磷酸锰铁锂:正极材料新方向

近期，工信部第374批新能源汽车产品目录中，奇瑞和华为合作推出的纯电动品牌智届S7两款车型，以及奇瑞高端纯电动品牌星途两款车型，都将搭载宁德时代的“三元+磷酸锰铁锂”电池组合，也即是备受业界关注的M3P。上述车型将有望于今年第三季度发布。

不过，准确来说M3P并不是纯粹的磷酸锰铁锂电池。宁德时代此前在调研纪要中称，M3P应该被称为“磷酸盐体系的三元材料”电池，其正极材料除了采用磷酸盐体系的三元材料之外，还包括锰、铁和其他金属元素，是基于磷酸锰铁锂进行了材料创新。

相关信息显示，宁德时代的这种“磷酸锰铁锂电池”，性能优势非常明显。按照宁德时代董事长曾毓群的说法，“大规模应用的情况下，M3P电池能够降本增效，低温性能、能量密度优于磷酸铁锂电池，成本优于三元锂电池。”那为什么要给磷酸铁锂再加上“锰料”呢？

01磷酸锰铁锂优缺点分析

LMFP 相比 LFP 能量密度高 20%，相比三元安全性更高。LMFP 为磷酸铁锂与磷酸锰锂的固溶体。LMFP 与 LFP 的晶体结构均为有序的橄榄石结构， 锂离子通过结构中的通道迁移， 具有高安全性和化学稳定性。 LMFP 与 LFP 的理 论比容量均为 170mAh/g，而 LMFP 因具有更高的电压平台，理论能量密度比 LFP 高出 20%，能够一定程度上突破 LFP 目前面临的能量密度瓶颈。与三元材料相比，LMFP 具有与三元五系材料相似的能量密度，而安全性更高、价格更低、环境友好。

根据鹏欣资源的公告，力泰锂能在 2020 年和 2021 上半年分别销售磷酸锰铁锂约 5.25 吨。我们将其与湖南裕能磷酸铁锂产品价格和成本作对比，发现磷酸锰铁锂具有更高产品溢价，产品定价高于磷酸铁锂， 2020 年定价相差约一倍；BOM 成本相差幅度尚可，由于磷酸锰铁锂出货体量小尚未形成规模效应， 制造费用的差距较大，存在1万元左右的下降空间。

作为 LMFP 的内部构成之一，LMP 具备高能量密度、高安全性和稳定性的优势，但电化学性能缺陷明显导致应用受阻。LMP 具有 4.1V 的理论电压， 比 LFP 的 3.4V 提升 0.7V，以相似的放电比容量和压实密度测算， LMP 的理论能量密度为 697Wh/kg，比 LFP 的 578Wh/kg 高约 20%，但 LMP 导电性和循环性能极差，导致其实际比容量及倍率性能远不及 LFP。但LMFP 生产工艺及改性技术经过近几年研发积累，极大克服 LMFP 电化学性能缺陷。 2012 年，美国陶氏化学公司称其研发出一种新的锰酸锂材料(LMFP)， 能量密度在 150+Wh/kg 范围内， 比 LFP 材料增加了 10%至15%；2013 年开始比亚迪进行了大量研发投入并试图批量生产，但由于其成品率低，且政策指向能量密度，导致 LMFP的发展被搁置；2014 年宏濑科技（现泓辰材料）实现 LMFP 的批量生产， 同时期德方纳米、天津斯特兰等也有小批量生产。2017 年开始，宁德时代、 ATL、国轩高科、德方纳米、力泰锂能等公司进行了大量的技术及专利储备， 制约 LMFP 应用的低导电率、低循环性能、低倍率性能等缺陷在工艺创新和改性技术的支持下得到了极大改善。目前一些主要的技术改性方法如下：

02未来市场发展

LMFP 有望在新的生产工艺和改性技术支持下成为 LFP的升级材料。 LMFP在过去受限于较低的导电性与循环性能，未能大规模推广。随着工艺技术不断创新， LMFP 的实际比容量得到提升，循环性能得到改善，其能量密度能够接近目前的三 元五系电池，但同时成本比三元材料低。另外，LMFP 还可以与三元材料、锰酸锂、LFP 等进行复合，同时满足高能量密度和高安全性能的要求。

LMFP 已经进入两轮车终端市场并且有所放量。两轮车锂电池市场中，部分龙头公司如星恒电源、天能股份均以 LMFP 作为战略方向， 不断加快研发生产布局。小牛的 GOVA F0 系列电动车已搭载 LMFP 电池，具有优异的低温续航能；天能股份于 2021年1月发布 LMFP 超能锰铁锂电池，能量密度为 176Wh/kg，在 55℃ 超高温下放电率 100%，在零下20℃的低温环境亦可放电 85%以上。另外， 星恒电源在 LMFP 复合改善技术上也有所突破， 通过将动力锰酸锂与 LMFP 进行混合，降低三价锰的含量，抑制 John-Teller 效应及锰的溶解，建立良好的电子和离子通道，改善材料的循环性能和低温性能。

结论

1.磷酸锰铁锂产业化需改性处理，目前电池端宁德、比亚迪、国轩等有技术储备，材料端德方纳米、力泰锂能（宁德时代、鹏欣资源参股）技术突破较快。由于磷酸锰锂绝缘性、颗粒大小导致加工技术困难，行业内目前没有统一加工路线，存在较高的技术壁垒，因此拥有核心专利与大规模量产能力的企业将具有核心竞争力。目前企业主要采取表面包覆、纳米化的措施，从专利角度看，电池端，宁德时代（专利端未体现，但实际积极研发）、比亚迪、国轩高科的技术储备丰富；材料端看，德方纳米、力泰锂能近期技术突破速度较快。

2.磷酸锰铁锂已在小动力市场掺杂使用，根据德方披露产能规划，若顺利，2H22年有望在动力电池上开始小批量，23年放量。磷酸锰铁锂已在小动力两轮车成功应用，目前主流采取路线为LMFP+LMO复合材料；电动车预计采用纯LMFP或LMFP+NCM复合路线，根据德方纳米10万吨产能建设周期，若顺利行业有望2022年下半年开始小批量，23年有望放量。LMFP在性价比方面可能会替代传统磷酸铁锂、中端三元如NCM523电池，但由于能量密度提升有限，对高端三元如NCM811影响较小，高端车型仍以三元为主。

磷酸锰铁锂技术目前还是有很大的突破空间，未来越来越多企业会投入研发磷酸锰铁锂的新技术的浪潮当中，相信不久的将来磷酸锰铁锂有望在电动汽车上实现普及。