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加了一点锰的正极材料有多猛?

发布于 2022-08-11 13:54

电池企业、正极材料厂商近期正积极布局磷酸锰铁锂产业。宁德时代、欣旺达、亿纬锂能的磷酸锰铁锂电池已在今年上半年通过电池中试环节,正在送样品给车企测试。国轩高科也透露在磷酸锰铁锂方面有所布局。

 

那么,磷酸锰铁锂,相较于磷酸铁锂、三元材料的优劣势如何?是否有投资前景?产业链上哪些环节和企业有望获得较大的盈利空间?

 

核心看点:

  1. 磷酸锰铁锂主要应用在电动汽车和电动二轮车领域,可部分取代磷酸铁锂,也可与三元材料混用降本和提高安全性;

  2. 它比磷酸铁锂的电压平台更高,低温性能更好,能量密度高;

  3. 它比三元材料的性价比更高、安全性能高、循环寿命更长;

  4. 产业链中游的正极材料企业的盈利空间更大,具有技术专利的企业更有优势;

  5. 目前磷酸锰铁锂产品还未大规模落地,其商业化进程还需观察。

 

磷酸锰铁锂的应用场景是什么?这种正极材料的优势是什么?关键性能指标是什么?

 

磷酸锰铁锂是在磷酸铁锂上掺杂一定比例的锰而形成的新型磷酸盐类锂电正极材料。将锰和铁掺杂不会对原有结构产生明显影响,同时能把两种元素的优势结合。

 

磷酸锰铁锂主要应用在电动汽车和电动二轮车领域,它可部分取代磷酸铁锂,也可与三元材料混用降本和提高安全性。未来有望与磷酸铁锂、高镍三元三分天下:磷酸锰铁锂后续在动力电池上有优势,磷酸铁锂在储能端有优势,高镍三元在高续航动力电池上有优势。

 

磷酸锰铁锂(LMFP)的优势:

 

对比磷酸铁锂(LFP),比容量差不多,电压平台更高,低温性能更好,能量密度高10~20%。

 

对比三元材料,性价比更高、安全性能高、循环寿命更长。三元材料的循环寿命达1500次左右,锰铁锂达2000次以上。

 

关键性能指标是锰铁比例。如果锰的比例较低,不能够明显表现它高电压平台的优势,也不能够获得最大的放电能量。如果锰多了,放电容量比较低,且迅速衰退,所以它的容量保持率就比较低了。此外,锰含量过高会使得锰溶出比例过高,破坏固溶体结构,使电池导电性、倍率性及放电效率恶化。因此要控制锰铁比例。

 

一般认为锰铁比至少在1:1以上,典型的锰铁比例有1:1、3:2、3:1等,但实际中有厂商使用锰铁比为2:8或者4:6。

 

磷酸锰铁锂有哪些不足?针对这些问题,有哪些改进的技术?产业化难点是?

 

磷酸锰铁锂材料的不足有

1)磷酸锰铁锂的导电性、倍率性能比磷酸铁锂、三元的都要差。

2)充放电的效率较低,LMFP首次充放电效率92%,LFP在95%以上。

3)锰析出导致循环寿命衰减。

 

解决磷酸锰铁锂不足的改性方法有:包覆、掺杂、纳米化。企业选择用哪种改性技术,基于效果和成本来综合考虑。对于某些企业,包覆和纳米化需要的设备和技术储备与当前生产磷酸铁锂需要的比较相似,所以选择用这两种方法。改性后,电池材料成本仅增加5%左右,电化学活性得到有效提高,锰析出问题被解决。

 

产业化的难点在于工艺难度:

1)各厂商自己调配锰铁比例和生产配方,非标准化。

2)原料锰盐导电性差、加工难度大,增加了前驱体生产的技术难度。

3)包覆、掺杂、纳米化这些改良其劣势的技术对研发能力和工艺积累的要求较高,形成技术壁垒。因此,具有强大研发能力和专利优势的厂商更有竞争力。

 

工业制备磷酸锰铁锂的方法有哪些?应用方案如何?

 

有固相法和液相法。固相法的优点是过程简单成熟,制备成本较低,易于大规模工业化;缺点是产品混合均匀性较差,品质较差。液相法的优点是品质相对好,缺点是工艺难度高,但也成为企业的技术壁垒。固相法生产约13万元/吨,液相法比固相法便宜2000元。

 

使用固相法的厂商有湖南裕能、常州锂源、湖北万润、国轩高科、融通高科、江西升华、安达科技等。其中,湖南裕能2022年Q1市占率27%,排名第一,宁德时代和比亚迪是其两大客户,也是股东。使用液相法的企业有德方纳米,良品率在95%以上。

 

磷酸锰铁锂的应用方案是纯用,或与三元材料混用。纯用方案,其能量密度明显优于磷酸铁锂。混用方案有两种,一种是复合20%三元5系,另一种是复合80%三元5系,可增加循环寿命、获得更好的安全性能、降低成本。

 

磷酸锰铁锂的技术几年前就有了,为何现在各大厂商才纷纷布局?

 

这有几方面的原因:

1)技术问题。当时还没有技术能够解决磷酸锰铁锂的产品缺点。

2)市场需求。那时新能源汽车还未兴起,市场需求小,主流材料厂家都将精力放在三元路线。

3)政策原因。当时国家政策对新能源行业的扶持力度还不够大。

4)此外,最近两年LFP迅猛发展,其产品性能已开发到极致,无法再被突破,所以LMFP被重新重视起来。

 

发展前景怎么样?产业链上哪个环节的盈利空间大?有哪些具有竞争力的厂商?

 

预估到2025年,渗透率达到30%,市场需求达到50万吨。有分析人士预计,磷酸锰铁锂在2021-2025年均复合增速将达到129%。

 

在磷酸锰铁锂的产业链里,上游是提供锰原料(硫酸锰、碳酸锰)的公司,它们可以获得比磷酸锰铁锂出现之前更大的收益。锰资源在我国较为丰富,所以锰价不会有太大波动,不会对产业链中下游产生明显影响。厂商有赣峰锂业、红星发展南方锰业湘潭电化中钢天源等。

 

中游的正极厂商,价值量约占产业链的40%。在技术方面比亚迪、国轩高科、德方纳米、力泰锂能在专利布局方面具有明显优势。在量产进度方面,天津斯特兰、力泰锂能宣布实现量产,德方纳米2023年下半年可量产上车,目前中试已完成,正在给车企送样验证中,预计完成还有半年。当升科技、厦钨新能已经进入小试阶段。

 

下游的电池企业,价值量约占产业链30%。天能股份、星恒电源的相关电池产品应用于电动二轮车电池领域。宁德时代、比亚迪、国轩高科等电池厂龙头正加速研发。

 

妙投补充:目前磷酸锰铁锂产品还未大规模落地,其商业化进程还需观察。


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