密度已近理论极值，锰铁锂或将成为铁锂企业第二成长曲线。随着锰铁锂行业在 21、22 年迅猛发展，产业商业化&规模化在即，我们建议关注已在该行业完成突破拥有先发优势的企业。重点推荐：重点推荐：德方纳米；建议关注：建议关注：宁德时代、比亚迪、当升科技、力泰锂能等。风险提示风险提示新能源汽车销量不及预期；市场竞争加剧风险；行业产能过剩的风险。2022 年年 05 月月 21 日日磷酸锰铁锂专

7、题报告行业专题研究报告行业专题研究报告(深度深度)证券研究报告新能源新能源与汽车研究中心与汽车研究中心 磷酸锰铁锂专题分析报告- 2 -敬请参阅最后一页特别声明内容目录内容目录一、为什么发展磷酸锰铁锂：老树新枝，本质上为经济性提升.51.1 铁锂路线已接近理论极值.51.2 磷酸锰铁锂：LFP 能量密度极值下，铁锂破解的新出路.5二、什么是好的磷酸锰铁锂：突破原有桎皓，方可升华.72.1LMFP 存在的性能问题：双电压、稳定性、导电率、循环、比容量.72.1.1 比容量、稳定性以及循环性能问题：Jahn-Teller 效应，Mn3+易溶解，行业正在突破，少数企业已有进展. 82.1.2 双电压

8、平台问题：行业内部分龙头企业已突破.102.1.3 导电率低：致低温性能以及倍率性能差，行业内大多数企业采用多元化技术路线已解决.132.2 专利：锰铁锂无通式化合物专利.16三、如何生产出好的磷酸锰铁锂：两种路线，液相法最优.183.1 两种路线：液相法与半固半液法.183.2 复合三元生产：各企业技术路线百花齐放. 203.3 降本路线：增加原材料选取范围、工艺改良、回收.223.4 投资强度：2 亿左右，略大于铁锂.23四、磷酸锰铁锂的未来在哪里：先两轮，再复合，终章为独立成组.234.1 商业化路线：两轮电动车复合三元独立使用. 234.1.1 两轮电动车：已进终端，放量在即. 234

9、.1.2 复合三元：商业化落地的开始.244.1.3 单独使用为终章.244.2 龙头布局：宁德时代将推出 M3P 电池，德方纳米新建年产 44 万吨产能项目.244.3LMFP 复合材料低温性能好，高寒冷储能大有可为.24五、谁能生产出好的磷酸锰铁锂:百舸争流，先发龙头优势显著.255.1 正极厂：德方纳米、当升科技、力泰锂能等.255.1.1 德方纳米：液相法优势显著，目前在建产能最大.255.1.2 力泰锂能：深度绑定宁德，未来有望实现大规模放量.265.2 电池厂：宁德时代、比亚迪、国轩高科.275.2.1 宁德时代：布局已久，蓄势待发.275.2.2 比亚迪：铁锂龙头，锰铁锂积极储备

10、.275.2.3 国轩高科：深耕铁锂十余年，注重研发.28六、投资建议.29七、风险提示.29mX9WrPsRrMqNoPtNoN7NaO7NnPpPnPoMiNoOqNfQpNrN9PmNqQxNnPvNxNnQsO磷酸锰铁锂专题分析报告- 3 -敬请参阅最后一页特别声明图表目录图表目录图表 1：LFP 电池系统能量密度变化（Wh/kg）.5图表 2：NCM 电池系统能量密度变化（Wh/kg）.5图表 3：不同锰铁比的 LMFP/C 复合电极材料的 XRD 曲线（x=Fe）. 5图表 4：NCM523、LFP 以及 LMFP 电化学性能对比.6图表 5：2020-2025 年全球新能源汽车销

11、售量/预测（单位：辆，%）.6图表 6：2015-2022 年碳酸锂（电池级）价格走势（万元/吨）.6图表 7：2015-2022 年三元材料价格走势（万元/吨）.7图表 8：2017-2022 年磷酸铁锂材料（非纳米级）价格走势（万元/吨）.7图表 9：LFP 与 LFMP 性能对比.7图表 10：核壳结构与浓度梯度区别.8图表 11：不同/有无核壳结构电化学性能对比.8图表 12：各组比容量对比. 9图表 13：未包覆碳的 LMFP 首次充放电曲线. 9图表 14：包覆碳的 LMFP 首次充放电曲线.9图表 15：1C 电流密度下不同碳包覆量制备的 LMFP 放电循环曲线.10图表 16：

