电动车行业深度报告：磷酸锰铁锂，锰将出征，后来居上

民生证券 MINSHENGSECURITIES 磷酸锰铁锂：锰将出征，后来居上 电动车行业深度报告 民生电新邓永康团队 中证券研究报告2022年08月23日请务必阅读最后一更免责声明 摘要民生证券 INSHENGSECURITIE ·关注磷酸锰铁锂的起底逻辑： ：第一，现有磷酸盐系正极材料（LiMPO4，M可由Fe、Mn、Co、Ni等元素组成）存在应用瓶颈，上升空间有限。 *1）磷酸钻锂（4.8V）和磷酸镍锂（5.2V）充放电平台过高，难以被商业化应用。 。2）LFP电压平台仅为3.4V，能量密度已接近理论上限；磷酸锰锂高达4.1V，但电导率和锂离子扩散速率极低，被视为”绝缘体”。 ?第二，磷酸锰铁锂（LiMnxFe1-xPO4）兼顾高能量密度和高安全性，可缓解LFP低能量密度短板。 ：由质量能量密度（Wh/kg）=电池克容量（mAh/g）×工作电压（V），可计算出LMFP（4.1V）理论质量能量密度为697 ·第三，LMFP材料技术已成熟热且具备性价比优势。 *1）技术方面，自前，可通过碳包覆、纳米化、离子掺杂等改性路径解决LMFP材料存在的三大痛点。LMFP还可与三元进行复配进一步提开综合性能。 2）成本方面，锰铁比例为6：4时，为17.78万元/吨，略高于LFP2.78万元/吨（成本提升18.58%），较三元成本低12.26万元/吨与高镍三元复配时，当LMFP占比5%，复配材料成本33.29万元/吨较纯NCM811缩减0.82万元/吨。 ：LMFP正极材料的空间测算：我们认为LMFP材料可分为单独使用+复配三元使用该两种方案 。1）中性情景下，LMFP需求量合计为57.52万吨，市场空间为379.66亿元，23-25CAGR为188.61%。 ?2）乐观情景下，LMFP需求量为77.04方吨，市场空间为508.50亿元，23-25CAGR为126.64% ·投资建议： ·重点推荐：【宁德时代】、【德方纳来】、【亿纬锂能】、【当升科技】、【容百科技】，建议关注【欣旺达】、【国轩高科】。 ·风险提示： 。1、技术推进不及预期的风险；2、企业产能释放不及预期的风险；3、下游需求不及预期的风险；4、测算误差风险。 中证券研究报告1★请务必阅读最后一页免责声明 民生证券 重点公司盈利预测、估值与评级 MINSHENGSECURITIES 代码重点公司现价（元） 300750.SZ宁德时代 300769.SZ德方纳米 688005.SH容百科技 300073.SZ当升科技 300014.SZ亿纬锂能 EPS(元) 2021A2022E PE(倍)评级 2023E2024E2021A2022E2023E2024E 551.53 6.53 10.38 16.89 23.11 84 53 EE 24 374.21 4.61 7.86 12.58 13.89 81 48 30 27 113.73 2.02 4.26 6.53 8.92 56 27 17 13 88.82 2.15 4.04 4.89 6.09 41 22 18 15 116.05 1.53 1.55 3.07 5.36 76 75 38 22 推荐推荐推荐推荐推荐 资料实源：公司公告，Wind，民生证券研究预测：(注：股价为2022年08月22日收盘价） 中证券研究报告2★请务必阅读最后一页免责声明 民生证券 MINSHENGSECURITIES 01磷酸锰铁锂进化之道 02成本测算分析：略高于 LFP，明显低于三元 全球市场：乐观预期下2025年 03空间超500亿元，23-25CAGR 为126.64% 04龙头积极布局，量产推进 05投资建议 06风险提示 CONTENTS目录 中证券研究报告★请务必阅读最后一页免责声明 民生证券 01.