磷酸锰铁锂：渗透700km续航动力领域，产业化有望加速

1证券研究报告作者：行业评级：上次评级：行业报告| 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明电力设备强于大市强于大市维持2023年02月18日（评级）分析师孙潇雅SAC执业证书编号：S1110520080009磷酸锰铁锂：渗透700km续航动力领域，产业化有望加速行业深度研究 摘要2请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明磷酸锰铁锂在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、容百科技在7月发布LMFP新产品。德方纳米在9月11万吨磷酸锰铁锂产能正式投产。1、LMFP提升哪些性能？1）与铁锂相比：高电压，提高能量密度，低温性能提升。LFP、LMFP理论比容量都为170mAh/g，但LMFP理论电压平台达4.1V，高出LFP约20%，其能量密度相较LFP提升15%，提供更长续航里程。LMFP低温性能更优，-20°C下LMFP容量保持率达76%左右，而LFP为60-70%。2）与三元相比：提高安全性。LFP、LMFP都为橄榄石形结构，相比三元电池的层状氧化结构更稳定，相比三元电池安全性更高。天津斯科兰德公司通过实验证明在NCM523材料中混入20%LMFP的复合材料电池在针刺实验中不燃烧、不爆炸，安全性能大幅提升。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。我们认为LMFP适用于两轮车&动力电池，可纯用或与三元材料掺杂。2、经济性如何？市场空间多大？1）纯用LMFP：LMFP主要增加成本为锰，预计成本增加为5-10%，而能量密度提升15-20%。假设锰铁比6：4，掺锰后成本增加约3850元/吨。我们预计LMFP正极能量密度提升15-20%，成本提升5-10%，性能提升>成本提升，并有望在电池环节降低单wh成本。2）三元：LFP电池能量密度约150wh/kg，若LMFP电池能量密度提升10%，达到165wh/kg，与NCM523能量密度接近，而价格端更具优势。若LMFP电池能量密度提高15%，达172.5wh/kg，与NCM622电池175wh/kg接近。与高镍三元掺杂，LMFP比例越高成本下降越明显。行业空间：1）两轮车：我们预计2022、2025年国内电动两轮车销量分别为5987、6257万辆，锂电渗透率分别为15%、30%，锂电两轮车产量分别为898、1877万辆。假设2022、2025年单车带电量1、1.2kwh，锂电需求分别为9.4、22.7GWh。目前磷酸锰铁锂电池已在两轮车上应用，我们预计2022、2025年LMFP渗透率5%、30%，LMFP电池装机0.5、6.8GWh，LMFP正极需求0.1、1.5万吨。2）电动车：我们预计2025年25万以下车型销量占比约75%（这部分为LMFP潜在可替代空间），全球动力电池产量1356Gwh，75%占比对应1017Gwh，考虑25万以下车型带电量较低（乘以系数0.8），对应纯用LMFP潜在锂电需求814Gwh。假设2025年LMFP渗透率20%，对应LMFP电池需求163GWh，LMFP正极35.8万吨。b)掺杂磷酸锰铁锂：我们预计2025年25-30万车型销量占比约5%，假设这部分LMFP与三元电池进行掺杂。若2025年掺杂LMFP的锂电池比例30%，对应掺杂LMFP锂电池需求20GWh，在此基础上假设掺杂LMFP比例50%，对应LMFP正极2.2万吨。结合电动两轮车、电动车，我们预计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。 摘要3请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明3、工艺路径：液相法VS固相法电池企业、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。无论液相法或固相法，LMFP与LFP工艺流程类似，主要差别在原材料锰源。✓液相法：优势为1）混合均匀，反应更充分；2）颗粒表面光滑、圆润度好、分散性好；3）液相法更利于做出小粒径材料，有利于锂离子扩散，改善倍率性能，进而提升其电化学性能。缺点为1）引入硝酸根离子，需要脱硝酸且有一定环保压力；2）缩小粒径降低了压实密度。3）粒径过小比表面积大，使用大量粘结剂增加成本。✓固相法：优势为1）工艺简单，过程易控，适合工业大规模生产。2）压实密度高：比较动力领域产品，固相法的裕能、万润产品压实密度高于德方纳米。缺点为1）铁源、锰源混合不均匀：受限于铁源和锰源原本的颗粒大小，无法使二者实现原子级别和混合，且掺杂元素也不易进入颗粒内部，导致产品电化学性能不佳。2）研磨过程产生氧化铁，影响能量密度。从LFP到LMFP，液相法和固相法在动力产品的性能差距或缩小。液相法混合更均匀压实密度改善，弥补因粒径较小带来的压实问题。而固相法由于受限于铁源和锰源原本的颗粒大小，混合不均导致产品电化学性能不佳，液相法和固相法在产品品质上的差距或缩小。从性能角度看，我们认为固相法、液相法均有方法解决磷酸锰铁锂电导率差、压实密度低、循环次数差等瓶颈。主要看各家技术突破，率先解决的企业有望在新技术迭代周期中获得先发优势。4、成本端：液相法VS固相法液相法工业级碳酸锂就可满足，而固相法需要电池级碳酸锂，锂价高位时液相法材料成本优势明显；能耗方面，液相法能耗较低，能耗成本低于固相法；环保方面，液相法引入硝酸根离子，环保成本高于固相法。