评级（）正极材料系列报告之一：技术工艺逐步成熟，锰系正极材料有望放量

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报告名称 ：正极材料系列报告之一：技术工艺逐步成熟，锰系正极材料有望放量
评级 ：增持
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技术工艺逐步成熟，锰系正极材料有望放量

锰系正极材料或成为未来重要的技术发展方向，随着磷酸锰铁锂改性技术和 工艺的逐步成熟，材料性能显著提升。我们预计 2022 年会小批量供货，此 后其渗透率将逐步提升，到 2025 年需求量有望达到 22 万吨，部分正极材 料和动力电池企业有望受益；维持行业强于大市评级。

磷酸锰铁锂具备显著优势，改性技术逐步成熟：磷酸锰铁锂电压平台显 著高于磷酸铁锂，在克容量几乎相同的情况下，材料能量密度能够提高 约 20%，用于动力电池中，有助于进一步提升电池包的能量密度。此外，由于磷酸锰铁锂的主要原材料采用锰系化合物，其储量和丰度都比较 高，因此在原材料成本端具有明显的优势。根据测算，磷酸锰铁锂的原 材料成本比磷酸铁锂减少约 28%，未来具有较大的应用前景。然而，由 于磷酸锰铁锂本身的导电性较差，类似于绝缘体，严重制约了磷酸锰铁 锂的大规模应用。

未来有望成为正极材料重要的技术发展方向：为了改进磷酸锰铁锂存在 的问题，可以通过碳包覆、形貌调控、离子掺杂等手段对材料进行改性，而其中金属离子掺杂是一种有效手段。通过在磷酸锰铁锂中构成新型磷 酸盐系材料能够显著改善材料的缺点，提升电子电导率和离子电导率。经过改性后的磷酸锰铁锂具有能量密度高，导电性好，成本低，安全性 高等优势，具备较好的应用前景，有望成为未来正极材料重要的技术发 展方向。

致合成的材料粒径分布不均匀，造成材料性能不佳。液相法相比固相法，能够实现元素在分子层级的结合。由于磷酸锰铁锂的合成涉及到锰、铁 以及改性金属元素的结合，采用液相法得到的材料晶体结构更完整，材

联系人：武佳雄
jiaxiong.wu@bocichina.com
一般证券业务证书编号：S1300121070028

风险提示：新材料研发与产业化进度不达预期、原材料价格出现不利波

锰系正极材料具备优势，技术工艺路线逐步成熟

磷酸锰铁锂研发历史较早。国际和国内开展磷酸锰铁锂研发较早。国际方面，陶氏化学早在 2012 年 就进行了磷酸锰铁锂材料的研发，材料克容量约 150 mAh/g，比常规磷酸铁锂材料提高 10%-15%，随 后与宏濑科技合作共同开发新型高电压磷酸锰铁锂材料，成为全球首家实现磷酸锰铁锂量产的企业，至今已推出第三代磷酸锰铁锂产品 G3，主要用于小型二轮车等领域。国内方面，比亚迪和德方纳米 研究较早。比亚迪 2014 年公开“一种锂离子电池正极活性材料 LiMnxFe1-xPO4/C 的制备方法”专利，通过 碳包覆对材料进行改性，显著提升材料性能。德方纳米于 2014 年公开“磷酸锰铁锂复合正极材料及制 备方法、正极和锂电池”专利，所得材料性能稳定，锂电池放电克容量和循环容量保持率高。2021 年 公开“无碳磷酸盐系正极材料及其制备方法”专利，得到无碳磷酸锰铁锂导电性能高、且均一稳定，具 有很好的应用前景。此外，德方纳米提出补锂添加剂材料和新型磷酸盐系正极材料复合使用后，对 比现有磷酸铁锂电池能量密度提升约 20%；新型磷酸盐系正极材料已通过下游客户的小批量验证，进入产业化阶段。

磷酸锰铁锂材料具备高能量密度和低成本优势。磷酸锰铁锂理论容量与磷酸铁锂相同，为 170mAh/g，但它拥有更高的电压平台，充电过程中的高电压平台可以达到 4.1V 左右，远高于磷酸铁锂的 3.2V，其理论能量密度将近 700Wh/kg，比磷酸铁锂提升 15-20%，因此具有潜在的高能量密度优势，作为电 池的续航里程上限进一步突破。同时，磷酸锰铁锂的原材料成本较低，根据我们测算，磷酸锰铁锂 的原材料成本比磷酸铁锂低约 28%。此外，磷酸锰铁锂还具有高安全性能，高热稳定性，针刺、过 充不发生自燃，寿命长、安全无爆炸风险的优点。

