磷酸锰铁锂行业专题报告推荐.docx

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1、磷酸镒铁锂行业专题报告目录一、为什么发展磷酸镒铁锂：老树新枝，本质上为经济性提升1.1 铁锂路线已接近理论极值1.2 磷酸镒铁锂：LFP能量密度极值下，铁锂破解的新出路.3什么是好的磷酸镒铁锂：突破原有桎皓，方可升华2.1 LMFP存在的性能问题：双电压、稳定性、导电率、循环、比容量5202.2 专利：镒铁锂无通式化合物专利18三、如何生产出好的磷酸镒铁锂：两种路线，液相法最优3.1 两种路线：液相法与半固半液法203.2 复合三元生产：各企业技术路线百花齐放 223.3 降本路线：增加原材料选取范围、工艺改良、回收.243.4 投资强度：2亿左右，略大于铁锂 25四、磷酸镒铁锂的未来在哪里：

2、先两轮，再复合，终章为独立成组264.1 商业化路线：两轮电动车一复合三元一独立使用264.2 龙头布局：宁德时代将推出M3P电池，德方纳米新建年产44万吨产能项目 274.3 LMFP复合材料低温性能好，高寒冷储能大有可为 28五、谁能生产出好的磷酸镒铁锂:百舸争流，先发龙头优势显著.295.1 正极厂：德方纳米、当升科技、力泰锂能等295.2 电池厂：宁德时代、比亚迪、国轩高科31六、投资建议34七、风险提示3428一.为什么发展磷酸镒铁锂：老树新枝，本质上为经济性提升1.1 铁锂路线已接近理论极值近几年LFP电池能量密度提升迅速已接近极限。2010款比亚迪E6LFP电池能量密度仅为90W

3、hkg ,随着电池技术的不断迭代,根据工信网发布的新能源推广应用推荐车型目录,2022年搭载LFP电池系统的最大能量密度为161.27Whkg，并且这一最大值近两年几乎没有变化，自此磷酸镒铁锂系大发展应运而生。来源：电车汇.工信网国金证券崎究所注:20xx年第xx批数据来源：当批目录放大值图表2: NCM电池系统能量密度变化(Wh/kg)来母：OFweek国免证券研究所1.2 磷酸镒铁锂：LFP能量密度极值下，铁锂破解的新出路LMFP :以镒铁固溶体形式存在而非简单的物理混合。在LMP中掺杂Fe，形成LMFP固溶体能很好的结合LMP以及LFP的优点。根据样品的XRD图谱与LMP和LPM标准谱图

4、进行对比，可以看出：在x值为0.1,030.5,0.7,0.9的样品中,并未同时出现LMP或LFP的峰，说明样品中LMP和LFP的混合是以固溶体的形式存在而非简单的物理混合图表3:不同铸铁比的LMFP/C复合电极材料的XRD曲线(=Fe)来源：磷酸铁铿包发磷酸镒铁做正极材料的制备与电,化学性能研究，国金证券研究所LFP能量密度再提升理论上可能性较小。能量密度=克容量电压平台体积。从公式可以看出能量密度在体积一定时只与材料的克容量和电压平台有关，电压平台与物理结构有关，磷酸铁锂材料的电压平台为3.4V ;而磷酸铁锂克容量目前做到接近160mAhg ,已经接近理论极限。随着新能源车需求快速攀升、原

5、材料价格不断上涨、部分原有电池体系已接近理论极值的情况下，电池厂与正极厂对可以从技术层面上可以提升能量密度的方案渴望程度进一步提升。此前由于磷酸镒铁锂性能以及生产难度等问题沉寂了许久，但磷酸铁锂电池能量密度接近极值以镒铁锂电池技术不断突破等因素共振，多家厂商因其经济性又开始关注磷酸镒铁锂。正极厂商：磷酸铁锂电压平台为3.4V ,而磷酸镒铁锂可达4.1V，理论上LMFP能量密度提高20%+o且镒非稀有金属，全球镒矿资源非常丰富，磷酸镒铁锂成本较磷酸铁锂原料成本增加5-10%左右，镒铁锂发展符合经济性。电池厂商：生产LMFP电池与生产LFP电池的生产设备变动较小,无需重建产线，变动成本低，符合经济

