核心觀點:
關注磷酸錳鐵鋰的起底邏輯: 第一,現有磷酸鹽系正極材料( LiMPO4 ,M可由Fe、Mn、Co、Ni等元素組成)存在應用瓶頸,上升空間有限。 1)磷酸鈷鋰(4.8V)和磷酸鎳鋰(5.2V)充放電平臺過高,難以被商業(yè)化應用。 2)LFP電壓平臺僅為3.4V,能量密度已接近理論上限;磷酸錳鋰高達4.1V,但電導率和鋰離子擴散速率極低,被視為“絕緣體”。 第二,磷酸錳鐵鋰(M)兼顧高能量密度和高安全性,可緩解LFP低能量密度短板。 由質量能量密度(Wh/kg)=電池克容量(mAh/g)× 工作電壓 (V),可計算出LMFP(4.1V)理論質量能量密度為697 Wh/kg,高出LFP20%。由此,往LFP中摻Mn是磷酸鐵鋰在電化學材料體系端提高能量密度的“唯一“進化之路。
01.磷酸錳鐵鋰進化之道
LMFP發(fā)展契機:現有橄欖石結構磷酸鹽正極材料存在應用瓶頸
磷酸鹽基正極材料LiMPO4屬于聚陰離子型正極材料,為正交晶系呈橄欖石結構,M可由Fe、Mn、Co、Ni等元素組成。其中, 磷酸鈷鋰(4.8V)和磷酸鎳鋰(5.2V)充放電平臺過高,已超過傳統(tǒng)電解液所能承受的最大電壓平臺(4.5V),難以被商業(yè)化應 用,而磷酸錳鋰LMP和磷酸鐵鋰LFP可適配現有電解液體系,具備商業(yè)應用基礎。
磷酸錳鐵鋰:兼顧高能量密度與高安全性
LMFP可利用Mn和Fe的協(xié)同效應,結合磷酸鐵鋰(穩(wěn)定的電化學性能)和磷酸錳鐵鋰(高電壓)優(yōu)勢,兼顧高能量密度與高 安全性,同時其電壓平臺(4.1V)可適配常規(guī)電解液,這為切入市場提供契機。
磷酸錳鐵鋰:錳鐵比例的不同,帶來電化學性能上的差異
鐵和錳離子半徑相近,易形成固溶體,實現原子級別的混合。材料中錳鐵比例的不同,會帶來電化學性能上的差異, 第一,錳含量過低:LMFP材料平臺電壓提升不夠明顯,影響材料的能量密度。
磷酸錳鐵鋰:制備路線與LFP相似,液相法更適配
固相法:是最傳統(tǒng)的方法,工藝簡單,利于批量生產,但不易控制產品的粒度及分布,均勻性較差。其中,高溫固相法最具 代表性。 液相法:產成品一致性更好,更能緩解錳溶出等問題,更易形成均一的固溶體,利于鋰離子的脫嵌材料,能量密度更高。但 工藝更為復雜,成本較高。由此,液相法更適配LMFP,使用該方法進行量產的企業(yè)可構筑其工藝技術壁壘??煞譃槿苣z-凝 膠法、水熱法、溶劑熱法、共沉淀法以及噴霧干燥法。
磷酸錳鐵鋰:材料存在三大痛點
LMFP雖較LFP具備更高能量密度、更高工作電壓,但存在以下三個痛點:痛點一:電子電導率低、鋰離子擴散速率較低。從與其他材料性能對比情況可知,LMFP電導率僅1013S/cm、鋰離子擴散 速率為10152 /S;分別為LFP的1/10倍和1/10000倍。相比于LFP0.3 eV 的躍遷能隙,電子在LMFP中躍遷能隙高達2eV, 基本屬于絕緣體,導致其電子電導率及離子遷移率低。痛點二:壓實密度較小,影響能量密度發(fā)揮。從與三元正極材料粒度分布比較情況可知,LMFP材料D50粒度僅為三元粒度 的一半不到,材料顆粒較小,導致壓實密度較低,進而影響整體材料的能量密度表現。同時,一次粒徑過小會導致顆粒比表 過高,制備電池極片時不得不大量使用粘結劑,導致成本增加和極片主含量降低。痛點三:Mn3+的姜泰勒(John-Teller)效應。
02.成本測算分析:略高于LFP,明顯低于三元
與LFP價差為2.79萬元/噸,與三元價差超10萬元/噸
