新能源电池行业新技术之一：磷酸锰铁锂，续航里程700km电动车“锰”想启航

行业深度 新能源电池 证券研究报告 新能源电池新技术之一——磷酸锰铁锂 2022年09月23日 重点股票 2021A 2022E 2023E 评级 EPS（元）PE（倍）EPS（元）PE（倍）EPS（元）PE（倍） 续航里程700km电动车“锰”想启航 评级领先大市 行业涨跌幅比较 宁德时代 6.53 63.93 12.06 34.60 19.69 21.19 买入 评级变动：维持 亿纬锂能 1.53 57.93 1.58 56.09 3.39 26.12 买入 孚能科技 -0.89 -32.98 0.07 400.49 2.11 13.92 买入买入 新能源电池沪深300 德方纳米4.6164.7312.7423.4116.4218.16 资料来源：iFinD，财信证券 25% 5% -15% -35% 2021-09 2021-12 2022-03 2022-06 2022-09 % 1M 3M 12M 新能源电池 -17.33 -10.60 -23.20 沪深300 -6.04 -8.08 -19.20 周策分析师 执业证书编号:S0530519020001 zhouce67@hnchasing.com 杨鑫研究助理 yangxin13@hnchasing.com 相关报告 1新能源电池行业9月份月报：动力电池盈利改善，储能赛道景气度高2022-09-15 2行业点评：8月新能源汽车销量创历史新高，动力电池产量高增2022-09-14 3新能源车产销高增，零售渗透率达 26.3%2022-08-18 投资要点： 磷酸铁锂电池需要从提升电压平台方向着手进行体系升级：国内磷酸 铁锂电池装车辆已经占据总装车辆的62%，而三元电池份额降低到了38%。在比容量接近理论极限的情况下，如果磷酸铁锂电池需要在保持现有安全性的前提下进行能量密度的进一步提升，则需要从提升材料的电压平台的方向上着手。 磷酸锰铁锂是磷酸铁锂的升级版：在磷酸铁锂的基础之上掺杂一定的锰元素并调整其与铁的原子数量之比（锰铁比）以此提高材料的电压 平台，便生成了磷酸锰铁锂(LMFP，LiMn1‑xFexPO4)产品，其中X是锰铁比，其与磷酸铁锂和磷酸锰锂的性质相似，较三元材料有更好的热稳定性、化学稳定性及经济性，同时又比磷酸铁锂的能量密度更高。 磷酸锰铁锂制备工艺与磷酸铁锂类似，但需要碳包覆等方法解决电导率低等问题：磷酸锰铁锂材料中锰铁比例的不同，会导致材料的电化 学性能和物理形态的差异。目前对于最佳的锰铁比没有统一的定论，锰铁比为4:6左右时具有较为理想的能量密度。磷酸锰铁锂与磷酸铁锂均属于磷酸盐系材料，因此制备工艺类似，可以分为液相法和固相法两大类。磷酸锰铁锂的缺陷包括导电性能和倍率性能差、双电压平台增加BMS难度、锰溶出影响电池循环性能，需要通过碳包覆、纳米化、离子掺杂等方法进行改善。 磷酸锰铁锂市场空间广阔：磷酸锰铁锂电池安全性方面和磷酸铁锂相当，能量密度优于磷酸铁锂。在其规模化之后，单Wh成本也将优于 磷酸铁锂，且能支持电动车续航里程超过700公里，因此我们认为未 来700公里左右续航里程的中端电动车将会大规模应用磷酸锰铁锂电池。预计2025年磷酸锰铁锂电池需求量为234GWh，与之对应的磷酸锰铁锂正极材料的需求量为46.8万吨，正极材料市场空间为374.4亿元。 龙头电池厂商和正极材料厂商共同推进商业化：德方纳米年产11万吨磷酸锰铁锂正极材料项目已于9月投产，宁德时代宣布2023年将 M3P电池推向市场应用，我们认为2023年搭载磷酸锰铁锂电池的畅 此报告仅供内部客户参考请务必阅读正文之后的免责条款部分 销款电动车将会面世，并推动磷酸锰铁锂电池广泛应用于注重各项性能均衡的中端车。 投资建议：推荐关注：【宁德时代】、【德方纳米】，建议关注：【亿纬锂能】、【孚能科技】、【湘潭电化】、【天奈科技】。