民生证券MINSHENGSECURITIES磷酸锰铁锂：锰将出征，后来居上电动车行业深度报告民生电新邓永康团队中证券研究报告2022年08月23日请务必阅读最后一更免责声明 摘要民生证券·关注磷酸锰铁锂的起底逻辑：INSHENGSECURITIE：第一，现有磷酸盐系正极材料（LiMPO4，M可由Fe、Mn、Co、Ni等元素组成）存在应用瓶颈，上升空间有限。*1）磷酸钻锂（4.8V）和磷酸镍锂（5.2V）充放电平台过高，难以被商业化应用。。2）LFP电压平台仅为3.4V，能量密度已接近理论上限；磷酸锰锂高达4.1V，但电导率和锂离子扩散速率极低，被视为”绝缘体”。?第二，磷酸锰铁锂（LiMnxFe1-xPO4）兼顾高能量密度和高安全性，可缓解LFP低能量密度短板。：由质量能量密度（Wh/kg）=电池克容量（mAh/g）×工作电压（V），可计算出LMFP（4.1V）理论质量能量密度为697·第三，LMFP材料技术已成熟热且具备性价比优势。*1）技术方面，自前，可通过碳包覆、纳米化、离子掺杂等改性路径解决LMFP材料存在的三大痛点。LMFP还可与三元进行复配进一步提开综合性能。2）成本方面，锰铁比例为6：4时，为17.78万元/吨，略高于LFP2.78万元/吨（成本提升18.58%），较三元成本低12.26万元/吨与高镍三元复配时，当LMFP占比5%，复配材料成本33.29万元/吨较纯NCM811缩减0.82万元/吨。：LMFP正极材料的空间测算：我们认为LMFP材料可分为单独使用+复配三元使用该两种方案。1）中性情景下，LMFP需求量合计为57.52万吨，市场空间为379.66亿元，23-25CAGR为188.61%。?2）乐观情景下，LMFP需求量为77.04方吨，市场空间为508.50亿元，23-25CAGR为126.64%·投资建议：·重点推荐：【宁德时代】、【德方纳来】、【亿纬锂能】、【当升科技】、【容百科技】，建议关注【欣旺达】、【国轩高科】。·风险提示：。1、技术推进不及预期的风险；2、企业产能释放不及预期的风险；3、下游需求不及预期的风险；4、测算误差风险。中证券研究报告1★请务必阅读最后一页免责声明 民生证券MINSHENGSECURITIES重点公司盈利预测、估值与评级EPS(元)PE(倍)代码重点公司现价（元）评级2021A2022E2023E2024E2021A2022E2023E2024E300750.SZ宁德时代551.536.5310.3816.8923.118453EE24推荐300769.SZ德方纳米374.214.617.8612.5813.8981483027推荐688005.SH容百科技113.732.024.266.538.9256271713推荐300073.SZ当升科技88.822.154.044.896.0941221815推荐300014.SZ亿纬锂能116.051.531.553.075.3676753822推荐资料实源：公司公告，Wind，民生证券研究预测：(注：股价为2022年08月22日收盘价）中证券研究报告2★请务必阅读最后一页免责声明 民生证券MINSHENG SECURITIES01磷酸锰铁锂进化之道02成本测算分析：略高于LFP，明显低于三元CONTENTS全球市场：乐观预期下2025年目录03空间超500亿元，23-25CAGR为126.64%04龙头积极布局，量产推进05投资建议06风险提示中证券研究报告★请务必阅读最后一页免责声明 民生证券01.磷酸锰铁锂进化之道中证券研究报告请务必阅读最后一页免责声明 民生证券HINSHENGSECURITIES01LMFP发展契机：现有橄榄石结构磷酸盐正极材料存在应用瓶颈磷酸盐基正极材料LiMPO4属于聚阴离子型正极材料，为正交晶系呈橄榄石结构，M可由Fe、Mn、Co、Ni等元素组成。