2022年磷酸锰铁锂行业发展现状及市场应用分析.docx

2022年磷酸锰铁锂行业发展现状及市场应用分析1、磷酸锰铁锂锂电池材料正极发展方向磷酸锰铁锂是在磷酸锰锂的基础上添加铁元素以提高电压平台的产物，多组 分磷酸锰铁锂体系结合了磷酸铁锂导电率相对较高和磷酸锰锂电压相对较高的 优点。 这种结构最大的优势是稳定性好，因此即使在充电的过程中锂离子全部脱 出，也不会存在结构崩塌的问题，同时材料中 P 原子通过 P-O 强共价键形成 PO4 四面体，O 原子很难从结构中脱出，因此材料具有十分高的安全性和稳定 性，但是，由于材料中没有连续的共棱八面体网络，而是通过 PO4 四面体连接， 这些多面体形成相互连接的三维结构，限制了锂离子在一维通道中的运动，导致 材料导电性很差，大电流放电性能差。（1）磷酸锰铁锂的优势与磷酸铁锂相比：更高的能量密度是磷酸锰铁锂的核心优势。磷酸锰铁锂的 潜在高能量密度优势体现在：其理论容量为 170mAh/g，与磷酸铁锂相当，但它 的电压平台可以达到 4.1V 左右，远高于磷酸铁锂的 3.4V。当磷酸锰铁锂的实际 容量与磷酸铁锂相同时，其能量密度比磷酸铁锂提高 15-20%。同时，磷酸锰铁 锂兼具低成本、高安全性能，高热稳定性，安全无爆炸风险的优点。 与三元材料相比：磷酸锰铁锂的核心优势是在低成本的同时拥有与三元电池 几乎相同的能量密度，且安全性高，循环寿命长。（2） 磷酸锰铁锂的劣势首效低：意味着初始不可逆容量的大量损失，这直接导致后续较低的容量； 容量和电压衰减严重：将显著降低能量效率，使电池的使用寿命降低和循环 次数降低； 倍率性能差：从层状结构到尖晶石相的转变破坏了层状结构，阻断了锂离子 的快速扩散通道，导致 LMFP 反应动力学缓慢，倍率性能降低。（3）锰铁比例: 电化学性能的重要影响因素在磷酸锰锂中掺杂铁形成磷酸锰铁锂，这能够很好地结合磷酸锰锂和磷酸铁 锂两者的优点。其中最为关键的是 Fe 与 Mn 之间的比例，将直接影响磷酸锰铁 锂材料的电化学性能以及能量密度。若铁掺杂过多，将导致磷酸锰铁锂材料能量 密度过低，与三元材料比较失去了其市场竞争性；若掺杂铁过少，磷酸锰铁锂材 料将存在电子导电性差、离子迁移率低等问题，表现为比容量低、循环稳定性差 等电化学行为。不同方法制备地磷酸锰铁锂品质差异较大。以固相法制备为例，随着锰含量 的增加，放电平台均能保持在 4.0 V 左右，但比容量却是先增加再减少。当锰完 全取代铁的时候，比容量减少到了 63mAh/g，当锰的取代量从 20%提高到 40%， 电压平台提高，能量密度随之提高，在 40%时达到最高值。随着锰取代量的继 续提高，比容量大幅下降，同时能量密度的逐步降低。（4）制备方法磷酸铁锂的合成方法主要有：固相法和液相法。 固相法包括：高温固相反 应法、碳热还原法，优势是工艺简单，适合大规模生产，劣势在于成本更高一些， 主要因为无水磷酸铁的价格高且物料之间混合不均匀，粒径分布范围广，导致产 品一致性差。液相法包括：液相共沉淀法、溶胶-凝胶法、溶剂热法，优势是混 合均匀，产品一致性好，质量相对更好一点，劣势在于反应过程条件要求高，生产设备较复杂，量产难度较大。工业上常用的方法主要是溶剂热法和高温固相法。（5）改进技术橄榄石型正极材料在动力锂离子电池的应用中拥有众多优势。然而橄榄石结 构磷酸盐化合物本身也有缺点，如电子电导率较低和锂离子扩散速率缓慢等，对 磷酸锰铁锂材料的电化学性能产生了严重影响，阻碍其进一步的大规模应用。 研究人员通常采用减小颗粒尺寸、导电物质包覆、体相离子掺杂、材料结构 设计与形貌调控等单一措施或者利用多种措施的协同作用对磷酸锰铁锂进行性 能改良。2、磷酸锰铁锂市场应用磷酸锰铁锂单用混用均有优点A:单独使用，材料做成极片压实密度可到 2.3-2.5g/cm3，0.2C 放电比容量 可到 140mAh/g 以上，0.2C 放电中值电压可到 3.75V，材料相对于磷酸铁锂具 有较高的能量密度，相对于三元材料具有较优的安全性能。B: LMFP 复合 20%三元 523 材料，压实密度可到 2.5-2.8g/cm3，0.2C 放电 比容量可到 150mAh/g，复合少量三元后材料放电曲线双平台可变为平滑曲线， 两平台压降斜率减小，减轻对用电器的冲击，可使用现有三元电池管理系统，使 磷酸锰铁锂大批量使用变为现实。C: LMFP 复合 80%三元 523 材料，压实密度可到 3.2-3.4g/cm3，0.2C 放电 比容量可到 166mAh/g，对三元材料的能量密度影响不大，但是三元材料加入少 量 LMFP 不但提高了三元材料的安全性能，并且降低了三元电池体系的整体成本。（1） 电动汽车市场电动汽车市场中磷酸锰铁锂尚未实现大规模应用，但磷酸锰铁锂与三元材 料、锰酸锂等材料复合而成的新型材料在多方面具有巨大优势，如能量密度相较 磷酸铁锂提升 15%-20%，成本和稳定性方面优于三元锂电池。（2） 二轮车市场据 GGII 统计，2021 年中国二轮车锂电池出货量为 10.5GWh，同比增长 8.2%，因为两轮电动车等小电动范畴的电池认证周期较短，磷酸锰铁锂技术推 广较快，已逐步上量。EVTank 预计 2025 年锂电版电动两轮车的电池需求达到 45.9GWh。 目前，磷酸锰铁锂已成为众多厂商的重要战略方向，产业化布局不断加速， 星恒和天能走在前列。在小牛最新款的 F0 系列电动车上应用了天能生产的 18650 号磷酸锰铁锂电池，比较突出的是其低温性能提升超过 25%；星恒也推 出了“LONG 终身保”产品，主要是在锰酸锂的基础上混合了安全性高、寿命长 的磷酸锰铁锂材料，单芯循环达 3000 次，磷酸锰铁锂市场前景广阔。3、产业化加速目前产业链公司均开始涉足磷酸锰铁锂，随着碳包覆、纳米化、补锂技术等 改性技术的进步，磷酸锰铁锂产业化进程开始加速。当磷酸锰铁锂电压不稳定的 问题得到解决，电动汽车领域或将大规模应用。