12、梯度结构 a（碳包覆）/核壳结构 b（壳材料为碳）磷酸锰铁锂的扣式电池充放电循环曲线对比.10图表 17：梯度结构 a（碳包覆）/核壳结构 b（壳材料为碳）磷酸锰铁锂的扣式电池倍率性能对比.10图表 18：LMFP 充放电曲线均有两个电压平台（线 a）.11图表 19：不同锰铁比 LMFP 电化学性能.11图表 20：不同锰铁比例的 LMFP 放电. 12图表 21：不同锰铁比例的 LMFP 在不同倍率下的能量密度（x=Fe）. 12图表 22：不同锰铁比例的 LMFP 的倍率性能（x=Mn）.12图表 23：不同锰铁比例的 LMFP 的循环性能（x=Mn）.12图表 24：不同实施/对比例电

13、池性能对比.13图表 25：不同实施/对比例放电曲线. 13图表 26：专利实施例安全性能测试结果.13图表 27：NCM、LFP 以及 LMFP 导电性能参数对比.14图表 28：LMFP 与 NCM 复合 LMFP 性能对比.14图表 29：LiMPO4(M=Mn,Fe)结构示意图.15图表 30：掺杂镁前后材料结构图对比.15图表 31：掺杂/不掺杂镁首次充放电比容量对比.15图表 32：掺杂/不掺杂镁的 LMFP 在不同倍率性能下放电容量（mAh/g）. 15图表 33：不掺杂镁的 LMFP 在不同倍率下放电曲线.16图表 34：掺杂镁的 LMFP 在不同倍率下放电曲线.16图表 35

14、：掺杂/不掺杂镁的 LMFP 首次充放电曲线.16磷酸锰铁锂专题分析报告- 4 -敬请参阅最后一页特别声明图表 36：通式化合物专利定义.17图表 37：部分企业关于磷酸锰铁锂的专利布局.17图表 38：锰铁锂生产方法.19图表 39：部分企业前段液相法生产 LMFP 前驱体.19图表 40：各公司制备 LMFP 前驱体流程图.20图表 41：1-M 与 2-C 电化学性能对比.20图表 42：低温放电曲线.21图表 43：充放电曲线.21图表 44：针刺过程电压、温度随时间曲线. 21图表 45：常温循环性能.21图表 46：电池放电倍率对比.21图表 47：部分企业复合三元的技术路线.22

15、图表 48：不同比例混合电化学性能对比.22图表 49：部分企业降本路线.23图表 50：德方纳米新型磷酸盐系正极材料生产项目投资强度（亿元）.23图表 51：2016-2022 年我国两轮锂电两轮车销量占比及预测（%）. 23图表 52：正极材料粒度分布（m）.24图表 53：力泰锂能股权结构（2022）.24图表 54：电化学储能装机量分布（2021）.25图表 55：全球储能电池出货量及预测（GWh）.25图表 56：LMFP 相关研发项目内容（2021）. 26图表 57：研发人员学历情况（2021）.26图表 58：2018-2021 各公司研发支出水平对比（%）. 26图表 59：

16、2014-2021 年力泰锂能专利申请数量（项）.26图表 60：磷酸锰铁锂材料（纳米 LMFP 晶粒嵌入立体网状导电体结构的正极材料）的技术性能. 27图表 61：研发人员学历情况（2021）.27图表 62：宁德时代部分 LMFP 相关专利.27图表 63：比亚迪部分 LMFP 相关专利. 28图表 64：2019-2022 年比亚迪动力电池装机量（GWh）. 28图表 65：2017-2021Q3 各公司研发支出水平对比（%）. 28图表 66：公司新产品荣誉证书.28磷酸锰铁锂专题分析报告- 5 -敬请参阅最后一页特别声明一、为什么发展磷酸锰铁锂：老树新枝，本质上为经济性提升一、为什么

