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请务必阅读正文之后的免责条款部分 1/20 Table_Main 行业研 究|电力 设备 与新 能 源 证券研 究报 告 电新行 业研究报告 2024 年 03 月 21 日 Table_Title 技 术 驱动 产 品升 级，商 业 化进 程 加速 磷 酸锰 铁锂行 业深度 报告 Table_Summary 报告要点：提质降本，磷酸锰铁 锂大 势所趋 提高电 池安 全性，降低 成 本是新 能源 汽车未 来电 池 技术的 发展 方向之一；目 前，正极 材料 仍以 铁锂和 三元 为主，铁 锂占 据市场 67.3%的市场份额；磷 酸铁锂 中引 入 锰元素，作 为纯用 材料 磷 酸锰铁 锂可 以提升能量密 度，改善低 温性 能；三元 材料 中引入 锰、铁 元素，作为 混掺材料，磷 酸锰 铁锂可 以有 效 提高电 池安 全性能 和降 低 成本；提质 降本，磷酸锰 铁锂 被视为 磷酸 铁 锂电池 的重 要升级 方向，应用前 景丰 富，具有广阔 市场 空间。工艺路线与磷酸铁锂 类似，固、液路线并行。磷酸锰 铁锂 与磷酸 铁锂 同 属于橄 榄石 结构，具有 相 似的物 化特 性，电子和离 子电 导率偏 低；为 了改善 材料 特性，磷酸 锰 铁锂采 用了 类似于磷酸铁 锂的 技术改 进方 法 如纳米 化、碳包覆 和掺 杂 等；因 此，磷酸锰铁锂的 合成 工艺 与磷 酸铁 锂相近，也 分为 固相 法和 液相法 两种 路线；固相法 工艺 过程简 单，易 于大规 模应 用。液 相法 原 材料混 合均 匀，产品一致 性好，有助 于充 分 发挥材 料的 电化学 特性。目前，固相 法和液相法工 艺产 业化双 线并 行，加快 技术 升级迭 代速 度，以满 足市 场多元化需求。两轮车与四轮车双驱 动，市场前景广阔。两轮车 的电 池带电 量小，技术要 求门 槛低，磷酸 锰 铁锂电 池已 实现规模化量 产。2022 年 我国 磷 酸锰铁 锂正 极材 料出 货量 2000 吨；在政 策和市 场 的 双 重 作 用 下，近 年 我 国 新 能 源 产 业 发 展 迅 速，市 场 空 间 广阔，行 业发 展潜力 巨大；随着在 新能 源汽车 的规 模 化应用，磷 酸锰铁锂有望 进入 快速 放量 阶段。根据 高工 锂电 预计 2023 年 中国 磷酸锰 铁锂正极 材料 出货 量达 到 1.5 万 吨，2025 年有 望超过 20 万吨，市 场规模高 达 100 亿元。车、企、材料产业联 动，商业化进程加速 随着技 术成 熟度的 提高，产品系 列趋 向多元 化，磷 酸锰铁 锂商 业化进程加速。材 料端，产业 快 速扩产，规 划产能 已超 百 万吨，产能 稳步释放 支 撑 行 业 的 快 速 发 展；电 池 端，产 品 矩 阵 丰 富，M3P 多 元 磷 酸 盐电池、OS 高锰铁锂电池、启晨电池 满足市场多元 化需求，研发进度持续推 进，头部企 业电 池 产品已 进入 量产阶 段；车 企端，首款 磷酸锰铁锂汽 车发 布，奇瑞 星纪 元 ES 和 智界 S7 已 在工 信部公 示，即将 首发上市，开 启磷 酸锰 铁锂 商业进 程新 阶段。投资建议 磷酸锰 铁锂 技术优 势明 显，产业 化进 程加速，在 动 力电池 领域 规模化放量在即。建议关注：1）产业化进程和产品进度 领先的电池龙头：宁德时代、国轩高科；2）磷酸锰铁锂产能布局领 先的材料企业：德方纳米、湖南裕能、容百 科技；3）磷 酸 锰 铁 锂 出货 量 增 加 导 致 锰 需求增加 受益 公司 湘潭 电化、红星 发展。风险提示 技 术 进 展 不 及 预 期；产 业 化 进 程 不 及 预 期；新 能 源 汽 车 销 量 不 及 预期；行 业竞 争加 剧降 低整 体盈利 水平。Table_Invest 推荐|首次 Table_PicQuote 过去一年市场行情 资料来源：Wind Table_DocReport 相关研究报告 Table_Author 报告作者 分析师 龚斯闻 执业证书编号 S0020522110002 电话 021-51097188 邮箱-60%-45%-30%-15%0%15%2023-02-22 2023-05-04 2023-07-12 2023-09-15 2023-11-29 2024-02-05沪深300 锂电池指数 请务必阅读正文之后的免责条款部分 2/20 目 录 1.