一

磷酸锰铁锂基础介绍

磷酸锰铁锂是磷酸铁锂和磷酸锰锂的固溶体，锰元素提升电压平台，进而提升铁锂体系的能量密度。其优势是电压平台升高，与铁锂相比能量密度最多提升21%，劣势是加锰后晶体结构发生畸变，循环性能和倍率性能变差。性价比较高，能量密度/低温性能优于铁锂，安全性/经济性胜过三元。与三元混用为目前主流路线，预计成为长期趋势。

锰铁锂兼顾铁锂的安全性和低成本，同时提升能量密度10-20%，有望替代动力铁锂，25年渗透率有望提升至10%+，目前行业主流配比为6/4，磷酸锰铁锂正极材料因为其高能量密度、良好的电化学性能、安全性和循环稳定性等优点，逐渐成为锂离子电池的主流正极材料，被广泛应用于电动汽车、储能系统、航空航天等领域，具有广阔的应用前景，未来高锰化是发展趋势。磷酸锰铁锂可同时弥补磷酸铁锂和三元材料的短板，因此被视为磷酸铁锂和三元5系的潜在替代材料。

从搭配方式看，锰铁锂可与高镍三元混用，得到兼具安全性和高能量密度的产品，并形成一系列的续航解决方案。2023下半年，各大主流正极厂商积极扩建磷酸锰铁锂产能，行业市场规模前景巨大，预计2025年，磷酸锰铁锂的需求量有望达到173.5GWh，磷酸锰铁锂正极材料单耗为2200吨/GWh，则需求量达38.2万吨。

上游的锰矿石行业对正极厂商的成本端具有重大影响，中国锰矿石行业市场需求量大，从富集程度和现保有储量来看，中国锰矿资源主要集中在西南、西北地区。其中，广西、湖南、云南、湖北、新疆等五个省（区）锰矿资源储量合计占中国全国锰矿总储量70%。但受制于本土锰矿资源品质较低、开采难度大、运输成本高等因素影响，本土锰矿石供给缺口大，市场对外依赖度高。近五年来，中国锰矿石市场需求呈上升趋势，当前中国锰矿石进口量占比约70%以上。未来受益于中国新能源汽车快速崛起，扩大钢材应用领域，以及磷酸锰铁锂作为正极材料的占比提升，将进一步扩大本土锰矿石市场需求。

当前磷酸锰铁锂电池主要应用于两轮车市场，未来随着技术进一步突破预计在动力电池、两轮车和储能领域的占比约为30%，50%，20%，在动力场景下，纯用锰铁理经济性优势+低温性能改善，技术进步后大量渗透铁理车型，复合路线能量密度进一步提升，满足终端差异化需求。在两轮车场景下混用，验证周期短率先落地。在储能场景下，短期内还达不到长循环要求，纯用成本比磷酸铁锂更低，长期具有渗透潜力。

磷酸锰铁锂较LFP电池拥有更长的续航和生命周期，两轮车市场已获验证。小牛在其最新款F0、C0及G2系列电动车中，已成功应用天能生产的磷酸锰铁锂18650电池。在应用磷酸锰铁锂电池后，小牛电动车电池包重量仅重5.6kg，能够达到最高60km的超长续航，同时其低温环境下续航里程表现较上一代产品提升25%。

图：小牛电动搭载磷酸锰铁锂两轮车

二

磷酸锰铁锂的材料特性

优势：能量密度提升，低温性能改善，安全性基本持平；

劣势：压实密度略低，常温循环略差，高温循环易，锰溶出衰减明显。

优势：安全性能提升，成本显著降低，理论循环寿命更长；

劣势：能量密度、低温性能、倍率性能不及三元。

LMFP相比LFP能量密度高20%，相比三元安全性更高。LMFP（化学式LiFexMn1-xPO4）为磷酸铁锂（化学式LiFePO4，简称LFP）与磷酸锰锂（化学式LiMnPO4，简称LMP）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。

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，具体表现为：

（1）LMP电子导电率和离子扩散系数均非常低，导致材料容量难以发挥；

（2）LMP会与电解质发生副反应，生成Li4P2O7等产物，且部分锰离子会发生歧化反应溶解在电解液中，降低循环性能；

（3）脱锂后的磷酸锰会受到Jahn-Teller效应影响，晶体结构畸变，损失容量。

LMP与LFP具有相同的晶体结构能够以任意比互溶形成LMFP固溶体，兼具高电压和性能优势。LFP电压低导致能量密度提升空间有限，借鉴三元材料的设计思路，过渡金属磷酸盐相互掺杂改性技术被广泛研究。LMP与LFP具有相同的晶体结构，能够以任意比互溶形成LMFP固溶体。

多项研究证明，铁离子掺杂能够改善LMP中锰的电化学活性，从而提高材料的放电比容量、倍率性能和循环性能，而LMP的高电压能够提高材料能量密度。在实际的充放电过程中，不同于LFP单一的电压平台，LMFP存在两个电压平台，分别对应锰的氧化还原形成的4.1V电压和铁的氧化还原形成的3.4V电压，放电过程中首先出现的是4.1V的电压平台，反映的是LMP的锂离子嵌入过程，LMP中的锂嵌入完成后，电压平台会下降至3.4V，反映的是LFP的锂离子嵌入过程。

锰铁比例含量对LMFP的性能有关键影响。理论上，LMP和LFP具有相同的比容量，LMFP的高电压平台能够提升正极材料的能量密度。在实际放电过程中，随着锰铁比例改变，LMFP中锰和铁对应的电压平台所占的比容量也随之改变，较高的锰含量虽然能够维持较高的电压平台，但会降低材料的比容量，从而降低对能量密度的提升效果。另外，不同的生产工艺和原材料也会导致产物的比容量及性能不同，因此，应该根据工艺和对材料的性能需求具体选择锰铁比例，目前行业内尚未形成统一的比例标准。

锰铁锂电压与高镍三元匹配，可复合提供新材料方案，复合后可得到兼具安全性与高能量密度的产品，并可以形成一系列方案灵活适用终端需求，目前宁德时代混用方案M3P电池已上车奇瑞智界S7车型，搭载的是“三元锂离子+磷酸铁锰锂电池”，已经于23年11月末上市，具体情况仍有待进一步观察。

纯用经济性更好，预计成为长期趋势。纯用路线短期先面向海外客户和高端铁锂车型放量，随着技术持续突破，能量密度升高带来的经济性优势将逐渐体现，有望全面替代动力铁锂场景。

总之，磷酸锰铁锂的能量密度高于铁锂，成本低于三元，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，是正极材料的重要升级方向之一。锰铁锂和三元复合后可得到兼具安全性与高能量密度的产品，并可以形成一系列方案灵活适用终端需求，混用为目前主流路线，纯用经济性更优。纯用产品目前已经进入两轮车终端市场并且有所放量，动力领域在市场化成熟后有望从两轮走向四轮，储能端具有渗透潜力。