图表 1. 几种正极材料性能比较

资料来源：《磷酸锰铁锂复合三元体系及对复合方式的研究》，SMM，中银证券

磷酸锰铁锂材料技术仍存在应用难题。磷酸锰铁锂具备高能量密度，高安全、低成本等优势，但是 磷酸锰铁锂依然存在一些缺点，其中最主要的是导电性较差，几乎属于绝缘体。由于极差的导电性、高电阻使磷酸锰铁锂在充放电过程中的极化程度较大，电池在循环过程中出现各种副反应，直接导 致电池的循环性能较差。此外，磷酸锰铁锂材料在充放电过程中，容易发生 Mn2+转变成 Mn3+的 Jahn-Teller 效应，使得体积发生变化，以上问题使磷酸锰铁锂在使用过程中达不到理想状态。

图表 2. 磷酸锰铁锂晶体结构示意图

资料来源：《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》，中银证券

金属元素掺杂能够有效提升磷酸锰铁锂材料性能。磷酸锰铁锂的性能提升方法有形貌调控、表面碳 包覆、离子掺杂等方法，其中金属离子掺杂是有效提升磷酸锰铁锂材料性能的手段，这种由磷酸锰 铁锂和金属元素组成的材料称为 M3P 材料，是一种新型的磷酸盐系三元材料。对磷酸锰铁锂材料进 行离子掺杂，能够有效改善材料本身的导电性。研究表明，钒改性能明显提高磷酸锰铁锂材料的充 放电性能，0.1C 倍率时的放电比容量为 141mAh/g，电导率提高到 2.7×10-7 S/cm。电化学测试表明钒改 性使 LFMP-LVP/C 材料充放电过程电极极化明显减小，从而电化学性能得到显著提高，具有较大的应 用前景。镁元素也是一种具备应用前景的掺杂元素，由于掺杂的 Mg2+半径小于 Mn2+和 Fe2+的半径，使得橄榄石结构中 LiO6 八面体的 Li-O 共价键键长长。LiO6 八面体中较大的间隙位臵有利于锂离子迁 移，并增强了橄榄石结构正极材料的扩散动力学。掺杂后的 LiMn0.48Fe0.48Mg0.04PO4/C 样品在不同倍率 下的容量和循环性能都有显著提升。

图表 3. Mg 掺杂对于磷酸锰铁锂材料性能的影响

资料来源：Structural and Electrochemical Properties of Doped LiFe0.48Mn0.48Mg0.04PO4 as Cathode Material for Lithium ion Batteries，中银证券

磷酸锰铁锂的制备需要经过一步液相法。传统的磷酸锰铁锂的合成方法与磷酸铁锂类似，有高温固 相法、共沉淀法、溶胶-凝胶法和溶剂热法等。固相法工艺简单，生产量大，但是原料不容易均匀混 合，导致合成的材料粒径分布不均匀。共沉淀法能够控制反应条件来获得目标尺寸和形貌的产物，但是在制备过程中由于各组分的沉淀平衡浓度积和沉淀速度的不同，可能导致成分偏析，从而造成 混合不均，因此该方法对制备条件要求严格，制备周期长。溶胶-凝胶法相比固相法能够使材料混合 更加均匀，但是获得的颗粒大小各异。溶剂热法在密闭容器内高温高压条件下制备获得目标产物，其制备得到的颗粒均匀性好，但是在工业化中，需要用到大量的高温、高压设备，成本较高。因此 磷酸锰铁锂或 M3P 的制备方法采用液相法+高温固相法的制备方法。综合来看，液相法制备磷酸锰铁 锂，原料混合充分，制备的颗粒粒径分布也比较均匀，能够实现金属元素在分子水平上的结合，形 成稳定的晶体结构相比较固相法具备一定的优势。

图表 4. 磷酸锰铁锂制备工艺

资料来源：《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》，中银证券

主流厂商积极布局，有望迎来快速放量

正极材料企业和电池企业积极布局磷酸锰铁锂。德方纳米一直在磷酸锰铁锂方面进行技术布局，此 外公司于 2021 年提出计划建设年产 10 万吨新型磷酸盐系正极材料生产基地项目。当升科技也披露目 前正在针对电动车和高端储能市场专项开发高性能的磷酸铁锂、磷酸锰铁锂材料。宁德时代投资江 苏力泰锂能，该公司主打产品是磷酸锰铁锂材料。力泰锂能现有 2,000 吨磷酸锰铁锂生产线，2020 年 销售磷酸锰铁锂 5.66 吨，2021 年上半年销售磷酸锰铁锂 27.99 吨。此外，据宁德时代公告披露，公司 计划推出新型正极材料 M3P，并指出不是磷酸锰铁锂，还含有其他金属元素，公司称之为磷酸盐体 系的三元，成本较三元下降。

