磷酸錳鐵鋰作為提高電池性能的關(guān)鍵正在加速邁入產(chǎn)業(yè)化的門檻。

 

       電池技術(shù)的革命性突破，在于正負(fù)極等材料的創(chuàng)新，從而從根本上解決鋰電池在存儲(chǔ)能量上的限制，在電化學(xué)性能穩(wěn)定以及熱管理等安全性問題，達(dá)到在動(dòng)力和儲(chǔ)能以及消費(fèi)領(lǐng)域的全面普及性應(yīng)用，方能真正發(fā)揮儲(chǔ)能對(duì)新能源發(fā)展和我國(guó)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的重大支撐作用。我國(guó)鋰電產(chǎn)品的成熟和定型的關(guān)鍵，也在材料端的變革。也只有通過(guò)材料推動(dòng)的電池存儲(chǔ)能量躍進(jìn)，才能從根本上降低電池的生產(chǎn)成本，符合市場(chǎng)應(yīng)用需求，避免大家比拼容量可能帶來(lái)的熱失控等安全隱患，推動(dòng)鋰電制造產(chǎn)業(yè)走上健康有序的發(fā)展軌道。正極材料作為鋰離子的容器結(jié)構(gòu)，其物理、化學(xué)特性決定了鋰離子的容量及釋放速度，進(jìn)而決定了電芯的電容量及充放電速度、使用次數(shù)等關(guān)鍵性質(zhì)，因而正極材料的選擇與技術(shù)升級(jí)成為提高電池性能的關(guān)鍵。

 

       一、正極材料的選擇與技術(shù)升級(jí)成為提高電池性能的關(guān)鍵

 

       目前開發(fā)的鋰離子電池均以正極材料作為鋰源，整個(gè)電池的比容量受限于正極材料的容量，而且正極材料的成本占電池總材料成本的50%以上，正極材料成本決定鋰離子電池成本。因此制備成本低同時(shí)具有高能量密度的正極材料是行業(yè)追求的重要目標(biāo)。

 

       目前正極材料行業(yè)的主流發(fā)展趨勢(shì)是高電壓化。隨著碳包覆、納米化等改性技術(shù)的進(jìn)步，磷酸錳鐵鋰電池續(xù)航及安全性良好的優(yōu)勢(shì)越發(fā)明顯，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程開始加速。在降本增效的驅(qū)動(dòng)下，目前正極材料市場(chǎng)上，在LFP和NCM基礎(chǔ)上不斷衍生出低成本高電壓的新型正極材料。比如，在磷酸鐵鋰基礎(chǔ)上研發(fā)出的磷酸錳鐵鋰（LMFP）、三元材料的高鎳化材料鎳錳酸鋰、富鋰錳基材料等。鑒于錳源較為豐富、成本相對(duì)低廉等特點(diǎn)，錳基正極材料受到了諸如特斯拉、比亞迪、寧德時(shí)代、國(guó)軒高科等主流電池廠和主機(jī)廠的重視，已經(jīng)成為了業(yè)內(nèi)動(dòng)力電池研發(fā)的重要方向。

 

       在“十四五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃中，“低成本長(zhǎng)壽命錳基儲(chǔ)能鋰離子電池”被列為“儲(chǔ)能與智能電網(wǎng)技術(shù)”重點(diǎn)專項(xiàng)項(xiàng)目。

 

       二、磷酸錳鐵鋰的性能特征及優(yōu)勢(shì)

 

       磷酸錳鐵鋰相比磷酸鐵鋰，具備高電壓、高能量密度以及更好的低溫性能。且較三元鋰電提高了電池的安全性。

 

      （一）磷酸錳鐵鋰是磷酸鐵鋰的升級(jí)路線，能量密度提升20%。磷酸錳鐵鋰和磷酸鐵鋰?yán)碚撊萘肯嗤��?70mAh/g）。由于摻入錳離子，磷酸錳鐵鋰相比磷酸鐵鋰有較高的高電壓平臺(tái)，因此相同設(shè)計(jì)狀況下磷酸錳鐵鋰的能量密度較磷酸鐵鋰增加 20%（目前磷酸鐵鋰最大能量密度已穩(wěn)定在 161~164Wh/kg 左右），并縮小了與三元材料的差距。磷酸錳鐵鋰的電壓平臺(tái)約為 4.1V，而磷酸鐵鋰 3.4V。

 

