【锂电】磷酸锰铁锂全产业链最新跟踪

磷酸锰铁锂全产业链最新跟踪事件：21日，特斯拉Q2业绩交流会表示，未来动力电池2/3将使用铁锂或锰铁锂电池；22日，宁德时代在动力电池大会中表示，M3P电池已量产，明年将推向市场1、磷酸锰铁锂是掺杂了一定比例锰的磷酸铁锂，铁锰比例是决定材料性能的关键因素磷酸铁锂（LFP）安全性能超过三元得到重视，2019年以来市场占有率不断提升。磷酸锰铁锂（LMFP）作为磷酸铁锂的高能量密度替代产品受到关注。磷酸锰铁锂（LiMnxFe1－xPO4）是在磷酸铁锂（LiFePO4）基础上掺杂一定比例锰而形成的新型磷酸盐锂电正极材料，两者同属橄榄石结构，其中x代表了锰铁比例，取值范围可从0到1，电化学性能随着Mn含量的增加而下降。一方面过高Mn掺杂量的材料由于Mn元素的John-Teller效应，具有放电比容量较低并且衰减迅速，容量保持率较低不适宜作为锂电正极材料；另一方面较低的Mn掺杂量不能够明显提高平台电压，从而不能获得最大放电比能量。因此，不同的铁锰比例对于制备的磷酸铁锂材料性能有关键影响。图表1：橄榄石型LiMn0.5Fe0.5PO4的结构示意图资料来源：《磷酸锰铁锂基正极材料的组成调控、制备优化与电化学性能研究》，华泰研究2、磷酸锰铁锂较磷酸铁锂具高能量密度优势，较三元材料具成本及安全优势磷酸锰铁锂（4.1V）由于掺入锰离子相比磷酸铁锂（3.4V）有较高的高电压平台，相同设计状况下磷酸锰铁锂的能量密度较磷酸铁锂增加15-20%，接近三元5系，同时较磷酸铁锂有更好的低温性能。磷酸锰铁锂具有优异的热力学和动力学稳定性，循环性能和安全性优于三元材料。由于磷酸锰铁锂所含的金属价格较为便宜，因此制造成本远低于三元正极，具有成本优势。制备高性能的磷酸锰铁锂的专利构筑了各大正极材料厂商未来抢占磷酸锰铁锂市场的技术壁垒。图表2：锂离子材料性能对比 资料来源:《磷酸锰铁锂复合三元体系及对复合方式的研究》，华泰研究3、磷酸锰铁锂可延续磷酸铁锂的工艺路径，通过改性解决导电性问题磷酸锰铁锂主要制备方法包括固相法与液相法，与磷酸铁锂仅在前驱体制备、烧结温度及工艺有所差异。固相法通常以氢氧化锂或碳酸锂作为锂源，以磷酸二氢铵作为碳酸根的主要来源，锰源主要有磷酸锰（目前主要的）或硫酸锰，将原材料球磨混合均匀后干燥，然后在惰性气体保护的管式炉中，以某一升温速率在一定温度下煅烧，获得预期尺寸形貌。液相法用可溶性锰盐作为锰源，包括共沉淀、溶胶-凝胶法、溶剂热法等。固相法工艺相对简单，液相法现阶段成熟度高。固相法容易导致随后煅烧时间的增加和表面活性分布不均匀，从而导致颗粒不均匀，但是工艺简单制造材料压密高，参考磷酸铁锂发展路线，工业化潜力较高。液相法得到的产品一致性高，但其设备、工艺相对复杂，制备成本高，目前德方纳米的液相法具备大规模放量能力。图表3：不同制备方法的优缺点资料来源:《磷酸锰铁锂基正极材料的组成调控、制备优化与电化学性能研究》，华泰研究多种改性方法有效改进磷酸锰铁锂导电性问题。相比磷酸铁锂0.3eV的跃迁能隙，电子在磷酸锰铁锂中的跃迁能隙高达2eV，基本属于绝缘体，具有电子电导率及离子迁移率低的缺点，直接限制了其发展和应用。通过将磷酸锰铁锂材料纳米化、表面包覆、金属掺杂等改性方法都可有效提高其电化学活性。图表4：主要改性方法资料来源:《磷酸锰铁锂基正极材料的组成调控、制备优化与电化学性能研究》，华泰研究4、应用前景：单独正极与一定比例掺杂皆可磷酸锰铁锂既可单独作为正极材料，也可与其他材料形成复合材料。