图表 5. 主要正极厂商布局 LFMP 材料情况

公司依托原有成熟的技术储备、销售渠道和工艺制备流程，针对电动车和高端储能市场专项开发 当升科技 高性能磷酸锰铁锂材料；与卫蓝新能源签订战略合作协议，双方同意在磷酸锰铁锂等锂电前沿技 术领域加强交流与合作。

资料来源：《磷酸锰铁锂复合三元体系及对复合方式的研究》，SMM，中银证券

知名主机厂推出锰系电池。全球知名主机厂重视锰系电池发展，相继推出了锰系电池。大众 2021 年 在 Power Day 上明确提出，公司未来的入门级车型将采用锰系电池，锰系电池能够显著降低电池成本。特斯拉在 2020 年电池日提出公司的几个研究小组已经发表了关于使用锰基正极材料电池的论文。马 斯克也表示：“用三分之二的镍和三分之一的锰做正极更加简单，可以使我们在使用相同数量镍的情 况下，多生产 50%以上的电池容量。此外，马斯克在 2022 年 3 月德国工厂发表演讲时提出，看重锰 基正极在电池化学方面的潜力。

图表 6. 大众高锰电池布局

资料来源：大众，中银证券

市场空间广阔，有望迎来快速放量。磷酸锰铁锂材料具备成本、能量密度以及安全性方面的优势，将会对磷酸铁锂，甚至三元材料起到一定的替代效果。据我们测算，2022 年中国的动力电池出货量 将达到 220GWh 以上，其中磷酸锰铁锂电池约 2GWh，对于材料的需求量约为 4,000 吨，到 2025 年，磷酸锰铁锂电池的装机量有望达到约 140GWh，对于材料的需求量将达到 22.4 万吨，年均复合增速有 望达到 290%以上。

图表 7. 2020-2025 年中国汽车动力电池磷酸锰铁锂正极材料需求量估算

资料来源：中国汽车动力电池产业创新联盟，真锂研究，中银证券

投资建议

受益于国家“碳达峰，碳中和”战略，新能源汽车延续高景气发展，据中国汽车工业协会预测，2022 年中国销量有望达到 500 万辆以上。动力电池作为新能源汽车的核心零部件，其装机量继续保持高 速增长。当前，动力电池的正极材料主要是磷酸铁锂和三元材料，据中国汽车动力电池产业创新联 盟的数据，二者的占比达到 98%以上。随着正极材料技术的不断发展，经过改性后的磷酸锰铁锂材 料逐步具备较高的能量密度、较低的原材料成本和较好的安全性能。此外，液相法工艺有利于磷酸 锰铁锂掺杂金属元素，得到的材料能够实现分子水平的结合，显著提升材料性能。未来随着动力电 池进一步向高能量密度、高安全、低成本技术方向发展，磷酸锰铁锂有望实现大规模应用。推荐宁 德时代、德方纳米、当升科技、容百科技、国轩高科、亿纬锂能、比亚迪，建议关注湘潭电化、厦 钨新能。

风险提示

新材料研发与产业化进度不达预期、原材料价格出现不利波动、新能源汽车产业政策不达预期、新 能源汽车产品力不达预期、产业链需求不达预期、疫情影响超预期

附录图表 8. 报告中提及上市公司估值表

资料来源：万得，中银证券
注：股价截止日 4 月 11 日，未有评级公司盈利预测来自万得一致预期

披露声明

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评级体系说明

以报告发布日后公司股价/行业指数涨跌幅相对同期相关市场指数的涨跌幅的表现为基准：

公司投资评级：
买入：预计该公司股价在未来 6-12 个月内超越基准指数 20%以上；
增持：预计该公司股价在未来 6-12 个月内超越基准指数 10%-20%；
中性：预计该公司股价在未来 6-12 个月内相对基准指数变动幅度在-10%-10%之间；减持：预计该公司股价在未来 6-12 个月内相对基准指数跌幅在 10%以上；
未有评级：因无法获取必要的资料或者其他原因，未能给出明确的投资评级。

行业投资评级：
强于大市：预计该行业指数在未来 6-12 个月内表现强于基准指数；
中性：预计该行业指数在未来 6-12 个月内表现基本与基准指数持平；弱于大市：预计该行业指数在未来 6-12 个月内表现弱于基准指数；
未有评级：因无法获取必要的资料或者其他原因，未能给出明确的投资评级。

沪深市场基准指数为沪深 300 指数；新三板市场基准指数为三板成指或三板做市指数；香港市场基准指数为恒生指数 或恒生中国企业指数；美股市场基准指数为纳斯达克综合指数或标普 500 指数。

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