核心观点:
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)磷酸钴锂(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(M?)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 Wh/kg,高出LFP20%。由此,往LFP中掺Mn是磷酸铁锂在电化学材料体系端提高能量密度的“唯一“进化之路。
01.磷酸锰铁锂进化之道
LMFP发展契机:现有橄榄石结构磷酸盐正极材料存在应用瓶颈
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,磷酸钴锂(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。
磷酸锰铁锂:兼顾高能量密度与高安全性
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。
磷酸锰铁锂:锰铁比例的不同,带来电化学性能上的差异
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。
磷酸锰铁锂:制备路线与LFP相似,液相法更适配
固相法:是最传统的方法,工艺简单,利于批量生产,但不易控制产品的粒度及分布,均匀性较差。其中,高温固相法最具代表性。液相法:产成品一致性更好,更能缓解锰溶出等问题,更易形成均一的固溶体,利于锂离子的脱嵌材料,能量密度更高。但工艺更为复杂,成本较高。由此,液相法更适配LMFP,使用该方法进行量产的企业可构筑其工艺技术壁垒。可分为溶胶-凝胶法、水热法、溶剂热法、共沉淀法以及喷雾干燥法。
磷酸锰铁锂:材料存在三大痛点
LMFP虽较LFP具备更高能量密度、更高工作电压,但存在以下三个痛点:痛点一:电子电导率低、锂离子扩散速率较低。从与其他材料性能对比情况可知,LMFP电导率仅10?13S/cm、锂离子扩散速率为10?152 /S;分别为LFP的1/10倍和1/10000倍。相比于LFP0.3 eV 的跃迁能隙,电子在LMFP中跃迁能隙高达2eV,基本属于绝缘体,导致其电子电导率及离子迁移率低。痛点二:压实密度较小,影响能量密度发挥。从与三元正极材料粒度分布比较情况可知,LMFP材料D50粒度仅为三元粒度的一半不到,材料颗粒较小,导致压实密度较低,进而影响整体材料的能量密度表现。同时,一次粒径过小会导致颗粒比表过高,制备电池极片时不得不大量使用粘结剂,导致成本增加和极片主含量降低。痛点三:Mn3+的姜泰勒(John-Teller)效应。
02.成本测算分析:略高于LFP,明显低于三元
与LFP价差为2.79万元/吨,与三元价差超10万元/吨
取2022年8月10日原材料均价计算,根据我们测算:第一,以LMFP(锰铁比例为6:4)为例,综合成本为17.78万元/吨,直接材料占比接近90%。第二,材料成本排名为:LFP<LMFP<NCM622<NCM811。其中,LMFP与LFP价差为2.78万元/吨;LMFP与6系三元的价差为12.26万元/吨。
与三元复配方案,降本效应明显
我们假设复配方案为NCM811+LMFP(锰铁比=6:4)可知, 1)随着LMFP占比的提升,复配方案材料成本明显缩减。当LMFP占比为5%时,复配材料成本为33.29万元/吨;当 LMFP占比为95%,复配材料成本为18.60万元/吨,成本缩减14.69万元/吨。2)较纯高镍三元而言,具备相近能量密度的同时,成本可更低。由2022年容百科技战略发布会可知,当三元811: LMFP=95%:5%时,其产品可成为高镍三元的迭代产品,能量密度可高达270wh/kg。同时,经由测算,LMFP占比为 5%时,复配材料成本33.29万元/吨较纯NCM811产品成本34.10万元/吨缩减了0.82万元/吨。
03.全球市场:乐观预期下2025年超过500亿元,23-25CAGR为126.64%
二轮车锂电龙头率先布局,助力LMFP放量
星恒电源:轻型车锂电LMFP+LMO方案先行者。19年,公司经过“LMO+LMFP”与“LMO+LMFP+三元”各种配方调试下,2020年,公司确定“第二代混掺单晶锰酸锂+磷酸锰铁锂“为理想方案,同年推出”超锂S7”技术方案,单晶锰酸锂可大幅度降低111面数量,减少锰离子溶解,可提升电芯循环次数。目前,公司持续突破,已形成”第二代混掺单晶锰酸锂+LMFP+碳纤维复合材料”复合材料体系,能量密度接近三元。已成功应用至五菱宏光MINI(配置|询价)和二轮车上。
与三元复配,开拓新能车用场景
第一,复配原理:1)LMFP表面能较大,可吸附在三元表面形成包覆层;2)LMFP粒径小于三元,颗粒较细,可填充于三元空隙中。与三元复配,可弥补LMFP材料本身粒度过小的短板。复合后可实现材料间大小粒径互相搭配,提升正极材料压实密度、体积能量密度、循环性能、容量性能、导电性以及电化学性能。第二,复配工艺路线。
LMFP:供给端稳步扩充,大规模起量在即