磷酸锰铁锂相对三元具有安全性优势，与磷酸铁锂相比具有能量密度优势，因此具有单独作为正极材料的应用场景。磷酸锰铁锂亦可与其他锂电池正极材料形成复合材料使用，掺入磷酸锰铁锂可使得其他锂电池材料具备更佳的安全性能与循环寿命，达到优势互补并一定程度上可以提升整体性能。同时，磷酸锰铁锂具有价格优势，形成的复合材料相比于单独使用其他锂电池正极材料能够降低成本。掺混方案成本较三元下降，与三元混用预计循环寿命3000次左右，溶锰、电压飘移、低温性能、加工性能等问题已基本解决。图表5：磷酸锰铁锂的应用方式 资料来源:中国知网、Incopat，华泰研究5、市场空间：到2025年，磷酸锰铁锂正极需求量超50万吨未来LMFP凭借性能优势，将在两轮车与新能源汽车市场对LFP实现部分替代。LMFP在两轮车市场推进速度较快，预计22-25年渗透率为15%/30%/50%/70%。LMFP在新能源汽车市场也有较好的应用空间，预计22-25年渗透率为5%/10%/20%/30%。假设单GWh铁锂的正极材料耗用0.25万吨，以此估计到2025年LMFP的市场需求达50.37万吨。图表6：磷酸锰铁锂需求量预计资料来源:华泰研究6、产业链布局情况：各大电池厂商、正极厂商均有布局2021年来，国内电池厂商、材料厂商纷纷公布对磷酸锰铁锂的技术储备以及未来对磷酸锰铁锂的项目规划。国内布局的电池厂商包括宁德时代、比亚迪、天能股份等，正极厂商包括德方纳米、富临精工、龙蟠科技、当升科技、力泰锂能、光华科技等。其中部分厂商产能进展较快：天能股份磷酸锰铁锂电池已成功应用在小牛最新款F0系列电动车，力泰锂能已形成2000吨磷酸锰铁锂生产线，德方纳米投资年产11万吨新型磷酸盐正极材料预计2022年年底开始放量。图表7：各大厂商近年在磷酸锰铁锂布局进展资料来源:公司公告，华泰研究 7、产业链受益情况：磷酸铁锰锂产业链的上游主要包括锂源、铁源、锰源、磷源等原材料，中游包括磷酸锰铁锂正极材料及磷酸锰铁锂电池，下游应用场景包括新能源汽车、小动力产品、储能产品等。（1）上游：锰元素使用量增加，锰源公司或将从中受益磷酸锰铁锂在磷酸铁锂的基础上增加了锰元素的使用，硫酸锰的需求将有一定程度提高。拥有锰矿储备以及硫酸锰制备产能的公司将最先从中受益，拥有高纯度硫酸锰产量1.99万吨的红星发展预计受益。图表8：上市公司硫酸锰产能情况资料来源:公司公告，华泰研究（2）中游：LMFP改性有较高技术壁垒，预计拥有核心专利和规模量产能力的龙头最先受益1）正极厂商：德方纳米、力泰锂能材料产能布局最快，龙蟠科技已取得下游突破①德方纳米：液相法制备龙头企业，开发和产能配置进度最快德方纳米延伸在磷酸铁锂优势，是业内最成熟的液相法厂商。德方纳米在磷酸铁锂制备上独创的液相法工艺兼具一致性好、循环寿命长的性能优势与原料价格低的成本优势。德方纳米基于其自身设备、技术储备和专利，选择通过液相法生产磷酸锰铁锂，采用纳米级材料并加入络合剂与石墨炔得到磷酸锰铁锂，电化学性能显著提升。德方纳米已有11+33万吨新型磷酸盐系正极材料产能布局，预计22Q4开始投放市场。②力泰锂能：宁德时代参股，已有成熟产线力泰锂能主打产品为磷酸锰铁锂材料。2021年11月，宁德时代通过股权收购以及增资，合计对力泰锂能的投资额达4.13亿元，成为力泰锂能第一大股东。力泰锂能目前已形成成熟的产线，拥有2000吨磷酸锰铁锂生产线、2000吨高纯碳酸锂生产线。同时公司还计划新增建设年产3000吨磷酸锰铁锂设备，新建年产2000吨磷酸锰铁锂前躯体装置。