隨著鋰離子動力電池技術(shù)的突破，以及磷酸鹽系正極材料的技術(shù)創(chuàng)新，磷酸錳鐵鋰作為一匹“黑馬”沖入大眾視野。磷酸鐵鋰電池雖為動力電池主流，但其能量密度已接近瓶頸，磷酸錳鐵鋰作為更高能量密度的磷酸鹽系材料，其應(yīng)用有助于突破磷酸鐵鋰的能量密度瓶頸，因此迎來產(chǎn)業(yè)化契機。磷酸錳鐵鋰在小動力市場和 3C 數(shù)碼市場已具備一定規(guī)模，未來有望先在動力電池領(lǐng)域加速放量。寧德時代、比亞迪、億緯鋰能、國軒高科、孚能科技、當(dāng)升科技、容百科技等企業(yè)都在爭相就此開展布局。
一、磷酸錳鐵鋰的優(yōu)勢
磷酸錳鐵鋰是在磷酸鐵鋰的基礎(chǔ)上摻雜一定錳元素形成的新型正極材料，在業(yè)內(nèi)被認(rèn)為是升級版磷酸鐵鋰。磷酸錳鐵鋰（LMFP）的晶體結(jié)構(gòu)與LFP相似，也具備化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、安全性能優(yōu)異等特點，同時LMFP中摻雜的錳元素可提高材料的充電電壓，將充電電壓由LFP的3.4V提升至4.1V，使得LMFP電池的理論能量密度提升了15~20%，進(jìn)一步擴大續(xù)航里程。LMFP安全性能優(yōu)于NCM，同時能量密度高于LFP，此外LMFP對稀有金屬依賴度低，可與LFP共線生產(chǎn)，成本優(yōu)勢明顯。同時磷酸錳鐵鋰相較磷酸鐵鋰有更好的低溫性能，因此 磷酸錳鐵鋰有較好的應(yīng)用場景。
1、能量密度高：從能量密度來看，磷酸錳鐵鋰能量密度的極值可達(dá)到230wh/kg，遠(yuǎn)超磷酸鐵鋰電池170wh/kg的能量密度， 而這個數(shù)據(jù)甚至可以與5系三元鋰電池的能量密度相媲美。
2、低溫性優(yōu)良：在低溫性方面，磷酸錳鐵鋰電池在-20℃的低溫環(huán)境下，容量保持率能夠約75%，略高于磷酸鐵鋰的60%-70%的能量保持率。
3、成本端較低：而成本端，磷酸錳鐵鋰材料與磷酸鐵鋰類似，成本相對較低。主因磷酸錳鐵鋰中的主要原料鐵、錳、磷我國儲量相對豐富，原料易得，價格相對低廉，據(jù)SMM測算，磷酸錳鐵鋰電池的成本較磷酸鐵鋰僅增加5%-10%。如果從單瓦時能量密度的角度來看，整個電池系統(tǒng)的裝機成本上，磷酸錳鐵鋰電池還要略低于磷酸鐵鋰電池，并且大幅低于三元電池。
總結(jié)一下：
能量密度：三元（高鎳） ＞ 磷酸錳鐵鋰 ＞ 磷酸鐵鋰
安全性：磷酸鐵鋰 ≈ 磷酸錳鐵鋰 ＞ 三元
低溫性能：三元 ＞ 磷酸錳鐵鋰 ＞ 磷酸鐵鋰
生產(chǎn)成本：三元 ＞ 磷酸鐵鋰 ≥ 磷酸錳鐵鋰
二、磷酸錳鐵鋰行業(yè)發(fā)展歷史
磷酸錳鐵鋰發(fā)展較早，近年來資本對其關(guān)注起始于寧德時代收購力泰鋰能。
三、此前未能順利產(chǎn)業(yè)化的原因
磷酸錳鐵鋰在倍率性能、循環(huán)性能等方面存在缺陷，阻礙產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)。
1、電導(dǎo)率、鋰離子擴散速率低，倍率性能較差。
2、摻錳比例過高時，出現(xiàn)姜泰勒效應(yīng)，影響循環(huán)壽命及循環(huán)穩(wěn)定性。
3、壓實密度較小，影響能量密度。
4、雙電壓平臺，對 BMS 管理能力提出要求。
磷酸錳鐵鋰電子電導(dǎo)率低，改性是規(guī)模化應(yīng)用的關(guān)鍵。磷酸鐵鋰為半導(dǎo)體，但是摻入錳元素后，帶隙寬度的值明顯降低，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。
四、改性技術(shù)逐漸成熟，助推產(chǎn)業(yè)化發(fā)展
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。此外，磷酸錳鐵鋰與三元復(fù)用也能提升材料的綜合性能，創(chuàng)造性能互補的多元化產(chǎn)品系列。
碳包覆：有效提升材料導(dǎo)電性能和循環(huán)性能。納米化：改善倍率性能和低溫性能。離子摻雜：有效改善電化學(xué)性能。LMFP 與其它材料混合改善性能。