磷酸锰 铁锂：性 能突 出，技术 特点 符合 市场 趋势.4 1.1 提升 续航 和降低 成本 是 市场发 展方 向.4 1.2 磷酸 铁锂 升级产 品，加“锰”改变 材料 性能.5 1.3 磷酸 锰铁 锂特点 鲜明，与其他 材料 优势 互补.6 2.多种 技术改 性不 足，合 成方法 与磷 酸铁 锂趋 同.7 2.1 磷酸 锰铁 锂不足：导 电 率低，循环 寿命 较差.7 2.2 改善 方法 丰富多 样，助 力材料 性能 优化.9 2.3 合成 工艺 类似磷 酸铁 锂，固液 法并 存.10 3.LMFP 市场 空间 广阔，产品落 地推 进产 业化 进程.12 3.1 多元 化应 用支撑 市场 空 间.12 3.2 车企 终端 车型落 地，市 场放量 在即.13 3.3 电池 端：产品矩 阵丰 富，性能 指标 卓越.13 3.4 材料 端：产能布 局加 快，规模 化放 量在 即.15 4.投资 建议.18 5.风险 提示.19 图 表目录 图 1：新能 源汽 车燃 烧图.4 图 2：特斯 拉 Model S/X 全系价 格下 调.4 图 3：磷酸 铁锂 市占 率.5 图 4：蔚来 EC6.5 图 5：磷酸 铁锂 晶体 结构 示意图.5 图 6：橄榄 石 型 LiFe0.5Mn0.5PO4 的结构 示意 图.5 图 7：三种 正极 材料 电压 平台对 比.7 图 8：三种 正极 材料 电导 率.8 图 9：磷酸 锰铁 锂的 倍率 性能图.8 图 10：Jahn-Teller 效应.8 图 11：磷酸 锰铁 锂碳 包覆 示意图.9 图 12：磷 酸锰 铁锂 纳米 化 示意图.10 图 13：Mg2+掺 杂改 性磷 酸 锰铁锂 示意 图.10 图 14：磷 酸锰 铁锂 固相 法 工艺路 线.11 图 15：磷 酸铁 锂固 相法 合 成工艺 路线.11 图 16：星 恒电 源 LMFP 产品.12 图 17：小 牛电 动 F0 二轮 车.12 图 18：磷 酸锰 铁锂 出货 量 测算（万吨）.13 图 19：L600 启 晨电 池相 关性能.15 图 20：德 方纳 米磷 酸锰 铁 锂产品.16 图 21：天 津容 百斯 科兰 德 股权结 构.17 YWBYzQmRpMrQtNsRqNqPqR7N8Q7NoMrRmOsOjMoOsRjMnPqNaQrRzRuOrNrNNZmOqM 请务必阅读正文之后的免责条款部分 3/20 表 1：不同 锰铁 比对 应磷 酸锰铁 锂材 料性 能.6 表 2：磷酸 锰铁 锂与 三元 及磷酸 铁锂 材料 对比.6 表 3：现存 问题 及解 决方 案.9 表 4：固相 法、液相 法优 缺点对 比.11 表 5：“三元 锂离 子+磷 酸 锰铁锂 电池”车型.13 表 6：电池 企业 产品 研发 进展.14 表 7：宁德 时代“磷酸 锰铁 锂”的部 分发 明专 利.14 表 8：材料 企业 磷酸 锰铁 锂扩产 进度.15 请务必阅读正文之后的免责条款部分 4/20 1.磷 酸锰 铁锂：性能 突出，技 术特 点符 合市 场趋 势 1.1 提 升续 航和降 低成本 是市 场发展 方向 提 高 安 全 性，降 低 成 本是技 术 发 展 的 核心 趋 势。经 过 近几 年我国 新能 源产业的 蓬勃发展，截至 2023 年底，全国新能源汽车保有量高 达 2041 万辆，占汽车保 有量的6.1%。其中，纯 电动汽 车 保有 量 1552 万 辆，占新能 源汽车 总量 的 76.04%；新 能源汽 车 销量 和 保有 量 增加，随 之 出现 的 质量 安 全问 题也 越 来越 多；应 急 管理 部门 统 计数据显 示，仅 2023 年 第 一季度，新 能源 汽车 自燃 率上涨 了 32%，平 均每 天 就有 8辆新能源车发生火灾（含自燃），新能源车的质量安全问题越来越受到社会的广泛关 注。除 此 之外，随着 市场 竞 争的 加 剧，为 了提 高用 户 吸引 力，各 家 车企 纷纷 开 启“以价 换量”模 式，降价 热潮不 断。2023 年 下半 年，上汽 大众、零 跑汽 车、奇瑞、长 城 汽车、哪吒 汽 车等 先后 宣 布旗 下 车型 降 价，各自 推 出不 同 的促 销 活动，其中特斯拉的 Model X Plaid 三 电机全 轮驱 动版 本最 高降 幅达到 15.1 万 元。进入 2024 年汽 车 厂商 竞 争加 剧，比 亚迪、长安 启 源、上 汽通 用五 菱 等新 能 源品 牌 纷纷 降价。