从生产工艺角度详解磷酸铁锂

1、序言：正极材料行业的研究：三元or磷酸铁锂是个问题，我们针对锂电池正极材料进行了一系列深度研究：正极深度之一：动力电池命门-暗流涌动的正极市场探讨正极深度之二：高镍电池如火如荼，借鉴海外龙头有迹可循 正极深度之三：降本趋势明确，磷酸铁锂逆袭深度拆解磷酸铁锂生产工艺和技术本篇报告从磷酸铁锂的生产工艺入手，比较不同的磷酸铁锂企业在专利、技术、 工艺上的不同。核心观点：核心观点：磷酸铁锂与三元差异化明显，安全性能将更受市场青睐。磷酸铁锂与三元对比优劣势明显，优势在安全性好；劣势在系统能量密度低。在供应格局上，磷酸 铁锂对应新能源商用车，而在新能源乘用车的装机份额逐渐被三元取代。磷酸铁锂的系统能量密度

2、 随技术突破不断提升，里程焦虑逐渐缓解。目前已有包括特斯拉在内的多家主机厂申报磷酸铁锂为 动力电池的乘用车目录，安全性能更好的磷酸铁锂将更受市场青睐。生产工艺差别大，核心在于改进导电性能。磷酸铁锂的原材料被分为铁源、磷源、锂源和碳源。不同的生产工艺差别主要在前驱体的合成方法、磷酸铁锂正极的合成步骤、锂源和碳源加入的顺序、原材料的选择。一般通过改进碳包覆工艺、 掺杂金属阳离子、提高颗粒比表面积和替换高性能导电剂等方法改进磷酸铁锂正极材料，核心在于 改进磷酸铁锂的导电性能。市场集中度提高，看好一线龙头和后晋黑马。一线龙头绑定下游动力电池龙头企业，成本控制较好，二线公司难以竞争。我们看好现有一线磷酸

3、 铁锂正极公司德方纳米、中国宝安（贝特瑞），建议关注顺利导入CATL和BYD的二线后晋黑马湘潭电 化（湖南裕能）。风险提示：新能源汽车销量不及预期、客户导入进度低于预期、资产减值风险。目录二三一投资机会磷酸铁锂生产工艺拆解磷酸铁锂行业格局目录一磷酸铁锂行业格局电池产业链新能源汽车产业链资料来源：方正证券研究所目前正极材料动力电池的装机主要以磷酸铁锂和三元材料为主，2019年磷酸铁锂动力电池和 三元动力电池市占率分别为28 和72 。磷酸铁锂具有很好的循环性，循环寿命可超过2000次，同时价格更低，成本优势明显，主要应用于注重安全性与经济性的新能源客车和货车。主流正极材料为三元和磷酸铁锂主要性能

4、磷酸铁锂三元材料理论容量（mAh/g）170278电池包能量密度（Wh/kg）130-160170-220循环性能(次)2000800工作电压（V）3.23.6安全温度（C）700200快充性能（5分钟）总容量的10总容量的40优势寿命长，价格低，高温性能好密度高，快充快，低温性能好下游应用新能源客、货车新能源乘用车图表2： 磷酸铁锂与三元电池体系对比图表1： 2019年动力电池分类别出货量28%72%磷酸铁锂三元资料来源：中国知网，方正证券研究所磷酸铁锂结构稳定，安全性好磷酸铁锂晶体中P-O键稳固，难以分解。即便高温或过充时也不会像钴酸锂一样结构崩塌发热 或是形成强氧化性物质，因此拥有良好的

5、安全性。其电热峰值可达350-500C，而三元体系 电热峰值仅为200C。在针刺实验中，磷酸铁锂出现冒烟情况，但无明火；而三元出现剧烈 燃烧，表面温度超过500C。三元锂循环时发生阳离子混排，Ni元素含量越高安全性越差。在三元锂中，二价Ni离子体积 与锂离子近似，在放电时锂离子大量脱出的时候，受到外界因素作用，占据Li离子晶格中位 置，从而导致阳离子混排，使得结构稳定性下降。Ni含量越高，三价不稳定Ni离子还原成二 价Ni离子的概率就越高，则发生阳离子混排的机会就越多，电池整体安全性更差。图表3： 磷酸铁锂的晶体结构图表4： 三元锂（NCM）的晶体结构资料来源：中国知网，方正证券研究所图表6：

6、 三元和磷酸铁锂正极材料价格走势（万元/吨）13.53.8105201525015Q1 15Q2 15Q3 15Q4 16Q1 16Q2 16Q3 16Q4 17Q1 17Q2 17Q3 17Q4 18Q1 18Q2 18Q3 18Q4 19Q1 19Q2 19Q3 19Q4 20Q1NCM523价格LFP价格磷酸铁锂价格不断走低，行业洗牌加速价格逐年走低，磷酸铁锂产能过剩。国内 磷酸铁锂产能在2015-2017较快扩张，以 至于产能过剩，2018年全国磷酸铁锂产能 利用率降至16 。同时由于补贴政策对高 能量密度三元电池的偏好，导致磷酸铁锂 材料价格也逐年走低，从16Q1的11.2万元/吨大

