磷酸锰铁锂行业专题报告：渗透700km续航动力领域，产业化有望加速
（报告出品：天风证券）
1、引言
LMFP产品、产能准备就绪，产业化有望加速
磷酸锰铁锂在2022年下半年仿佛按下“快进键”，电池、正极材料新品接连发布。电池端，中创新航8月发布One-Stop高锰铁锂电 池，支持整车续航超过700km。正极材料端，当升科技在7月发布磷酸锰铁锂材料产品——LMFP-6M1，为磷酸锰铁锂单独使用；容百科技在2022年7月发布四款磷酸锰铁锂产品，均与高镍三元混掺使用，磷酸锰铁锂材料混合比例从5%~95%不等。在LMFP产能 方面，德方纳米新型磷酸盐系正极材料生产基地项目有11万吨磷酸锰铁锂产能，在9月开始投产。
2、LMFP提升哪些性能？
LMFP在LFP基础上添加锰，随电导性、循环寿命等短板逐步解决产业化有望加速
磷酸锰铁锂是在磷酸铁锂基础上添加锰元素，获得的新型正极材料。在磷酸铁锂基础上引入锰元素，锰的高压特性能够获得比磷酸铁 锂更高的电压平台，可打破目前磷酸铁锂的能量密度，并且有更好的低温性能。
刀片、CTP等结构进步快于材料体系，2019-2021年铁锂装机占比不断提升。2019年以来，CTP、刀片电池等结构上的技术进步使 得磷酸铁锂的系统集成效率、能量密度有所提升，加之2021年以来三元电池上游原材料大幅上涨，磷酸铁锂电池装机大幅提升。2019-2021年，磷酸铁锂在中国动力电池装机占比分别为33%、41%、52%，占比不断提升。若单看2021年，磷酸铁锂装车量在7 月达到5.8GWh，开始超过三元装车5.5GWh。
材料体系进步有望进一步提升能量密度。比亚迪在2013年就曾申请过相关专利，并在2015年连续申请多项磷酸锰铁锂专利，但由于 锰铁锂存在电导性、循环寿命等短板，商业化进程缓慢。随着锰铁锂短板逐渐解决，锰铁锂产业化有望进一步加速。
电导率差、压实密度低、循环次数低等缺点限制部分应用场景
磷酸锰铁锂具有电压高、安全性高等优点，但存在导电率差、循环次数较低问题，限制部分应用场景。
电导率差：锰元素的存在使得锂离子脱嵌与移动难度上升，从而导致较差的导电性能。磷酸铁锂的电导率为10-9S/cm，三元材料的 电导率为10-3S/cm，而磷酸锰铁锂电导率为10-13S/cm，与磷酸铁锂材料相比存在数量级差异，影响其容量发挥和倍率性能。
压实密度较低：为提升锰铁锂电导性，通常采用减小颗粒尺寸、碳包覆的手段对其改性，使得压实密度降低。而一次粒径过小会导致 比表面积过高，制备电池极片时用大量粘结剂，导致成本增加、极片主含量降低。
循环次数低：磷酸锰铁锂材料的锰离子存在姜泰勒效应，使Mn-O键发生剧烈结构变化从而影响电化学循环性能，也会导致锰发生歧化 反应使部分锰以Mn2+形式溶解于电解液中。同时磷酸锰铁锂在极片压片过程中会发生一定程度的颗粒破碎，容易与电解液中的HF反应， 造成锰溶出导致容量衰减。磷酸锰铁锂循环次数约2000次，而储能用的磷酸铁锂材料循环次数超过6000次。
3、经济性如何？市场空间多大？
LMFP适用于两轮车&动力电池，可纯用或与三元材料掺杂
磷酸锰铁锂率先应用在两轮车领域。星恒电源在2021年12月推出“LONG终身保”产品，使用第二代单晶锰酸锂材料搭配磷酸锰铁 锂，单芯循环达3000次。2022年4月，首批100组终身保产品已经下线，并将应用到一线市场的高端新车型中。2022年6月、7月， 星恒与雅迪、绿源达成合作，供应磷酸锰铁锂产品。天能股份生产的磷酸锰铁锂电池也应用于小牛电动车F0系列。
磷酸锰铁锂在动力电池领域也有望突破。从电池企业布局看，宁德时代在2021年11月入股并增资力泰锂能，持股比例达60%。力泰锂 能有2000吨磷酸锰铁锂生产线，并计划新建3000吨产能。国轩高科、比亚迪也有磷酸锰铁锂产品/专利。正极企业方面，德方纳米在 2022年9月投产磷酸锰铁锂产能11万吨，有望用于动力电池；当升科技在2022年7月发布LMFP-6M1，为磷酸锰铁锂单独使用；容百科 技在2022年7月发布四款磷酸锰铁锂产品，均与高镍三元混掺使用。