提高电池 安全 性、降低 成本，成为 产业 发展 的焦 点。图 1：新 能 源汽 车 燃烧 图 图 2：特斯拉 Model S/X 全 系 价 格 下调 资料来源：广州 消防 公 众号，国元证 券 研究所 资料来源：特斯 拉官方 微博，国元证 券 研究所 在此趋势下，磷酸铁锂 电池 占比 逐 年 提升。随着技术 的迭 代升级，铁 锂电 池能 量密度的不 断提 升以 及无 模 组 CTP 的 规模 化应 用，磷酸 铁锂电 池续 航大 幅度 提升，弥补了 续 航低 的 短板；磷酸 铁锂 电 池凭借 成本 低廉、安全 性 能优 异 以及 循 环寿 命长 等 特点，市 场占 有率 快速 提升。2023 年 我国 磷酸 铁锂 电 池累计 装 车 261.0GWh，同比增长 42.1%，占总 装机 量 的 67.3%，成为 市场 主流。三元电 池 凭 借较 高 的 能量 密度和输出功 率，依然 占据 高端 市场。Qbp7V02+I9AL8GKNkcjk3bzkDSe1RnSOm2svFrHBRVmYaV57lDwJ+pyM56VPEtma 请务必阅读正文之后的免责条款部分 5/20 图 3：磷 酸 铁锂 市 占率 图 4：蔚来 EC6 资料来源：中国 汽车动 力电池 产业联 盟，国元证 券研究 所 资料来源：蔚来 官网，国元证 券研究 所 加 锰 助 力 正 极 材料迭代升级。磷 酸 铁 锂 的 能 量 密 度 已 经 接 近 理 论“天 花 板”，在磷酸铁锂的基础 上引 入 Mn 元素，提升电压平台，有望 进一步 提高 电芯的 能量密度。三元 电 池通 过 与磷 酸锰 铁 锂原 材 料混 掺，可 以有 效 的提 高 电池 的 安全 性和 降 低成本；因此，磷 酸锰 铁锂 成为正 极材 料技 术发 展的 重要方 向。1.2 磷 酸铁锂 升级 产品，加“锰”改 变材 料 性能 与 磷 酸 铁 锂 结构 相似，锰铁 结 合 取 长 补短。磷酸铁锂 晶体 呈橄 榄石型，基 本结 构单元由 LiO6 八面 体、FeO6 八面体 和 PO4 四 面体 组成，其中 FeO6 八 面体和 PO 6 四面体交叉 连接 形成 了 聚 阴离 子框架 结构，Li+沿 单一 b 轴传输。磷 酸锰 铁锂 在磷 酸铁锂的结构 基础 上加 入 Mn 元素，但 其不 是 LiFePO4 与 LiMnPO4 的简 单物 理混 合。Fe2+与 Mn2+的离子 半径 相差 甚微，依 靠 LiFePO4 与 LiMnPO4 之间 的协 同效 应，形 成了稳定均 一的 固溶 体，从而 将 LiFePO4 稳定的 电化 学 性能和 LiMnPO4 的高 电位 结合起来。Mn 元素 可以 将放 电电压 提升至 4.1V，大幅 提 高 正极材 料的 能量 密度。图 5：磷 酸 铁锂 晶 体结 构 示意 图 图 6：橄 榄 石型 LiFe 0.5Mn 0.5PO 4 的结构示意图 资料来源：杨立 高性 能橄榄 石型锂 离 子电池正 极材料 的合成 及改性 研究，国元证券研究 所 资料来源：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,国 元证券 研究所 锰铁比例自由调节，关键 指标决定性能。在 LiMnxFe1-xPO4 材料中，x 代表 了 锰的掺杂比，在 01 之 间可 任意 取值。由于 Mn 电压 平台 较高 而 Fe 导 电性 较好，不同 锰铁比 使 得 磷 酸 锰 铁 锂 的 性 能 存 在 差 异 性。锰铁比较高时，Mn 带动 电 池 电 压 和 能 量 密度显著 提升，但 锰元 素 含 量过高 会 因 Jahn-Teller 效应 破坏 固溶 体结 构，导致 活性材0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%2021-012021-032021-052021-072021-092021-112022-012022-032022-052022-072022-092022-112023-012023-032023-052023-072023-092023-112024-01三元占比 铁锂占比 其他 请务必阅读正文之后的免责条款部分 6/20 料 溶 出、循 环性 能 快速 衰减；锰铁 比 过低 时 导致 电压 提 升效 果 有限、能量 密度 较 磷酸铁锂 优势 不明 显。