       （二）磷酸錳鐵鋰相較磷酸鐵鋰有更好的低溫性能。以德方納米的產(chǎn)品為例，其各類納米磷酸鐵鋰產(chǎn)品在-20℃時(shí)容量保持率平均約在67%，但其磷酸錳鐵鋰在-20℃下容量保持率約為71%，與質(zhì)量占比15%的三元材料混合時(shí)-20℃容量保持率可以達(dá)到74%左右。因此磷酸錳鐵鋰有較好的應(yīng)用場(chǎng)景。（目前磷酸鐵鋰儲(chǔ)能系統(tǒng)最佳運(yùn)行溫度為25℃，容量保持率在100%；0℃時(shí)容量保持率約為80%；-20℃時(shí)容量保持率只有50%左右，再往下會(huì)更低。）

 

       （三）磷酸錳鐵鋰具有更優(yōu)的電化學(xué)性能安全穩(wěn)定性。從安全性來(lái)看，鎳鈷錳酸鋰NCM三元材料為層狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)相對(duì)不穩(wěn)定。磷酸錳鐵鋰的橄欖石結(jié)構(gòu)使其在充放電過(guò)程中更加穩(wěn)定，即使在充電的過(guò)程中鋰離子全部脫出，也不會(huì)存在結(jié)構(gòu)崩塌的問題，在充放電過(guò)程中可以起到結(jié)構(gòu)支撐的作用，從而使磷酸錳鐵鋰具有優(yōu)異的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性，使其安全性能優(yōu)異、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。從能量密度來(lái)看，磷酸錳鐵鋰與NCM523 相近，縮小了磷酸鐵鋰與三元材料之間的差距，可以替換部分低鎳三元，或是與三元材料混搭使用提升電池安全性能。

 

       （四）磷酸錳鐵鋰更高的能量密度在單瓦時(shí)成本上相較于磷酸鐵鋰更佳，遠(yuǎn)低于三元正極。磷酸錳鐵鋰正極原材料不含鎳鈷等貴金屬，成本低于三元。磷酸錳鐵鋰的制備原料包括鋰源、磷源、錳源、鐵源。從原材料價(jià)格來(lái)看，磷酸錳鐵鋰所含的金屬價(jià)格較為便宜，磷酸錳鐵鋰使用的硫酸亞鐵、硫酸錳的價(jià)格僅為 NCM 中硫酸鈷、硫酸鎳的約十分之一，因此材料成本遠(yuǎn)低于三元正極，具有成本優(yōu)勢(shì)。生產(chǎn)LMFP電池與生產(chǎn)LFP電池的生產(chǎn)設(shè)備變動(dòng)較小，無(wú)需重建產(chǎn)線，變動(dòng)成本低，符合經(jīng)濟(jì)性。

 

       磷酸錳鐵鋰電池的單瓦時(shí)成本與磷酸鐵鋰基本持平。雖然磷酸錳鐵鋰正極的成本高于磷酸鐵鋰，但是由于磷酸錳鐵鋰的能量密度高于磷酸鐵鋰，其單瓦時(shí)成本低于磷酸鐵鋰、經(jīng)濟(jì)性更佳。我們根據(jù)龍頭企業(yè)可研數(shù)據(jù)，假設(shè)磷酸錳鐵鋰正極的成本較磷酸鐵鋰高 25%，通 過(guò)加總正極、負(fù)極、電解液等不同材料的成本，計(jì)算可得磷酸鐵鋰、磷酸錳鐵鋰電池的單瓦時(shí)成本分別為 0.59、0.57 元，基本持平。

 

       三、磷酸錳鐵鋰的制備工藝

 

       磷酸鐵錳鋰是通過(guò)Mn元素?fù)诫sLiFePO4材料獲取的，所以其制備可在磷酸鐵鋰的工藝路徑上延續(xù)，包括固相法與液相法，只是需要在前驅(qū)體制備環(huán)節(jié)額外加入錳源，并且在后續(xù)的燒結(jié)過(guò)程中窯爐溫度和燒結(jié)工藝稍有改變，其他步驟基本相似。

 

       磷酸錳鐵鋰的固相法或液相法都是制備前驅(qū)體后再進(jìn)行煅燒得到最終材料，可與磷酸鐵鋰使用相同的設(shè)備進(jìn)行制備。固相法包括高溫固相法和碳熱還原法；液相法包括共沉淀、溶膠-凝膠法、水熱/溶劑熱法、噴霧干燥法等。

 

