技术演进行而不辍，产业奇点未来可期——磷酸锰铁锂行业深度报告电新首席证券分析师：曾朵红执业证书编号：S0600516080001联系邮箱：zengdh@dwzq.com.cn电动车首席证券分析师：阮巧燕执业证书编号：S0600517120002联系邮箱：ruanqy@dwzq.com.cn联系电话：021-601997932023年8月16日证券研究报告·行业研究·电力设备与新能源行业1 摘要2◆锰铁锂兼顾铁锂的安全性和低成本，同时提升能量密度10-20%，有望替代动力铁锂，25年渗透率有望提升至10%+。锰铁锂为升级版的铁锂，通过固溶锰提高电压，从而提升能量密度（最高21%），但会损伤循环和倍率性能，锰铁比例是平衡性能的关键，目前行业主流配比为6/4，未来高锰化是趋势。搭配方式看，锰铁锂可与高镍三元混用，得到兼具安全性和高能量密度的产品，并形成一系列的续航解决方案，但锰铁锂纯用经济性更好，待材料技术成熟后，预计成为长期趋势。我们测算锰铁锂正极成本比铁锂高10%左右，但能量密度提升10-20%，因此理论上电池单Wh成本更低（下降近10%），有望替代动力铁锂和中镍三元，预计率先应用于两轮车和续航700km左右动力车型。我们测算锰铁锂25年渗透率5-10%，电池需求近130GWh，对应正极需求超20万吨，市场规模近150亿元，30年渗透率超30%，电池需求超1500GWh，对应正极需求超260万吨，市场规模超1500亿元。◆锰铁锂生产工艺和铁锂类似，液相法/固相法各有优劣，预计呈并行发展路线。锰铁锂导电性差，需进行碳包覆、离子掺杂、纳米化等改性处理，此外高温循环易出现锰溶出，要求原子级混合，对结晶度要求高，产品良率有待提升。生产工艺方面，锰铁锂和铁锂制备方案类似，可采用液相法和固相法路线，其中液相法利于控制元素比例，锰铁更均匀，因此产品一致性、结晶度更好，但压实密度低，单位投资额更高；固相法产量大，单吨投资额更低，压实密度高，但不易控制锰铁均匀度和粒径分布。液相法凭借产品性能优势先行，待固相法工艺逐渐成熟后，预计二者呈并行发展路线。◆锰铁锂量产装车在即，产业链加码LMFP赛道。电池端看，宁德时代创新推出M3P电池，搭配麒麟电池主攻700km中端市场，混用8月首发智界S7，纯用预计下半年首发特斯拉，比亚迪较早布局锰铁锂，预计24年上半年装车发布，亿纬/中航/国轩/孚能/星恒/天能等企业已发布锰铁锂产品跟进；正极端看，德方纳米产品一致性好，下半年预计率先放量，容百科技并购斯科兰德，年底预计实现装车，湖南裕能自研高压实LMFP，明年上半年开始放量，天奈科技横向扩拓布局LMFP，当升科技/万润新能/珩创纳米/力泰锂能/创普斯加码布局锰铁锂赛道；锰源端看，湘潭电化和红星发展有充足二氧化锰/高纯硫酸锰产能，有望从锰铁锂对锰源的强劲需求中受益。◆投资建议：锰铁锂量产装车在即，预计明年大规模放量，有望大规模渗透动力铁锂和中镍三元领域，我们推荐四条主线：1）看好终端性能提升的电池厂商，推荐宁德时代、比亚迪、亿纬锂能，关注中创新航、国轩高科、孚能科技等；2）看好产业化进程领先的正极厂商，推荐德方纳米、容百科技、湖南裕能、当升科技，关注万润新能；3）看好用量提升的添加剂和导电剂厂商，推荐天赐材料、天奈科技；4）关注上游锰源龙头，关注湘潭电化、红星发展。◆风险提示：产业化进程不及预期；下游需求不及预期；成本下降幅度不及预期。 目录锰铁互溶，提升能量密度，打造升级版磷酸铁锂工艺技术日益成熟，固/液相法路线并行3量产节点企踵可待，企业加码锰铁锂赛道投资建议及风险提示 磷酸锰铁锂：锰铁互溶，提升能量密度，打造升级版磷酸铁锂◆磷酸锰铁锂是磷酸铁锂和磷酸锰锂的固溶体，锰元素提升电压平台，进而提升铁锂体系的能量密度。磷酸锰铁锂（LMFP）保持磷酸铁锂稳定的橄榄石结构，并引入高电压平台的磷酸锰锂（4.1V），从而提升铁锂体系的能量密度。