7、幅下滑至20Q1的3.8万元/吨。图表5： 全国磷酸铁锂产能利用率38%18%16%10%22% 20%40%30%50%60%4500004000003500003000002500002000001500001000005000000%2015年2016年2017年2018年2019年国内LFP正极产能（吨）54%资料来源：GGII，方正证券研究所 产能利用率磷酸铁锂装机份额处于绝对低位受补贴政策的影响，磷酸铁锂动力电池在新能源乘用车的装机占比越来越低，下游主要供应新 能源客车和新能源专用车。2020年疫情期间，新能源客车环比销量的跌幅远高于新能源乘用车，磷酸铁锂动力电池占新能源乘用车份额

8、继续下降至不足2 ，导致2月份磷酸铁锂装机份额不 足20 ，处于绝对低位。图表7：2018-2019年磷酸铁锂动力电池占比变化100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%2018-012018-022018-032018-042018-052018-062018-072018-082018-092018-102018-112018-122019-12019-22019-32019-42019-52019-62019-72019-082019-092019-102019-112019-122020-012020-022020-03磷酸铁锂占比三元占比资料来源：GGII，方正

9、证券研究所下半年装机量回暖主要看新能源商用车磷酸铁锂基本盘在新能源客车和新能源专用车。新能源商用车普遍单车带电量大，对安全要 求较高，磷酸铁锂动力电池在新能源商用车的应用场景较好。在新能源客车中基本上稳定在95 的份额以上，在新能源专用车中份额从2018年开始逐年提升，到2019年基本上份额稳定在80 左右。20Q1新能源商用车销量下滑严重导致磷酸铁锂装机量大减，而随着国家商用车政策 的陆续出台和新能源公交车的换车刚需，下半年新能源商用车销量回暖将带动磷酸铁锂装机量 走强。图表9： 2018-2019新能源专用车动力电池磷酸铁锂占比图表8： 2018-2019新能源客车动力电池磷酸铁锂占比54

10、.543.532.521.510.50磷酸铁锂出货量(Gwh)其他出货量(Gwh)磷酸铁锂占比100%1.490%1.280%70%1.060%0.850%40%0.630%0.420%10%0.20%0.0磷酸铁锂出货量(Gwh)其他出货量(Gwh)磷酸铁锂占比100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%资料来源：GGII，方正证券研究所部分乘用车企开始换装磷酸铁锂资料来源：工信部，方正证券研究所车型工信部批次公告型号电池系统能量密度（Wh/kg）宝骏E1002019第七批LZW7001EVAHW126宝骏E2002019第七批LZW7002EVCHW126东风俊风20

11、19第八批DFA7000C1A5BEV130奇瑞小蚂蚁2019第八批NEQ7000BEVJ72F140众泰E2002019第九批JNJ6410EV1140长安X7EV2019第九批SC6478AABBEV138宝骏E3002020第一批LZW7003EVMET125比亚迪汉2020第二批BYD7009BEV140荣威EI6 MAX2020第二批CSA7154SEPHEV140合众哪吒N012020第二批THZ7000BEVS00J135特斯拉Model32020第七批TSL7000BEVAR1140乘用车企新增磷酸铁锂动力电池车型，渗透率改善。 2019年下半年开始，国内主要乘用车企 开始在工

12、信部推荐批次中新增磷酸铁锂动力电池车型。在2019年第七批中，国内新能源乘用车 销量前10的宝骏E100开始新增磷酸铁锂动力电池车型；在中端车型中，比亚迪汉和荣威EI6 MAX也出现在2020年第二批目录中，上汽、比亚迪、长安等主要厂商开始部分向磷酸铁锂转变。此外，特斯拉也计划在其低配版Model 3中使用磷酸铁锂动力电池，渗透率有望改善。图表10： 2019年以来换装磷酸铁锂车型图表11： 2019前十月动力电池装机量对比（单位：Gwh）磷酸铁锂基本盘稳定，2020年乘用车回潮可期。2019年1-10动力电池装机量情况，磷酸铁锂 动力电池在商用车占据了绝对的市场份额，占专用车装机量的83 ，

13、客车装机量的94 ，主要 由于商用车对能量密度要求较低，应用场景好。三元动力电池占乘用车装机量的95 ，磷酸铁 锂仅占4 ，未来有一定的渗透空间。磷酸铁锂体系在动力电池中占比2019年为33 ，下跌约6，相比2018年下跌幅度减小，显示出其与三元差异化的竞争优势。随着磷酸铁锂技术的不断 突破，解决该体系的里程焦虑，相较于三元性价比凸显，2020年其在动力电池体系中的占比 有望提升。需求：铁锂基本盘稳定45%59%65%63%49%39%33%36%20%10%0%30%40%50%60%70%2017201820192020E图表12： 2017-2020动力电池体系占比三元磷酸铁锂30252