       固相法分為高溫固相法和碳熱還原法，其中高溫固相法是較成熟的制備方法，在實(shí)際工業(yè)制造中被廣泛采用。高溫固相法：將原材料混合均勻后進(jìn)行球磨和砂磨，然后通過(guò)噴霧干燥得到前驅(qū)體粉末，再將前驅(qū)體放在惰性保護(hù)氣體氛圍下高溫?zé)�結(jié)，再通過(guò)粉碎、篩分除鐵等步驟得到磷酸錳鐵鋰正極材料。碳熱還原法：該方法為在高溫下用碳還原金屬氧化物制取金屬的方法，以無(wú)機(jī)碳作為還原劑所進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)的方法。該反應(yīng)需要較高溫度，是一種能降低生產(chǎn)成本和顆粒大小，提高產(chǎn)物純度和電導(dǎo)率的新型制備方法。

 

       液相法：將各種原材料在溶液反應(yīng)，再經(jīng)過(guò)加絡(luò)合劑/凝膠化/沉淀，最后干燥、熱處理后形成LMFP正極材料。目前主要有水熱法/溶劑熱法、溶膠-凝膠法以及共沉淀法3種工藝。

 

       固相法工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，是目前主流的大批量合成方法。但由于原料不容易均勻混合，容易導(dǎo)致隨后煅燒時(shí)間的增加和表面活性分布不均勻，從而導(dǎo)致顆粒不均勻。

 

       液相法得到的產(chǎn)品一致性高，但其設(shè)備、工藝相對(duì)復(fù)雜，制備成本高，比較難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

 

       比較上述兩種工藝，固相法原料成本較高，鋰價(jià)高位時(shí)液相法材料成本優(yōu)勢(shì)明顯。液相法工業(yè)級(jí)碳酸鋰就可滿足，而固相法需要電池級(jí)碳酸鋰，碳酸鋰價(jià)格高位時(shí)，如2022年11月7日工業(yè)級(jí)碳酸鋰54.5萬(wàn)/噸，電池級(jí)碳酸鋰57萬(wàn)/噸，若1噸磷酸鐵鋰消耗碳酸鋰234kg，工業(yè)級(jí)碳酸鋰成本低于電池級(jí)碳酸鋰約5850元/噸。

 

       目前磷酸錳鐵鋰生產(chǎn)過(guò)程的難點(diǎn)主要在于：

 

       （1）前驅(qū)體合成難度高：因?yàn)樾袠I(yè)暫無(wú)統(tǒng)一規(guī)范，各廠家具有其特定的生產(chǎn)配方及錳鐵比設(shè)置，前驅(qū)體具有非標(biāo)準(zhǔn)化特征，各家企業(yè)基本進(jìn)行自產(chǎn)。同時(shí)原料錳鹽導(dǎo)電性差、加工難度大，增加了前驅(qū)體生產(chǎn)的技術(shù)難度；

 

       （2）工藝難度大：磷酸錳鐵鋰自身導(dǎo)電性和部分動(dòng)力學(xué)性能較差，因而需要進(jìn)行包覆、摻雜、納米化等改性手段以改善導(dǎo)電性能。而改性技術(shù)往往依賴長(zhǎng)期的研發(fā)和工藝積累，具有較高的壁壘。

 

       從頭部企業(yè)技術(shù)路線看，德方納米選擇濕法路線，運(yùn)用“涅甲界面改性技術(shù)”和“離子超導(dǎo)技術(shù)”等核心技術(shù)，有效解決了磷酸錳鐵鋰導(dǎo)電性能與倍率性能差的難題。容百科技子公司斯科蘭德采取火法工藝，公司后續(xù)通過(guò)固液一體化以及基礎(chǔ)化工原料到礦石原料的升級(jí)，降低磷酸錳鐵鋰的制造成本。當(dāng)升科技也采取液相和固相結(jié)合的方法制備磷酸錳鐵鋰。

 

       四、磷酸錳鐵鋰的改性技術(shù)

 

       （一）限制磷酸錳鐵鋰發(fā)展的因素

 

       磷酸錳鐵鋰?yán)^承了LFP低成本、高熱穩(wěn)定性、高安全性等優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了其能量密度低、低溫穩(wěn)定性較差等缺點(diǎn)，但LMFP也存在導(dǎo)電性能、倍率性能以及循環(huán)性能較差等問題。

 

       1、導(dǎo)電性差和鋰離子擴(kuò)散速率低，并進(jìn)而影響其倍率性能

 

       磷酸錳鐵鋰的結(jié)構(gòu)特性決定了其導(dǎo)電性差和鋰離子擴(kuò)散速率低的缺點(diǎn)，進(jìn)而影響其倍率性能。這些缺點(diǎn)導(dǎo)致磷酸錳鐵鋰無(wú)法完全發(fā)揮其電化學(xué)性能，也因此限制了其進(jìn)一步的大規(guī)模應(yīng)用。

