LMFP電池正進(jìn)入量產(chǎn)化前期階段，其相較于LFP具有更高電壓、更高能量密度, 與三元材料相比，LMFP 具備更低的成本、更高的循環(huán)次數(shù)以及更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。但仍然存在一定材料性能缺陷和制備工藝的難點(diǎn)制約其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

國(guó)內(nèi)正極材料和電池廠商近年來不斷布局LMFP相關(guān)新技術(shù)，專利數(shù)量逐年攀升。截至2022年6月，國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局已公告相關(guān)專利240項(xiàng)，其中比亞迪和國(guó)軒高科相關(guān)專利數(shù)量穩(wěn)居前列，由此可見，LFP技術(shù)路線出身的兩大動(dòng)力電池企業(yè)尤為心急。除此之外，各正極材料企業(yè)包括德方納米、當(dāng)升科技、力泰鋰能等公司均已開始開發(fā)磷酸錳鐵鋰材料。據(jù)行業(yè)內(nèi)判斷，LMFP電池將于2023年得以量產(chǎn)應(yīng)用，屆時(shí)將逐步搶占LFP電池的市場(chǎng)份額，但是否真的能夠很快替代LFP電池，猶未可知。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2022年上半年，三元鋰電池的裝機(jī)量為45.6GWh，同比增長(zhǎng)51.2%，占比41.4%；而磷酸鐵鋰電池的裝機(jī)量為64.4GWh，同比增長(zhǎng)189.7%，占比為58.5%。磷酸鐵鋰電池占比已經(jīng)逐漸與三元鋰電池拉開差距。

2022年1-6月份動(dòng)力電池裝機(jī)量情況

01.

LFP電池能量天花板凸顯

從近幾年LFP的能量密度的提升路徑來看，其能量密度的天花板已日漸顯現(xiàn)。2010 款比亞迪E6 LFP 電池能量密度僅為90Wh/kg，隨著電池技術(shù)的不斷迭代，根據(jù)工信網(wǎng)發(fā)布的新能源推廣應(yīng)用推薦車型目錄，2022 年搭載LFP 電池系統(tǒng)的最大能量密度為161.27Wh/kg，并且這一最大值近兩年幾乎沒有變化，自此磷酸錳鐵鋰系大發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生。

02.

LMFP材料優(yōu)勢(shì)分析：比LFP能量密度更高，比三元更安全、更低成本。

與磷酸鐵鋰相比，磷酸錳鐵鋰具備高電壓、高能量密度以及更好的低溫性能。二者理論容量均為170mAh/g，但磷酸鐵鋰電壓平臺(tái)只有3.4V，而磷酸錳鐵鋰可以達(dá)到4.1V，這使得LMFP 的能量密度比LFP 提高15%。在低溫性能方面，德方納米各類納米磷酸鐵鋰在-20℃下容量保持率約為67%，而磷酸錳鐵鋰可以保持在71%，在與質(zhì)量占比15%的三元材料混合時(shí)保持率甚至可以達(dá)到74%。

與三元材料相比，LMFP 具備更低的成本、更高的循環(huán)次數(shù)以及更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。三元材料中含有稀有貴金屬金屬原材料鈷和鎳，價(jià)格昂貴，而LMFP 中主要元素為錳和鐵，市場(chǎng)價(jià)格遠(yuǎn)低于鈷和鎳，可以保持較低的成本。另外磷酸錳鐵鋰的循環(huán)壽命高達(dá)2000 次，而三元材料僅在800 次-2000 次之間，差距較為明顯。從結(jié)構(gòu)來看，具備橄欖石結(jié)構(gòu)的LMFP 相比層狀結(jié)構(gòu)的三元材料更安全、更穩(wěn)定。

主要正極材料性能對(duì)比

03.

