磷酸锰铁锂电池(LMFP)技术及市场深度解析.docx

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1、LMFP技术及市场深度解析目录3333344567777891010101116磷酸镒铁锂电池Q1 .序言2 .磷酸铺铁锂市场现状2. 1.概述2.1. 1.升级版磷酸铁锂。2.1.2,磷酸镒铁锂发展必要性。2.2.磷酸镭铁锂发展优势2.2.1.与三元材料相比，磷酸锤铁锂低成本高循环高稳定2.2.2,与磷酸铁锂相比，磷酸镒铁锂高压低温优势凸显2.2.3.磷酸镒铁锂发展符合经济性2.3.磷酸钵铁锂发展限制因素2. 3.1.导电性和锂离子扩散速率限制磷酸锈铁锂发展3. 3.2.Jahn-TeIler效应降低循环寿命及循环稳定性4. 3.3.双电压平台增加后期电池管理系统(BMS)管理难度3.磷酸镒

2、铁锂改性技术分析3. 1.镒铁比例决定电化学性能3. 2.磷酸镭铁锂技术改性方案3. 2.1.碳包覆3. 2.2.离子掺杂5. 2.3.纳米化4.产业链及相关企业16181920212121222324242425252629292931324. 1.产业链概述4. 2.上游：金属原材料供给紧张价格上涨，璘酸镒铁锂混用降本成关键.4. 3.中游：正极材料市场增长空间大，产能快速扩张4. 4.下游：终端需求驱动技术进步4. 5.相关企业4. 5.1.正极材料厂商：德方纳米、力泰锂能等4. 5.1.1.德方纳米：液相法优势显著，目前在建产能最大4. 5.1.2.力泰锂能：深度绑定宁德，未来有望实现

3、大规模放量.6. 6.电池企业：宁德时代、比亚迪、国轩高科4. 6.1.1.宁德时代：布局已久，蓄势待发5. 6.1.2.比亚迪：铁锂龙头，钵铁锂积极储备6. 6.1.3.国轩高科：深耕铁锂十余年，注重研发5 .磷酸镒铁锂产业化进程1. 1.相关专利申请数量不断攀升5. 2.头部企业积极推进，量产进程加速6 .未来发展趋势分析1. 1.车用动力电池领域，LMFP纯用复合均有优势，前景广阔6. 2.受新能源汽车销量提振，动力电池需求上升7. 3.两轮电动车领域，高性价比LMFP市场份额快速推进8. 4.储能领域，LMFP比LFP更具能量密度优势1 .序言锂离子电池是一种在储能领域、动力电池及便携

4、式电子设备中均得到广泛应用的一种储能器件，其具有开路电压高、能量密度大、使用寿命长、无记忆效应、无污染及自放电小等优点，是目前综合性能最好的电池产品，也是可适用范围最广的电池产品。锂离子电池由正极、负极、电解液、隔离膜等部分组成。其中正极材料是锂离子的来源，决定锂离子电池的性能，也直接决定电池的能量密度及安全性，进而影响电池的综合性能。而且正极材料在锂电池整体材料成本中，占比高超过40%,因而其成本也直接决定了电池整体成本的高低。所以一定程度上正极材料在锂电池中具有举足轻重的作用，直接引领锂电池产业的发展，是新能源与锂电池产业发展中值得研究的一环。综上，正极材料的发展与技术突破，对于锂离子电池

5、产业意义重大。我们今天就着重探究磷酸铸铁锂LMFP这种新型正极材料，了解磷酸镐铁锂的市场现状、技术改进路线和产业链等相关信息，并在此基础上，明晰磷酸锌铁锂整体未来发展趋势。2 .磷酸镒铁锂市场现状2.1. 概述2.1.1. 升级版磷酸铁锂。磷酸镒铁锂(LMFP)在业内被认为是升级版磷酸铁锂，是当前可行性相对较高的磷酸铁锂升级方案。此方案是在磷酸铁锂的基础之上掺杂一定的镒元素并调整其与铁的原子数量之比(锦铁比)以此提高材料的电压平台。磷酸镭铁锂(LMFP,LiMnI.Fe*P04)就是磷酸铁锂升级后的产品，其中X是镭铁比，其与磷酸铁锂和磷酸锌锂的性质相似，较三元材料有更好的热稳定性、化学稳定性及