表 1：不 同 锰铁 比 对应 磷 酸锰 铁 锂 材料 性 能 LiMn 1-xFe xPO 4/C 放电比容量/mAh g-1 放电中压/V 能量密度/Wh kg-1 LFP 161.0 3.41 534.9 LMFP-28 161.7 3.44 553.5 LMFP-46 157.4 3.48 557.0 LMFP-64 142.4 3.65 515.8 LMFP-82 126.3 3.96 459.9 LMP 63.0 3.95 230.6 资料来源：谭卓 橄榄 石型锂 离子电 池 正极材料 的制备 技术及 电池特 性研究，国元证券 研究所*注：LMFP-64 是指 Mn 和 Fe 的元素 含 量比是 6:4 高锰铁比是趋势。为充分 发挥磷酸锰 铁锂的性 能优 势，材料 中 Mn 含量往 往 不少于50%，锰铁 比的 研究 主要 集中 在 5:5、6:4、7:3、8:2、9:1 中，目前 研发的 产 品中多为 64 或者 73。当升 科技 的磷酸 锰铁 锂产 品锰 含量 为 65%，其专 利锰 含量 覆 盖范围在 40%-90%；容 百科 技已 发布磷 锰铁 比 7:3 的产 品，并已 实现 百吨 稳定 量产；力泰锂 能 专 利 锰 含 量 的 研 究 范 围 在 60%-80%。从 各 家 产 品 和 专 利 中 可 以 看 出，高 锰 铁比是未 来努 力的 方向。1.3 磷 酸锰 铁锂 特 点鲜明，与 其他材 料 优 势互补 相 比磷酸 铁锂，LMFP 能量 密度 和 低温性能 较好。磷酸锰铁锂 与磷酸铁锂相比有两大 主 要优 势 能 量密 度提 高 和低 温 性能 优 异。首先，磷酸 铁 锂的 理 论电 压平 台 约为 3.4-3.5V，锰 元素 的引 入使磷 酸锰 铁锂 的电 压平 台可达到 4.1V，理 论能 量 密度较磷酸铁锂 提 升 10-20%，有助于提 高新能 车的 续 航 里程。其 次，在-20 条件 下，磷酸锰铁 锂 Mn 平 台容 量发 挥占常 温 时 的 95%，而 Fe 平台 容量 发挥 只有 50%左右，低温性 能较 好。相 比三元材 料，LMFP 稳定 性更高 与 成本优势 突出。三元材料属于层 状结构，而磷酸锰 铁锂为橄榄 石结构，在充 放电过程中 稳定性更好，Li+脱出 时不会存在 结构坍 塌问题；而且 磷酸 锰铁 锂 中 P 原子 通 过 P-O 强 共价 键 形成 PO4 四 面体，O 原子 很难从结 构 中脱 出，使 得 磷酸 锰铁 锂 具备 更 高的 稳定 性和 安全性。同时，磷 酸锰 铁锂 的 主要元素 为锰 和铁，避 免了 三元材 料中 贵金 属镍 和钴 的使用，显著 降低 成本。表 2：磷 酸 锰铁 锂 与三 元 及磷 酸 铁 锂材 料 对比 正极材料名称 磷酸锰铁锂 磷酸铁锂 三元材料 晶型 Spinel Spinel-NaFeO 2 理论比容 量（mAh/g)170 170 278 实际比容 量（mAh/g)130-150 130-150 150-220 电压平台（V）4.1 3.4 3.7 电导率（S/cm）10-13 10-9 10-5 金属资源 丰富 丰富 较丰富 理论能量 密度（Wh/kg)697 578 1204 热稳定性 稳定 稳定 较稳定 请务必阅读正文之后的免责条款部分 7/20 压实密度（g/cm)2.3-2.5 2.1-2.6 3.4-3.9 成本 低 低 高 安全性 好 好 一般 循环能力 好 好 较好 资料来源：魏颖 车用 磷酸锰 铁锂复 合 电池性能 及加速 寿命研 究，国元证 券研 究所 材料电压 区 间 变宽，纯 用与 混 掺 皆 可。磷酸铁 锂 在充 放电 过程 中是 两相反 应，因此其电压 表现 为单 一平 台 3.5V，锰元 素的 掺入 使得 磷 酸锰铁 使其 存在 两个 电压 平台，即锰的 4.1V，铁 的 3.5V；三元材料 属于单相 反应，其电压曲线表现出 斜坡 状 2.8-4.35V。由 此 可 以 看 出，磷 酸 锰 铁 锂 与 三 元 材 料 平 台 电 压 范 围 高 度 重 合，因 此 二者混 掺 使用 可 作为 磷 酸锰 铁锂 的 应用 方 案之 一。此 方案 不 仅可 以 兼顾 磷 酸锰 铁锂 的 双电 压 平台 问 题和 三 元的 安全 问 题，还 能改 善 复合 材料 的 容量 保 持率、充放 电效 率 等其他电 化学 性能。图 7：三 种 正极 材 料电 压 平台 对 比 资料来源：曾帅 波基 于三元、磷酸 铁 锂和锰酸 锂正极 的电化 学性能 比较，魏 颖车用 磷酸锰 铁锂复 合电池 性能及 加 速寿命研 究，国元证 券研究 所 2.