 

       2、與電解液反應(yīng)產(chǎn)生錳析出導(dǎo)致鋰離子減少降低電池容量，影響循環(huán)壽命和循環(huán)穩(wěn)定性

 

       另外，電解液分解產(chǎn)生的酸進(jìn)一步腐蝕正極材料中的錳離子，加速M(fèi)n3+歧化反應(yīng)進(jìn)程，在負(fù)極發(fā)生還原反應(yīng)析出，進(jìn)而破壞負(fù)極的SEI膜（固體電解質(zhì)界面膜）。SEI膜的形成會(huì)消耗一部分鋰離子，遭到破環(huán)的SEI膜在進(jìn)行修復(fù)時(shí)也會(huì)消耗一部分鋰離子，這導(dǎo)致鋰離子減少，進(jìn)而降低電池容量，影響其循環(huán)壽命和循環(huán)穩(wěn)定性。

 

       3、雙電壓平臺(tái)增加后期電池管理系統(tǒng)（BMS）管理難度

 

       錳、鐵充放電電壓的不同導(dǎo)致LMFP出現(xiàn)雙電壓平臺(tái)，在放電過(guò)程中發(fā)生電壓驟降的問題，進(jìn)而增加了后期電池管理系統(tǒng)（BMS）的管理難度。

 

       （二）磷酸錳鐵鋰電子電導(dǎo)率低，改性是規(guī)�；瘧�(yīng)用的關(guān)鍵

 

       磷酸錳鐵鋰基本屬于絕緣體，具有較低的電子電導(dǎo)率及較低的鋰離子遷移率，阻礙電子在電化學(xué)反應(yīng)中的遷移和鋰離子的遷移，直接限制了其發(fā)展和應(yīng)用。將磷酸錳鐵鋰材料納米化、表面包覆、微觀形貌調(diào)控、金屬摻雜等改性方法都可以有效提高其電化學(xué)活性，是目前廠家主要需要攻克的難題。

 

       磷酸鐵鋰電池?fù)郊渝i后，電壓平臺(tái)更高的同時(shí)，低導(dǎo)電率、與電解質(zhì)副反應(yīng)等問題也越來(lái)越嚴(yán)重，從而導(dǎo)致電池循環(huán)性能變差。另一方面，鐵含量提升能夠帶動(dòng)鋰電池導(dǎo)電性和倍率性能的提高，然而過(guò)多的鐵元素?fù)诫s會(huì)使磷酸錳鐵鋰電壓提升效果有限，從而導(dǎo)致能量密度較磷酸鐵鋰優(yōu)勢(shì)不明顯。

 

       解決LMFP材料固有缺陷主要從兩方面入手：一是合適的錳鐵比例能夠全面提升LMFP電化學(xué)性能。二是納米化、摻雜、包覆等改性技術(shù)改善LMFP材料電化學(xué)性能。

 

       磷酸錳鐵鋰技術(shù)改性方案：

 

       1、碳包覆

 

       將原材料與碳源球磨混合，然后在高溫下進(jìn)行煅燒形成碳包覆層。其中常見的碳源包括蔗糖、葡萄糖等。碳包覆能有效提升材料導(dǎo)電性能和循環(huán)性能。將導(dǎo)電材料包覆在磷酸錳鐵鋰材料表面能夠構(gòu)建導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，增加材料的導(dǎo)電性能和電池的倍率性能。此外，碳包覆可以有效阻止磷酸錳鋰顆粒進(jìn)一步長(zhǎng)大以及阻止電解液中HF對(duì)正極材料的侵蝕作用，提高正極材料的循環(huán)性能。

 

       2、離子摻雜

 

       常見的摻雜元素包括：Mg、Co、Ni、Cr、Zn、Cu、V、Ti、Zr、Nb。目前來(lái)看，摻雜Mg2+（鎂離子）的方法應(yīng)用和研究最為廣泛。離子摻雜是從晶格內(nèi)部改變材料的導(dǎo)電性和離子擴(kuò)散性能，摻雜離子可使晶格產(chǎn)生缺陷，并可抑制姜泰勒（John-Teller）效應(yīng)，從而提高材料性能。

 

       3、納米化

 

       納米化通過(guò)機(jī)械球磨、控制煅燒溫度等方法來(lái)減小材料晶體粒徑，從而縮短鋰離子擴(kuò)散路徑，鋰離子遷移的效率得到提升，從而提升了材料的倍率性能。

 

       4、與三元復(fù)用

 