6、经济性，同时又比磷酸铁锂的能量密度更高。2.1.2. 磷酸镒铁锂发展必要性。当前.，市场上主流的正极材料磷酸铁锂能量密度几乎已达上限，而磷酸镒铁锂有望打破瓶颈。根据工信部最新公布的推广应用推荐车型目录，磷酸铁锂电池能量密度最高达161.27Whkg,且近几年并没有太大变化，磷酸镒铁锂因此发展起来。电池能量密度=电池容量*电压平台/重量，磷酸铁锂电池的理论克容量为17OmAhg,目前几乎已经到达极限，因此提高电压平台是提高能量密度的决定性因素。磷酸锯铁锂中钵的高电压特性，使得磷酸锯铁锂相比磷酸铁锂具备更高的电压平台，由此可打破目前电池能量密度上限。2.2.磷酸镒铁锂发展优势2.2.1.与三元材料

7、相比，磷酸镒铁锂低成本高循环高稳定磷酸镒铁锂相比三元材料具备更低的成本、更高的循环次数以及更稳定的结构。三元材料的主要原材料包括钻、银、钵三种元素，而磷酸镒铁锂的主要元素为镐和铁。根据Wind数据披露，钻和银的市场价格远高于镒元素，因此三元材料的成本会高于磷酸钵铁锂。另外磷酸钵铁锂的循环寿命高达2000次，而三元材料的循环寿命仅在800次2000次之间，差距较为明显。从结构来看，相比层状结构的三元材料，具有橄榄石结构的磷酸镭铁锂在充放电过程中会更加稳定，即使在充电的过程中锂离子全部脱出，也不会存在结构崩塌的问题。同时磷酸镭铁锂中P原子通过P-O强共价键形成PO4四面体，。原子很难从结构中脱出，

8、这也使得磷酸锌铁锂具备很高的安全性和稳定性。磷酸锈铁锂与三元及磷酸铁锂对比项目三元材料NCM磷酸铁锂磷酸锤铁锂化学式Li(NiXCoyMnZ)O2LiFePo4LiMnlXFeXPO4结构类型层状结构橄榄石结构橄榄石结构理论比容量（mAhg）273-285170170实际比容量（nAhg）155-220130-140130-140理论电压平台（V）3.73.44.1压实密度（gcm3）343.92.1-2.623-2.5循环寿命（次）800-2000200(2000理论能量密度（Whkg）1000+578697实际能量密度（Whkg）186300100-200高于璘酸铁锂低温性能好一般略好于磷

9、酸铁锂高温性能一般好略差于磷酸铁锂安全性一般好好材料成本较高低锂电那些事资料来源:磷酸铁镒锂材料的制备与性能研究,锂电池基础科学,财信证券2.2.2.与磷酸铁锂相比，磷酸镒铁锂高压低温优势凸显磷酸铸铁锂相比磷酸铁锂具备高电压、高能量密度以及更好的低温性能。磷酸铸铁锂和磷酸铁锂理论容量相同（17OmAhg）,但磷酸铁锂的电压平台只有3.4V,而磷酸锦铁锂最高可达4.1V,且位于有机电解液体系的稳定电化学窗口，这也使磷酸镒铁锂具备更高的能量密度上限。而且当磷酸锌铁锂的实际容量与磷酸铁锂相同时，磷酸铸铁锂能量密度可以比磷酸铁锂提高15%。低温性能方面，以德方纳米的产品为例，其各类纳米磷酸铁锂产品在-