数据来源：《锂离子电池正极材料磷酸锰锂的合成及性能研究》《磷酸锰铁锂基正极材料的组成调控、制备优化与电化学性能研究》，东吴证券研究所4图：各橄榄石结构材料电压平台对比图：磷酸铁锂(LFP)和磷酸锰锂(LMP)性能对比5.2V4.8V4.1V3.4V4.3V商业电解液电压上限0.01.02.03.04.05.06.0LiNiPO4LiCoPO4LiMnPO4LiFePO4电压平台（V vs. Li）1703.4V1.8*10-91.0*10-131714.1V1.0*10-105.1*10-14克容量mAh/g电压平台V电导率S/cm离子扩散速率cm2/sLiFePO4LiMnPO4图：磷酸铁锂和磷酸锰锂结构对比LFPMn固溶替换FeLMFP 优势：电压平台升高，与铁锂相比，能量密度最多提升21%◆锰元素电压平台高，固溶后相应提升能量密度。磷酸锰铁锂具有双放电平台，其中磷酸锰锂优先放电，然后磷酸铁锂放电，锰元素比例越高，正极平均电压越高，电池的能量密度和输出功率越高。理论上，锰铁比例6/4性能提升10-15%，锰全部替换时提升21%。数据来源：《碳掺杂的磷酸锰铁锂锂离子电池正极材料的制备和改性研究》，《不同碳含量包覆磷酸锰铁锂正极材料的研究》，东吴证券研究所5图表：LMFP电压特性及优点能量密度>LFP输出功率>LFP热稳定性>NCM磷酸铁锂加锰提升能量密度磷酸锰铁锂的电压平台呈现二阶梯形式，分别由3.4V的Fe2+/Fe3+和4.1V的Mn2+/Mn3+构成，平台长度正比于锰铁比例。锰铁比例直接影响高低电位下的放电容量，锰含量越高，能量密度越高。3.6V3.4V3.8V4.0VLFP~3.4VLMP~4.1V平均电压~3.6V平均电压~3.8V锰含量逐渐升高磷酸铁锂磷酸锰锂能量密度提升安全性>NCM锰铁锂充放电曲线 劣势：加锰后晶体结构发生畸变，循环性能与倍率性能变差◆磷酸锰铁锂结构稳定性差，电池循环和倍率性能变差。锰铁互溶后，材料会出现晶体结构畸变，电池循环中可能发生锰溶出，与电解液反应，进而影响循环寿命。同时材料电导率、离子扩散系数较差，从而影响倍率性能。使用纳米化等改性手段可基本解决材料电化学问题，但会降低材料压实密度。数据来源：《磷酸锰铁锂基正极材料的组成调控、制备优化与电化学性能研究》，东吴证券研究所6图表：LMFP特性及缺点结构稳定性降低→锰溶出动力学特性恶化→倍率差工艺要求高→压实密度低磷酸铁锂加锰恶化电池性能。1）磷酸锰锂材料的电导率和离子扩散系数均比磷酸铁锂小1-2个数量级，因此锰铁锂中锰含量越高，越表现出磷酸锰锂特征，动力学性能越差，快充性能差。2）姜泰勒变形：锰原子替换造成晶体结构畸变，在充放电时不能保持原有形态，进一步会导致锰溶出现象，表现为锰铁锂的高温循环寿命较铁锂会有明显衰减。磷酸铁锂加锰增加了工艺要求。1）磷酸锰铁锂中铁锰要求原子级别的溶合，因此要求前驱体层级实现高均匀度的原料混合，否则会由于物相不纯、杂质生成导致良率极低，因此工艺要求高于铁锂。2）磷酸锰铁锂的材料特性决定其压实密度低于铁锂，液相法有利于均匀混合但压实密度更低。压实密度低会导致体积能量密度减小和孔隙增多内阻增大。材料体系问题工艺设备问题 Mn<0.6Mn=0.6-0.7Mn=0.7-0.8Mn>0.8配比趋势：锰铁比例是决定材料性能的关键，长期演进高锰化◆锰含量越高，能量密度提升越大，但会出现容量降低和循环寿命衰减。锰铁比例在行业中尚无统一最优标准，长期看高锰比例是演进趋势，但工艺挑战巨大，目前行业主流配比为锰铁比6/4的LMFP，综合性能表现较好。数据来源：《磷酸锰铁锂基正极材料的组成调控、制备优化与电化学性能研究》，东吴证券研究所7图表：不同锰铁比例的性能对比推测LFP=3.4VLMP=4.1V3.4-3.8V3.8-3.9V3.9-4.0V4.0-4.1V无显著性能提升主流工艺节点锰溶出问题严重，动力学特性较差，应用难度巨大激进方案性能进阶尚存材料/量产问题电压平台提升，能量密度更进一步材料问题克服，解决工艺良率中克容量或略低于铁锂，电压提升后能量密度较LFP提升10-15%*电压指正极理论电压平台，由锰和铁电压平台按照含量比例加权得到 性能：能量密度/低温性能优于铁锂，安全性/经济性胜过三元数据来源：《磷酸锰铁锂复合三元体系及对复合方式的研究》，高工锂电GGII，东吴证券研究所8◆锰铁锂对比铁锂优势：能量密度提升，低温性能改善，安全性基本持平；劣势：压实密度略低，常温循环略差，高温循环易锰溶出衰减明显。