新技术系列报告（一）：磷酸锰铁锂：正极材料性价比优选，规模化放量在即

看好（维持） 磷酸锰铁锂：正极材料性价比优选，规模化放量在即 ——新技术系列报告（一） 行业研究|深度报告新能源汽车产业链行业 国家/地区中国 行业新能源汽车产业链行业 报告发布日期2023年07月31日 核心观点 磷酸锰铁锂（LMFP）突破铁锂能量密度瓶颈，具性价比优势。磷酸锰铁锂由于掺杂锰元素后电压平台提升，理论能量密度相较磷酸铁锂提升10-20%，与中镍三元接 近；同时由于其橄榄石型结构与磷酸铁锂类似，因此安全性能得以保留；此外其量产成本仅略高于磷酸铁锂，大幅低于三元，综合性价比优势显著。考虑到新能源车及锂电产业链持续提质降本的需求，我们判断整车厂或电池厂对新技术、新材料的接受程度较高，具备切换意愿，未来磷酸锰铁锂有望成为电池端单瓦时成本具备较强竞争力的正极路线。 产业化应用存在较高技术壁垒，先发企业显著受益。磷酸锰铁锂材料在推向商业应用的过程中面临一系列技术瓶颈，包括导电性低、锰溶出、双电压平台等，相关技 术研发要求较高投入，工艺经验需要长期积累。由于正极材料对电池性能具有重要影响，客户对新材料的认证也十分严苛，所以前期和电池企业形成绑定协同研发的材料企业将享有较大优势。从产能的角度看，尽管有较多电池和材料企业有相关技术布局或公开了产能规划，但是实际上当前具备量产产能的公司数量较少。考虑到量产产品的验证周期，产业化初期磷酸锰铁锂的竞争格局受磷酸铁锂产能过剩的影响较小，先发企业产能建设和产品认证进度领先，将在新材料从0到1的阶段显著受益。 从两轮车迈向四轮车，2025年需求有望超50万吨。目前磷酸锰铁锂正极在两轮车领域已有少量应用，未来通过单独使用或与三元材料掺杂，有望切入主流动力电池 并获得更多的应用场景，打开渗透空间。根据推演，我们预计在两轮车领域，磷酸锰铁锂将演绎先替代三元材料后替代磷酸铁锂的路径；在主流电动车领域，磷酸锰铁锂将同时拥有替代中低端三元、掺杂高端三元、替代磷酸铁锂三条应用路径。根据合理测算，我们预计到2025年磷酸锰铁锂市场需求有望接近55万吨。 磷酸锰铁锂产业化持续推进，未来可关注装车交付与量产订单等催化因素。目前头部电池企业对磷酸锰铁锂已开始布局，其中宁德时代、中创新航、国轩高科、捷威 动力等均已实现产品端应用；正极材料厂则基于各自前期储备的技术进入产能建设卡位阶段，其中德方纳米、容百科技、珩创纳米和力泰锂能已有产线投产。在终端磷酸锰铁锂产品则已进入车端验证，有望于年内实现装车应用并快速放量，未来电池的装车交付与材料的量产订单或将成为助力磷酸锰铁锂行业发展的两大重要催化。 证券分析师卢日鑫 021-63325888*6118 lurixin@orientsec.com.cn 执业证书编号：S0860515100003 证券分析师李梦强 limengqiang@orientsec.com.cn 执业证书编号：S0860517100003 证券分析师顾高臣 021-63325888*6119 gugaochen@orientsec.com.cn 执业证书编号：S0860520080004 证券分析师林煜 linyu1@orientsec.com.cn 执业证书编号：S0860521080002 联系人杨雨浓 yangyunong@orientsec.com.cn 投资建议与投资标的 磷酸锰铁锂正极材料性价比高，在动力电池领域优势明显，是极具潜力的锂电正极路线，市场需求有望迎来快速增长。宁德时代M3P电池预计今年实现装车应用，国轩高科发布启晨电池将于2024年量产，均将助推磷酸锰铁锂材料的产业化进程加速。短期内产能建设和认证进度居先的企业将充分受益于先发优势。 投资上看：1）电池环节：建议关注产业化布局领先的宁德时代(300750，未评级)；2）正极材料环节：建议关注具备量产产能的德方纳米(300769，未评级)、容百科技(688005，未评级)；3）磷酸锰铁锂的导电性能可通过搭配碳纳米管改善，建议关注细分龙头天奈科技(688116，买入)；4）锰源：磷酸锰铁锂量产将带来对锰的需求增量，建议关注红星发展(600367，未评级)、湘潭电化(002125，未评级)。 