巨头杀入的LMFP,是未来正极材料的新归宿?

阿尔法工场

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· 8月8日

巨头瞄准磷酸锰铁锂。

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巨头杀入的LMFP,是未来正极材料的新归宿?

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图片来源@视觉中国

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文|阿尔法工场

7月20日,A股两大正极材料厂商容百科技(688005.SH)、当升科技(300073.SZ),分别在各自的战略发布会上宣布将要进军磷酸锰铁锂领域。

7月21日,特斯拉在Q2业绩交流会期间表示,未来动力电池将有三分之二使用铁锂或锰铁锂电池。

随后7月22日,宁德时代(300750.SZ)在动力电池大会中表示,M3P电池已开始量产,搭载该电池的特斯拉Model Y将于明年初上市,而M3P电池使用的磷酸锰铁锂材料,将由德方纳米(300769.SZ)供应。

锂电池产业链巨头争相布局磷酸锰铁锂的消息,也使得A股产业链公司如丰元股份(002805.SZ)、湘潭电化(002125.SZ)等,于近2个月内拿下区间最高翻倍的股价涨幅。

那磷酸锰铁锂这个细分赛道到底拥有哪些优势?究竟有多大的想象空间能够吸引巨头纷纷入局呢?

01 LMFP:“升级版”磷酸铁锂

从字面来看,磷酸锰铁锂(LMFP)跟去年爆红的磷酸铁锂非常相似,有“升级版”的意味。所以在研究LMFP之前,有必要回顾一下磷酸铁锂的爆红。

动力电池是新能源车的“心脏”,占整车总成本将近40%,而正极材料又占到整个动力电池成本的35%左右。

相较于三元电池,磷酸铁锂虽然能量密度和续航里程较低,但由于没有镍、钴等原材料,所以成本优势、安全性好、使用寿命长。

这些优势,使磷酸铁锂在公交车、卡车、货车等空间更大的商用车领域,实现了装机量大增,也更符合B端客户追求经济实惠的需求。

但回溯2020年9月,磷酸铁锂电池在客车和纯电专用车的渗透率分别达99%和91%,市场空间几乎饱和。这导致磷酸铁锂单吨价格跌至3.2万元/每吨,创历史新低。

原本被市场认为会一路走低的磷酸铁锂,却在2021年5月实现了单价5.1万元的反弹。

主要原因是,在新能源商用车领域占据主导的磷酸铁锂电池,凭借着电池包结构件创新、成本低廉、安全性优异等因素,重新杀回乘用车市场,借助爆款车型,实现了装机量上涨。

彼时新能源车的渗透率,在不同级别乘用车市场差异很大。A0、A、B、C级新能源车的渗透率分别只有3.7%、3.3%、8.2%、4.5%;但在A00级领域,却高达96.9%。

A00级乘用车指的是轴距在2—2.2米之间、续航小于400公里,一般可以坐下4个人以内的车型。比如五菱宏光mini EV、欧拉黑猫等,市场对这部分车的定位就是“代步车”,销售对象也以上班白领为主。

A00级车之所以火,是因为北上广这些城市的上班族,日常通勤距离大概10公里左右,一线城市的日常通勤距离也都超过5公里。

市场观点有认为,2021年受通胀的影响,锂电池上游资源品涨幅巨大,侵蚀下游车企的利润空间,所以车企相继把目光投向了磷酸铁锂电池,并且匹配了不同的消费场景。

比如把用车需求和EV车的续航里程结合一起,车企将对同一车型配置不同需求的电池,比如400公里以下的采用磷酸铁锂电池;400—600公里的采用磷酸铁锂+CTP电池包,或三元NCM523。

除了汽车,磷酸铁锂电池还会替代铅酸电池,在两轮电动车等领域发力。尽管磷酸铁锂电池价格是铅酸的2倍,但在能量密度和循环寿命表现上,都高出后者4倍,单次循环使用成本远低于铅酸。

但是,近几年磷酸铁锂电池能量密度提升迅速已接近极限。

根据工信网发布的新能源推广应用推荐车型目录,2022年搭载磷酸铁锂电池系统的最大能量密度为161.27Wh/kg。

这一数据已经比2010款比亚迪E6LFP电池90Wh/kg的能量密度提升很大,但这一最大值,近两年几乎没有变化。在这样的情况下,LMFP也就是磷酸锰铁锂,成为了市场追逐的新路线。

