材料:磷酸锰铁锂行业专题报告
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。
比亚迪刀片电池电池企业、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