【宁德时代】：电池龙 头，研发实力雄厚，拥有最广泛的客户群体，计划2023年将M3P电池推向市场；【德方纳米】：液相法正极材料领先企业，已投产年产11 万吨磷酸锰铁锂正极材料，规划2025年年产能达到44万吨；【亿纬锂 能】：二线电池龙头企业，技术实力强；【孚能科技】：软包电池龙头公司，计划2023年推出第一代磷酸锰铁锂产品；【湘潭电化】：正极材料 原材料锰盐供应商，电解二氧化锰年产能超12万吨；【天奈科技】：添 加碳纳米管能改善锰铁锂导电性能，公司为全球最大碳纳米管生产商。 风险提示：新技术验证和测试进展不及预期；新能源汽车销量不及预期；原材料大幅上涨；行业相关公司产能建设不及预期；行业竞争加剧。 内容目录 1正极材料：锂离子电池性能与成本重要的决定因素5 1.1锂离子电池工作原理5 1.2正极材料是决定电池性能的重要因素5 1.3磷酸铁锂电池成为动力电池市场主流6 1.4电动车渗透率进一步提升需要电池技术的持续迭代7 2磷酸锰铁锂电池：低成本，高电压8 2.1磷酸铁锂升级方案8 2.2磷酸锰铁锂与三元及磷酸铁锂的比较8 3磷酸锰铁锂材料开发与制备工艺9 3.1锰铁比例决定电化学性能9 3.2制备工艺与磷酸铁锂相似10 3.3磷酸锰铁锂的三大缺陷11 3.3.1导电性能和倍率性能差11 3.3.2双电压平台增加BMS难度11 3.3.3锰溶出影响电池循环性能12 3.4磷酸锰铁锂技术改性方案12 3.4.1碳包覆12 3.4.2离子掺杂13 3.4.3纳米化14 4磷酸锰铁锂电池应用市场广泛14 4.1续航700km的中端车有望大规模应用14 4.2市场空间测算15 5电池厂商和材料厂商共同推进磷酸锰铁锂的商业化15 5.1宁德时代：M3P电池即将推向市场16 5.1.1公司整体经营情况：电池龙头，动力电池市占率34.8%16 5.1.2磷酸锰铁锂电池布局情况：提前布局产业链，2023年M3P电池推向市场17 5.2德方纳米：年产11万吨LFMP正极材料项目已投产17 5.2.1公司整体情况：深耕锂电材料产业15年17 5.2.2磷酸锰铁锂布局情况：年产11万吨正极材料项目已投产，25年产能达44万吨/年 ......................................................................................................................................................................18 6投资建议19 7风险提示20 图表目录 图1：锂离子电池工作原理图5 图2：中国各体系动力电池装车量占比7 图3：中国新能源汽车月销量和渗透率7 图4：中国月度新能源汽车销量（万辆）7 图5：磷酸锰铁锂(LMFP，LiMn1‑xFexPO4)结构示意图8 图6：不同锰铁比例下放电电压平台对比10 图7：1C电流下不同锰铁比例下循环寿命曲线10 图8：磷酸锰铁锂充放电曲线具有双电压平台12 图9：磷酸铁锂-碳复合材料SEM图13 图10：不同碳含量下倍率性能情况13 图11：碳包覆示意图13 图12：不同粒径磷酸锰铁锂低温容量衰减情况对比14 图13：宁德时代单季度营收情况16 图14：宁德时代单季度毛利率和净利率情况16 图15：宁德时代新技术布局17 图16：宁德时代M3P电池17 图17：德方纳米单季度营收情况18 图18：德方纳米单季度毛利率和净利率情况18 图19：德方纳米磷酸锰铁锂投产仪式现场19 图20：磷酸锰铁锂材料实物照片19 表1：传统正极材料对比6 表2：磷酸锰铁锂与三元及磷酸铁锂对比9 表3：磷酸锰铁锂性能和锰掺杂比例的关系10 表4：磷酸锰铁锂材料主要主备方法11 表5：正极材料锂离子扩散速率和导电率参数对比11 表6：磷酸锰铁锂材料原材料成本测算15 表7：磷酸锰铁锂市场空间测算15 1正极材料：锂离子电池性能与成本重要的决定因素 1.1锂离子电池工作原理 锂离子电池是一种“摇椅”电池：锂离子电池是一种锂离子电池是一种在储能领域、动力电池及便携式电子设备中均得到广泛应用的一种储能器件，其具有开路电压高、能量密度大、使用寿命长、无记忆效应、无污染及自放电小等优点，是目前综合性能 最好的电池产品，也是可适用范围最广的电池产品。