17、发展磷酸锰铁锂：老树新枝，本质上为经济性提升1.1 铁锂路线已接近理论极值铁锂路线已接近理论极值近几年近几年 LFP 电池能量密度提升迅速已接近极限。电池能量密度提升迅速已接近极限。2010 款比亚迪 E6LFP 电池能量密度仅为 90Wh/kg，随着电池技术的不断迭代，根据工信网发布的新能源推广应用推荐车型目录，2022 年搭载 LFP 电池系统的最大能量密度为 161.27Wh/kg，并且这一最大值近两年几乎没有变化，自此磷酸锰铁自此磷酸锰铁锂系大发展应运而生。锂系大发展应运而生。图表图表1：LFP电池系统能量密度变化（电池系统能量密度变化（Wh/kg）图表图表2：NCM电池系统能量密度变

18、化电池系统能量密度变化（Wh/kg）来源：电车汇，工信网，国金证券研究所注：20 xx 年第 xx 批数据来源：当批目录最大值来源：OFweek，国金证券研究所1.2 磷酸锰铁锂：磷酸锰铁锂：LFP 能量密度极值下，铁锂破解的新出路能量密度极值下，铁锂破解的新出路LMFP：以锰铁固溶体形式存在而非简单的物理混合。：以锰铁固溶体形式存在而非简单的物理混合。在 LMP 中掺杂 Fe，形成 LMFP 固溶体能很好的结合 LMP 以及 LFP 的优点。根据样品的 XRD图 谱 与 LMP 和 LPM 标 准 谱 图 进 行 对 比 ， 可 以 看 出 ： 在 x 值 为0.1,0.3,0.5,0.7,

19、0.9 的样品中，并未同时出现 LMP 或 LFP 的峰，说明样品中 LMP 和 LFP 的混合是以固溶体的形式存在而非简单的物理混合。图表图表3：不同锰铁比的不同锰铁比的LMFP/C复合电极材料的复合电极材料的XRD曲线曲线（x=Fe）来源： 磷酸铁锂包覆磷酸锰铁锂正极材料的制备与电化学性能研究 ，国金证券研究所LFP 能量密度再提升理论上可能性较小。能量密度再提升理论上可能性较小。能量密度=克容量电压平台体积。从公式可以看出能量密度在体积一定时只与材料的克容量和电压平台有关，电压平台与物理结构有关，磷酸铁锂材料的电压平台为 3.4V；而磷酸铁锂克容量目前做到接近 160mAh/g，已经接近

20、理论极限。磷酸锰铁锂专题分析报告- 6 -敬请参阅最后一页特别声明随着新能源车需求快速攀升、原材料价格不断上涨、部分原有电池体系已随着新能源车需求快速攀升、原材料价格不断上涨、部分原有电池体系已接近理论极值的情况下，电池厂与正极厂对可以从技术层面上可以提升能接近理论极值的情况下，电池厂与正极厂对可以从技术层面上可以提升能量密度的方案渴望程度进一步提升。量密度的方案渴望程度进一步提升。此前由于磷酸锰铁锂性能性能以及生产难生产难度度等问题沉寂了许久，但磷酸铁锂电池能量密度接近极值以锰铁锂电池技术不断突破等因素共振，多家厂商因其经济性经济性又开始关注磷酸锰铁锂。正极厂商：正极厂商：磷酸铁锂电压平台为

21、 3.4V，而磷酸锰铁锂可达 4.1V，理论上 LMFP 能量密度提高 20%+。且锰非稀有金属，全球锰矿资源非常丰富，磷酸锰铁锂成本较磷酸铁锂原料成本增加 5-10%左右，锰铁锂发展符合经济性。电池厂商：电池厂商：生产 LMFP 电池与生产 LFP 电池的生产设备变动较小，无需重建产线，变动成本低，符合经济性。图表图表4：NCM523、LFP以及以及LMFP电化学性能对比电化学性能对比NCM523NCM523LFPLFPLMFPLMFP材料结构层状橄榄石橄榄石导电性能较好优秀一般压实密度（g/cm3）3.4-3.82.3-2.62.3-2.6电压平台（V）2.8-4.53.4 左右4.1 左