行业空间：预计2022、2025年磷酸锰铁锂正极需求1、39.5万吨，从0到1快 速渗透
动力电池：1）纯用：我们预计2022-2025年LMFP锂电需求4、41、97、163GWh，对应正极0.9、9.0、21.3、35.8万吨。2）掺 杂三元：我们预计2023-2025年三元掺杂LMFP锂电需求为4、11、20GWh，假设掺杂比例30%、40%、50%，对应LMFP正极 0.3、0.9、2.2万吨。2022-2025年动力电池LMFP需求合计0.9、9.3、22.2、38万吨。国内电动两轮车：我们预计2022-2025年LMFP锂电需求0.5、1.4、3.8、6.8GWh，对应LMFP正极0.1、0.3、0.8、1.5万吨。整体看，我们预计2022-2025年LMFP正极需求1、9.6、23.1、39.5万吨，2023-2025年同比增长904%、139%、71%。LMFP 需求量从0到1快速渗透。假设2025年磷酸锰铁锂价格8万/吨，市场空间超300亿元。
4、工艺路径：液相法VS固相法
制备LMFP工艺路径主要分为固相法、液相法
LMFP的制备工艺与LFP类似，分为固相法和液相法。固相法：将原材料混合均匀后球磨和砂磨，喷雾干燥得到前驱体粉末，再将前驱体在惰性保护气体氛围下高温烧结，再通过粉碎、筛 分除铁等步骤得到LMFP正极材料。液相法：将各种原材料在溶液反应，再经过加络合剂/凝胶化/沉淀，最后干燥、热处理后形成磷酸锰铁锂。各家工艺略有不同: 1）水热法/溶剂热法：将原材料加入溶剂或水中溶解，依次加入络合剂、石墨炔溶液，再经干燥、烧结、退火等处理得到LMFP。2）溶胶-凝胶法：将各种原料溶解在水/乙醇中，搅拌较长时间形成均匀的溶胶，再通过高温使体系发生凝胶化，高温焙烧后得到成品。3）共沉淀法：以可溶性盐为原料，通过调PH值或加沉淀剂使反应物形成沉淀，洗涤干燥后热处理得到LMFP。
电池企业、正极企业均有LMFP专利储备，正极企业大多沿用原有正极产品工 艺路径生产LMFP
电池企业、电池企业均有LMFP专利储备。电池企业中，比亚迪2013年就有LMFP相关专利，同时具有液相法、固相法制备LMFP 的专利；宁德时代有液相法（水热法）制备LMFP的专利，同时收购力泰锂能（固相法），目前已有LMFP产能2000吨，并规划 3000吨产能。我们认为电池企业储备LMFP技术不一定为了形成材料一体化，或培育更多供应商来保证产品品质并控制成本。LFP企业：湖南裕能、湖北万润、龙蟠科技采用固相法制备LMFP；德方纳米采用液相法制备LFMP。磷酸铁锂企业制备LMFP大多 沿用原有工艺，设备、工艺方面一定的协同性，并且有技术积累。三元正极企业：1)容百科技：2022年7月收购天津斯科兰德68.25%股权进入LMFP领域，采用的工艺路线为固相法；2）当升科技：自研+合资公司布局LMFP。2022年9月与四川路桥签订战略合作协议，通过股权合作、共同出资合作等形势布局磷酸（锰）铁锂、 磷酸（锰）铁等项目。当升也有液相法-共沉淀法LMFP的专利储备。我们认为三元正极企业优势在于与三元与LMFP的掺杂改性应 用。
液相法：德方纳米为例，液相法LMFP与LFP工艺流程类似，主要差别在原材料
德方纳米11万吨磷酸锰铁锂生产工艺与现有产品纳米磷酸铁锂相近，主要步骤为：1）原材料混合：将配比好的各类原材料按添加顺序依次加入到搅拌罐中，搅拌溶解成液体状态浆料；2）前驱体制备：将浆料放入发热罐中进行预加热，浆料自热蒸发大部分水分，形成固体蜂窝状凝胶；3）破碎、造粒、烧结、除铁等：将固体蜂窝状凝胶输送至破壁机，经破碎、辊压形成颗粒状，再将干燥后的粉末状凝胶在辊道窑中烧 结，研磨、除铁后得到磷酸锰铁锂/磷酸铁锂。德方纳米的液相法LMFP与LFP工艺流程类似，主要差别主要在原材料。LMFP原材料相比LFP增加锰源（硝酸铁）、络合剂（作用 为抑制锰溶出），我们认为主要成本增加为锰源，络合剂成本占比不高。以三聚磷酸钠为例，添加比例约0.2%，价格约9600元/吨， 1吨LMFP对应络合剂成本仅19元。