取2022年8月10日原材料均價計算,根據我們測算: 第一,以LMFP(錳鐵比例為6:4)為例,綜合成本為17.78萬元/噸,直接材料占比接近90%。第二,材料成本排名為:LFP<LMFP<NCM622<NCM811。其中,LMFP與LFP價差為2.78萬元/噸;LMFP與6系 三元的價差為12.26萬元/噸。
與三元復配方案,降本效應明顯
我們假設復配方案為NCM811+LMFP(錳鐵比=6:4)可知, 1)隨著LMFP占比的提升,復配方案材料成本明顯縮減。當LMFP占比為5%時,復配材料成本為33.29萬元/噸;當 LMFP占比為95%,復配材料成本為18.60萬元/噸,成本縮減14.69萬元/噸。2)較純高鎳三元而言,具備相近能量密度的同時,成本可更低。由2022年容百科技戰(zhàn)略發(fā)布會可知,當三元811: LMFP=95%:5%時,其產品可成為高鎳三元的迭代產品,能量密度可高達270wh/kg。同時,經由測算,LMFP占比為 5%時,復配材料成本33.29萬元/噸較純NCM811產品成本34.10萬元/噸縮減了0.82萬元/噸。
03.全球市場:樂觀預期下2025年超過500億元,23-25CAGR為126.64%
二輪車鋰電龍頭率先布局,助力LMFP放量
星恒電源:輕型車鋰電LMFP+LMO方案先行者。19年,公司經過“LMO+LMFP”與“LMO+LMFP+三元”各種配方調 試下,2020年,公司確定“第二代混摻單晶錳酸鋰+磷酸錳鐵鋰“為理想方案,同年推出”超鋰S7”技術方案,單晶錳酸 鋰可大幅度降低111面數量,減少錳離子溶解,可提升電芯循環(huán)次數。目前,公司持續(xù)突破,已形成”第二代混摻單晶錳酸 鋰+LMFP+碳纖維復合材料”復合材料體系,能量密度接近三元。已成功應用至五菱宏光MINI和二輪車上。
與三元復配,開拓新能車用場景
第一,復配原理:1)LMFP表面能較大,可吸附在三元表面形成包覆層;2)LMFP粒徑小于三元,顆粒較細,可填充于三 元空隙中。與三元復配,可彌補LMFP材料本身粒度過小的短板。復合后可實現材料間大小粒徑互相搭配,提升正極材料壓 實密度、體積能量密度、循環(huán)性能、容量性能、導電性以及電化學性能。第二,復配工藝路線。
LMFP:供給端穩(wěn)步擴充,大規(guī)模起量在即
現有布局LMFP企業(yè)涵蓋有電池、正極材料、上游原料、兩輪車以及部分初創(chuàng)企業(yè)。其中, 寧德時代、容百科技等龍頭企業(yè) 通過投資收購力泰鋰能和斯科蘭德進行LMFP的深入布局;星恒電源和天能股份已率先將LMFP材料應用于二輪車領域;其他 布局企業(yè)大部分已有雄厚技術儲備,部分已將樣品送至車企測試。
04.重點企業(yè)分析
寧德時代:全球鋰電龍頭,直擊LMFP升級版-M3P
馳騁鋰電領域,技術底蘊雄厚。公司為全球動力電池領域龍頭,實現全產業(yè)鏈覆蓋,致力于為全球新能源應用提供一流解決 方案和服務。連續(xù)5年霸據全球動力電池裝機量榜首,21年裝車量96.7GWh,市占率達32.6%。動力電池+儲能電池+正極 材料為其主營業(yè)務。公司預計于今年Q4向特斯拉供應M3P電池,搭載在使用 72 度電池包的 Model Y 車型中,該版本 Model Y 將于明年初上市。與此同時,公司于2021年11月,投資力泰鋰能,持股比例達60%。其中,力泰鋰能主營業(yè)務為 LMFP材料,且已具備LMFP產能2000噸/年。
德方納米:深耕LFP材料,液相法獨樹一幟