多 种 技术 改性 不足，合 成方 法与 磷酸 铁锂 趋同 2.1 磷 酸锰铁 锂 不 足：导 电率 低，循 环寿 命较差 结 构 导 致 离子 移 动 受限，低 导电率 影响 倍 率 性能。磷 酸锰 铁锂具 有六 方密堆结 构，晶体中 不连 续的 FeO6（MnO6）共边 八面 体网 络以 及它们 之间 的 PO4 四 面体 影响了电子转 移和 Li+的嵌入 与脱 嵌；此 外，Li+的扩 散路 径 容易 被 Fe-Li 反 位缺 陷阻 塞，导致 Li+的 扩散 系数远 低于 理 论值。LiFeMnPO4 电池 本 征较低 的 Li+扩散 系数 和电 子电导 率 导 致 其 在高 倍 率(5C)充 放 电过 程 中 容 量 保 持率 较 低，因 而 表 现 出 较差的 倍 率性能。请务必阅读正文之后的免责条款部分 8/20 图 8：三 种 正极 材 料电 导 率 图 9：磷 酸 锰铁 锂 的倍 率 性能 图 资料来源：魏颖 车用 磷酸锰 铁锂复 合 电池性能 及加速 寿命研 究，国元证 券研 究所 资料来源：宫尚 敏磷 酸锰铁 锂正极 材 料电化学 性能研 究，国元证 券研究 所 双 电压 平台增加 BMS 开发 难度。磷酸锰铁锂的电压存在两个特点，双平台和呈 水平状；电 池管理 系 统（BMS）在估算 电池的 剩 余电 量时，往 往 是 以 OCV-SOC（电池 的 开路 电 压和 剩 余电 量的 一 一对 应 关系）来标 定；电 压平 台 呈水 平 状，增加 了 估算难度 和精 度；双平 台往 往会引 起剩 余续 航里 程数 据的波 动，导 致 BMS 难 度 开发加大；通过 与三 元 材料 混掺的 方 式，保持 电 压平 台的渐 变 性，可以 有 效规 避这个 问 题。Jahn-Teller 效 应影 响 循环 性能。当锰铁比过高时，锰基材料易发生姜泰勒（Jahn-Teller）效应。Jahn-Teller 效应指 电子 在简 并轨 道中 的不对 称占 据导 致分 子的 几何构型发生 畸变。非 线 性 MnO 6 八面体 中，Mn3+电子 分 布不对 称导 致 MnO6 八 面 体畸变，电解 液分解产生的 酸腐蚀正极 材料中的锰离 子，加速 Mn3+歧化反应 进程。Mn3+歧化反应 产生的 Mn2+和 Mn4+溶解在电解液中，从而导致正极活性物质损失以 及 破坏负极 的 SEI 膜。SEI 膜 在 修复时 会消耗 活性 锂 离子，导致 电池 容量 降低，影 响循环寿命和 稳定 性。图 10：Jahn-Teller 效应 资料来源：Reviving the lithium-manganese-based layered oxide cathodes for lithium-ion batteries Shiqi Liu,Boya Wang,Xu Zhang,Shu Zhao,Zihe Zhang,and Haijun Yu，国元 证券研 究所 请务必阅读正文之后的免责条款部分 9/20 2.2 改 善方法 丰富 多样，助力 材料性 能优 化 磷 酸 锰铁 锂 与磷 酸 铁锂 具有 相 似的 物 理化 学 特性 和离子、电 子 电导 率 较低 等问 题，因 此 采用 的 改善 方 法类 似，主 要改 性 方式 有 纳米 化、碳 包覆 和 金属 离 子掺 杂等，每种技术 可 有 效改 善材料 电 化学性 能，满足 市场 商业 化需求。表 3：现 存 问题 及 解决 方 案 碳包覆 离子掺杂 纳米化 电子电导 率低 John-Teller 效应 锂离子扩 散速率 慢 资料来源：贺志 龙磷 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，国元 证券研 究所 碳 包 覆 构 建 导电 网 络，导电 性 显 著 提 升。表面 包覆是 最为 常用 的改性 方法，其 中研究 和 应用 最 为广 泛 的是 碳包 覆。通 过 高温 碳 化的 方式 将 碳均 匀 的包 覆 在材 料表 面，一 方 面，均 匀的 碳 包覆 层为 电 子传 输 提供 了 介质，可 以 提高 颗 粒 与 颗 粒之 间的 电 子导电性；另 一方 面，包覆 可以阻 止颗 粒长 大、抑制 颗粒团 聚，从而 缩短 Li+传 输距离，提 高 离子 导 电性。碳包 覆 的含量 直 接 影响 材料 导电 率，碳含 量 过低 时，导 电性 得 不到有效 提升，而 含量 过高 又会 使 材料 振实 密度 下降，过厚 的碳 层会 阻碍 Li+的 传输。