       磷酸錳鐵鋰純用主要用在動(dòng)力和家用儲(chǔ)能，替代高壓密磷酸鐵鋰；混用主要指和三元混用，包括以三元為主，錳鐵鋰為輔來(lái)改善安全性能，或是以錳鐵鋰為主，三元為輔提高能量密度。高鎳+磷酸錳鐵鋰不僅在綜合性能上遠(yuǎn)超大部分中、低鎳產(chǎn)品，還在成本方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。因而在優(yōu)化電芯設(shè)計(jì)后，若全部采用高鎳+錳鐵鋰正極材料，即可替代現(xiàn)有中鎳三元方案，實(shí)現(xiàn)電芯/PACK端成本最優(yōu)及性能最優(yōu)。搭配這款復(fù)合正極材料的電池既擁有三元的高能量密度、高功率特性，又具有磷酸錳鐵鋰的高安全性、低成本優(yōu)勢(shì)。目前，德方納米、國(guó)軒高科、億緯鋰能、比亞迪、星恒電源、當(dāng)升科技、廈門鎢業(yè)等材料和電池企業(yè)，都在磷酸錳鐵鋰材料改性取得進(jìn)展并獲得了相關(guān)專利技術(shù)。

 

       五、磷酸錳鐵鋰電池未來(lái)應(yīng)用與發(fā)展方向

 

       兩大發(fā)展方向：

 

       一是純磷酸錳鐵鋰鋰電池的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。磷酸錳鐵鋰鋰電池相對(duì)于三元電池，安全性更高、成本優(yōu)勢(shì)更明顯；相對(duì)于LFP磷酸鐵鋰，能量密度更高。因此會(huì)逐步或部分替代鐵鋰和中低鎳三元材料，主要應(yīng)用于儲(chǔ)能市場(chǎng)和中低端動(dòng)力市場(chǎng)。

 

       二是與其他材料復(fù)合使用，取長(zhǎng)補(bǔ)短，提升材料整體性能。由于磷酸錳鐵鋰LMFP粒徑小，可以嵌入到NCM、LCO等材料結(jié)構(gòu)中構(gòu)成新型材料，綜合各自優(yōu)勢(shì)，全面提升材料性能。

 

       據(jù)專家預(yù)測(cè)，磷酸錳鐵鋰正極材料未來(lái)市場(chǎng)的增量將主要集中在動(dòng)力領(lǐng)域，其次為小動(dòng)力、儲(chǔ)能以及部分?jǐn)?shù)碼領(lǐng)域等。

 

       1、車用動(dòng)力電池領(lǐng)域，LMFP純用復(fù)合均有優(yōu)勢(shì)，前景廣闊

 

       LMFP作為L(zhǎng)FP的重要升級(jí)方向，將會(huì)逐步替代LFP在鋰電池中的應(yīng)用，預(yù)計(jì)到2025年LMFP對(duì)LFP滲透率為15%。另一方面LMFP可作為“穩(wěn)定劑”，與三元材料復(fù)合使用。目前，德方納米已提出的NCM表面包覆LMFP方案，LMFP的加入能夠有效提高混合正極的穩(wěn)定性、降低成本，該復(fù)合材料具有高能量密度、高安全性、良好低溫性能等多方面優(yōu)勢(shì)，能夠促進(jìn)LFMP與三元5系更進(jìn)一步的合作。隨著相關(guān)技術(shù)及復(fù)合材料的發(fā)展，LMFP將逐步滲透三元復(fù)合材料中。

 

       2、兩輪電動(dòng)車領(lǐng)域，高性價(jià)比LMFP市場(chǎng)份額快速推進(jìn)

 

       小動(dòng)力對(duì)性能要求不高，安全性高、成本低的LFP更多被應(yīng)用在兩輪電動(dòng)車領(lǐng)域。據(jù)測(cè)算，2025年全球兩輪電動(dòng)車中LFP占比或達(dá)35%，三元或錳酸鋰占比達(dá)65%。此外，LMFP+LMO在兩輪電動(dòng)車領(lǐng)域被認(rèn)為是性價(jià)比最高的鋰電系統(tǒng)之一，復(fù)合錳酸鋰憑借高安全性和長(zhǎng)循環(huán)壽命等優(yōu)勢(shì)，在中國(guó)已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)階段。天能股份已經(jīng)推出相應(yīng)的超能錳鐵鋰電池應(yīng)用在小牛電動(dòng)二輪車中；常州鋰源與星恒電源也就磷酸錳鐵鋰達(dá)成戰(zhàn)略合作。海外市場(chǎng)中，日本是最早開始推廣電踏車的地區(qū)，因?yàn)槠淅淆g化問題日漸突出，電踏車需求較大；歐洲具有良好的騎行文化，電踏車率不斷上升，提升空間較大；美國(guó)電踏車起步最晚，在2020年疫情催化下，電踏車銷量大幅上升，未來(lái)有望持續(xù)增長(zhǎng)。據(jù)此測(cè)算出2025年全球電動(dòng)自行車鋰電池需求為96GWh，LMFP憑借其更明顯的性能和成本優(yōu)勢(shì)，需求可達(dá)18.43GWh。

