【2014年10月 嘉肯行业研究部】
第一节 磷酸铁锂正极材料介绍
磷酸铁锂是一种新型锂离子电池的电极材料。其特点是放电容量大，价格低廉，产品无毒性，不造成环境污染。以磷酸铁锂为正极材料的锂电池，主要应用方向为动力电池。
锂离子电池的正极材料除磷酸铁锂外，还主要有钴酸锂、锰酸锂和镍锰钴三元材料等。其中钴酸锂是现有正极材料中工业化程度最高、技术最成熟、产量最大的品种，它主要用于手机、数码产品等小型电池领域，在该领域日本企业具有竞争优势，但由于原材料钴和镍金属的价格高昂，污染较重，且电池在大型化后，会有过热着火的危险。因此在未来的动力电池中，钴酸锂应用前景不被看好。
相对而言，正极材料为锰酸锂、三元材料和磷酸铁锂的锂离子电池安全性能更好，成本更为低廉，目前产业的投入主要集中于这几种材料之上。其中，磷酸铁锂由于具有另外两种材料所不具备的循环寿命和材料成本方面的潜在优势，而被国内业界看好，中国电池工业协会认为最有潜力成为锂离子动力电池的正极材料即为磷酸铁锂材料。
但磷酸铁锂也有其不足：如磷酸铁锂正极材料的振实密度较小，等容量的磷酸铁锂电池的体积要大于钴酸锂等锂离子电池，因此在微型电池方面不具有优势。
目前广泛产业化应用的四大正极材料比较：
1） 钴酸锂：目前应用最广泛的锂电池正极材料，具有开路电压高、比能量大、循环寿命长等特点；生产的锂电池主要用于通讯数码类电池领域。不足之处：钴价格昂贵，钴酸锂的毒性较大。目前技术上容量已几乎发挥到极限。受资源等制约，有被替代之势。
2） 镍钴锰酸锂（三元材料）：电化学容量高、循环性能好、成本低、具有三元协同效应；主要用于通讯数码类成本相对较低的锂离子电池领域。目前生产工艺相对成熟。
3）锰酸锂：研究已相对成熟，成本低，无污染, 制备容易,安全性能好，理论容量低、循环性能较差，受电池体积小型化趋势的制约，主要用于动力电池、低成本电池领域。
4）磷酸铁锂：最具潜力的锂电池正极材料之一，理论容量相对较高，价格低、热稳定性好、无污染，优良的充放电循环性能。目前只有少数厂家掌握制备技术；主要用于动力电池领域。不足之处： 由于导电性能较差，需参杂其他材料，振实密度低，比容量相对较小，在小电池领域，同样尺寸电池只有现有电池容量的一半不到。 工艺极特殊，制造难度大。配套电解液研发稍落后。对工艺要求极严，因动力电池一般由多个电池串并后组成，故对单个电池的一致性要求极高。
第二节 锂电池产业发展概况
锂电池需求市场分布在消费类电子、电动工具以及新能源汽车等领域。2013年全球锂电池出货量超过60亿单元，同比增长23%，持续保持稳定增长状态。中国也已经发展成为全球重要的锂离子电池生产国。
在锂离子电池的需求结构中，手机用锂电池在行业中占据最高的市场份额，但2013年全球手机出货量同比增长为7.3%；但平板电脑以及新能源汽车行业对锂电池需求增速强劲。平板电脑2013年全球出货量同比增长50%，新能源汽车全球销量同比增长44%。
未来新能源汽车用动力电池将成长为锂电池最为重要的应用领域。但当前新能源汽车用动力电池的正极材料存在多种技术路线并存，各种技术路线竞争优劣势依然不明朗。
第三节 正极材料的技术路线
新能源汽车用锂离子电池的正极材料主要有钴酸锂、三元材料（镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂）、磷酸铁和锰酸锂几类。高能量密度、高安全性、高循环寿命以及低成本是未来动力锂电发展的目标。这是正极材料存在技术路线分歧。
这几种材料在应用上均有各自优缺点，以比亚迪为主的中国新能源汽车制造企业多数采用磷酸铁锂正极路线；以tesla为主的是NCA正极材料路线；而宝马和日产公司动力电池则采用LMO正极材料路线，而丰田公司则采用NCM正极材料路线。
目前，每种正极材料电池均有自身的优缺点，各主要厂家均有一定量的新能源汽车投入运营，目前难以判断谁会是未来的主流。未来很长一段时间几种技术路线将仍然齐头前进，不会很快明朗。