10、20C时容量保持率平均约在67%,但其磷酸镒铁锂在20下容量保持率约为71%,与质量占比15%的三元材料混合时20容量保持率可以达到74%左右。不同镒铁比例的LMFP放电曲线20。C低温下不同正极材料容量保持率20406080 100 120 140 160O 5296307418 4 & d &畜覆_笠2 2 L100.00%90. 00%80. 00%70. 00%60. 00%50. 00%40. 00%30. 00%20. 00%10. 00%0.00%.72.60%70.97%74.49%IlllC 叩 acity/mAh/g资料来源：橄榄石型锂离子电池正极材料的制备 技术及电池，长

11、城国瑞证券研究所说明：LMFP-28表示镒铁比例为2:8。2. 2. 3.磷酸镒铁锂发展符合经济性资料来源：德方纳米，专利汇，长城国瑞证券研究 所锂电那些甥说明：LMFP15%三元材料表示三元材料质量占比为15%。目前，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。此前由于磷酸锌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，以及钵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铸铁锂。正极厂商：磷酸铁锂电压平台为3.4V,而磷酸锦铁锂可达4.1V,理论上LMFP能量密度提高20%+,优于磷酸铁锂。且在其规模化之后，单Wh成本也

12、将优于磷酸铁锂，并能支持电动车续航里程超过700公里，其发展符合经济性。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，符合经济性。2.3.磷酸镒铁锂发展限制因素1.MFP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、倍率性能以及循环性能较差等问题。2.3.1.导电性和锂离子扩散速率限制磷酸镒铁锂发展磷酸镒铁锂的结构特性决定了其导电性差和锂离子扩散速率低的缺点，进而影响其倍率性能。磷酸钵铁锂具有六方密堆结构，Fe6和Mn6位于八面体上，并通过PO4四面体交叉连

13、接，不存在连续的Fe6(Mn6)共棱八面体网络，这使得其导电性很差。同时P04四面体位于FeOe(MnOe)八面体之间，阻塞了锂离子扩散通道，限制其只能在一维通道中运动，导致锂离子扩散速率比较低，表现出较差的倍率性能。这些缺点导致磷酸钵铁锂无法完全发挥其电化学性能，也因此限制了其进一步的大规模应用。2.3.2.Jahn-Teller效应降低循环寿命及循环稳定性Jahn-Teller效应促进镒析出导致循环寿命衰减、循环稳定性降低。Jahn-Teller效应指电子在简并轨道中的不对称占据会导致分子的几何构型发生畸变。非线性Mn6八面体场中，高自旋Mn3+具有非常大的磁矩，且在二重简并的eg轨道上仅

14、有一个电子，电子分布不对称，最终导致MnO6八面体畸变，促进Mn3+歧化反应的进行，影响稳定性和循环性。另外，电解液分解产生的酸进一步腐蚀正极材料中的锌离子，加速M2+歧化反应进程，促使MM+和Mn4+溶解在电解液中，并通过隔膜迁移至负极，在负极发生还原反应析出，进而破坏负极的SEl膜(固体电解质界面膜)。SEI膜的形成会消耗一部分锂离子，遭到破环的SEl膜在进行修复时也会消耗一部分锂离子，这导致锂离子减少，进而降低电池容量，影响其循环寿命和循环稳定性。2.3.3.双电压平台增加后期电池管理系统(BMS)管理难度镒、铁充放电电压的不同导致LMFP出现双电压平台，后期BMS的管理难度加大。以放电过程为例，Mn2+在4.1V附近转化成M*,Fe2+3.5V附近转化成Fe3+,这导致LMFP出现双电压平台，在放电过程中发生电压骤降的问题，进而增加了后期电池管理系统(BMS)的管理难度。磷酸镒铁锂0.1C充放电曲线20406080100120140160Capacity/mAh/g-锲对那些雪资料来源：橄榄石型锂离子电池正极材料的制备技术及电池，长城国瑞证券研究所一，-磷酸镒铁锂产业化进程加速，愈发受到市场青睐。以上因素虽然一定程度上限制了磷酸镒铁锂的商业化进程，但随着碳包覆、纳米化、补锂技术等改性技术的进步，其发展限制因素得到了很大