磷酸錳鐵鋰產(chǎn)業(yè)化需改性處理，目前電池端寧德、比亞迪、國軒等有技術(shù)儲備，材料端德方納米、力泰鋰能（寧德時代、鵬欣資源參股）技術(shù)突破較快。由于磷酸錳鋰絕緣性、顆粒大小導(dǎo)致加工技術(shù)困難，行業(yè)內(nèi)目前沒有統(tǒng)一加工路線，存在較高的技術(shù)壁壘，因此擁有核心專利與大規(guī)模量產(chǎn)能力的企業(yè)將具有核心競爭力。目前企業(yè)主要采取表面包覆、納米化的措施，從專利角度看，電池端，寧德時代（專利端未體現(xiàn)，但實際積極研發(fā)）、比亞迪、國軒高科的技術(shù)儲備豐富；材料端看，德方納米、力泰鋰能近期技術(shù)突破速度較快。
五、磷酸錳鐵鋰制備工藝
主流制備工藝路線為固相法及液相法
固相法：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)Y(jié)，再通過粉碎、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，以無機碳作為還原劑所進(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。
水熱法/溶劑熱法：將原材料加入溶劑或水中溶解，依次加入絡(luò)合劑、石墨炔溶液，再經(jīng)干燥、燒結(jié)、退火等處理得到LMFP。
溶膠-凝膠法：將各種原料溶解在水/乙醇中，攪拌較長時間形成均勻的溶膠，再通過高溫使體系發(fā)生凝膠化，高溫焙燒后得到LMFP。
共沉淀法：以可溶性鹽為原料，通過調(diào)PH值或加沉淀劑使反應(yīng)物形成沉淀，洗滌干燥后熱處理得到LMFP。
固相法、液相法各有優(yōu)劣勢，工藝路線尚未統(tǒng)一。固相法工藝相對簡單，是目前主流的大批量合成方法。固相法雖然工藝簡單，但由于原料不容易均勻混合，容易導(dǎo)致隨后煅燒時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、工藝相對復(fù)雜，制備成本高，比較難實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
六、磷酸錳鐵鋰賽道布局的企業(yè)
【德方納米11萬噸】11萬噸磷酸錳鐵鋰項目已經(jīng)于2023年一季度投產(chǎn)，產(chǎn)能爬坡和產(chǎn)品的測試指標(biāo)通過了下游客戶的驗證，從當(dāng)前的驗證結(jié)果來看，德方的磷酸錳鐵鋰在新能源乘用車動力電池上具有突出優(yōu)勢。
【國軒高科1000公里】2023年5月19日，國軒高科在第十二屆科技大會上發(fā)布了自主研發(fā)的全新LFMP體系的L600啟晨電芯及電池包，續(xù)航可達(dá)1000公里，預(yù)計在2024年量產(chǎn)。
優(yōu)勢：能量密度240Wh/kg，常溫循環(huán)4000圈，高溫循環(huán)1800圈，18分鐘快充，安全測試通過。電池包體積成組率達(dá)到76%，系統(tǒng)能量密度達(dá)到190Wh/kg。
【欣旺達(dá)235Wh/kg】2023年3月，在回答投資者提問時表示，公司磷酸錳鐵鋰電芯產(chǎn)品能量密度可達(dá)到235Wh/kg。
【湖南裕能云南項目】2023年5月，湖南裕能在云南基地籌備磷酸錳鐵鋰的生產(chǎn)線項目，預(yù)計會分多期建設(shè)。湖南裕能近日接受機構(gòu)調(diào)研時表示，公司磷酸錳鐵鋰產(chǎn)品研發(fā)進(jìn)展順利，已進(jìn)入試生產(chǎn)階段，正在積極推進(jìn)客戶認(rèn)證中，在云南基地進(jìn)行了項目布局，其產(chǎn)線可與磷酸鐵鋰產(chǎn)線柔性切換，有利于靈活應(yīng)對市場需求。
【豐元股份產(chǎn)線改造】2023年5月，豐元股份的磷酸鐵鋰生產(chǎn)線進(jìn)行部分改造后可以生產(chǎn)磷酸錳鐵鋰。
【當(dāng)升科技12萬噸】2023年4月，四川路橋子公司四川蜀道與北京當(dāng)升成立當(dāng)升蜀道(攀枝花)新材料有限公司，負(fù)責(zé)磷酸（錳）鐵鋰產(chǎn)業(yè)基地項目，首期項目計劃建成年產(chǎn)12萬噸磷酸(錳)鐵鋰生產(chǎn)線及配套設(shè)施。項目總建設(shè)周期為35個月。建設(shè)后，磷酸鐵鋰和磷酸錳鐵鋰都可以生產(chǎn)。
