正極材料是決定電池性能的關(guān)鍵因素。鋰電池的能量 E 等于平均工作電壓 與 質(zhì)量(體積)比容量 的乘積，即 = ×Q 。因此，提高平均工作電壓或者提 高材料的質(zhì)量(體積)比容量，是提高電池的能量密度兩條根本途徑。當(dāng)前規(guī)模化應(yīng)用的正極和負(fù)極材料均為插層型（Intercalation），石墨負(fù)極的容量已接近 370mAh/g，而正極材料容量均小于 300mAh/g，故正極材料是當(dāng)前鋰電池能量密 度提升的瓶頸，是影響電池性能的關(guān)鍵因素。
目前主流的正極材料是磷酸鐵鋰和三元。目前廣泛應(yīng)用的正極材料主要有層狀、 尖晶石和橄欖石三大體系，層狀正極材料有鈷酸鋰、三元材料；尖晶石正極材料 有錳酸鋰；橄欖石正極材料有磷酸鐵鋰，其中，鈷酸鋰和錳酸鋰主要應(yīng)用于消費(fèi) 電子領(lǐng)域，磷酸鐵鋰和三元材料應(yīng)用于電動(dòng)車領(lǐng)域。從產(chǎn)量上看，磷酸鐵鋰具有安全性能高、成本低和循環(huán)壽命長等優(yōu)勢，但受制于低能量密度主要應(yīng)用于中低 端電車市場，占總產(chǎn)量比重約60%；而三元材料憑借高能量密度最高，但安全性遜于磷酸鐵鋰，且價(jià)格較高，故主要應(yīng)用于高端電車市場，占總產(chǎn)量比重約 30%。
磷酸錳鐵鋰（LMFP）兼顧磷酸鐵鋰和三元材料優(yōu)點(diǎn)。目前磷酸鐵鋰和三元正極 材料無法同時(shí)兼顧低成本、高安全性、長循環(huán)壽命和高能量密度，行業(yè)也在不停 地探索新正極材料以期能同時(shí)兼顧這些優(yōu)點(diǎn)。磷酸鐵鋰能量密度較低的主要原因 是較低的電壓平臺(tái)(約 3.4V，而三元約 3.8V)，摻雜過渡金屬錳來改善磷酸鐵鋰的 電壓平臺(tái)，以提高能量密度，同時(shí)保留低成本、高安全性、長循環(huán)壽命優(yōu)勢，是 目前的較優(yōu)選擇：
（1）高穩(wěn)定性和安全性。磷酸錳鐵鋰用錳元素取代部分鐵元素，而這兩種離子 半徑相差不大(Fe2+的半徑為 0.092nm，Mn2+的半徑為 0.097nm)，故兩種材料的結(jié)構(gòu)基本相同，相同的六方密堆結(jié)構(gòu)決定了其具有很好的穩(wěn)定性和安全性。
（2）較高的能量密度。能量密度主要由克容量、壓實(shí)密度、電壓平臺(tái)三個(gè)因素 決定，磷酸錳鐵鋰與磷酸鐵鋰的壓實(shí)密度和克容量基本相同，而磷酸錳鐵鋰的電 壓平臺(tái)為 4.1V，高于磷酸鐵鋰，故其可將電池能量密度理論提升約 20%。
（3）具有低成本優(yōu)勢。錳金屬產(chǎn)量豐富，價(jià)格低廉，其材料成本也較低，而主 流三元正極材料所需要的鎳、鈷等金屬價(jià)格較高，導(dǎo)致三元材料成本較高。對比 磷酸鐵鋰和磷酸錳鐵鋰來看，我們根據(jù)德方納米公告的數(shù)據(jù)進(jìn)行測算，磷酸錳鐵 鋰的單噸原料成本比磷酸鐵鋰高約 21%，但考慮到磷酸錳鐵鋰的能量密度較高， 磷酸錳鐵鋰的單 Wh 材料成本與磷酸鐵鋰基本一致，且遠(yuǎn)低于三元材料的單 Wh 材料成本。
錳鐵比對材料性能影響較大。根據(jù)研究顯示，隨著錳鐵比的提升，材料的放電中 壓逐漸提高，但比容量在下降，目前來看，當(dāng)錳鐵比為 4:6 時(shí)，實(shí)際能量密度相 對最高。而對于循環(huán)壽命而言，在錳鐵比為 5:5 時(shí)循環(huán)壽命最高。目前業(yè)內(nèi)對錳 鐵比的最佳值尚未有定論，可根據(jù)需求改變比例。