碳酸锂耗量：液相法具有优势，固相法不断改善。我们认为：当碳酸锂价格高企时，液相法具有工业级碳酸锂优势，成本端或更具竞争优势。如2022年11月7日工业级碳酸锂54.5万/吨，电池级碳酸锂57万/吨，若1吨磷酸铁锂消耗碳酸锂234kg，工业级碳酸锂成本低于电池级碳酸锂约5850元/吨。若碳酸锂价格处于较低水平，固相法、液相法成本或不相上下，主要看各企业工艺积累。此外，由于资源端碳酸锂、磷矿、锰矿等占比较大，资源端布局带来的成本优势或大于固相法/液相法路径选择的成本差异。 摘要4请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明5、投资建议德方纳米：2022年5月申请的专利看，锰溶出问题有望通过包覆、掺杂金属，以及添加络合剂大幅改善。德方纳米LMFP产能布局远远快于其它企业。目前已投产的LMFP正极产能主要有：德方纳米11万吨+斯科兰德6200吨+力泰锂能2000吨+中贝1万吨，德方纳米LMFP正极投产规模最大，并规划2025年底LMFP正极产能达44万吨。LFP主攻储能、LFMP主攻动力，补锂剂进一步提升产品性能。在LMFP从0到1，渗透率快速提升阶段，电池、正极、锰矿企业均有望受益。率先布局LMFP的电池、正极企业能获取先发优势，在产品端获得一定溢价，并带来超额利润。力泰锂能2020年、2021H1磷酸锰铁锂售价都为6万/吨，而德方纳米2020年、2021H1磷酸铁锂售价分别为3、4万/吨，磷酸锰铁锂正极溢价显著。此外，LMFP与LFP相比，主要增加的成本在于锰矿，因此锰矿企业也受益于LMFP渗透率提升。建议关注：✓电池企业：宁德时代、中创新航、天能股份、国轩高科等✓正极企业：德方纳米、容百科技（和化工组联合覆盖）、当升科技、光华科技等✓锰矿企业：红星发展、湘潭电化等风险提示：磷酸锰铁锂需求量不及预期、原材料价格大幅上涨产品成本高企、磷酸锰铁锂大幅扩产行业竞争加剧、测算具有一定的主观性。 1、引言5请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 6LMFP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。LMFP产品、产能准备就绪，产业化有望加速，但市场对LMFP市场空间、工艺路径选择仍有分歧。本篇报告聚焦几大问题：✓LMFP提升哪些性能？✓经济性如何？市场空间多大？✓工艺路径：液相法VS固相法，哪个更好？资料来源：各公司官网/公众号，电池中国，维科网，天风证券研究所 2、LMFP提升哪些性能？1）与铁锂相比：高电压，提高能量密度2）与三元相比：提高安全性7请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 8LMFP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。图：2018-2021年中国动力电池各类电池装机占比（%）资料来源：TrendForce，维科网，上海有色网，高工锂电，天风证券研究所39%33%41%52%58%65%58%48%3%2%1%0%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%2018201920202021磷酸铁锂电池三元电池其他图：2021年三元/铁锂电池装车量（GWh)3.32.23.93.24.55.15.87.29.58.411.615.15.43.35.15.25.25.95.55.36.179.211.102468101214161月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月磷酸铁锂电池三元电池 9LMFP提升哪些性能？1）与铁锂相比：高电压，提高能量密度，低温性能提升磷酸锰铁锂理论电压达4.1V，高出磷酸铁锂20%，带来能量密度提升。从结构来看，磷酸锰铁锂和磷酸铁锂类似，都为橄榄石结构。橄榄石结构限制了锂离子的扩散，使得电导率较低，在大倍率放电时极化较大。能量密度=克容量*电压，LFP、LMFP理论比容量都为170mAh/g，但LMFP理论电压平台达4.1V，而LFP为3.4V，LMFP电压平台高出LFP约20%，其能量密度相较于LFP提升15%，能为电动车提供更长的续航里程。磷酸锰铁锂相较于磷酸铁锂具有低温性能优势。在-20°C下，LMFP容量保持率达75%左右，而LFP为60-70%，LMFP低温性能更好。天能生产的磷酸锰铁锂18650电池已成功应用在小牛新款F0系列电动自行车中，低温性能提升超过25%。表：LFP、LMFP电池材料对比资料来源：电池中国公众号，维科网锂电公众号，天风证券研究所表：磷酸铁锂、磷酸锰铁锂结构 10LMFP提升哪些性能？2）与三元相比：提高安全性相比三元电池，磷酸锰铁锂电池安全性更高。LFP、LMFP都为橄榄石形结构，相比三元电池的层状氧化结构更稳定。磷酸铁锂主体结构为PO4，其键能远高于三元材料的M-O键能。满电态的磷酸铁锂热分解温度为700°C左右，而三元材料分解温度为200-300°C。磷酸锰铁锂与磷酸铁锂结构相似，相比三元电池安全性更高。与三元电池掺杂，磷酸锰铁锂可整体提高电池安全性。磷酸锰铁锂相较于三元锂材料安全性能更好，天津斯科兰德公司通过实验证明在NCM523材料中混入20%LMFP做成的复合材料电池在针刺实验