因 此，碳 包 覆 可 以 改善 材料 的 导电 性，但 需要 选 择合 适 的碳 含 量来 平 衡导 电性 和 振实密度。图 11：磷 酸 锰 铁 锂碳 包 覆示 意 图 资料来源：魏颖 车用 磷酸锰 铁锂复 合 电池性能 及加速 寿命研 究，国元证 券研 究所 纳米化缩短离子传输 粒 径，提高材料活性。橄 榄 石 结 构 的 磷 酸 铁 锂 的 Li+只 能 沿 平面 方 向进 行一 维 扩散，电荷 转 移也 主要 发 生在 该平面 上，导 致锂 离 子扩 散系数 极 低。因 此，调 节 粒径 并 确保 扩散 平 面取 向 较短 对 于提 升磷 酸 锰铁 锂 材料 的 性能 有重 要 影响。当材 料 颗粒 尺 寸为 纳米 级 时，锂 离子 迁 移路 径有 效 缩短，加快 了 迁移 速率，同时 材 料与 电 解液 充 分接 触增 大 了比 表 面积，表现 出更 好 的放 电 比容 量，从 而获 得 优异电化 学性 能。请务必阅读正文之后的免责条款部分 10/20 图 12：磷 酸 锰 铁锂 纳 米化示 意 图 资料来源：Xiang Zhang Carbon coated nano-sized LiMn0.8Fe0.2PO4 porous microsphere cathode material for Li-ion batteries，国元证 券研究 所 离 子 掺 杂 改 变 结 构，拓宽 Li+迁移通道。体 相 掺 杂 是 改 善 材 料 本 征 导 电 性 的 根 本 途径，离子掺杂 即向晶格结构中添加微量其他元素（如 Mg、Co、Zn 等），从 材料结构层面 改善 其性 能。以 Mg 元素为 例，在 Mg2+掺杂 的情况 下，Mg 会 优先 与 Fe 位形成新的 LiFe1-xMg xPO4 固 溶体。由 于 Mg2+和 Fe2+结合离 子半 径小 于 Mn2+的 离子半径，掺 杂后 的橄 榄石 结 构 MO6（M=Mn，Fe，Mg）八面 体中 的键 长变 短，LiO6 八面体中 的 Li-O 键 长变 长。LiO6 八面体 中 Li-O 键 的延 伸使 得 Li+扩 散通 道更 宽，使 Li+更 容 易迁 移，材 料 载流 子密 度 增加，有利 于 多组 分橄 榄 石结 构 正极 材 料具 有更 好 的电化学 性能。图 13：Mg2+掺 杂 改 性磷 酸锰 铁 锂 示意 图 资料来源：张凯 成 磷 酸锰铁 锂正极 材 料的合成 与改性 研究，国元 证券研 究所 2.3 合 成工艺 类似 磷酸铁 锂，固液 法 并存 磷 酸 锰 铁 锂 制 备方 法 与 磷酸 铁 锂 类 似；从原材 料构成 上，磷酸 锰铁 锂 仅比 磷酸 铁锂多 了 一个 锰 源；从 材料 性能 上，两 者 均存 在 离子 和电 子 电导 率 偏低 等 问题；从 改 善 请务必阅读正文之后的免责条款部分 11/20 方 法 上，需 要采 用 纳米 化和 碳 包覆 的 方法 来 改善 其电 化 学性 能。因 此，制 备工 艺 高度 相 似，磷 酸锰 铁 锂的 制备 方 法 可 借 鉴磷 酸 铁锂 合成 工 艺，均 需通 过 球磨，造 粒，粉 碎，烧 结 等工 艺；根 据湖 南 裕能 交 流公 告 信息，现 有 的磷 酸 铁锂 生 产线 通过 改 造后就可 生产 磷酸 锰铁 锂，具有较 好的 兼容 性。图 14：磷 酸 锰 铁锂 固 相法工 艺 路 线 图 15：磷 酸 铁 锂固 相 法合成 工 艺 路线 资料来源：储能 前沿，国元证 券研究 所 资料来源：湖南 裕能招 股说明 书，国 元 证券研究 所 合 成 方 法 众 多，固 相 法 液相 法 并 行。磷酸锰 铁锂的制 备方 法 可 分为固 相法 和液 相法；固 相 法是 将 混合 均 匀的 反应 物 在高 温 下进 行 热处 理使 其 相互 作 用，形 成所 需材 料 的工 艺 方法，分为 高 温固 相法 和 碳热 还 原法。液相 法是 将 可溶 性 金属 盐 类按 所制 备 的材 料 组成 计量 配 制成 溶液，再 选择 一种 合 适的 沉淀剂 或 用蒸 发、升 华、水解等 方 式，使 金 属离 子 均匀 沉 淀或 结晶 出 来，最 后将 沉 淀或 结晶 的 脱水 或 者加 热 分解 而得 到 所需 材 料粉 体，包 括 水热 法、溶 胶凝 胶 法和 共 沉淀 法。