锂离子电池由正极、负极、电解液、隔离膜等其他部分组成，其工作原理为：锂离子充放电过程中，锂离子在正负极之间嵌入和脱出，同时伴随着电子在外电路中进行移动而形成外部电路的电流。充电时，电池正极生成锂离子，经过电解液移动到负极并嵌入到负极碳层的微孔中。放电时，嵌在负极的锂离子经过电解液移动回到正极。 图1：锂离子电池工作原理图 资料来源：钜大锂电，财信证券 1.2正极材料是决定电池性能的重要因素 正极材料是锂离子的来源，决定锂离子电池的性能。正极材料是锂电池电化学性能的决定性因素，直接决定电池的能量密度及安全性，进而影响电池的综合性能。另外， 由于正极材料在锂电池材料成本中所占的比例超过40%，其成本也直接决定了电池整体成本的高低，因此正极材料在锂电池中具有举足轻重的作用，并直接引领了锂电池产业的发展。 锂电池一般按照正极材料体系来划分，可以分为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料等多种技术路线。其中，钴酸锂正极材料作为第一代商品化的锂电池正极材料，具 有电化学性能较好、加工性能优异、比容量相对较高的优点，在小型充电电池中应用广泛。但钴酸锂材料成本高（金属钴价格昂贵）、循环寿命低、安全性能差，近年来被三元 正极材料替代部分市场份额。在超薄电子产品领域，因钴酸锂体积能量密度及倍率性能好等优势还无法实现替代。预计未来钴酸锂正极材料会朝高压实性和高安全性的方向发展。而锰酸锂是除钴酸锂之外研究最早的锂电池正极材料，相比钴酸锂，具有资源丰富、成本低、无污染、安全性能好、倍率性能好等优点。但其较低的比容量、较差的循环性能，特别是高温循环性能较差使其应用受到了较大的限制。锰酸锂电池将主要在物流车，以及在注重成本、对续航里程要求相对低的微型乘用车领域具有一定市场份额。 目前应用最为广泛的正极材料则是磷酸铁锂和三元材料，其中三元材料能量密度高、电化学性能好，目前通常在乘用车领域尤其是长续航、高性能乘用车应用最为广泛。磷 酸铁锂则具有安全性高、成本低等优点，在电化学储能领域和商用车领域应用较多，同时随着系统结构的优化，磷酸铁锂电池越来越多地应用于中端乘用车（如：特斯拉Model3和ModelY的后轮驱动版）。 表1：传统正极材料对比 项目 钴酸锂 锰酸锂 磷酸铁锂 三元材料镍钴锰酸锂镍钴铝酸锂 比容量(mAh/g) 140-150 100-120 130-140 150-220 180-220 循环寿命（次） 500-1,000 500-1,000 >2,000 1,500-2,000 1,500-2,000 安全性 适中 较好 好 较好 较好 成本 高 低 低 较低 较低 充放电稳定、工艺 优点 简单 锰资源丰富、成本低、安全性能好 成本低、高温性能好 电化学性能好、循环性能好、能量密度高 高能量密度、低温性能好 缺点钴价格昂贵能量密度低低温性能差部分金属价格昂贵 部分金属价格昂贵 体积能量密度高、 成本低、能量密度 安全性好、循环 综合性能较好，适用 综合性能较好， 电池产品特点 成本高、安全性较 低，适用低端数码、寿命长，适用客 各类数码产品与乘 适用各类数码 差，适用高端数码 电动自行车 车电池 用车电池 和乘用车电池 资料来源：容百科技招股说明书，财信证券 1.3磷酸铁锂电池成为动力电池市场主流 磷酸铁锂电池成为市场主流：2021年以前，三元电池得益于能量密度高等优势，在动力电池市场占据了绝对的优势，在2019年6月份，中国三元电池装车辆占了总装车辆 的70%以上，而磷酸铁锂只有仅仅27%的份额。2022年8月，中国磷酸铁锂电池装车辆已经占据总装车辆的62%，而三元电池份额降低到了