磷酸锰铁锂进化之道 中证券研究报告请务必阅读最后一页免责声明 01LMFP发展契机：现有橄榄石结构磷酸盐正极材料存在应用瓶颈 民生证券 HINSHENGSECURITIES 磷酸盐基正极材料LiMPO4属于聚阴离子型正极材料，为正交晶系呈橄榄石结构，M可由Fe、Mn、Co、Ni等元素组成。其中 磷酸钻锂（4.8V）和磷酸镍锂（5.2V）充放电平台过高，已超过传统电解液所能承受的最大电压平台（4.5V），难以被商业化应用，而磷酸锰锂LMP和磷酸铁锂LFP可适配现有电解液体系，具备商业应用基础。 ?1）磷酸铁锂LiFePO4：具备易合成、高安全性、长寿命和低成本等优势，但由于Fe3+/Fe2+相对于Li+/Li的电极电势仅为3.4V 材料能量密度较低，虽目前受益于各种物理封装技术的革新，短板有所弥补，但LFP材料能量密度已接近理论值“天花板”。 ?2）磷酸锰锂LiMnPO4：相较于LFP，比容量接近，但LMP相对于Li+/Li的电极电势为4.1V，高于LFP（3.4V）。但LMP材料禁带 宽度高达2eV，电子跃迁能隙较大，电导率和锂离子扩散系数极低（低于LFP两个数量级）：电化学性能极差，近似“绝缘体“。 ：3）由于LiMnPO4和LFP有相同结构，Fe和Mn可以任意比互溶形成固溶体，当Mn元素替代LFP中部分Fe时，即为磷酸锰铁锂。 图表：橄榄石LiMPO4的晶体结构图表：橄榄石结构磷酸盐各正极材料的性能对比 平均电压 正极材料(Vvs. 导电率S/cm 理论比容量 活化能 扩散系数 (mAh/g) (ev) (m2/s) Li+/Li) 磷酸铁锂（LiFePO4)3.41700.61016~10141010~108 磷酸钴锂（(LiCoPO4)4.81670.62 磷酸镍锂(LiNiPO4) 5.2 167 0.61 磷酸锰锂（LiMnPO4） 4.1 171 0.65 // ~10161010 资料来源：《高比解锂需子电池正极及锂电能液的制备和改性研究》，民生证券研究况烫料来源：（磷酸经铁锂复合三元体系及对氢合方式的研究》，《高比能正极材料氢配应用研究》，民生证券研究 中证券研究报告5★请务必阅读最后一页免责声明 01磷酸锰铁锂：兼顾高能量密度与高安全性 民生证券 ：LMFP可利用Mn和Fe的协同效应，结合磷酸铁锂（稳定的电化学性能）和磷酸锰铁锂（高电压）优势，兼顾高能量密度与高安全性，同时其电压平台（4.1V）可适配常规电解液，这为切入市场提供契机。 。第一，往LFP中掺Mn，有以下作用：1）Mn2+的半径略大于Fe2+的半径，往LFP进行锰元素的掺入，可扩宽锂离子扩散通 道，提升锂离子扩散系数；2）Mn掺杂可使材料晶粒细化且增大LFP晶胞体积，利于锂的脱嵌；3）降低电荷转移阻抗，降低材料极化，提高材料倍率性能；4）提升材料的低温性能；5）电池材料可逆性增加，放电平台增加。同时，铁的电子跃迁能隙小于锰，可增加材料电导率。 ，第二，LMFP材料理论能量密度比LFP高20%。由质量能量密度（Wh/kg）=电池克容量（mAh/g）×工作电压可知，在克 容量相近的条件下，电压越大，质量能量密度越大。由此，可计算出LMFP理论质量能量密度为697Wh/k，高于LFP20%。 图表：LMFP结构示意图图表：LMFP质量能量密度较LFP提升20% 008 700 600 578 提升20%697 500 400 300 200 资料来源：（磷酸摄铁锂基正极材料的相成控、制备优化与电化学性能研究》，量恒宣网，民生证券研究院 100 0 LFPLMFP 注;LFP量密度=3.4Vx170mAh/g;LMFP编量密度=4.1V×170mAh/g 资料来源：端器据锁票复合三元体系及对复合方式的研究》，民生证券研究院 中证券研究报告6★请务必阅读最后一页免责声明 民生证券 01磷酸锰铁锂：锰铁比例的不同，带来电化学性能上的差异 MINSHENGSECURITIES ：铁和锰离子半径相近，易形成固溶体，实现原子级别的混合。