顾名思义,LMFP是在磷酸铁锂基础上掺杂一定比例锰而形成的新型磷酸盐锂电正极材料,以锰铁固溶体形式存在而非简单的物理混合。

不同于三元材料的“层状结构”、中间有过渡金属来保证锂离子的脱嵌,LMFP和磷酸铁锂同样是橄榄石结构,锂离子在一维的脱嵌模式下获得更高稳定性。

根据动力电池的能量密度公式来看,能量密度=电压平台*电压平台÷体积,所以在动力电池体积一定时,能量密度只能依靠材料的克容量和电压平台提升来增加。

LMP也就是磷酸锰铁锂,由于掺入了锰离子,将磷酸铁锂3.4V的电压平台提升到了4.1V。相同设计状况下,LMFP的能量密度较磷酸铁锂增加15%—20%,这个能量密度接近三元5系产品。

锰非稀有金属,全球锰矿资源非常丰富。只要控制好杂质,硫酸锰和氧化锰都是可以选择的锰元素提取路线,因此,LMFP的发展符合动力电池能量密度的要求,且兼顾经济性。

LMFP虽然继承了磷酸铁锂低成本、高热稳定性和高安全性等优点,弥补了能量密度低、低温稳定性较差等缺点,但LMFP也存在导电性能、倍率性能以及循环性能较差等问题。

LMFP充放电存在两个电压平台。锰、铁的充放电电压不同,铁的电压平台低于锰,对应锰与铁的氧化还原,电压切换,会导致后期电池BMS难管理。

目前业内的解决方案是,通过导电物包覆、提高锰比例、以及通过LMFP与三元材料复合来解决这些问题。
这就是LMFP比磷酸铁锂更高的技术天花板所在,也成为了产业链巨头争相布局的原因。

02 收购是最优解

LMFP是未来动力电池正极市场不可或缺的一种材料路线,随之而来的问题是,用什么方式参与其中?

作为两大三元正极龙头,容百科技当升科技均采用了非自研方式入局——前者收购,后者参股。原因就是,除上文阐述的结构不同之外,LMFP也有生产端的制备技术壁垒。

LMFP与磷酸铁锂的生产工艺有所不同。虽然LMFP与磷酸铁锂仅在前驱体制备、烧结温度及工艺有所差异,但锰铁需要形成均一的固溶体才能生产出品质较高的锰铁锂,制备方法有很高的技术壁垒。

目前制备方法主要分为固相法和液相法两种。其中,固相法通常以氢氧化锂或碳酸锂作为锂源,以磷酸二氢铵作为碳酸根的主要来源。

锰源主要有磷酸锰或硫酸锰,将原材料球磨混合均匀后干燥,然后在惰性气体保护的管式炉中,以某一升温速率在一定温度下煅烧,获得预期尺寸形貌。

液相法用可溶性锰盐作为锰源,包括共沉淀、溶胶-凝胶法、溶剂热法等。虽然固相法工艺相对简单,但液相法现阶段成熟度高,两种模式也都在业内进行过商业化探讨。

正极材料龙头企业之以收购的方式入局,有许多考虑。

首先是投资额的问题。

根据产业链调研显示,年产1万吨LMFP,半固半液法生产所需投资约为1.8亿元-2亿元,另一方面可参考的是,根据德方纳米投资项目公告,液相法生产所需投资约为2亿元-2.4亿元。

按照德方纳米规划44万吨产能所需投资额,正极材料商面临的资金压力着实不小,收购便是最直接的方法。
其次,LMFP制备成功并量产后,客户的验证周期也非常长的。

根据天津斯科兰德(容百科技收购LMFP标的)总经理在7月20日战略发布会上的介绍,公司LMFP产品用了近4年时间,才最终实现了动力电池TOP10厂商的客户全覆盖,少则百公斤级供货,多则吨级供货。