近几年锂电池采用金属镍、铝等替代贵金属钴的趋势非常明显，与传统的钴酸锂材料相比，镍钴锰酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂等材料在安全性、循环性能等方面的优势愈加明显，市场占有率逐步提高。其中NCM（镍钴锰酸锂）在锂电池市场中的占比快速提升。
目前，市场上主流新能源汽车的动力电池正极材料的选择也以三元材料、锰酸锂和磷酸铁锂为主。
美国新能源汽车市场，正极材料技术路线选择初现端倪。国际上主要的磷酸铁锂电池材料生产厂商有加拿大Phostech、美国Valence 和A123公司等，这3家企业掌握着较为成熟的量产技术。2008年全球磷酸铁锂出货量为1500t左右，其中美国A123供应750t，几乎占了一半的份额。2011年全球锂电池正极材料产销量约为6.3万吨，磷酸铁锂占据市场份额中8%，约为5040t。但在2014年初，美国A123被中国万向正式收购，电动汽车公司coda 申请破产保护和菲斯克遇冷寻找中国接盘者，代表磷酸铁锂（LFP）电池技术在美国停滞不前。
而国内动力锂电池排名前十的企业中，有9 家企业生产的动力电池主要以LFP 为正极材料，虽然其循环性能确实出色（代表电池使用寿命），但其面临能量密度瓶颈进而影响续驶里程提高。
2014年中期，比亚迪公司在公开场合表示公司未来的主要发展路径之一将是磷酸铁锰锂路线。磷酸铁锰锂相对原先额磷酸铁锂，放电平台的电压由3.4V 上升到4.1V，能量密度提升21%，生产技术与磷酸铁锂类似，原材料成本又较为低廉。可能成为未来的一个较好的选择。
目前国内动力电池正极以LFP为主，国外则以LMO和NMC 为主。
第四节 中国磷酸铁锂正极材料产业发展状况
中国倡导使用磷酸铁锂作为动力电池的国家，且磷酸铁锂正极材料在我国的产销量也是全球最大的，中国希望通过磷酸铁锂这项技术的突破从而使电动在2010-2020年的十年节能与新能源汽车产业发展规划中弯道超车，达到国际领先水准。
中国过去十年全力开发磷酸铁锂正极材料，出台了系列支持政策，如2012 年10 月，工信部、科技部、财政部曾经联合发文《关于组织申报2012 年度新能源汽车产业技术创新工程项目的通知》。通知明确要求2015 年电池单体的能量密度达到180Wh/kg 以上(模块能量密度达到150Wh/kg 以上)，成本低于2 元/Wh，循环寿命超过2000 次或日历寿命达到10 年。
2013年，国家863 电动车相关专家透露，仅扶持新能源汽车企业还不够，国家有关部门正酝酿出台扶持补贴动力用锂电池的相关政策措施，以刺激新能源汽车市场的成熟。
国家的产业政策极大的刺激了磷酸铁锂正极材料行业的发展。据统计，2010年国内磷酸铁锂正极材料厂商约为60家，实现批量生产的企业接近20家，全国磷酸铁锂总产能约6400t/a，虽然产能利用率不足30%。但在2012年，磷酸铁锂厂家数量达到了111家。合计产能近2.5万吨。近几年依然有新的产业资本或企业进入该领域。
但由于磷酸铁锂电池的理论能量密度才170Wh/kg，成组以后基本上不会超过100Wh/Kg，能量密度一直是硬伤。这客观上又制约了产品的需求，过去五年来，国内动力锂电池需求市场未有暴发性的增长。2013 年上半年中国动力锂电池市场规模为26亿元，同比增长48%。这种高增长主要是低基数效应并主要靠政府扶持。
国内市场下游电动汽车产业实际发展速度却远远落后于预期。现阶段新能源汽车尤其是电动车主要是政府扶持在公共领域推广。根据中国汽协会的数据，2012年中国推广示范电动汽车数量共为27432 辆。其中进入公共领域的车辆为23032辆，占总销售量的比例达到83.96%，私人购车数量占比只有16%。2013年第一季度，中国共销售新能源汽车3175 辆，其中纯电动汽车2874 辆，同比增长57%。但距离2015 年新能源汽车销售50 万辆的目标依然较远。
快速扩充的产能和低需求导致了国内市场磷酸铁锂正极材料产能过剩最为严重，2013年整体产能利用率低于10%，大部分企业亏损。
现在主要的磷酸铁锂正极材料生产企业为：深圳贝特瑞新能源材料股份有限公司、深圳比亚迪公司、天津斯特兰能源科技有限公司、青岛乾运、北大先行科技产业有限公司、苏州恒正科技有限公司、新乡华鑫和湖南杉杉等。