固 相法 的 优势 工 艺简 单，成 本较 低，适 合 规模 化 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 具 有原 料 混合 均 匀，反应 速 率快，产品 一 致性 好等 优 点，但工 艺 复 杂，对设 备 要求 高，过 程 控制 难 度大。固 相 法和 液 相法 技 术日 趋成 熟，商 业 化进 程 加速，双 线 并行且具 备规 模化 量产 条件。表 4：固 相 法、液 相法 优 缺点 对 比 制备方法 具体分类 主要流程 优势 劣势 固相法 高温固相 法 二价铁盐 与其他 各种原 料通过 机械 球磨或高 能球磨 使得材料粉碎混 合，制 得前驱 体，而 后煅 烧、研磨 得到成 品。工艺简单 易于操 作，过程容易，生产成 本和难度低，适 合规模 生产；压实密度 高，降 低储存空间和成 本 铁锰混合 不均匀，产品电化 学性能 表现差；研磨过程 产生氧 化铁，难以分离，降低电 池能量 密度 碳热还原 法 低廉的三 价铁盐 在碳的 作用下 还原 成二价铁 盐作为 铁源，进而将二 价铁盐 与其他 原料混 合球 磨制得前 驱体，而后煅烧、研磨 得到成 品。液相法 水热法 各种原料 溶解在 溶剂中 配制成 均匀 溶液，然 后在反 应釜中反应得到 前驱体，而后 干燥、焙烧 得到成品。原料混合 均匀，加快反应 速率；产品一致 性好，结晶度高；更利于做 出小粒 径材料 制备过程 引入硝 酸根离子，易产 生环保 问题；颗粒直径 缩小，压实密度 下降；需要使用 大量粘 结剂，增加生产 成本 溶胶凝胶 法 各种原料 溶解在 溶剂中，搅拌 或球 磨得到均 匀溶胶，再升高温度使 得体系 凝胶化 得到湿 凝胶，而后进 行干燥 脱水、焙烧得到 成品。共沉淀法 各种原料 溶解在 溶剂中，然后 加入 共沉淀剂 得到沉 淀，离心分离后 得到前 驱体，而后洗 涤、干燥、焙 烧得到 成品。资料来源：粉体 圈，国 元证券 研究所 请务必阅读正文之后的免责条款部分 12/20 3.LMFP 市 场 空间广 阔，产品 落地 推进 产业 化进 程 3.1 多 元化 应用支 撑市场 空间 LMFP 采用混掺的方 式已 率先应用于两轮车。由于 LMFP 充 放电 电压 和 LMO（锰酸锂）区间 范 围一 致，使 用时 电 荷元 器 件不 需 过多 更改，同时 具 有优 秀 的安 全性、低温特性 和循 环特 性，有助 于电动 车整 体的 性能 提升，因此 常采 用 LMFP 和 LMO 掺混的方 式直 接应 用在 电动 两轮车 上。2021 年，星恒 电源推 出“LONG”终 身 质保产品，2022 年与 雅迪 联合 开 发出了 碳纤维 2.0&FAR 远征系 列电 池，均采 用锰 酸锂与磷 酸 锰铁 锂 混掺 材 料，现已 应 用到 高 端新 车 型中。除 此 之外，天能 生 产的 磷酸 锰 铁锂 18650 电池 成功 应用 在 小牛的 多款 电动 车中，其 低温性 能较 以往 提升 超过 25%，增强优 化电 动车 适应 环境 能力。图 16：星恒电源 LMFP 产品 图 17：小牛电动 F0 二轮车 资料来源：星恒 电源官 网，国 元证券 研 究所 资料来源：中关 村在线，国元 证券研 究 所 动 力 电 池 市 场打 开 磷 酸锰铁 锂 新 的 想 象空 间。在政策 和市 场的双 重作 用下，近 年我国新能 源产 业发 展迅 速，市场前 景广 阔，行业 发展 潜力巨 大。2023 年 我国 锂 电正极材料市 场出 货量 248 万 吨，从产 品结 构看，2023 年 磷酸铁 锂材 料出 货量 达 165 万吨，三 元正 极材 料出 货 65 万吨。磷酸 锰铁 锂作 为磷 酸铁锂 的升 级迭 代产 品，纯用方案充分 发挥 Mn 元素 高电 压优势，能 量密 度较 磷酸 铁锂提 升 1520%；三 元 材料混掺 应 用方 案 在提 高 材料 稳定 性 和安 全 性的 同 时减 少了 贵 金属 的 使用，降本 增效。磷酸 锰 铁锂 在 优异 性 能的 加持 下，拓 展 了下 游 产品 性能 和 应用 场 景，为 正极 材料 市 场开辟新 的增 长空 间。进入快速增长期，25 年市 场规模有望超百亿。电 动 二轮车 出行 路程 较短，带 电量小，对 电 池技 术 门槛 要 求偏 低，目 前磷 酸 锰铁 锂 电池 已经 实 现小 规 模出 货；根 据高 工 锂电调研 统计，2022 年 我国 磷酸锰 铁锂 正极 材料 出货 量 2000 吨；随 着在 新能 源汽车的规模 化应 用，磷酸 锰铁 锂有望 进入 快速 放量 阶段。