风险提示 电动车销量不达预期；产业化进展和市场推广不及预期；原材料价格波动风险；行业竞争加剧；假设条件变化影响测算结果。 长期增长趋势不变，重整旗鼓再前行：— —新能源汽车产业链2023年中期策略报告超快充带动车桩高压电气系统全面升级，充电更快、用电更省：——新能源汽车产业链深度报告 应用拓宽降本可期，产业化迈入快车道：钠离子电池行业报告 2023-06-14 2023-04-16 2022-12-29 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 目录 LMFP：突破磷酸铁锂能量密度瓶颈，性价比优势凸显4 性能：升级版磷酸铁锂，掺锰提升能量密度4 工艺：合成路线类似磷酸铁锂，改性技术弥补短板6 下游：主要面向动力电池，掺杂复合拓宽应用领域7 核心优势：综合性价比高7 市场空间：渗透路径多元，25年需求有望超50万吨9 相关公司布局：LMFP电池新品频出、材料量产即将落地11 电池：引领行业发展方向，新产品装车在即11 正极材料：产能建设加速，配套电池有望放量13 投资建议15 风险提示16 图表目录 图1：磷酸铁锂与三元电池装机量占比4 图2：LiFe0.5Mn0.5PO4的结构示意图4 图3：镍、钴、锰价格对比（单位：元/吨）5 图4：磷酸锰铁锂制备工艺6 图5：斯科兰德M6P（LMFP包覆NCM）复合材料电镜图7 图6：斯科兰德M6P（LMFP包覆NCM）复合材料放电曲线7 图7：不同正极材料单位成本（单位：元）8 图8：宁德时代电池系统价格走势（单位：元/Wh）8 图9：磷酸锰铁锂渗透路径预测9 图10：磷酸锰铁锂电池产品能量密度11 图11：磷酸锰铁锂产能布局（单位：吨）11 图12：宁德时代M3P材料12 图13：宁德时代乘用车解决方案12 图14：宁德时代磷酸锰铁锂相关专利历年申请数量（截至2023年6月）12 图15：国轩高科启晨电池产品性能13 图16：容百科技磷酸锰铁锂产能布局14 表1：磷酸锰铁锂与主流正极材料性能对比5 表2：动力电池和储能电池需求对比7 表3：磷酸锰铁锂成本测算7 表4：磷酸锰铁锂复配三元方案9 表5：两轮车领域磷酸锰铁锂需求测算9 表6：电动车领域磷酸锰铁锂需求测算10 表7：德方纳米磷酸锰铁锂正极产能布局13 LMFP：突破磷酸铁锂能量密度瓶颈，性价比优势凸显 性能：升级版磷酸铁锂，掺锰提升能量密度 磷酸铁锂市场份额大幅提升，但能量密度短期面临瓶颈。当前动力锂电池正极材料呈现磷酸铁锂和三元两大路线分庭抗礼的局面。得益于电池技术进步对能量密度的弥补，以及碳酸锂价格高涨后对经济性诉求的增强，2021年以来，磷酸铁锂电池凭借在安全和成本方面的绝对优势，装机份额一路攀升，实现对三元正极的超越，2022年装机占比达到62.4%。但目前磷酸铁锂电池的实际能量密度已接近理论能量密度上限，在车端续航要求逐步提升的未来，制约磷酸铁锂正极渗透率的进一步提升。 图1：磷酸铁锂与三元电池装机量占比 三元磷酸铁锂 100% 80% 60% 40% 20% 0% 数据来源：动力电池联盟，东方证券研究所 通过掺杂锰元素，磷酸锰铁锂实现更高工作电压和能量密度。磷酸锰铁锂是在磷酸铁锂基础上掺入一定比例的锰元素获得的新型正极材料。磷酸锰铁锂和磷酸铁锂的理论克容量相同，但磷酸铁锂的理论电压平台约为3.4-3.5V，掺杂锰后电压平台提升至3.8-4.1V，根据能量密度=克容量×工作电压，磷酸锰铁锂的理论能量密度较磷酸铁锂可以提升10-20%，接近5系三元的水平。 图2：LiFe0.5Mn0.5PO4的结构示意图 数据来源：庄慧《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》，东方证券研究所 相比三元材料，LMFP具有更稳定的结构、更高的循环次数以及更低的成本。