6、性。来年：国金证券研究所渊算来源：闻金证券研究所淘算图表4: NCM523. LFP以及LMFP电化学性能对比NCM523LFPLMFP材料结构层状橄榄石橄榄石导电性能较好优秀一般压实密度（g/cm3）3. 4-3. 82. 3-2. 62. 3-2. 6电压平台（V）2. 8-4. 53.4左右4.1左右理论比容量（mAhg）273170170实际比容量（mAhg）155-160140-150140-150循环次数（次）800-20002000-60002000来源：厦玛新能招股说明书，国金证券研究所图表5: 20202025年全球新能源汽车销售量/预测位:辆,%）d图表6:/吨）20152

7、022年碳酸锂（电池级）价格走势（万元中国 M 美国 M1欧洲i其他地区 中国商用车yoy图表8: 20172022年磷酸铁锂材料（非纳米级）价格走势（万元/吨）三元材料523 （含税）三元材料622 （含税）三元材料811 （含税）来源：中国化学与物理孙会,国金证券研究所困表7: 20152022年三元材料价格走势（万元/吨）二、什么是好的磷酸镒铁锂：突破原有桎皓，方可升华2.1LMFP存在的性能问题：双电压、稳定性、导电率、循环、比容量LMFP作为LFP的升级版，虽继承了 LFP低成本、高热稳定性、高安全性等优点，弥补了其能量密度低、低温稳定性较差等缺点，但LMFP也存在导电性能、倍率性能

8、以及循环性能较差等问题。导电性能问题相对简单，目前行业内大部分企业都已解决”余此之外的双电压、比容量以及循环等问题行业内部分龙头企业已突破；Jahn-Teller效应导致的镒析出问题为最大痛点，行业正在突破，少数企业已有进展。图表9: LFP与LFMP性能对比成本安全性高温性能能量密度导电性能倍率性能循环性能LFP低高优低优优优LFMP较低高优高差差差来源：国金证券研究所对于比容量以及电导率等可以根据其公式进行定量/定性分析：公式一:活性物质的理论比容量（CO ） =26.8103zmMW ,其中CO :活性物质的理论比容量，mAh/g ; z :氧化还原反应过程中得失电子数； m:活性物质质

9、量，g ; Mw:活性物质的摩尔质量，g/mol 公式二：电子电导率（ ） =?/，其中 :电子导电率，S/cm ; S :活性材料与电解液接触的表面积，cm2 ;?:活性物质电极的厚度，cm ;?:电荷转移阻抗， 电池倍率：nC , n是指在一小时内完成充电/放电的次数,n值越大,充电/放电的倍率越高；倍率性能：高倍率下放出的容量越大，性能越好。倍率性能与锂离子的迁移能力直接相关，所有影响锂离子迁移速度的因素都会影响锂离子电池的充放电倍率性能。2.1.1比容量、稳定性以及循环性能问题：Jahn-Teller效应，Mn3+易溶解，行业正在突破，少数企业已有进展 原理：1.LMFP仍存LMPJa

10、hn-Teller效应（Mn3+富集于正极颗粒表面，扭曲镒氧八面体，进而导致镒析出）,结果导致SEI膜增厚（消耗活性锂）。2.高电位下MnP04不稳定。3.镒铁比增加会增加镒析出概率增大进而导致电极与电解质副反应加剧。4.LMP晶格易形成部分氧空位。影响：根据公式一，活性锂减少即m下降，理论比容量CO下降;同时锦析出导致晶格畸变、结构坍塌，循环稳定性较差以及电池寿命较短，材料的稳定性也下降。解决：目前主要通过合理调整镒铁比例（降低镒比例），并通过核壳结构改性以及合成具有浓度梯度的镒铁锂正极材料等手段减少镒溶解和克服Jahn-Teller效应。 解决一：合成具有浓度梯度或核壳结构的镒铁锂正极材料