材料中锰铁比例的不同，会带来电化学性能上的差异， ：第一，锰含量过低：LMFP材料平台电压提升不够明显，影响材料的能量密度。 ：第二，锰含量过高：易促成姜泰勒效应，导致材料晶格畸变，锰溶出与电解液发生反应，影响材料稳定性与容量保持率 其中，当磷酸锰铁锂（LiMnFe1-xP04）中的x≥0.8时，材料容量迅速衰减，富锰结构不稳定，电化学性能较差。 ：第三，当锰铁比为6:4时，其充放电平台接近锰铁比为8:2或7:3的水平且较为平缓。同时，锰铁比为6:4时，容量明显高于锰铁比为8:2或7:3时的水平。再此，我们预计锰铁比为6:4时，LMFP材料综合性能可达最优化水平。 图表：当锰铁比为8：2时，材料放电比容量迅速衰减；锰铁比围表：当锰铁比为6：4时，其充放电平台接近锰铁比为8：2或7：3的水平且较为平缓。同 为10：0，几乎不存在明显充放电电位平台时，锰铁比为6:4时，容量明显高于锰铁比为8:2或7：3时的水平 4.6LiMn0.8Fe0.2PO4(b) 4.5 100 4.4 4.2 4.0 3.6 y=0.1 y=0.280 II4.0 y0.8 W1.0 3.2 LiMnPO4 03.0 2.5 LMo.sfa.s! 40 LMo.sFo.sP*LMo.6Fo.4 3.0 LMo.7fo.3P 2.0 LMo.sfo.2PLMo.7Fo.3P+LMo.8Fo.2P 20 2.8 20406080100120 44020406080100 204060100120140Specificcapacity(mAh/g)Cyclenumber Capacity/mAh-g 资料来源：锂需子电池正极材料LMFP的制备与性能研究》谢辉，国生证券研究院注：左图为不同锰铁比例下充故电孕台的变化；右图为不同铭铁比的下1C电流密度下LMFP电循环曲线 资料来激：碳报杂的碳限经铁锂锂离子电池正极材料的制和改性研究林文患，民生证学研究院 中证券研究报告★请务必阅读最后一页免责声明 民生证券 01磷酸锰铁锂：与三元和LFP对比情况 1）能量密度：三元>LMFP>LFP。LMFP工作电压4.1V，理论能量密度高于LFP近20%，但仍与三元存在一定差距 ，2）压实密度：三元>LFP>LMFP。三元材料真密度更高（可达4.8g/cm3），压实密度也相对更高：据GGII数据，目前LMFP压实密度范围在2.3-2.4，后续随着纳米化材料改性路径的推进，有望进一步提升。 ：3）循环寿命：LFP>LMFP>三元。橄榄石型结构晶格稳定性优于层状。由此，LMFP和LFP循环寿命均优于三元；LMFP 存在姜泰勒效应（晶格畸变与锰溶出会与电解液发生反应）导致循环寿命不如LFP。 ·4）高温性能：LFP>LMFP>三元。高温下锰元素会较快溶解到电解质中，促使容量出现衰减问题；低温性能：三元> LMFP>LFP。锰元素的掺杂可提高LFP的低温性能，Mn掺杂可将材料晶粒细化，材料电化学脱嵌锂能力显著提升。 图表：较LFP，LMFP具备更高电压平台，更高能量密度，以及更优的低温性能 项目磷酸铁锂（LiFePO4）磷酸锰铁锂（LMFP）镍钴锰酸锂（NCM) 品体结构 橄榄石结构 橄榄石结构 层状 理论克容量(mAh/g) 170 170 270-278 电压范图(V) 3.4 4.1 3.7 理论质量能量密度（Wh/kg） 578 697 1000左右 压实密度(g/cm3) 2.20-2.60 2.3-2.4 3.40-3.80 循环寿命(次） 2000-6000 2000-3000 800-2000 低温性能 较差 一般，优于LFP 好 高温性能 好 不如LFP，但优于三元 一股随Ni含量变高而变差 资料末源：爱新能募集书，GGI，孕能科技定端书，《酷酸适领锂复合三元体系及对氢合方式的研究》，民生证券研充院 中证券研究报告8★请务必阅读最后一页免责声明 01磷酸锰铁锂：制备路线与LFP相似，液相法更适配 民生证券 MINSHENGSECURITIE