制備方法與磷酸鐵鋰類似，主要有固相法和液相。磷酸錳鐵鋰的制備方法可分為 固相法和液相法兩大類，其中，高溫固相法、共沉淀法、噴霧干燥法工藝簡單， 適用于大規(guī)模生產(chǎn)，但高溫固相法相比于共沉淀法、噴霧干燥法，其產(chǎn)品質(zhì)量稍 差。磷酸錳鐵鋰與磷酸鐵鋰均屬于磷酸鹽系材料，因此制備工藝和使用設(shè)備類似， 主要區(qū)別是磷酸錳鐵鋰需補(bǔ)充錳源，燒結(jié)的溫度和工藝稍有改變。
磷酸錳鐵鋰材料尚有不足，須通過改性技術(shù)改善。材料主要存在以下問題：
(1) 較低的電導(dǎo)率及離子擴(kuò)散系數(shù)，影響充放電倍率特性；
(2)存在 Mn 和 Fe 的雙電 壓問題，可能出現(xiàn)功率輸出不穩(wěn)定的情況，需重新設(shè)計(jì)電池管理系統(tǒng)；
(3)循環(huán)性 能較差，主因姜泰勒（John-Teller）效應(yīng)使正極 Mn 離子析出，導(dǎo)致晶格畸變和 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低，影響穩(wěn)定性和循環(huán)性；
(4)溶解到電解液中的錳會(huì)沉積在負(fù)極表 面，破壞 SEI 層結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致消耗大量活性鋰來修復(fù) SEI 膜，降低循環(huán)性。現(xiàn)有改 善性能的技術(shù)主要包括碳包覆、納米化、離子摻雜以及與其他材料混合等。
1、碳包覆：有效提升材料導(dǎo)電性能和循環(huán)性能。（1）將導(dǎo)電材料包覆在磷酸鐵 鋰材料表面，形成有效的鋰離子擴(kuò)散通道，提高導(dǎo)電率；（2）防止磷酸錳鐵鋰顆 粒團(tuán)聚，提升均一性，提高電導(dǎo)率、穩(wěn)定性。（3）抑制一部分錳離子的析出，提 高電池循環(huán)壽命。在實(shí)際應(yīng)用中，碳材料是進(jìn)行包覆時(shí)的首選材料。
2、納米化：改善倍率性能和低溫性能。納米化主要通過機(jī)械球磨、控制煅燒溫度等方法來減小材料晶體粒徑。（1）減小材料顆粒的尺寸可以縮短離子的擴(kuò)散路 徑，提高電導(dǎo)率從而提升倍率放電性能；（2）減小晶體粒徑提升了材料的比表面 積，增大與電解液的接觸界面，降低電極界面阻抗，改善循環(huán)壽命、低溫性能等 電化學(xué)性能。
3、離子摻雜：有效改善電化學(xué)性能。摻雜原子可選擇不同的半徑，小半徑原子 摻入晶體后晶格間距會(huì)變小，鋰離子的擴(kuò)散通道會(huì)變短，提升鋰離子傳遞效率；大半徑原子經(jīng)過原位摻雜替代晶體中的原子，使晶格間距變大，利于更多的鋰離 子通過，也會(huì)提升鋰離子的傳遞效率。以重慶長安新能源汽車科技有限公司發(fā)布 的專利為例，摻雜鎂、鎳金屬離子，可以提高磷酸錳鐵鋰正極的導(dǎo)電性，從而提 升倍率性能；同時(shí)獲得更高的比容量，循環(huán)性能更好。
4、磷酸錳鐵鋰與其它材料混合改善性能。磷酸鐵錳鐵鋰和其他材料復(fù)合，有望 取長補(bǔ)短，綜合不同材料的優(yōu)勢。（1）與三元材料復(fù)合，改善倍率性能、循環(huán)壽 命和安全性。（2）添加導(dǎo)電劑（碳納米管、炭黑、Super P-Li 及導(dǎo)電石墨等）， 提高電子電導(dǎo)率、提高鋰離子遷移速率以提高充放電效率和循環(huán)壽命、改善低溫 特性等；（3）添加補(bǔ)鋰劑，通過過量的鋰元素來提升電化學(xué)性能。
