磷酸锰铁锂(LMFP)为升级版的磷酸铁锂,通过固溶锰提高电压,从而提升能量密度(最高21%),但会损伤循环和倍率性能,锰铁比例是平衡性能的关键,目前行业主流配比为6/4,未来高锰化是趋势。
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(如宁德时代M3P电池),并形成一系列的续航解决方案,但锰铁锂纯用经济性更好,待材料技术成熟后,预计成为长期趋势。
在性能方面,磷酸锰铁锂具有较大优势。
与铁锂相比:高电压,提高能量密度,低温性能提升。LFP、LMFP理论比容量都为180mAh/g,但LMFP理论电压平台可以达4.1V,高出LFP约20%,由此能量密度相较LFP提升15%,提供更长续航里程。此外,LMFP低温性能更优,-20°C下LMFP容量保持率达76%左右,而LFP为60-70%。
图表 1:磷酸锰铁锂与磷酸铁锂电化学性能对比

来源:OFweek产业研究中心
与三元相比:提高安全性。LFP、LMFP均为橄榄石形结构,相比三元电池的层状氧化结构更稳定,相比三元电池安全性更高。天津斯科兰德公司通过实验证明在NCM523材料中混入20%LMFP的复合材料电池在针刺实验中不燃烧、不爆炸,安全性能大幅提升。
磷酸锰铁锂具有电压高、安全性高等优点,但存在导电率差、循环次数较低问题。导电性差,从生产工艺上需进行碳包覆、离子掺杂、纳米化等改性处理,此外高温循环易出现锰溶出,要求原子级混合,对结晶度要求高,产品良率有待提升。目前的LMFP技术适用于两轮车&动力电池,可纯用或与三元材料掺杂。
成本上,磷酸锰铁锂更具经济性。
纯用LMFP:LMFP主要增加成本为锰,据测算,锰铁锂正极成本比铁锂高10%左右,但能量密度提升10-20%,性能提升>成本提升,因此理论上电池单Wh成本更低(下降近10%)。
三元掺杂:LFP电池能量密度约150wh/kg,若LMFP电池能量密度提升10%,达到165wh/kg,与NCM523能量密度接近,而价格端更具优势。若LMFP电池能量密度提高15%,达172.5wh/kg,与NCM622电池175wh/kg接近。与高镍三元掺杂,LMFP比例越高成本下降越明显,未来有望逐步替代动力铁锂和中镍三元。
磷酸锰铁锂的应用前景广泛。在新能源汽车领域,各厂家均将续航能力作为重点,因此具有更高能量密度的磷酸锰铁锂将逐步代替磷酸铁锂成为主流。此外更好的低温性能使得推出更加适应寒冷地区的车型成为可能,更好的安全性将进一步消除抑制需求的因素。
2022年下半年开始磷酸锰铁锂产业化进程不断加快,电池、正极材料新品接连发布。电池端,中创新航8月发布One-Stop高锰铁锂电池,支持整车续航超过700km。正极材料端,当升科技、容百科技在7月发布LMFP新产品。德方纳米在9月11万吨磷酸锰铁锂产能正式投产。2023年8月,宁德时代推出M3P电池,搭配麒麟电池主攻700km中端市场,混用方案首发智界S7,已具备量产条件,预计下半年纯用方案首发特斯拉Model3改款。总体来看,锰铁锂量产装车在即,产业链加码LMFP赛道。
图表 2:磷酸锰铁锂产业化

来源:公开信息,OFweek产业研究中心整理
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