其中深圳贝特瑞新能源材料股份有限公司是国内磷酸铁锂正极材料产能最大的企业。同时该公司也是全球最大的负极材料供应商，公司现有的产能达到1500吨。
北大先行科技产业公司，2013年其磷酸铁锂实际产能达到3700吨。
青岛乾运正极材料包括钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂，合计产能达到4170吨。杉杉股份公司同时生产多种正极材料，其产能为4900吨。
动力锂电投资热度不减
2013 年上半年，中国的动力锂电池市场持续疲软，行业的产能利用率在30%左右。但是针对动力锂电池的投资却是热度不减。
根据工信部统计，2012 年企业项目宣布的拟投资金额为170 亿元，拟建产能58.9亿安时。从2012 年底到2013 年8 月，受政策预期影响，锂电池投资持续增温。预计在一系列投资刺激下，2015年我国动力锂电池产能将达到39亿Ah，而我国当年EV/PHEV乘用车和电动商用车产量预计为12万辆左右，需消耗锂电池约9亿Ah，这仅占动力锂电池产能的23%。
第五节 国内磷酸铁锂正极材料存在的问题
1）国产磷酸铁锂正极材料存在不同程度的质量问题，其主要表现在质量一致性难以保证
此前，国内部分大型锂离子电池制造商从磷酸铁锂材料平均粒径、电极加工性、电极压实密度、实际比容量、循环寿命、倍率放电、温度特性、安全性等方面对国内几个磷酸铁锂材料供应商和Valence等国外供应商所提供的材料进行了非常系统的试验评价，试验数据客观地表明院国内磷酸铁锂产品与Valence等国外供应商产品相比仍有不少差距，且同一供应商提供的产品质量批次一致性差异较大、重复性很差。
从材料制备角度来说，磷酸铁锂的合成反应是一个复杂的多相反应，有固相磷酸盐、铁的氧化物以及锂盐，外加碳的前驱体以及还原性气相。在这一复杂的反应过程中，很难保证反应的一致性。
2）产业发展路径弯道超车的尴尬
锂电池从产业发展路径上，立足于消费电子领域，以电动工具和电动自行车等中小锂电电池作为发展契机，再到混动电池最后到纯电动电池是正常的发展轨迹。
而目前电动工具和电动自行车仍以镍镉和铅酸电池为主，锂电池应用局面发展缓慢；混动主要技术在国外，混动汽车产品也是以外资品牌为主，从国家的产业规划和支持政策来看，更多是跨国混动汽车，直接倾斜到纯电动汽车。但由于纯电动的材料和技术距离大规模应用还有距离，导致市场需求不足，进而使得动力电池产业链面临投资热度不减但需求疲软的尴尬局面。
3）专利隐忧
2011年11月，长达5年之久的A123与德州大学关于磷酸铁锂专利纠纷案终以和解方案收场，对于A123所有涉案专利，德州大学撤回诉讼并将涉案专利许可给A123。关于磷酸铁锂的基础专利归美国德州大学拥有，关于磷酸铁锂的碳包覆专利归魁北克水电公司、蒙特利尔大学和法国工程中心CNRS拥有，Phostech公司拥有该专利的独家使用权，而关于碳热还原技术的专利则由美国的Valence公司拥有。
目前，在磷酸铁锂电池和材料领域，有两大核心技术专利，其中一个是包敷碳技术，另一个是碳热还原技术，前者由加拿大Phostech公司拥有独家使用权，并且已经在我国申请专利，后者的专利权由美国A123公司所有，目前尚未在我国申请专利，但是美国A123公司现已在苏州成立了2家公司，分别负责磷酸铁锂材料的生产和电池制造，随着A123等公司抢占市场步伐的加快，专利问题已经很现实地摆在了国内厂家面前。
目前国内大部分生产厂商只掌握磷酸铁锂技术和加工工艺，没有国际专利，国内磷酸铁锂企业今后或许都将会面对高昂的专利许可费用。据称加拿大魁北克水电公司等要求中国企业缴纳1000万美元入门费或2500美元每吨的磷酸铁锂专利使用费。对于国内的磷酸铁锂正极材料企业来说，磷酸铁锂正极材料的毛利率较低，一旦缴纳专利使用费，那么国内的很多企业将很难生存，特别是一些较小且不成型的企业。
harcoln.com
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