 

       3、儲(chǔ)能領(lǐng)域，LMFP比LFP更具能量密度優(yōu)勢(shì)

 

       據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)估計(jì)全球儲(chǔ)能電池需求量到2025年為500GWh，作為L(zhǎng)FP重要技術(shù)改革方向，預(yù)測(cè)在儲(chǔ)能領(lǐng)域，到2025年LMFP對(duì)LFP替代率為10%，需求或達(dá)到45GWh。

 

       六、磷酸錳鐵鋰技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)展

 

       磷酸錳鐵鋰在小動(dòng)力市場(chǎng)和 3C 數(shù)碼市場(chǎng)已具備一定規(guī)模，未來(lái)有望先在動(dòng)力電池領(lǐng)域加速放量。根據(jù)德方納米、容百科技的公告，兩家公司都預(yù)計(jì)磷酸錳鐵鋰產(chǎn)品有望在 2023 年實(shí)現(xiàn)在下游新能源汽車上的批量應(yīng)用。根據(jù)測(cè)算，預(yù)計(jì) 2023~2025 年全球磷酸錳鐵鋰正極在動(dòng)力領(lǐng)域的需求量分別為 3.7 萬(wàn)噸、15.7 萬(wàn)噸、35.2 萬(wàn)噸，2023~2025 年 CAGR 為207%。

 

      （一）行業(yè)產(chǎn)能布局較快，排名前四企業(yè)產(chǎn)能規(guī)劃占比近七成

 

       目前LMFP尚未產(chǎn)業(yè)化，各家正極材料企業(yè)處于下游客戶驗(yàn)證階段，在測(cè)試進(jìn)展上存在一定差異。電池企業(yè)、正極材料廠商正積極布局磷酸錳鐵鋰產(chǎn)能，大致經(jīng)歷一兩年左右的認(rèn)證周期和生產(chǎn)放量后，磷酸錳鐵鋰將步入產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。隨著國(guó)內(nèi)多個(gè)磷酸錳鐵鋰材料項(xiàng)目的建成投產(chǎn)，以及頭部電池企業(yè)應(yīng)用帶動(dòng)，2023年或是磷酸錳鐵鋰批量化生產(chǎn)和應(yīng)用節(jié)點(diǎn)。

 

       截至 2023 年 8 月，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，磷酸錳鐵鋰行業(yè)現(xiàn)有產(chǎn)能 35.82 萬(wàn)噸，在建產(chǎn)能 91.00 萬(wàn)噸，遠(yuǎn)期規(guī)劃新建產(chǎn)能 117.18 萬(wàn)噸。2023年，當(dāng)升科技在攀枝花投建30萬(wàn)噸（一期12萬(wàn)噸）；德方納米在云南曲靖市會(huì)澤縣投建11萬(wàn)噸，在深汕特別合作區(qū)投建50萬(wàn)噸；乾運(yùn)高科投建20萬(wàn)噸；天奈科技在四川眉山投建10萬(wàn)噸；上海錦源晟在貴州息烽投建10萬(wàn)噸；湖南裕能投建32萬(wàn)噸；容百科技在仙桃投建10萬(wàn)噸；宇拓新能源在新疆霍城縣投建10萬(wàn)噸。從競(jìng)爭(zhēng)格局看，德方納米、當(dāng)升科技、湖南裕能、容百科技的遠(yuǎn)期磷酸錳鐵鋰遠(yuǎn)期總產(chǎn)能規(guī)模領(lǐng)先，分別為 55 萬(wàn)噸、50 萬(wàn)噸、32 萬(wàn)噸、30 萬(wàn)噸，排名前四企業(yè)合計(jì)遠(yuǎn)期總產(chǎn)能規(guī)模占全行業(yè)的 68%。

 