22、右理论比容量（mAh/g）273170170实际比容量（mAh/g）155-160140-150140-150循环次数（次）800-20002000-60002000来源：厦坞新能招股说明书，国金证券研究所图表图表5：2020-2025年全球新能源汽车销售量年全球新能源汽车销售量/预测（单预测（单位：辆，位：辆，%）图表图表 6 6：2015-2022年碳酸锂（电池级）价格走势（万元年碳酸锂（电池级）价格走势（万元/ /吨）吨）来源：国金证券研究所测算来源：国金证券研究所测算磷酸锰铁锂专题分析报告- 7 -敬请参阅最后一页特别声明图表图表7：2015-2022年三元材料价格走势（万元年三元材料

23、价格走势（万元/吨）吨）图表图表8：2017-2022年磷酸铁锂材料（非纳米级）价格走年磷酸铁锂材料（非纳米级）价格走势（万元势（万元/吨）吨）来源：中国化学与物理协会，国金证券研究所来源：中国化学与物理协会，国金证券研究所二、什么是好的磷酸锰铁锂：突破原有桎皓，方可升华二、什么是好的磷酸锰铁锂：突破原有桎皓，方可升华2.1LMFP 存在的性能问题：双电压、稳定性、导电率、循环、比容量存在的性能问题：双电压、稳定性、导电率、循环、比容量LMFP 作为作为 LFP 的的“升级版升级版” ，虽继承了 LFP 低成本、高热稳定性、高安全性等优点，弥补了其能量密度低、低温稳定性较差等缺点，但 LMFP

24、 也存在导电性能、倍率性能以及循环性能较差等问题。导电性能问题相对简单，目前行业内大部分企业都已解决；除此之外的双导电性能问题相对简单，目前行业内大部分企业都已解决；除此之外的双电压、比容量以及循环等问题行业内部分龙头企业已突破；电压、比容量以及循环等问题行业内部分龙头企业已突破；Jahn-Teller 效效应导致的锰析出问题为最大痛点，行业正在突破，少数企业已有进展。应导致的锰析出问题为最大痛点，行业正在突破，少数企业已有进展。图表图表9：LFP与与LFMP性能对比性能对比成本成本安全性安全性高温性能高温性能能量密度能量密度导电性能导电性能倍率性能倍率性能循环性能循环性能LFPLFP低高优低

25、优优优LFMPLFMP较低高优高差差差来源：国金证券研究所对于比容量以及电导率等可以根据其公式进行定量对于比容量以及电导率等可以根据其公式进行定量/定性分析：定性分析：公式一：活性物质的理论比容量（公式一：活性物质的理论比容量（C0）=26.8103zm/MW，其中，其中C0：活性物质的理论比容量，mAh/g；z：氧化还原反应过程中得失电子数；m：活性物质质量，g；Mw：活性物质的摩尔质量，g/mol公式二：电子电导率（公式二：电子电导率（）=，其中，其中：电子导电率，S/cm；S：活性材料与电解液接触的表面积，cm2；：活性物质电极的厚度，cm；：电荷转移阻抗，电池倍率电池倍率：nC，n 是

26、指在一小时内完成充电/放电的次数，n 值越大，充电/放电的倍率越高；倍率性能倍率性能：高倍率下放出的容量越大，性能越好。倍率性能与锂离子的迁移能力直接相关，所有影响锂离子迁移速度的因素都会影响锂离子电池的充放电倍率性能。磷酸锰铁锂专题分析报告- 8 -敬请参阅最后一页特别声明2.1.1 比容量、稳定性以及循环性能问题：比容量、稳定性以及循环性能问题：Jahn-Teller 效应，效应，Mn3+易溶解，行易溶解，行业正在突破，少数企业已有进展业正在突破，少数企业已有进展原理：原理：1.LMFP 仍存 LMPJahn-Teller 效应（Mn3+富集于正极颗粒表面，扭曲锰氧八面体，进而导致锰析出）

27、 ，结果导致结果导致 SEI 膜增厚膜增厚（消耗活性锂） 。2.高电位下 MnPO4不稳定。3.锰铁比增加会增加锰析出概率增大进而导致电极与电解质副反应加剧。4.LMP 晶格易形成部分氧空位。影响：影响：根据公式一，活性锂减少即 m 下降，理论比容量理论比容量 C0下降下降；同时锰析出导致晶格畸变、结构坍塌，循环稳定性较差以及电池寿命较短循环稳定性较差以及电池寿命较短，材料材料的稳定性也下降。的稳定性也下降。解决：解决：目前主要通过合理调整锰铁比例（降低锰比例） ，并通过核壳结构改性以及合成具有浓度梯度的锰铁锂正极材料等手段减少锰溶解和克服Jahn-Teller 效应。解决一：合成具有浓度梯度