磷酸锰铁锂和磷酸铁锂一样同属橄榄石型结构，稳定性优于层状结构的三元材料，因此保留了磷酸铁锂优异的安全性能，循环寿命也高于三元材料。另外，由于避免了三元材料中镍、钴贵金属的使用，磷酸锰铁锂的成本远低于三元。 图3：镍、钴、锰价格对比（单位：元/吨） 电解镍电解锰电解钴 800000 600000 400000 200000 0 数据来源：同花顺金融，东方证券研究所 表1：磷酸锰铁锂与主流正极材料性能对比 材料类型 三元 磷酸铁锂 磷酸锰铁锂 电压平台（V） 3.7 3.4-3.5 3.8-4.1 理论克容量（mAh/g） 270-278 170 170 0.2C循环 1500-4000 4000-12000 2000-3000 1C循环 1000-3000 4000-10000 2000-2500 低温性能 较好 较差 一般 高温性能 一般 较好 较好 电池成本 较高 较低 低 安全性能 一般 好 好 电池能量密度（Wh/kg） 200-320 150-210 160-240 压实密度（g/cm3）数据来源：GGII，东方证券研究所 3.4-3.7 2.4-2.7 2.3-2.4 锰铁比对材料性能影响显著。锰元素的引入提升了材料电压平台，同时也带来其他方面的问题：1）锰元素的存在使得锂离子脱嵌与移动难度上升，电子电导率和锂离子迁移率较低，影响材料的容量发挥和倍率性能；2）锰离子存在John-Teller效应，充放电过程中晶体结构会发生不可逆变化，同时锰离子析出沉积在负极表面会对SEI膜造成破坏，因此材料的比容量较低并且衰减迅速，循环性能受到一定影响；3）锰与铁两种元素电压平台不一致，导致放电出现双电压平台，可能带来输出功率不稳定。于是选取合适的锰掺杂比例对于磷酸锰铁锂材料的电化学性能十分重要：若锰铁比过低，则无法获得提升电压平台和能量密度的效果；若锰铁比过高，则材料的倍率性能、循环性能都会受到不利影响。目前在研究与应用端的实践中，锰铁比从2:8~8:2不等，确定最佳锰铁比，并在此基础上实现材料较好的一致性和稳定性，也成为磷酸锰铁锂正极走向量产商用的难点之一。 图4：磷酸锰铁锂制备工艺 工艺：合成路线类似磷酸铁锂，改性技术弥补短板 LMFP制备工艺和磷酸铁锂类似，可以分为液相法和固相法两大路线。传统路线固相法采用机械研磨的方式进行原材料混合，保证压实密度，再通过烧结在表面包覆碳源，提高导电性。优点是工艺简单，设备要求低，易于大规模生产；缺点是产品一致性较差，不易控制粒径分布和形貌。液相法产品一致性更好，但工艺复杂，控制难度大。液相法包括溶剂热法、共沉淀法、溶剂-凝胶法等，优点是颗粒尺寸小、锰铁分散性好、产品一致性高；不足是工艺复杂，对设备要求高，过程控制难度大。 工艺路线 制备方法 生产流程 固相法 高温固相法 液相法 溶剂热法共沉淀法溶剂-凝胶法 数据来源：庄慧《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》，东方证券研究所 多种改性技术弥补材料短板，助推产业化。磷酸锰铁锂过去受限于其较低的导电性能与倍率性能，商业化的进程缓慢。为解决上述应用障碍，主要布局企业着眼于各种改性技术，以期突破产业化瓶颈，常见的改性手段包括： 1）纳米化：通过球磨、控制煅烧温度等多种方式将材料尺寸缩小至纳米级颗粒。纳米化能缩短锂离子扩散路径，提高锂离子迁移效率、降低电极极化，从而改善倍率性能和低温性能；还能提升比表面积，使电解液浸润程度更高，降低电极界面阻抗，提升电子导电性。 2）掺杂：碳或金属离子加入LMFP中可提高其导电性能。添加碳纳米管能够构建导电网络，还可添加过量锂离子或补锂剂等方式来提升首圈效率和循环寿命。 3）包覆：导电材料包覆在LMFP表面能改善材料导电性能，提升均一性，改善倍率性能；并一定程度抑制锰离子溶出，改善循环寿命。包覆材料含