LMFP材料劣勢(shì)：導(dǎo)電性、倍率性、首效較差等

LMFP 作為L(zhǎng)FP 的“升級(jí)版”，雖繼承了LFP 低成本、高熱穩(wěn)定性、高安全性等優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了其能量密度低、低溫穩(wěn)定性較差等缺點(diǎn)，但LMFP 也存在導(dǎo)電性能、倍率性能以及首圈效率低等問題。

1.導(dǎo)電性差、倍率性能差：磷酸錳鐵鋰的電子電導(dǎo)和離子電導(dǎo)性均顯著低于三元材料和磷酸鐵鋰，因而表現(xiàn)出較差的導(dǎo)電性和較差的倍率特性。

2.首圈效率低：磷酸錳鐵鋰首圈充放電效率在92%左右，而磷酸鐵鋰能夠做到95%以上。

3.雙電壓平臺(tái)：磷酸錳鐵鋰體系中鐵和錳放電電壓存在較大差別，因而產(chǎn)生了放電過程中的雙電壓平臺(tái)。雙電壓平臺(tái)的問題會(huì)使得電池在放電過程中面臨一定可能的功率驟降。但是在實(shí)際應(yīng)用中，電池中磷酸錳鐵鋰的雙電壓?jiǎn)栴}并沒有那么顯著。

4.錳溶出導(dǎo)致循環(huán)壽命衰減：錳的導(dǎo)電性差、容易出現(xiàn)極化現(xiàn)象使得放電電壓平臺(tái)縮減，降低循環(huán)壽命。同時(shí)充放電過程中錳離子會(huì)溶出并沉積在負(fù)極表面,進(jìn)而破壞SEI膜，使得SEI膜不斷再生修復(fù)，消耗大量活性鋰，造成容量損失。

04.

LMFP材料特性難點(diǎn)解決方向：主要從材料改性角度出發(fā)

與磷酸鐵鋰類似，為改進(jìn)磷酸錳鐵鋰材料本身的一些應(yīng)用不足，可采用包覆、摻雜、納米化等方式對(duì)材料進(jìn)行改性。

1.包覆：導(dǎo)電材料包覆在磷酸錳鐵鋰表面能夠改善材料的導(dǎo)電性能，避免顆粒團(tuán)聚、提升均一性，改善倍率性能。同時(shí)，表面包覆后能夠一定程度上抑制錳離子的溶出，從而改善材料的循環(huán)壽命。

2.摻雜：碳材料或金屬離子加入到磷酸錳鐵鋰材料中能夠提高其導(dǎo)電性能，但摻雜量需嚴(yán)格控制，過量的金屬離子摻雜會(huì)使得結(jié)構(gòu)異化。實(shí)際應(yīng)用中，添加碳納米管能夠構(gòu)建優(yōu)異的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)材料體系性能的全方位提升。此外，還可以通過添加過量鋰離子或補(bǔ)鋰劑等方式來提升首圈效率和循環(huán)壽命。

3.納米化：納米化是指通過機(jī)械球磨、控制煅燒溫度、采用超導(dǎo)粒子作為核促進(jìn)劑等多種方式將材料尺寸縮小至納米級(jí)顆粒。納米化顆粒可以縮短鋰離子擴(kuò)散路徑，提高鋰離子遷移效率、降低電極極化，從而改善倍率性能和低溫性能。同時(shí)，其還能提升材料比表面積，使得電解液浸潤(rùn)程度更高，降低電極界面阻抗，提升電子導(dǎo)電性。

05.

磷酸錳鐵鋰應(yīng)用方案：純用與三元混用

純用方案應(yīng)用情況：

磷酸錳鐵鋰純用情況下，0.2C放電比容量為142mAh/g，中值電壓達(dá)到3.7V以上，能量密度明顯優(yōu)于磷酸鐵鋰。

混用方案應(yīng)用情況：

LMFP復(fù)合20%三元5系，雙電壓平臺(tái)變?yōu)槠交€，且能夠兼容現(xiàn)有三元電池管理系統(tǒng)；

LMFP復(fù)合80%三元5系，能量密度變化不大，安全性和成本得到顯著優(yōu)化。

LMFP與不同比例三元材料復(fù)合后各項(xiàng)參數(shù)對(duì)比

審核編輯：劉清