公司已获得3项磷酸锰铁锂制备设备的实用新型专利，有6项磷酸锰铁锂制备相关的发明专利申请中。③龙蟠科技：收购贝特瑞核心技术与团队，已实现两轮车市场突破龙蟠科技通过收购贝特瑞资产获得磷酸锰铁锂制备技术。龙蟠科技2020年通过子公司常州锂源以8.44亿元对价收购贝特瑞磷酸铁锂相关资产和业务，拥有了磷酸铁锂和磷酸锰铁锂研发团队与专利技术。常州锂源公司与星恒电源在苏州市高新区就磷酸锰铁锂正极材料项目签署战略合作协议，该战略合作协议的签署意味着常州锂源由此成为国内第一家与下游电池厂家签订磷酸锰铁锂产品实际应用战略协议的正极材料企业。④富临精工：通过江西升华开发磷酸锰铁锂产品，宁德时代入股。 富临精工子公司江西升华为磷酸铁锂正极材料供应商，20年10月打入宁德时代供应链。在21年8月与22年2月，宁德时代两次增资江西升华，目前持有江西升华20%股权。江西升华有磷酸锰铁锂（LMPF）的技术工艺和产品研发规划，计划将于22年年底推出。⑤当升科技：面向电动车和高端储能市场，项目基地已在规划中根据公司21年半年报披露，正在针对电动车和高端储能市场专项开发高性能的磷酸铁锂、磷酸锰铁锂材料。目前当升科技磷酸铁锂项目建设良好，公司已开发出高性能磷酸铁锂、磷酸锰铁锂产品，未来规划在贵州基地建设年产30万吨产能。当升科技申请的制备方法主要通过金属掺杂、纳米化、碳包覆等方法改性。目前有一个液相法制备专利在申请过程中。⑥其他正极厂商：湖南裕能开放进度迅速，中试评估表现不错，产能筹备中；容百科技计划成为全市场覆盖的正极材料综合供应商，整合天津斯科兰德、山西中贝新材和四川新国荣三家进入磷酸锰铁锂领域，中端用锰铁锂以及锰铁锂和高镍三元的混合体系覆盖中端的汽车以及部分储能；光华科技已取得制备磷酸锰铁锂的发明专利，布局LMFP产品。2）电池厂商：宁德中度掺混方案即将量产，比亚迪LMFP量产确定性高①宁德解决LMFP低电导率问题，M3P电池已经量产，明年将推向市场运用，宁德时代M3P方案为掺杂30%-70%的LMFP方案，已量产方案预计为30%与中镍（三元方案可选）掺混方案。②比亚迪三元方面布局稍少，锰铁锂量产落地确定性极高。比亚迪在2014年就开始储备磷酸锰铁锂相关专利技术，是国内磷酸锰铁锂技术储备最多的公司。短期来看比亚迪暂无磷酸锰铁锂电池产能的规划，未来如果在磷酸锰铁锂成为主流材料，比亚迪可凭借自身技术储备优势迅速投建相关产能。③国轩高科磷酸锰铁锂产品正在加速开发中。公司2019年就自主研发了FP1865140-15Ah方形磷酸锰铁锂锂离子蓄电池。国轩高科主要采用前驱体设计、表面包覆、微观形貌调控的改性方法，目前已拥有磷酸锰铁锂包覆三元相关专利，技术储备丰富。（3）下游：两轮车、电车市场放量在即1）磷酸锰铁锂可为电池提供更长的续航和生命周期，两轮车市场已获验证①天能股份磷酸锰铁锂电池已成功应用在小牛最新款F0系列电动车，主要采用LMFP+NCM+LMO正极复合材料。②龙蟠科技与星恒电源就磷酸锰铁锂开展战略合作，采用LMFP+LMO正极复合材料。预计在22年底至23年初，磷酸锰铁锂将实现量产，相关产品将实现上市。2）电车市场放量或将加速，预计明年上半年国内车企开始装车①目前三元与磷酸锰铁锂中度掺混方案已量产，上半年装车预计是国内中型体量车企，预计下半年逐步起量。未来的技术方向是掺混比例逐渐提升，重度掺混需要BMS深度参与，纯锰铁锂还需进一步攻关。②海外目前主要以开发为主，暂无明确量产计划。特斯拉Q2业绩交流会表示，未来动力电池2/3将使用铁锂或锰铁锂电池。