28、或核壳结构的锰铁锂正极材料，二者都属于表解决一：合成具有浓度梯度或核壳结构的锰铁锂正极材料，二者都属于表面改性，减少锰在材料表面的分布进而缓解锰溶解问题。面改性，减少锰在材料表面的分布进而缓解锰溶解问题。图表图表10：核壳结构与浓度梯度区别：核壳结构与浓度梯度区别相同相同差异差异具体内容具体内容浓度梯度都属于表面改性，稳定结构，减少Mn溶出减少表面Mn的含量：沿着径向方向上，Fe元素浓度上升，而Mn 元素浓度下降将贫锰溶液以1-3L/h的速度加入到富锰溶液中，混合均匀后，将混合溶液加入到磷源溶液中，控制混合溶液中金属离子与磷源摩尔比为11，在氮气保护下，进行搅拌并加热，洗涤干燥后，得到梯度结构

29、的磷酸锰铁前驱体。核壳结构壳结构包覆在内核LMFP外，减少Mn与电解液的接触核材料LiaMnbFecDdPO4，其中，a0.85-1.15，b0.65-0.95，c0.049-0.349，d0-0.075；壳材料包括碳和金属磷酸盐，金属选自镁、钙、钴、镍、铜、锌、铝、镓、钪、钇、镧、钛、铬、钒、铌、锆、钼、它们中的两种或更多种的组合、或者上述金属组分各自与锂形成的混合物；碳和金属磷酸盐可以是以混合物形式存在或者以单独的壳层形式存在；壳材料中碳的量占核壳材料总重量的0.1-5。来源：CN110416525A，CN104577119B，国金证券研究所核壳结构：壳材料为核壳结构：壳材料为碳和金属磷酸

30、盐。碳和金属磷酸盐。壳结构包覆在内核 LMFP 外，减少Mn 与电解液的接触，如上海华谊专利 CN110416525A（2019） ，其壳材料包括碳和金属磷酸盐，通过实施例 1与比较例 1 对比，可以看出包覆碳包覆碳+ +金金属磷酸盐为壳结构比仅包覆碳的电化学性能更好属磷酸盐为壳结构比仅包覆碳的电化学性能更好；通过实施例2 与比较例2和3 对比，可以看出碳碳+ +金属磷酸盐为壳结构比无壳结构以及掺杂金属离子金属磷酸盐为壳结构比无壳结构以及掺杂金属离子（MgMg）的锰铁锂电化学性能更好）的锰铁锂电化学性能更好。图表图表11：不同：不同/有无核壳结构电化学性能对比有无核壳结构电化学性能对比核层核层

31、壳层壳层80%80%常温循环常温循环寿命寿命5C5C倍率放电容量倍率放电容量（mAh/gmAh/g）实施例1LiMn0 .9Fe0 .1PO4/C0 .1LiCoPO41100圈130比较例1LiMn0 .9Fe0 .1PO4/C-400圈120实施例2LiMn0 .8Fe0 .2PO41.4%碳+1%AlPO4730圈118比较例2LiMn0 .8Fe0 .2PO4-340圈111比较例3Li1.1Mn0 .8Fe0 .1Mg0.05PO4-680圈117来源：CN110416525A，国金证券研究所磷酸锰铁锂专题分析报告- 9 -敬请参阅最后一页特别声明核壳结构：壳材料为核壳结构：壳材料为

32、碳，即碳包覆。碳，即碳包覆。碳包覆可以有效阻止磷酸锰锂颗粒进一步长大以及阻止电解液中 HF 对正极材料的侵蚀作用，提高正极材料的提高正极材料的循环性能等电化学性能循环性能等电化学性能。未包覆 V.S 包覆碳：未包覆碳的 LMFP 首次充放电比容量几乎为0mAh/g；碳包覆后在 550/600/650下，首次放电比容量分别为140/149/147mAh/g。未包覆 V.S 包覆碳：1C 电流密度下，未包覆碳的 LMFP 比容量为0mAh/g；碳包覆：5/10/15%碳含量循环 100 圈后比容量分别为59.4/76.6/74.4mAh/g。图表图表12：各组比容量对比：各组比容量对比碳含量碳含量