其中磷酸钻锂（4.8V）和磷酸镍锂（5.2V）充放电平台过高，已超过传统电解液所能承受的最大电压平台（4.5V），难以被商业化应用，而磷酸锰锂LMP和磷酸铁锂LFP可适配现有电解液体系，具备商业应用基础。?1）磷酸铁锂LiFePO4：具备易合成、高安全性、长寿命和低成本等优势，但由于Fe3+/Fe2+相对于Li+/Li的电极电势仅为3.4V材料能量密度较低，虽目前受益于各种物理封装技术的革新，短板有所弥补，但LFP材料能量密度已接近理论值“天花板”。?2）磷酸锰锂LiMnPO4：相较于LFP，比容量接近，但LMP相对于Li+/Li的电极电势为4.1V，高于LFP（3.4V）。但LMP材料禁带宽度高达2eV，电子跃迁能隙较大，电导率和锂离子扩散系数极低（低于LFP两个数量级）：电化学性能极差，近似“绝缘体“。：3）由于LiMnPO4和LFP有相同结构，Fe和Mn可以任意比互溶形成固溶体，当Mn元素替代LFP中部分Fe时，即为磷酸锰铁锂。图表：橄榄石LiMPO4的晶体结构图表：橄榄石结构磷酸盐各正极材料的性能对比平均电压正极材料(Vvs.理论比容量活化能扩散系数(mAh/g)(ev)(m2/s)导电率S/cmLi+ /Li)磷酸铁锂（LiFePO4)3.41700.61016~10141010~108磷酸钴锂（(LiCoPO4)4.81670.62磷酸镍锂(LiNiPO4)5.2 1670.61//磷酸锰锂（LiMnPO4）4.11710.65~10161010资料来源：《高比解锂需子电池正极及锂电能液的制备和改性研究》，民生证券研究况烫料来源：（磷酸经铁锂复合三元体系及对氢合方式的研究》，《高比能正极材料氢配应用研究》，民生证券研究中证券研究报告5★请务必阅读最后一页免责声明 民生证券01磷酸锰铁锂：兼顾高能量密度与高安全性：LMFP可利用Mn和Fe的协同效应，结合磷酸铁锂（稳定的电化学性能）和磷酸锰铁锂（高电压）优势，兼顾高能量密度与高安全性，同时其电压平台（4.1V）可适配常规电解液，这为切入市场提供契机。。第一，往LFP中掺Mn，有以下作用：1）Mn2+的半径略大于Fe2+的半径，往LFP进行锰元素的掺入，可扩宽锂离子扩散通道，提升锂离子扩散系数；2）Mn掺杂可使材料晶粒细化且增大LFP晶胞体积，利于锂的脱嵌；3）降低电荷转移阻抗，降低材料极化，提高材料倍率性能；4）提升材料的低温性能；5）电池材料可逆性增加，放电平台增加。同时，铁的电子跃迁能隙小于锰，可增加材料电导率。，第二，LMFP材料理论能量密度比LFP高20%。由质量能量密度（Wh/kg）=电池克容量（mAh/g）×工作电压可知，在克容量相近的条件下，电压越大，质量能量密度越大。由此，可计算出LMFP理论质量能量密度为697Wh/k，高于LFP20%。图表：LMFP结构示意图图表：LMFP质量能量密度较LFP提升20%008提升20%6977006005785004003002001000LFPLMFP资料来源：（磷酸摄铁锂基正极材料的相成控、制备优化与电化学性能研究》，量恒宣网，民生证券研究院注;LFP量密度=3.4Vx170mAh/g;LMFP编量密度=4.1V×170mAh/g资料来源：端器据锁票复合三元体系及对复合方式的研究》，民生证券研究院中证券研究报告6★请务必阅读最后一页免责声明 民生证券MINSHENGSECURITIES01磷酸锰铁锂：锰铁比例的不同，带来电化学性能上的差异：铁和锰离子半径相近，易形成固溶体，实现原子级别的混合。材料中锰铁比例的不同，会带来电化学性能上的差异，：第一，锰含量过低：LMFP材料平台电压提升不够明显，影响材料的能量密度。：第二，锰含量过高：易促成姜泰勒效应，导致材料晶格畸变，锰溶出与电解液发生反应，影响材料稳定性与容量保持率其中，当磷酸锰铁锂（LiMnFe1-xP04）中的x≥0.8时，材料容量迅速衰减，富锰结构不稳定，电化学性能较差。：第三，当锰铁比为6:4时，其充放电平台接近锰铁比为8:2或7:3的水平且较为平缓。