11、，二者都属于表面改性，减少镒在材料表面的分布进而缓解锌溶解问题。图表10:核壳结构与浓度梯度区别相同是异具体内容浓度梯度都属于表面改性，稳定结构，减少Mn溶出减少表面Mn的含黄：沿着径向方向上，Fc元素浓度上升，而Mn元素浓度下降将贫钱溶液以l-3Lh的速度加入到富镒溶液中，混合均匀后，将混合溶液加入到磷源溶液中，控制混合溶液中金属离子与磷源摩尔比为1 ： 1,在氮气保护下，进行搅拌并加热，洗涤干燥后，得到梯度结构的磷酸镒铁前驱体。核壳结构壳结构包覆在内核LMFP外，减少Mn与电解液的接触核材料 IiaMnbFccDdPO4,其中，a=0.85-1.15, b=0.65-0.95, c=0.0

12、49-0.349, d = 0-0.075；克材料包括碳和金属磷酸盐，金属选自铁、钙、钻、探、铜、锌、铝、嫁、黄、4乙、制、钛、络、机、钝、错、镐、它们中的两种或更多种的组合、或者上述金属组分各自与锂形成的混合物；碳和金属磷酸盐可以是以混合物形式存在或者以单独的壳层形式存在：亮材料中碳的量占核亮材料总重量的0L5%.朱源：CN110416525At CN104577119Bt国金证券研究所核壳结构壳材料为碳和金属磷酸盐。壳结构包覆在内核LMFP外，减少Mn与电解液的接触，如上海华谊专利CN110416525A（2019 ），其壳材料包括碳和金属磷酸盐，通过实施例1与比较例1对比，可以看出包覆碳

13、+金属磷酸盐为壳结构比仅包覆碳的电化学性能更好；通过实施例2与比较例2和3对比，可以看出碳+金属磷酸盐为壳结构比无壳结构以及掺杂金属离子（Mg）的镒铁锂电化学性能更好。困表11:不同/有无核壳结构电化学性能对比核层光层80%常温循环寿命5C倍率放电容量（mAhg）实施例IUMn() .9Fc().lIX)4C0.1%LiColX)41100 s13()比较例1UMnO .9Fc0.1P()4C-400圈120实施例2HMn() .8Fc() 21X)414% 碳+1%A1PO4730118比较例2I-iMn0 .8FeO2P()4-340圈111比较例3Ul.lMnO .8FcO .1 Mg(

14、).O5I)4-680圈117来源：CN110416525A.国金汪券研完所核壳结构：壳材料为碳，即碳包覆。碳包覆可以有效阻止磷酸镒锂颗粒进一步长大以及阻止电解液中HF对正极材料的侵蚀作用，提高正极材料的循环性能等电化学性能。 未包覆V.S包覆碳：未包覆碳的LMFP首次充放电比容量几乎为OmAh/g ;碳包覆后在550/600/650 下，首次放电比容量分别为140149147mAhg.未包覆V.S包覆碳：1C电流密度下，未包覆碳的LMFP比容量为OmAh/g ;碳包覆：5/10/15%碳含量循环100圈后比容量分另!J为 59.476.674.4mAhgo图表12:各组比容量对比质含量比容量（mAhg）镒含量20%135 （循环80次后）1镒含量80%60 （循环80次后）|未/包覆碳首次充放电比容量GnAhg）未包覆碳6包覆碳140 (550 C)149 (600 C)147 (650 C)未/包覆碳1C循环100次后比容量（mAhg）|未包覆碳oI包覆碳59.4 (碳含量5%)