◆锰铁锂对比三元优势：安全性能提升，成本显著降低，理论循环寿命更长；劣势：能量密度、低温性能、倍率性能不及三元。表：LMFP、LFP、NCM性能比较项目磷酸锰铁锂（LMFP)磷酸铁锂（LFP）三元（NCM）晶体结构橄榄石橄榄石层状0.1C克容量（mAh/g)140-158155-160150-2201C克容量（mAh/g)135-145142-145150-215标称电压（V）3.2-3.93.23.71C循环（次）2000-25004000-100001000-3000电池能量密度（Wh/kg）160-240150-210200-320压实密度（g/cm³）2.3-2.42.2-2.63.4-3.7低温性能一般较差较好高温性能较好较好一般安全性好好差成本较低低高 路线：混用为目前主流路线，纯用经济性更优，预计成为长期趋势数据来源：《磷酸锰铁锂复合三元体系及对复合方式的研究》、振华新材招股说明书，容百科技招股书，东吴证券研究所9◆锰铁锂电压与三元匹配，可复合提供新材料方案。锰铁锂电压与高镍三元匹配，复合后可得到兼具安全性与高能量密度的产品，并可以形成一系列方案灵活适用终端需求，目前宁德时代混用方案已上车奇瑞智界S7车型。◆纯用经济性更好，预计成为长期趋势。纯用路线短期先面向海外客户和高端铁锂车型放量，随着技术持续突破，能量密度升高带来的经济性优势将逐渐体现，有望全面替代动力铁锂场景。图表：复合三元产品性能及定位高镍三元：高端车型（续航里程1000km），为了实现续航性能只能选择高镍体系，具有产品和技术溢价纯用锰铁锂：中端车型（续航里程700km），考虑经济性和续航的综合性价比，从铁锂切向锰铁锂高镍含量更高锰铁锂含量更高锰铁锂+三元复合复合三元能量密度再提升，填补高镍三元与纯用锰铁锂间性能断层，为客户提供更多细分差异化选择。可取代低电压中镍产品，锰铁锂与高镍掺混产品较低电压中镍方案有经济性和安全性优势。250+Wh/kg180-230Wh/kg电芯能量密度表：纯用锰铁锂/复合三元技术路线分析纯用锰铁锂复合三元加工性能差，存在锰溶出/工艺一致性问题180-230Wh/kg技术路线应用难度能量密度应用场景正极成本~0.2元/Wh短期面向海外和高端铁锂车型，低温性能改善+能量密度提升；长期成为主流，逐渐体现经济性优势后替代动力铁锂车型；技术难度低材料问题易控制230-250Wh/kg0.2-0.3元/Wh短期优先放量，弥补纯用方案早期的加工、成本、材料问题长期作为差异化方案，满足下游车企对细分领域的特定需求海外车企优先偏好纯用国内车企优先考虑混用 10数据来源：百川，SMM，东吴证券研究所测算经济性：能量密度提升10-20%，正极成本高于铁锂10%◆磷酸锰铁锂原材料成本略高于铁锂。锰铁锂需用到锰源代替铁源（Mn1.4万/吨对比Fe0.4万/吨），且添加剂种类更多，原材料成本增厚5%左右。◆铁锰需要原子级别混合，工艺要求增加导致加工成本上升。我们推测锰铁锂加工成本较铁锂高10%，正极材料价格为10万元/吨左右（碳酸锂25万/吨），较铁锂整体溢价约10%。表：LMFP正极原材料成本测算假设：基于7月20日百川、SMM价格参数，电池级碳酸锂考虑渠道价25万/吨；以德方纳米铁锂22年加工成本为依据，考虑到锰铁锂产线湿度要求、锰源要求和粉磨工艺的要求，加工成本初期高40%，成熟期高10%。所需原料单吨耗量单吨价格单位成本（万/吨）吨/吨万/吨量产初期放量期磷酸锰铁锂LMFP64碳酸锂（电池级)0.23 25.