三、產(chǎn)業(yè)化前夕，多企業(yè)布局
磷酸錳鐵鋰綜合了磷酸鐵鋰和三元材料的優(yōu)點(diǎn)，且生產(chǎn)工藝與磷酸鐵鋰相似，生 產(chǎn)企業(yè)學(xué)習(xí)成本低，隨著產(chǎn)能釋放、工藝優(yōu)化以及改性技術(shù)的發(fā)展，磷酸錳鐵鋰 競爭優(yōu)勢不斷強(qiáng)化，通過替代部分磷酸鐵鋰需求以及通過與三元材料形成復(fù)合材 料而不斷提高滲透率，我們認(rèn)為磷酸錳鐵鋰的需求領(lǐng)域主要來自于電動(dòng)兩輪車、 中低端電動(dòng)車以及儲(chǔ)能領(lǐng)域。
磷酸錳鐵鋰需求空間廣闊。根據(jù)德方納米公告，1GWh 電池需要磷酸鐵鋰正極材 料 2200-2500 噸左右，由于 Mn 和 Fe 的原子量十分接近，假設(shè)磷酸錳鐵鋰正極 材料的單 Gwh 消耗量為 2350 噸，我們預(yù)計(jì) 2025 年電動(dòng)車+儲(chǔ)能+小動(dòng)力領(lǐng)域鋰 電池需求量為 1694.7GWh，在樂觀/中性/悲觀滲透率預(yù)期下，需求量分別達(dá)到 51.8/35.8/19.9 噸。
多企業(yè)重點(diǎn)布局，2023 年或是產(chǎn)業(yè)化節(jié)點(diǎn)。磷酸錳鐵鋰是磷酸鐵鋰的重要升級 方向，許多電池廠和正極廠均積極進(jìn)行相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)的研發(fā)和相關(guān)專利申請，同 時(shí)建設(shè)相關(guān)產(chǎn)線；同時(shí)，得益于磷酸錳鐵鋰良好前景，一些其他領(lǐng)域的公司跨界 進(jìn)入此賽道。目前整體來看，隨著產(chǎn)品驗(yàn)證以及項(xiàng)目的建設(shè)，2023 年或是磷酸錳 鐵鋰批量化生產(chǎn)和應(yīng)用節(jié)點(diǎn)。
磷酸鐵鋰正極龍頭。德方納米深耕鋰電材料產(chǎn)業(yè) 15 年，是全球技術(shù)領(lǐng)先的液相 法磷酸鐵鋰材料生產(chǎn)企業(yè)，主要產(chǎn)品納米磷酸鐵鋰市場占有率位居行業(yè)前列。受 益于新能源汽車需求爆發(fā)，公司業(yè)績快速增長，2022 年 Q1-Q3 實(shí)現(xiàn)營收 144.16 億元，同比高增 519.79%，創(chuàng)歷史新高。
技術(shù)儲(chǔ)備充足。公司研發(fā)自熱蒸發(fā)液相合成技術(shù)，有效改善磷酸錳鐵鋰材料的錳 離子的溶出問題，提升電池循環(huán)壽命；同時(shí)，公司也研發(fā)了非連續(xù)石墨烯包覆、 納米化技術(shù)、離子摻雜技術(shù)等材料改性技術(shù)，有效提升電化學(xué)性能。
產(chǎn)能建設(shè)領(lǐng)先行業(yè)。2022 年 9 月，德方納米年產(chǎn) 11 萬噸新型磷酸鹽系正極材料 生產(chǎn)基地項(xiàng)目順利建成投產(chǎn)，根據(jù)公司測算，項(xiàng)目滿產(chǎn)后，預(yù)計(jì)年均營業(yè)收入為 62.48 億元，年均稅后利潤為 5.11 億元，項(xiàng)目稅后內(nèi)部收益率為 16.30%，投資 回收期為 7.30 年。另外，公司將繼續(xù)在曲靖投資 75 億元建設(shè)“年產(chǎn) 33 萬噸新 型磷酸鹽系正極材料生產(chǎn)基地項(xiàng)目”，未來總產(chǎn)能有望達(dá)到 44 萬噸。