其中,有3家在A样验证阶段。已经进入B样到C样验证的产品,会在明年3月份小规模量产,预期共计5000吨投产。

更重要的是,百公斤级和吨级出货是不一样的,车企对于安全性及一致性的要求极高,这就使得正极材料龙头公司选择收购或参股方式入局,省去时间成本。

最后,就是可用已有的三元材料优势,结合LMFP做复配,从而达到协同效应。

由于三元材料与锰铁锂材料电压平台接近,复合后不存在双电压平台问题,当锰铁比合理时,LMFP需要与三元材料复合解决双电压和三元安全性等问题。

根据资料及专利技术显示,部分锰铁比为6:4、掺混30%以上LMFP的三元复合材料,可以通过所有安全性能测试。

这说明掺混后的复合材料的安全性能有显著提升,而且前驱体之外的LMFP后段制备,也可以用三元设备去做。

因此,收购或参股布局LMFP,也是两大高镍三元龙头向多元化正极材料供应商转型的关键一步。

03 正极龙头争抢

同样都是入局LMFP,两家正极材料巨头还是有不少区别。首先在方式上,当升选择的是自研+参股,这种节约并购费用的方式,也帮助公司完成了产品研发,并进入客户验证期。

容百科技则选择花费近4亿元收购天津斯科兰德70%股权,拿下其已有5000吨产能、预期即将投产的5000吨产能及所有知识产权、无形资产。

技术路线方面,当升采用共沉淀法;而被容百收购的斯科兰德则采用固相法(包括斯科兰德介绍的特殊火法工艺),下一代将转向固液一体化。

产品路径方面,当升主要是单用LMFP领域的产品LMFP-6M1,锰含量高达65%,比容量达到155mAh/g,且可以与目前的磷酸铁锂产线共用,减少了新建产线的投入。

而容百的四款产品均是与高镍三元混掺,对锰铁锂与8系进行复配,锰铁锂比例分别在5%-95%不等。

德方纳米此前的公告显示,LMFP与三元的复配路线,大致是一种核壳结构的磷酸锰铁锂基复合材料。

三元材料作为外壳,包覆在磷酸锰铁锂外面,以提高LMFP 内部电子导电性,使锂离子迁移速度加快,材料导电性、低温性能和倍率性能也随之得以提高。

虽然两家三元龙头在入局方式、技术路线、产品规划上都略有不同,但本质上都是非常看好LMFP在动力电池正极材料领域的广阔市场,也想借此机会从高镍三元龙头厂商向多元化正极材料供应平台转型。

但最终谁能拿下更多市场份额,以巩固地位,终究还是要交给市场和商业化进程给出答案。

与此同时,LMFP领域仍然面临传统磷酸铁锂厂商的竞争压力。上文中也说过,制备方式基本相同等优势,也让磷酸铁锂厂商转型有了先发地位。

LMFP与磷酸铁锂最大区别是有锰,无法简单加工。因为铁锂是半导体,加点碳就可以制备,但锰铁锂是绝缘体,颗粒大小导致加工技术路线很难。

另外,由于LMFP多了一款原材料,生产的配方配比、配料体系都要改变,后续如果选择水热法,那么整个材料都需要改,这些因素就导致磷酸铁锂厂商直接转产LMFP难度很大。因此,最好的方式还是新建产线。

这就涉及一个问题——传统磷酸铁锂厂商会冒着失去已有龙头地位的前提下,在LMFP赛道上All in吗?

04 验证后放量在即

既然整车厂、电池厂、国内两大正极材料龙头公司都争相布局LMFP,业内自然也就对后续LMFP的市场空间充满期待。

LMFP可为电池提供更长的续航和生命周期,在两轮车市场已获验证。比如天能股份(688819.SH)的LMFP电池已成功应用在小牛最新款F0系列电动车,主要采用LMFP+NCM+LMO正极复合材料。

其次,电车市场放量或将加速。业内预计明年上半年国内车企开始进行LMFP电池装车。目前三元与磷酸锰铁锂中度掺混方案已量产,上半年装车预计是国内中型体量车企,预计下半年逐步起量。

未来的技术方向是掺混比例逐渐提升。重度掺混需要BMS深度参与,纯锰铁锂还需进一步攻关。而海外目前主要以开发为主,暂无明确量产计划。

但正如文章开篇提及,特斯拉在Q2业绩交流会期间明确表示,未来动力电池2/3将使用铁锂或锰铁锂电池。

业内主流观点认为,LMFP在两轮车市场推进速度较快,预计2025年渗透率将达到70%。同时LMFP在新能源汽车市场也有较好的应用空间,预计2025年也将有30%渗透率。

假设单GWh铁锂的正极材料耗用0.25万吨,以此估计,到2025年LMFP的市场需求达50.37万吨。按照单吨6万元测算的话,这将是一个未来市场空间300亿的正极材料。

最终龙头花落谁家,正如前文所述,产品的商业化程度以及客户认可度,将是抢占市场的核心关键。

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  • 磷酸铁锂成本优势、安全性好、使用寿命长

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