同时，锰铁比为6:4时，容量明显高于锰铁比为8:2或7:3时的水平。再此，我们预计锰铁比为6:4时，LMFP材料综合性能可达最优化水平。图表：当锰铁比为8：2时，材料放电比容量迅速衰减；锰铁比围表：当锰铁比为6：4时，其充放电平台接近锰铁比为8：2或7：3的水平且较为平缓。同为10：0，几乎不存在明显充放电电位平台时，锰铁比为6:4时，容量明显高于锰铁比为8:2或7：3时的水平4.6LiMn0.8Fe0.2PO4(b)4.51004.44.2y=0.1IIy=0.24.0Capacity (mAh/g)804.0y0.8W1.03.603.03.2LiMnPO42.540LMo.sFo.sP*LMo.6Fo.43.0LMo.7fo.3PLMo.sfa.s!LMo.sfo.2PLMo.7Fo.3P+ LMo.8Fo.2P2.82.0204060801001202044020406080100204060100120140Specific capacity (mAh/g)Cycle numberCapacity/mAh-g资料来源：锂需子电池正极材料LMFP的制备与性能研究》谢辉，国生证券研究院注：左图为不同锰铁比例下充故电孕台的变化；右图为不同铭铁比的下1C电流密度下LMFP电循环曲线资料来激：碳报杂的碳限经铁锂锂离子电池正极材料的制和改性研究林文患，民生证学研究院中证券研究报告★请务必阅读最后一页免责声明 民生证券01磷酸锰铁锂：与三元和LFP对比情况1）能量密度：三元>LMFP>LFP。LMFP工作电压4.1V，理论能量密度高于LFP近20%，但仍与三元存在一定差距，2）压实密度：三元>LFP>LMFP。三元材料真密度更高（可达4.8g/cm3），压实密度也相对更高：据GGII数据，目前LMFP压实密度范围在2.3-2.4，后续随着纳米化材料改性路径的推进，有望进一步提升。：3）循环寿命：LFP>LMFP>三元。橄榄石型结构晶格稳定性优于层状。由此，LMFP和LFP循环寿命均优于三元；LMFP存在姜泰勒效应（晶格畸变与锰溶出会与电解液发生反应）导致循环寿命不如LFP。·4）高温性能：LFP>LMFP>三元。高温下锰元素会较快溶解到电解质中，促使容量出现衰减问题；低温性能：三元>LMFP>LFP。锰元素的掺杂可提高LFP的低温性能，Mn掺杂可将材料晶粒细化，材料电化学脱嵌锂能力显著提升。图表：较LFP，LMFP具备更高电压平台，更高能量密度，以及更优的低温性能项目磷酸铁锂（LiFePO4）磷酸锰铁锂（LMFP）镍钴锰酸锂（NCM)品体结构橄榄石结构橄榄石结构层状理论克容量(mAh/g)170170270-278电压范图(V)3.44.13.7理论质量能量密度（Wh/kg）5786971000左右压实密度(g/cm3)2.20-2.602.3-2.43.40-3.80循环寿命(次）2000-60002000-3000800-2000低温性能较差一般，优于LFP好高温性能好不如LFP，但优于三元一股随Ni含量变高而变差资料末源：爱新能募集书，GGI，孕能科技定端书，《酷酸适领锂复合三元体系及对氢合方式的研究》，民生证券研充院中证券研究报告8★请务必阅读最后一页免责声明 民生证券MINSHENGSECURITIES01磷酸锰铁锂：制备路线与LFP相似，液相法更适配：固相法：是最传统的方法，工艺简单，利于批量生产，但不易控制产品的粒度及分布，均匀性较差。其中，高温固相法最具代表性。。液相法：产成品一致性更好，更能缓解锰溶出等问题，更易形成均一的固溶体，利于锂离子的脱嵌材料，能量密度更高。但工艺更为复杂，成本较高。由此，液相法更适配LMFP，使用该方法进行量产的企业可构筑其工艺技术壁垫。可分为溶胶-凝胶法、水热法、溶剂热法、共沉淀法以及喷雾干燥法。图表：LMFP制备方法类别类别工艺流程优势劳势将原材料球磨漏合均匀后干燥，然后在情性气体固相法高温固相法保护的管式炉中，以某一升温速率在一定温度下工艺简单、生产量大、利于