容百科技是國內(nèi)外領(lǐng)先的三元正極材料供應(yīng)商。容百科技是我國三元正極供應(yīng)龍 頭，公司依托三元正極材料供應(yīng)，繼續(xù)布局磷酸錳鐵鋰材料和鈉電材料等新板塊。受益于新能源汽車需求爆發(fā)，公司業(yè)績快速增長，2022 年 Q1-Q3 實(shí)現(xiàn)營收 192.80 億元，同比高增 208.41%，創(chuàng)歷史新高。
收購天津斯科蘭德入局磷酸錳鐵鋰。2022 年 7 月，公司收購整合天津斯科蘭德 及其旗下主體，目前斯科蘭德具備 6200 噸/年磷酸錳鐵鋰產(chǎn)能，其中，斯科蘭德 控股子公司臨汾中貝擁有 5000 噸/年磷酸錳鐵鋰產(chǎn)能；斯科蘭德與四川新國榮簽署了 3 年獨(dú)家排他的《產(chǎn)品委托加工協(xié)議》，四川新國榮現(xiàn)有 1200 噸/年磷酸錳 鐵鋰產(chǎn)能，同時(shí)，斯科蘭德正在擴(kuò)建產(chǎn)能至萬噸級以上。
下游需求旺盛，推動(dòng)產(chǎn)品放量。公司在 10 月 14 日接受機(jī)構(gòu)調(diào)研時(shí)表示，磷酸錳 鐵鋰 9 月出貨超 200 噸，正進(jìn)行產(chǎn)能爬坡，目前下游需求比較旺盛，現(xiàn)有 6000 多噸產(chǎn)線無法滿足市場需求，公司將開發(fā)萬噸級的磷酸錳鐵鋰產(chǎn)線建設(shè)，以滿足 下游需求，公司磷酸錳鐵鋰的出貨量和開發(fā)進(jìn)度均在行業(yè)前列，計(jì)劃于 2025 年 磷酸錳鐵鋰產(chǎn)能達(dá)到 30 萬噸。
鋰電正極優(yōu)質(zhì)企業(yè)。公司是鋰電正極材料的供給商，主要從事鈷酸鋰、多元材料 及錳酸鋰等小型鋰電、動(dòng)力鋰電正極材料的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。2022 年 Q1-Q3 實(shí)現(xiàn)營收 192.80 億元，同比高增 208.41%；實(shí)現(xiàn)歸母凈利 14.78 億元，同比高 增 103.18%。
通過合作建設(shè)產(chǎn)能。公司擬與四川蜀道新材料、攀枝花釩鈦高新區(qū)管委會(huì)簽訂合 作協(xié)議，首期擬投資 70 億元建設(shè)年產(chǎn) 30 萬噸磷酸（錳）鐵鋰項(xiàng)目預(yù)計(jì)于 2028 年底前全部建成達(dá)產(chǎn)，遠(yuǎn)期再規(guī)劃 20 萬噸產(chǎn)能視市場情況投建。通過與其他公 司合作，有利于結(jié)合雙方在技術(shù)、礦產(chǎn)資源、磷化工產(chǎn)業(yè)等方面的優(yōu)勢，推動(dòng)磷 酸錳鐵鋰產(chǎn)品落地。
鋰電產(chǎn)業(yè)通公眾號(hào)里的內(nèi)容包括鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈交流、資訊、人脈圈。從正負(fù)極材料生產(chǎn)到涂布，隔膜、電解液、封裝材料到檢測組裝等這些環(huán)節(jié)涉及的材料、輔材、添加劑、耗材，以及相關(guān)設(shè)備，相關(guān)企業(yè)介紹。
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