现有布局LMFP企业涵盖有电池、正极材料、上游原料、两轮车以及部分初创企业。其中,宁德时代、容百科技等龙头企业通过投资收购力泰锂能和斯科兰德进行LMFP的深入布局;星恒电源和天能股份已率先将LMFP材料应用于二轮车领域;其他布局企业大部分已有雄厚技术储备,部分已将样品送至车企测试。
04.重点企业分析
宁德时代:全球锂电龙头,直击LMFP升级版-M3P(配置|询价)
驰骋锂电领域,技术底蕴雄厚。公司为全球动力电池领域龙头,实现全产业链覆盖,致力于为全球新能源应用提供一流解决方案和服务。连续5年霸据全球动力电池装机量榜首,21年装车量96.7GWh,市占率达32.6%。动力电池+储能电池+正极材料为其主营业务。公司预计于今年Q4向特斯拉供应M3P电池,搭载在使用 72 度电池包的 Model Y(配置|询价)车型中,该版本 Model Y 将于明年初上市。与此同时,公司于2021年11月,投资力泰锂能,持股比例达60%。其中,力泰锂能主营业务为 LMFP材料,且已具备LMFP产能2000吨/年。
德方纳米:深耕LFP材料,液相法独树一帜
深耕纳米LFP,掌握液相法核心技术。公司核心产品为纳米磷酸铁锂等磷酸盐系正极材料,核心技术为涵盖液相法、碳包覆、离子掺杂以及纳米化等技术。受益于液相法的制备工艺,公司LMFP材料具备一致性更好,能量密度更高等优势,已切入宁德时代M3P材料供应链。并且,公司计划募集34.9亿元,用于年产 11 万吨新型磷酸盐系正极材料生产基地项目,预计于22年下半年投产11万吨LMFP正极材料。
容百科技:高镍行业龙头,并购斯科兰德布局磷酸锰铁锂
从高镍龙头到全市场覆盖的正极供应商。公司主要从事高能量密度锂电池正极材料及其前驱体的研发、生产和销售,核心产品为NCM811系列、NCA系列、Ni90 及以上超高镍系列三元正极及前驱体材料。公司已占据高镍龙头地位,同时布局规划锰铁锂、钠电材料。 2021年,三元正极材料收入占比超过90%。公司是国内首家实现 NCM811 系列产品量产并应用于国际主流终端车企的正极材料生产企业,公司所开发的高镍、超高镍多晶和单晶三元正极材料,处于国际领先水平。公司高镍产品主要客户已涵盖宁德时代、孚能科技、蜂巢能源、SK on、亿纬锂能等国内外知名锂离子电池厂商。
当升科技:老牌正极产商,前瞻布局磷酸锰铁锂
当升科技聚焦锂离子电池正极材料的研发与销售多年。公司作为国内领先的锂电池正极材料供应商,主要从事多元材料、钴酸锂等正极材料以及多元前驱体等材料的技术研究和生产销售,属于国家战略性新兴产业中的新材料、新能源领域。目前,公司正加快磷酸铁锂业务的产品开发和市场布局,成功完成磷酸铁锂工艺定型,针对电动车和高端储能市场专项开发更高性能的磷酸铁锂、磷酸锰铁锂材料。
亿纬锂能:磷酸锰铁锂新秀,已布局初步产能
锂离子电池龙头企业。公司的主要业务是消费电池(包括锂原电池、小型锂离子电池、圆柱电池)和动力电池(包括新能源汽车电池及其电池系统、储能电池)的研发、生产和销售,产品已批量应用于物联网终端、电动工具、电动自行车、新能源汽车、储能等领域。公司注重研发实力的提升、优质客户的积累、供应链的科学管理、现有产线的优化、生产规模的扩张。公司锂原电池产销规模多年稳居全国第一。
国轩高科:动力锂电池领先企业,超前布局磷酸锰铁锂
公司是全球动力锂电池领先企业。公司主要从事动力锂电池和输配电设备的研发、生产和销售。其中,电池组业务是公司的第一大业务,2021年收入占比超过90%。公司主要产品为磷酸铁锂正极材料及电芯、三元正极材料及电芯、动力电池组、电池管理系统及储能型电池组等。公司先后与上汽大通、江淮汽车、奇瑞汽车、长安汽车、吉利汽车、长城汽车、零跑汽车、威马汽车、合众新能源等车企达成了战略合作关系。公司专注于动力锂电池的研发与投入,拥有独立的知识产权体系。
欣旺达:入局磷酸锰铁锂,量产蓄势待发
手机数码类锂电龙头。公司主要从事锂电池模组的研发、设计、生产及销售业务,产品广泛应用于手机、笔记本电脑、可穿戴设备、电动汽车、动力工具、电动自行车、能源互联网及储能等领域,其余产品包括锂离子电芯、电源管理系统、精密结构件、智能制造等。公司技术团队具有丰厚的锂离子电池模组研发经验,BMS技术先进;重视与客户的深度合作,基于客户产品各方面参数需求,进行配套生产;持续拓展产品体系,在多个产品领域拥有不俗竞争力。
报告节选:
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Model 3
29.10-36.79万元0.89万
询底价
Model Y
31.69-41.79万元
询底价
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宏光MINIEV
3.28-7.28万元0.04万
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北京U5
6.99-9.99万元1.74万
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