根 据 GGII 测算，预 计 2023 年中国磷 酸锰 铁锂 正极 材料 出货量 有望 超 1.5 万吨，市场规 模有 望 超 10 亿元；2025年磷酸 锰铁 锂正 极材 料出 货量有 望 超 20 万 吨，市场 规模有 望 超 100 亿元。请务必阅读正文之后的免责条款部分 13/20 图 18：磷 酸 锰 铁锂 出 货量测 算（万吨）资料来源：GGII，国元证 券研究 所 3.2 车 企终端 车型 落地，市场 放量在 即 磷酸锰铁锂终端车型 落地，产业化进程加速。2023 年 8 月，工 信部 发布 第 374 批道路机动车辆生产企业及产品公告新产品公示，奇瑞星纪元 ES 以及奇 瑞与华为智选 合作 的首 款新 车智 界 S7 中，有 4 款 车型 采 用了“三元 锂离 子+磷 酸铁 锰锂电池”。这 是 磷 酸 锰 铁 锂 电 池 的 首 次 装 车，表 明 磷 酸 锰 铁 锂 电 池 技 术 通 过 下 游 验 证，进入到 商业 化量 产阶 段。表 5：“三 元锂 离 子+磷 酸 锰铁 锂 电 池”车 型 产品系列 产品商标 产品型号 车型 发动机功率（kw）最高车速（km/h）续航里程（km)智界 S7 奇瑞牌 SQR7000BEVEH31 D 级车 215 210 705 奇瑞牌 SQR7000BEVEH32 D 级车 150/215 210 630 星纪元ES 星途牌 SQR7000BEVE031 D 级车 123/230 210 650 星途牌 SQR7000BEVE032 D 级车 230 200 720 资料来源：工信 部官网，国元 证券研 究 所 3.3 电 池端：产品 矩阵丰 富，性能指 标卓 越 电池新品频出，性能 大 幅提 升。头部 电池 厂商 积极推 出磷 酸锰 铁锂 产品，宁德 时代 M3P 多 元磷 酸盐 电池、中 创新航 OS 高 锰铁 锂电 池、国轩 高科 LFMP 体 系启 晨电池均已面世，比亚 迪、亿 纬锂 能、孚 能 科技、欣旺 达等 也 有相 关 技术 储 备。多家 企 业扩 大 研发 力 度，逐 渐丰 富磷 酸 锰铁 锂 产品 类 型以 满足 市 场需 求。性 能 上看，欣旺达生产的 磷酸 锰铁 锂电 芯产 品能量 密度 可达 到 235Wh/kg，国轩 高科 自研 的 L600 启晨电芯实 现 了 240Wh/kg 的 能量密 度，中创 新航 的 OS 高 锰铁 锂电 池系 统能 量 密度可达 180Wh/kg，以更 高的 能量密 度支 持电 动汽 车达 到 700km 续航。产 品成 熟 度提升，性能不 断迭 代升级，商业 化进程 加速。0.21.552005101520252022 2023E 2024E 2025E 请务必阅读正文之后的免责条款部分 14/20 表 6：电池 企业 产品 研发进展 公司名称 产品进展 宁德时代 公司推出 的 M3P 电池已经 具备量 产条件，2023 年 9 月子公司 江苏时 代“三元 锂离子+磷酸锰铁锂”电池装 车奇瑞 和华为 合作 推出的智 界 S7 以及奇瑞星 纪元 ES 各两款车型。亿纬锂能 公司磷酸 锰铁锂 电池已 在 2022 年上半年通 过电池 中试环 节，正 在送 样品给车 企测试。欣旺达 2023 年 7 月公司表示 正在 进行磷 酸锰铁锂 电池的 开发工 作，磷 酸锰 铁锂电芯 产品能 量密度可达到 235Wh/kg，产 品性 能处于行 业前 列，目 前已 得到客 户的 认可，正在 进行产 业化 开发工作 国轩高科 2023 年 5 月发布了其自 研的 L600 启晨电芯及电池 包，采用 磷酸锰 铁锂技术路 线，实现240Wh/kg 的能量密 度，续 驶里程 可达 1000 公里。孚能科技 公司的磷酸锰铁锂 等计划在 2023 年推出第一代产品，目标是 利用 磷酸铁锂和磷酸锰铁锂的能量密 度形成 从 200Wh/kg 到 240Wh/kg 的产品 覆盖。蜂巢能源 2022 年 12 月 提 出 新 产 品 方 案 高 锰 铁 镍 电 池，预 计 高 锰 铁 镍 电 池 包 重 量 能 量 密 度220Wh/kg，体积能量 密度为 503 Wh/L，量产 时间预 计 2024 年。瑞浦兰钧 2023-2024 年公司磷酸锰 铁锂能 量 密度将做到 500Wh/L,支持纯
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