33、比容量（比容量（mAh/gmAh/g）锰含量 20%135（循环 80 次后）锰含量 80%60（循环 80 次后）未未/ /包覆碳包覆碳首次充放电比容量（首次充放电比容量（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 循环循环 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%）来源：国金证券研究所图表图表13：未包覆碳的：未包覆碳的LMFP首次充放电曲线首次充放电曲线图表图表14：包覆碳的：包覆碳的LMFP首次充放电

34、曲线首次充放电曲线来源： 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 ，国金证券研究所来源： 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 ，国金证券研究所注：1.三条曲线为不同温度下的充放电曲线；2.碳源：97#汽油磷酸锰铁锂专题分析报告- 10 -敬请参阅最后一页特别声明图表图表15：1C电流密度下不同碳包覆量制备的电流密度下不同碳包覆量制备的LMFP放电循环曲线放电循环曲线来源： 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 ，国金证券研究所注：1.x%为碳含量，如 0%为碳添加量为 0%；2.碳源：液态丙烯腈（LPAN）浓度梯度：浓度梯度：为减少材料表面的 Mn

35、含量。如国轩高科专利 CN104577119B（2015） ，分别配制富锰溶液和贫锰溶液，通过控制加样速度，用共沉淀法合成梯度结构的磷酸锰铁前驱体，再进行掺锂和高温煅烧，制备出梯度结构磷酸锰铁锂。图表图表16：梯度结构梯度结构a（碳包覆）（碳包覆）/核壳结构核壳结构b（壳材料为（壳材料为碳）碳）磷酸锰铁锂的扣式电池充放电循环曲线磷酸锰铁锂的扣式电池充放电循环曲线对比对比图表图表17：梯度结构梯度结构a（碳包覆）（碳包覆）/核壳结构核壳结构b（壳材料为（壳材料为碳）碳）磷酸锰铁锂的扣式电池磷酸锰铁锂的扣式电池倍率性能对比倍率性能对比来源：CN104577119B，国金证券研究所来源：CN1045

36、77119B，国金证券研究所解决二：降低锰比例。解决二：降低锰比例。锰含量的增加会提高 LMFP 工作电压，进而有效的提高能量密度，但是会导致导电率和锂离子传导率同时下降；锰含量的增加会使电解液接触锰的数量增加，增加锰在充放电循环中的溶解。根据图表 14，锰含量为 20/80%时，循环 80 次后比容量分别约为135/60mAh/g，提升 125%。综述：锰析出问题行业内各企业正在突破，少数企业已有进展，综述：锰析出问题行业内各企业正在突破，少数企业已有进展，如华谊集团、德方纳米采用合成核壳结构的磷酸锰铁锂正极材料缓解锰析出问题。2.1.2 双电压平台问题：行业内部分龙头企业已突破双电压平台问

37、题：行业内部分龙头企业已突破磷酸锰铁锂专题分析报告- 11 -敬请参阅最后一页特别声明原理：原理：由于锰、铁的充放电电压不同，铁的电压平台低于锰，因此，LMFP 充放电存在两个电压平台，对应锰与铁的氧化还原，在 3.5V 附近的平台为 Fe2+转化为 Fe3+，在 4.1V 附近对应 Mn2+转化为 Mn3+。图表图表18：LMFP充放电曲线均有两个电压平台（线充放电曲线均有两个电压平台（线a）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 ，国金证券研究所影响：影响：存在变压问题，电压切换会导致后期电池 BMS 难管理等问题。解决：解决：目前主要通过导电物包覆、提高锰比例以及通过

38、 LMFP 与三元材料复合解决双电压等、问题。解决一：独立成组，锰比例越高，电压平台越高且单一，但问题越多。解决一：独立成组，锰比例越高，电压平台越高且单一，但问题越多。问题：问题：随着锰比例的增加，电压平台电压平台从 3.5V 提升并均可维持在 4.1V左右，当锰铁比为 9:1 左右时 LMFP 不存在双电压问题，可以单独使用，而铁元素只起到改性作用；但是比容量比容量呈大幅减少趋势，倍率性倍率性能能急剧下降，循环稳定性循环稳定性不随 Mn 比例的增加而改变，但循环性能循环性能下降。解决：合成具有浓度梯度或核壳结构的锰铁锂正极材料等方法，减少解决：合成具有浓度梯度或核壳结构的锰铁锂正极材料等方