深耕納米LFP,掌握液相法核心技術。公司核心產品為納米磷酸鐵鋰等磷酸鹽系正極材料,核心技術為涵蓋液相法、碳包 覆、離子摻雜以及納米化等技術。受益于液相法的制備工藝,公司LMFP材料具備一致性更好,能量密度更高等優(yōu)勢,已切 入寧德時代M3P材料供應鏈。并且,公司計劃募集34.9億元,用于年產 11 萬噸新型磷酸鹽系正極材料生產基地項目,預計 于22年下半年投產11萬噸LMFP正極材料。
容百科技:高鎳行業(yè)龍頭,并購斯科蘭德布局磷酸錳鐵鋰
從高鎳龍頭到全市場覆蓋的正極供應商。公司主要從事高能量密度鋰電池正極材料及其前驅體的研發(fā)、生產和銷售,核心產 品為NCM811系列、NCA系列、Ni90 及以上超高鎳系列三元正極及前驅體材料。公司已占據高鎳龍頭地位,同時布局規(guī)劃 錳鐵鋰、鈉電材料。 2021年,三元正極材料收入占比超過90%。公司是國內首家實現 NCM811 系列產品量產并應用于國 際主流終端車企的正極材料生產企業(yè),公司所開發(fā)的高鎳、超高鎳多晶和單晶三元正極材料,處于國際領先水平。公司高鎳 產品主要客戶已涵蓋寧德時代、孚能科技、蜂巢能源、SK on、億緯鋰能等國內外知名鋰離子電池廠商。
當升科技:老牌正極產商,前瞻布局磷酸錳鐵鋰
當升科技聚焦鋰離子電池正極材料的研發(fā)與銷售多年。公司作為國內領先的鋰電池正極材料供應商,主要從事多元材料、鈷 酸鋰等正極材料以及多元前驅體等材料的技術研究和生產銷售,屬于國家戰(zhàn)略性新興產業(yè)中的新材料、新能源領域。目前, 公司正加快磷酸鐵鋰業(yè)務的產品開發(fā)和市場布局,成功完成磷酸鐵鋰工藝定型,針對電動車和高端儲能市場專項開發(fā)更高性 能的磷酸鐵鋰、磷酸錳鐵鋰材料。
億緯鋰能:磷酸錳鐵鋰新秀,已布局初步產能
鋰離子電池龍頭企業(yè)。公司的主要業(yè)務是消費電池(包括鋰原電池、小型鋰離子電池、圓柱電池)和動力電池(包括新能源 汽車電池及其電池系統(tǒng)、儲能電池)的研發(fā)、生產和銷售,產品已批量應用于物聯網終端、電動工具、電動自行車、新能源 汽車、儲能等領域。公司注重研發(fā)實力的提升、優(yōu)質客戶的積累、供應鏈的科學管理、現有產線的優(yōu)化、生產規(guī)模的擴張。 公司鋰原電池產銷規(guī)模多年穩(wěn)居全國第一。
國軒高科:動力鋰電池領先企業(yè),超前布局磷酸錳鐵鋰
公司是全球動力鋰電池領先企業(yè)。公司主要從事動力鋰電池和輸配電設備的研發(fā)、生產和銷售。其中,電池組業(yè)務是公 司的第一大業(yè)務,2021年收入占比超過90%。公司主要產品為磷酸鐵鋰正極材料及電芯、三元正極材料及電芯、動力 電池組、電池管理系統(tǒng)及儲能型電池組等。公司先后與上汽大通、江淮汽車、奇瑞汽車、長安汽車、吉利汽車、長城汽 車、零跑汽車、威馬汽車、合眾新能源等車企達成了戰(zhàn)略合作關系。公司專注于動力鋰電池的研發(fā)與投入,擁有獨立的 知識產權體系。
欣旺達:入局磷酸錳鐵鋰,量產蓄勢待發(fā)
手機數碼類鋰電龍頭。公司主要從事鋰電池模組的研發(fā)、設計、生產及銷售業(yè)務,產品廣泛應用于手機、筆記本電腦、可穿 戴設備、電動汽車、動力工具、電動自行車、能源互聯網及儲能等領域,其余產品包括鋰離子電芯、電源管理系統(tǒng)、精密結 構件、智能制造等。公司技術團隊具有豐厚的鋰離子電池模組研發(fā)經驗,BMS技術先進;重視與客戶的深度合作,基于客戶 產品各方面參數需求,進行配套生產;持續(xù)拓展產品體系,在多個產品領域擁有不俗競爭力。