       從磷酸錳鐵鋰產(chǎn)能投放節(jié)奏看，2025 年底，湖南裕能、容百科技規(guī)劃的32萬(wàn)噸、30萬(wàn)噸產(chǎn)能優(yōu)先全部投放，容百科技披露計(jì)劃于2025年底在中、韓兩國(guó)建成14萬(wàn)噸／年磷酸錳鐵鋰產(chǎn)能，2030年底在中、韓、歐、美市場(chǎng)建成56萬(wàn)噸／年磷酸錳鐵鋰產(chǎn)能；2027年底，德方納米產(chǎn)能達(dá)22萬(wàn)噸（已建成11萬(wàn)噸）；2028年底，當(dāng)升科技產(chǎn)能達(dá) 30 萬(wàn)噸。德方納米、當(dāng)升科技另規(guī)劃遠(yuǎn)期新建產(chǎn)能 33 萬(wàn)噸、20 萬(wàn)噸。

 

       （二）下游應(yīng)用開始發(fā)力，預(yù)計(jì)2024年開始放量

 

       據(jù)中國(guó)汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟數(shù)據(jù)顯示，2023年11月，三元和磷酸錳鐵鋰混配體系電池首次實(shí)現(xiàn)裝車。2023年8月，華為與奇瑞合作智選車LUXEED智界S7通過(guò)工信部申報(bào)，其中兩款車型搭載寧德時(shí)代三元鋰+磷酸鐵錳鋰電池。奇瑞星途兩款車型亦搭載寧德時(shí)代的 M3P 電池，預(yù)計(jì)于 2023Q3 發(fā)布。寧德時(shí)代2021年全資持股磷酸錳鐵鋰材料企業(yè)力泰鋰能，力泰鋰能已有年產(chǎn)2000噸磷酸錳鐵鋰生產(chǎn)線，并計(jì)劃2022年新建年產(chǎn)3000噸磷酸錳鐵鋰產(chǎn)線。比亞迪亦透露其磷酸錳鐵鋰電池研發(fā)成功，預(yù)計(jì)2024年上半年將實(shí)現(xiàn)裝車發(fā)布。

 

       電池環(huán)節(jié)，除寧德時(shí)代外，已有多家廠商推出磷酸錳鐵鋰電池產(chǎn)品，其中部分已有量產(chǎn)計(jì)劃。國(guó)軒高科2022年5月發(fā)布磷酸錳鐵鋰體系的L600啟晨電芯及電池包，續(xù)航可達(dá)1000公里，預(yù)計(jì)2024年量產(chǎn)。星恒電源在錳基電池的技術(shù)專業(yè)、研發(fā)深度、應(yīng)用規(guī)模上全面領(lǐng)先，獨(dú)創(chuàng)MFO錳鐵氧化物前驅(qū)體合成技術(shù)，目前已成功實(shí)現(xiàn)萬(wàn)噸級(jí)量產(chǎn)；在產(chǎn)品端去年3月試水儲(chǔ)能領(lǐng)域，攜手紐曼率先推出高性能磷酸錳鐵鋰戶外移動(dòng)電源“紐曼S系列”，目前循環(huán)壽命可達(dá)3000次，超越常規(guī)磷酸鐵鋰；在新能源汽車和家庭儲(chǔ)能領(lǐng)域，獨(dú)家研發(fā)的金磚電池在年底實(shí)現(xiàn)全面量產(chǎn)，支持400KM以內(nèi)的續(xù)航里程。欣旺達(dá)去年7月宣稱磷酸錳鐵鋰電芯產(chǎn)品能量密度可達(dá)到235Wh/kg，目前已得到客戶的認(rèn)可，正在進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化開發(fā)工作。三星SDI去年9月4日在德國(guó)慕尼黑車展上首次展示了其磷酸錳鐵鋰電池產(chǎn)品。此外，中創(chuàng)新航早已發(fā)布One-Stop高錳鐵鋰電池；天能股份的 TP-MAX，瑞浦蘭鈞和孚能科技等也已有磷酸錳鐵鋰產(chǎn)品儲(chǔ)備。

 

       正極材料環(huán)節(jié)，面向動(dòng)力電池領(lǐng)域，德方納米、容百科技已到車上測(cè)試階段，當(dāng)升科技在客戶測(cè)試階段，湖南裕能也處中試送樣階段。其中，德方納米進(jìn)度相對(duì)領(lǐng)先，已獲得小批量訂單。去年8月，龍?bào)纯萍计煜潞�北鋰源發(fā)布了新一代高能量密度的正極材料產(chǎn)品“錳鋰1號(hào)”，將平均放電電壓提升至3.7V以上，且在3C倍率下放電容量不低于140mAh/g。

 