39、法，减少锰在 材料 表面的 分布 进而缓 解锰溶 解问 题。锰在 材料 表面的 分布 进而缓 解锰溶 解问 题。如上海华谊专利（CN110416525A，2019） ，其利用核壳结构缓解锰溶解问题提高材料循环性能和放电容量等；国轩高科专利（CN104577119B，2015） ，其公开了一种具有浓度梯度结构的 LMFP 材料，沿着径向方向上，Fe 元素浓度上升，而 Mn 元素浓度下降，使得材料具有良好的循环和倍率性能。未来随着 LMFP 技术的不断迭代，未来有望实现 LFMP 单独成组。图表图表19：不同锰铁比：不同锰铁比LMFP电化学性能电化学性能放电容量放电容量（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 ，国金证券研究所注：具体数值为根据图片估计值磷酸锰铁锂专题分析报告- 12 -敬请参阅最后一页特别声明图表图表20：不同锰铁比例的

41、不同锰铁比例的LMFP放电放电曲线曲线图表图表21：不同锰铁比例的不同锰铁比例的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）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 ，国金证券研究所来源： 新一代动力锂离子电池磷酸锰锂正极材料的研究现状与展望 ，国金证券研究所图表图表22：不同锰铁比例的不同锰铁比例的LMFP的倍率性能（的倍率性能（x=Mn）图表图表23：不同锰铁比例的不同锰铁比例的LMFP的循环性能（的循环性能（x=Mn）来源： 高性能磷酸铁锰锂正极材料的制备及其性能研究 ，国金证券研究所来源： 高性能磷酸铁锰锂正极材料的制备及其性能研究 ，国金证券研

42、究所解决二：复合三元。解决二：复合三元。由于三元材料与锰铁锂材料电压平台接近，复合后不存在双电压平台问题，当锰铁比为合理时 LMFP 需要与三元材料复合解决双电压以及三元安全性等问题。根据专利 CN111883771A（2020） ，其锰铁比为 6:4，从图中可以看出，其实施例 3 的放电曲线相对于对比例 3 的纯磷酸锰铁锂变得光滑且平缓，已没有明显的双平台曲线。根据专利 CN111048760A（2020） ，掺混 30以上的磷酸锰铁锂(实施例 3-7)复合材料可以通过所有安全性能测试，说明掺混后的复合材料的安全性能有显著的提升。磷酸锰铁锂专题分析报告- 13 -敬请参阅最后一页特别声明图表

43、图表24：不同实施：不同实施/对比例电池性能对比对比例电池性能对比图表图表25：不同实施：不同实施/对比例放电曲线对比例放电曲线项目项目序号序号电性能测试电性能测试放放电平电平台台0.2C0.2C 放电比容量放电比容量（mAh/gmAh/g）中值电中值电压（压（V V）压实密度压实密度（g/cm3g/cm3）实施例 3152.13.68643.2平滑曲线实施例 4145.13.63932.8较为平滑曲线对比例 3（LMFP）141.43.74782.35双平台对比例 4137.33.59682.5双平台来源：CN111883771A，国金证券研究所注：对比例 3 为 LMFP，对比例 4 为铁

44、锂与 LMFP 复合材料，实施例 3、4 为三元与 LMFP 复合材料来源：CN111883771A，国金证券研究所注：对比例 3 为 LMFP，对比例 4 为铁锂与 LMFP 复合材料，实施例 3 为三元与LMFP 复合材料图表图表26：专利实施例安全性能测试结果：专利实施例安全性能测试结果过充过充针刺针刺热箱热箱实施例 1(900gLiNi0.5Co0.2Mn0.3O2和100gLiMn0.6Fe0.4PO4)0/31/32/3实施例 2(800gLiNi0.5Co0.2Mn0.3O2和200gLiMn0.6Fe0.4PO4)2/32/33/3实施例 3(700gLiNi0.5Co0.2M