液相法优势在于混合均匀、颗粒光滑分散性好、小粒径利于锂离子扩散
液相法优势：1）混合均匀，反应更充分：磷酸亚锰铁前驱体作为锰源和铁源，可在微观尺度上保证锰、铁混合的均匀性，最终合成 的磷酸锰铁锂物相均一性好。2）颗粒表面光滑、圆润度好、分散性好：利于电池厂家加工，并一定程度提高压实密度。3）液相法 更利于做出小粒径材料：较小的粒径可以增大比表面积，有利于锂离子扩散，改善倍率性能，进而提升其电化学性能。液相法缺点：1）引入硝酸根离子：需要脱硝酸且有一定环保压力。2）缩小粒径降低压实：颗粒的一次粒径过小，并不能提升电池 的能量密度，提升了电性能，但是降低了压实。3）粒径过小比表面积大，使用大量粘结剂：一次粒径过小，会导致颗粒比表过高， 制备电池极片时大量使用粘结剂，导致成本增加和极片主含量降低。
从LFP到LMFP，液相法与固相法在动力产品的性能差距或缩小
在动力领域，固相法LFP产品能量密度高、压实高，相比液相法产品性能更为出色。以动力产品为例，裕能应用于新能源车的产品 比容量≥156mAh/g，压实密度2.45-2.65 g/cm3 ；湖北万润用于续航500km以上电动车的产品A8-4G比容量≥154mAh/g，压实 密度≥2.5g/cm3 ；而德方纳米适用于动力领域的DF-5首次放电容量≥154mAh/g，压实密度仅为2.45-2.5g/cm3 。固相法LFP产 品的比容量、压实密度均高于液相法，在动力领域性能更为出色。从LFP到LMFP，液相法和固相法在产品品质上的差距或缩小。液相法混合更均匀压实密度改善，弥补因粒径较小带来的缺点。而固 相法由于受限于铁源和锰源原本的颗粒大小，无法使二者实现原子级别和混合，导致产品电化学性能不佳，我们认为液相法和固相法 在产品品质上的差距或缩小。
5、成本端：液相法VS固相法
液相法工业级碳酸锂就可满足，而固相法需要电池级碳酸锂，锂价高位时液相法 材料成本优势明显
液相法工业级碳酸锂就可满足，碳酸锂价格高位时材料端具有成本优势。液相法磷酸铁锂用工业级碳酸锂就可满足，碳酸锂价格高位 时，如2022年11月7日工业级碳酸锂54.5万/吨，电池级碳酸锂57万/吨， 若1吨磷酸铁锂消耗碳酸锂234kg，工业级碳酸锂成本低于 电池级碳酸锂约5850元/吨。而碳酸锂价格低位时，如2021年5月20日工业级碳酸锂8.2万/吨，电池级碳酸锂8.8万/吨，1吨磷酸铁锂用工业级碳酸锂比电池级碳 酸锂成本低约1400元。
液相法能耗较低，能耗成本低于固相法
液相法电耗低，能耗低于固相法。固相法1吨磷酸铁锂消耗电1300度，天然气300Nm3，能耗远高于液相法。从能耗方面看，液相法 以德方纳米2021年产8万吨项目中1吨磷酸铁锂消耗696.3kwh电、0.15Nm3 氮气、0.62Nm3 氧气，合计成本约700元/吨。固相法以湖北万润2021年产5万吨磷酸铁锂项目为例，1吨磷酸铁锂消耗1300kwh电、330 Nm3 氧气，合计成本约1700元/吨。液相 法直接从原材料合成磷酸铁锂，没有磷酸铁中间步骤，若考虑固相法企业磷酸铁一体化，我们预计固相法能耗成本更高。
对上游资源布局的重要性或高于固相法/液相法路径选择
以固相法为例，碳酸锂、无水磷酸铁在磷酸铁锂原材料中占比达85.56%、13.07%。以湖北万润固相法为例测算目前磷酸铁锂原材料 成本（假设磷酸铁外采），1吨磷酸铁锂原材料成本约16万/吨，其中碳酸锂、无水磷酸铁成本为13.8、2.1万/吨，在原材料中占比 85.56%、13.07% 。若对磷酸铁成本进一步拆解，原材料为磷酸+铁源，而磷酸由磷矿+硫酸制得。LMFP加入锰矿，假设1吨LMFP 消耗锰矿368kg，2022年12月26日电解二氧化锰价格1.68万/吨，锰矿成本约6182元，我们预计在LMFP原材料成本占比约4%。
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