【寧德時代力泰鋰能3000噸】寧德時代力泰鋰能現(xiàn)有年產(chǎn)2000噸磷酸錳鐵鋰生產(chǎn)線，并計劃新建年產(chǎn)3000噸磷酸錳鐵鋰生產(chǎn)線。
【光華科技產(chǎn)3.6萬噸】2022年8月，建設(shè)年產(chǎn)3.6萬噸磷酸錳鐵鋰及磷酸鐵正極材料項目，項目總投資為2.47億元。
【容百科技斯科蘭德30萬噸】已收購磷酸錳鐵鋰生產(chǎn)商斯科蘭德部分股權(quán)，公司目標(biāo)2025年，磷酸錳鐵鋰材料產(chǎn)能30萬噸。
【比亞迪弗迪電池】在2022年初開始小批量采購磷酸錳鐵鋰材料，正處于內(nèi)部研發(fā)階段。
【億緯鋰能金泉新材料】在2022年曾表示，公司的磷酸錳鐵鋰電池正處于送樣階段，子公司金泉新材料有一定的產(chǎn)能。
【星恒電源&珩創(chuàng)納米】2022年，分別與珩創(chuàng)納迷、龍蟠常州鋰源，就磷酸錳鐵鋰材料項目達(dá)成合作。
2023年，星恒電源攜手?jǐn)?shù)碼品牌巨頭紐曼，采用高性能磷酸錳鐵鋰材料，共同研發(fā)新款便攜式移動儲能產(chǎn)品。
2023年1月9日，珩創(chuàng)納米一期投產(chǎn)年產(chǎn)5000噸磷酸錳鐵鋰生產(chǎn)線（江蘇鹽城），計劃建設(shè)1萬噸產(chǎn)線。之前，2022年12月，珩創(chuàng)納米獲得了星恒電源的正式訂單。
【瑞浦蘭鈞500Wh/L和800公里】2023-2024年，磷酸錳鐵鋰能量密度將做到500Wh/L，支持純電車型800公里續(xù)航。
【孚能科技200Wh/kg到240Wh/kg】計劃在2023年推出第一代磷酸錳鐵鋰產(chǎn)品，目標(biāo)是到2030年磷酸鐵鋰和磷酸錳鐵鋰的能量密度形成從200Wh/kg到240Wh/kg的產(chǎn)品覆蓋。
【乾運高科20萬噸】2023年6月25日上午，青島乾運高科新材料股份有限公司年產(chǎn)20萬噸磷酸錳鐵鋰正極材料項目正式開工，分兩期建設(shè)。一期新上22條正極材料生產(chǎn)線，可年生產(chǎn)磷酸錳鐵鋰電池正極材料10萬噸。
【天奈錦城10萬噸】2023年6月，天奈錦城年產(chǎn)10萬噸正極材料項目開工，主要產(chǎn)品為磷酸錳鐵鋰。項目由天奈科技牽頭，上海錦源晟新能源材料有限公司、國成礦業(yè)三方共同投資，將分兩期建設(shè)。
【武漢正峰點火儀式】2023年6月，武漢正峰新能源A輪融資成功實施暨高能復(fù)合磷酸錳鐵鋰正極材料產(chǎn)線點火儀式成功舉行。
【湘潭電化送樣中試】2023年 6月，湘潭電化公司正在向部分磷酸錳鐵鋰廠家送樣及中試。
【紅星發(fā)展送樣測試】2023年 6月，紅星發(fā)展公司已向部分下游磷酸錳鐵鋰材料生產(chǎn)企業(yè)小批量送樣，供下游客戶進(jìn)行測試。
七、磷酸錳鐵鋰市場前景
磷酸錳鐵鋰在小動力市場和 3C 數(shù)碼市場已具備一定市場規(guī)模。
小動力市場主要包括電動兩輪車和三輪車市場，應(yīng)用形式是與錳酸鋰混用，天能股份和星恒電源均有相應(yīng)電池產(chǎn)品落地。3C 數(shù)碼方面，星恒電源與紐曼共同研發(fā)了新款戶外移動電源產(chǎn)品紐曼S系列，其具備高安全性、長循環(huán)壽命、大容量和超級雙向快充等多重優(yōu)勢。
中期看，有望在動力電池領(lǐng)域加速放量。
由于磷酸錳鐵鋰能量密度更高，成本僅提升5%左右，在性價比方面可能會替代傳統(tǒng)磷酸鐵鋰、中端三元如NCM523電池，但由于能量密度提升有限，對高端三元如NCM811影響較小，高端車型仍以三元為主。
長期看，在循環(huán)壽命提升后有望滲透儲能領(lǐng)域。
儲能市場對電池性能要求主要聚焦于安全性、成本及循環(huán)壽命。磷酸錳鐵鋰電池與磷酸鐵鋰電池相比，安全性相當(dāng)，成本不會處劣勢（量產(chǎn)后），低溫性能更勝一籌，但在循環(huán)壽命上存在一定差距。
據(jù)SMM測算顯示，2023年-2024年，產(chǎn)品集中上市驗證，迭代升級；而至2025年，在電動車領(lǐng)域磷酸錳鐵鋰對磷酸鐵鋰替代需求將達(dá)到56GWh，與三元復(fù)合搭配需求將達(dá)到28GWh，總體需求量約為84GWh。