45、n0.3O2和300gLiMn0.6Fe0.4PO4)3/33/33/3实施例 4(600gLiNi0.5Co0.2Mn0.3O2和400gLiMn0.6Fe0.4PO4)3/33/33/3实施例 5(500gLiNi0.5Co0.2Mn0.3O2和500gLiMn0.6Fe0.4PO4)3/33/33/3实施例 6(700gLiNi0.6Co0.2Mn0.2O2和300gLiMn0.6Fe0.4PO4)3/33/33/3实施例 7(700gLiNi0.8Co0.1Mn0.1O2和300gLiMn0.6Fe0.4PO4)3/33/33/3来源：CN111048760A，国金证券研究所解决三：解

46、决三：导电物包覆。导电物包覆。解决双电压平台问题，如根据亿纬锂能相关专利（CN113860280A，2021） ，其采用导电聚合物聚三苯胺包覆 LMFP 正极材料，聚三苯胺自身的充放电性弥补了弥补了 LMFP 双电压平台的不足，从而提双电压平台的不足，从而提升了电池体系的抗过充、过放能力升了电池体系的抗过充、过放能力。综述：目前行业内部分龙头企业已突破，综述：目前行业内部分龙头企业已突破，如亿纬锂能采用导电物包覆技术路线，斯科兰德、力泰锂能以及德方纳米等企业通过复合三元技术路线来解决双电压问题。2.1.3 导电率低：致低温性能以及倍率性能差，行业内大多数企业采用多元化导电率低：致低温性能以及倍

47、率性能差，行业内大多数企业采用多元化技术路线已解决技术路线已解决原理：原理：1.LMFP 具有橄榄石结构，该结构显著缺点是材料通过 PO4四面体连接，没有连续的 FeO6（MnO6）共棱八面体网络，因此无法像钴酸锂材料那样形成连续的 Co-O-Co 结构。限制了锂离子在一维通道中的运动，锂锂离子扩散速率低离子扩散速率低。2.相比 LFP0.3eV 的跃迁能隙，电子在 LMFP 中的跃迁能隙高达 2eV，基本属于绝缘体，电子导电率以及离子迁移率低电子导电率以及离子迁移率低。磷酸锰铁锂专题分析报告- 14 -敬请参阅最后一页特别声明图表图表27：NCM、LFP以及以及LMFP导电性能参数对比导电性

48、能参数对比NCMNCMLFPLFPLMFPLMFP锂离子扩散速率（cm2/s）10-9-910-14-1410-15-15电导率（S/cm）10-3-310-9-910-13-13来源： 磷酸锰铁锂复合三元体系及对复合方式的研究 ，国金证券研究所影响：影响：低温性能以及倍率性能主要与电子导电率、锂离子的扩散速率相关，因而材料倍率性能较差。倍率性能较差。解决：解决：目前主要通过导电剂、碳包覆、复合三元以及金属离子掺杂等改性手段来改善电导率以及倍率性能较差问题。解决一：导电剂。解决一：导电剂。添加导电剂后可以增加活性物质间的导电接触，提高电子电导率。解决二：碳包覆。解决二：碳包覆。碳包覆可以通过碳

49、层和颗粒的相互接触，形成良好的导电网络，提高材料导电率提高材料导电率。解决三：复合三元。解决三：复合三元。如德方纳米专利（CN108598386A，2018） ，提供一种核壳结构的磷酸锰铁锂基复合材料，三元材料作为外壳包覆在磷酸锰铁锂外面，提高 LMFP 内部电子导电性，使锂离子迁移速度加快，从而提高材料导电性，提高材料的低温性能和倍率性能。复合三元后低温容量保持率提升 3.52%，首次放电比容量以及 1C 放电比容量都明显高于 LMFP，倍率性能也有明显提升。图表图表28：LMFP与与NCM复合复合LMFP性能对比性能对比实施例（不同比例的实施例（不同比例的 NCMNCM 与与 LMFPLM

50、FP 复合）复合）对比例对比例（LMFPLMFP）检测项目检测项目检测标准检测标准1 12 23 31 1首次放电比容量（mAh/g）IEC61960157163.6160.91560.2C 中值电压（V）IEC619613.973.943.953.981C 放电克容量（mAh/g）IEC61962147.2155.7151.11471.0C 中值电压（V）IEC619633.823.783.83.85低温容量保持率（%）/74.4970.97极限压实密度 g/cm32.32-2.352.55-2.602.45-2.502.28-2.32来源：CN108598386A，国金证券研究所解决四解决