       東吳證券研究人員預(yù)測(cè)，磷酸錳鐵鋰2024年有望大規(guī)模滲透動(dòng)力鐵鋰和中鎳三元領(lǐng)域。測(cè)算錳鐵鋰2025年滲透率5-10%，電池需求近130GWh，對(duì)應(yīng)正極需求超20萬(wàn)噸，市場(chǎng)規(guī)模近150億元；2030年滲透率超30%，電池需求超1500GWh，對(duì)應(yīng)正極需求超260萬(wàn)噸，市場(chǎng)規(guī)模超1500億元。

 

       （三）磷酸錳鐵鋰正極材料發(fā)展可能面臨的風(fēng)險(xiǎn)

 

       一是市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)風(fēng)險(xiǎn)。從未來(lái)幾年的發(fā)展來(lái)看，由于傳統(tǒng)正極材料已出現(xiàn)比較嚴(yán)重的產(chǎn)能過(guò)剩情況，許多正極材料廠商均紛紛將磷酸錳鐵鋰視作差異化的競(jìng)爭(zhēng)路線，加大磷酸錳鐵鋰材料的研發(fā)投入，并存在其他領(lǐng)域企業(yè)投入資金進(jìn)入，在磷酸錳鐵鋰正式大范圍應(yīng)用階段到來(lái)后，市場(chǎng)可能將面臨較為激烈的競(jìng)爭(zhēng)。

 

       二是應(yīng)用初期的產(chǎn)能過(guò)剩的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)目前各廠家宣布的規(guī)劃產(chǎn)能情況看，許多正極材料廠商對(duì)磷酸錳鐵鋰投入較大，但目前實(shí)際的市場(chǎng)應(yīng)用還是磷酸錳鐵鋰需與三元正極材料混合使用，短時(shí)期內(nèi)實(shí)際的磷酸錳鐵鋰市場(chǎng)需要量并沒有這么多，市場(chǎng)可能無(wú)法消化如此多的產(chǎn)能，存在一定的產(chǎn)能過(guò)剩的風(fēng)險(xiǎn)，在新材料應(yīng)用初期受限于產(chǎn)品良品率的制約，企業(yè)的生產(chǎn)成本本來(lái)就比較高，恐將為廠商帶來(lái)價(jià)格比拼的困擾。

 

       三是技術(shù)限制下企業(yè)量產(chǎn)不達(dá)標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。磷酸錳鐵鋰材料目前在產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用過(guò)程中，仍還存在壓實(shí)密度低、導(dǎo)電性能低、錳溶出等一系列技術(shù)瓶頸，需要持續(xù)投入研發(fā)，并在實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用中不斷積累和提升工程化的生產(chǎn)制造能力，其產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和大規(guī)模應(yīng)用仍存在一定的制約。如何保證量產(chǎn)產(chǎn)線上產(chǎn)品性能接近和達(dá)到實(shí)驗(yàn)室樣品并保持持續(xù)穩(wěn)定，還需要持續(xù)的技術(shù)攻關(guān)，才能保證下游應(yīng)用的實(shí)際效果。許多企業(yè)很可能由此遇到發(fā)展的障礙影響其產(chǎn)線的投入產(chǎn)出，甚至還可能因產(chǎn)線投入過(guò)早、過(guò)大給其生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)帶來(lái)困難。

 

       四是在先發(fā)優(yōu)勢(shì)下新入局者會(huì)面臨更多的困難。一般來(lái)講，先進(jìn)入者存在一定的先發(fā)優(yōu)勢(shì)。鋰電材料驗(yàn)證周期較長(zhǎng)，整車廠與電池及其他零部件材料一般均具有較強(qiáng)的綁定關(guān)系，車型一旦定型就不會(huì)發(fā)生材料的改變。考慮到鋰電材料產(chǎn)能建設(shè)時(shí)間與量產(chǎn)產(chǎn)品的驗(yàn)證周期，先進(jìn)入企業(yè)已與下游多數(shù)電池龍頭企業(yè)形成了較強(qiáng)的協(xié)作關(guān)系；新進(jìn)入者只能開發(fā)增量市場(chǎng)，而現(xiàn)有存量市場(chǎng)會(huì)繼續(xù)沿用先進(jìn)入企業(yè)的產(chǎn)品。因此，在磷酸錳鐵鋰材料領(lǐng)域，新入局者實(shí)際處于劣勢(shì)競(jìng)爭(zhēng)地位；此外，新入局者在材料生產(chǎn)制造的工程化技術(shù)領(lǐng)域，尚需一定時(shí)間的探索與積累，也不利于其產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)。