14、015105035乘用车专用车客车三元磷酸铁锂资料来源：GGII，方正证券研究所CTP和刀片提高能量密度，磷酸铁锂优势明显。2019年，宁德时代率先推出全新CTP技术，使 得电池包体积利用率提高了15 -20 ，弥补了磷酸铁锂体系的缺点，同时大大降低电芯单位成 本，提高电芯的能量密度，适应当前的动力电池降本趋势。比亚迪也于2019年推出了自己的 刀片电池方案，主要配套磷酸铁锂动力电池，解决能量密度和续航问题，其将在2020年6月推 出搭载磷酸铁锂动力电池的新能源汽车“汉”，续航将达到600km，充分说明了磷酸铁锂动力 电池的应用前景和其在CTP/刀片新电池包技术下的优势。技术：CTP和刀片电池

15、解决里程痛点资料来源：公司官网，方正证券研究所图表13： 刀片电池（BYD）图表14： CTP电池（CATL）预计2020年磷酸铁锂动力电池装机量高增长资料来源：乘联会，方正证券研究所宁德时代和比亚迪技术双突破，磷酸铁锂2020年有望从运营型乘用车突破。比亚迪近日将刀 片磷酸铁锂动力电池的量产时间提前至2020年一季度，宁德时代2019年也曾公布自己在磷酸 铁锂动力电池上的突破，两家为国内主要动力电池供应商。国内主要运营车型以比亚迪、上 汽大众、吉利为主，其上游动力电池供应被比亚迪和宁德时代占据主要份额。运营需求较好，2020年磷酸铁锂渗透率加快。由于新能源乘用车相比较燃油车的日常费用较 低，

16、在出租运营上的场景较好。加上目前政策对于网约车和出租车的导向，未来网约车和出 租车市场会继续被新能源乘用车渗透。我们预计新能源乘用车的运营需求在下半年将逐渐恢 复。预计2020年磷酸铁锂动力电池装机量将超30Gwh。考虑到磷酸铁锂在新能源商用车稳固的市 场地位，预计2020年在新能源客车和专用车的渗透率为95 和92 。补贴的影响削弱和磷酸铁 锂技术的突破将提升其在新能源乘用车市场的渗透率，预计2020年磷酸铁锂动力电池在新能 源乘用车运营需求的渗透率为25 ，在私人需求的渗透率为12 ，对上游动力电池的需求将达 30.4Gwh，年增速为50.4 。图表15： 新能源乘用车运营需求增速较快（单

17、位：万辆） 图表16： 2016-2020磷酸铁锂动力电池装机量（单位：Gwh）48192947160%140%120%100%80%60%40%20%0%0102030405020162017201820192020E新能源运营乘用车销量增速20.317.922.220.230.4 60%50%40%30%20%10%0%-10%-20%3530252015105020162017201820192020E装机量增速图表18： 磷酸铁锂市场龙头集中度逐年提高磷酸铁锂价格不断走低，行业洗牌加速龙头公司份额不断提高，小产能出清。下 游需求减弱叠加价格的持续下跌使得产能 逐渐出清，磷酸铁锂材料行业

18、CR3的份额 逐年提高，从15Q1不足10 提高到19Q4的75 ，20Q1由于疫情影响下滑至60 。在此 期间，沃特玛的破产危机造成了大量与其 合作的磷酸铁锂正极企业的产能闲置以及 亏损，市场产能无序扩张的趋势受到了抑 制，磷酸铁锂市场资源进一步向优质的公 司汇集，行业洗牌加速。图表17： 2019年国内磷酸铁锂市场份额35%18%12%5%5%4%21%德方纳米贝特瑞 湖南裕能北大先行 贵州安达天津斯特兰 其他10%0%20%40%30%50%05000100001500015Q1 15Q2 15Q3 15Q4 16Q1 16Q2 16Q3 16Q4 17Q1 17Q2 17Q3 17Q4

19、 18Q1 18Q2 18Q3 18Q4 19Q1 19Q2 19Q3 19Q4 20Q125000CR3产量（吨）市场总产量（吨）CR3占比80%70%2000060%资料来源：GGII，方正证券研究所图表19.2018、2019年各公司磷酸铁锂出货量及占比磷酸铁锂材料头部公司占比提高磷酸铁锂头部公司出货量快速增长，份额快速提升，其中德方纳米一直保持行业第一，而贝特 瑞和湖南裕能由于客户资源好，2019年出货量快速提升，并晋升至第二和第三名。公司名称2019年2018年磷酸铁锂占比磷酸铁锂占比德方纳米2550034.91400019.2贝特瑞1310017.953007.3湖南裕能90001

20、2.300.0北大先行39505.455007.5贵州安达38505.358007.9天津斯特兰26503.620002.7烟台卓能00.016002.2其他1500020.52420033.1总量7305058400资料来源：GGII，方正证券研究所下游客户集中度较高图表21.磷酸铁锂企业2019年磷酸铁锂产量及主要客户磷酸铁锂正极企业年产量（吨）年产能（吨）主要客户核心客户德方纳米2550030000BYD、湖北金泉、赣锋电池、雄韬锂电、中 天储能、比亚迪、航天电源、中国铁塔CATL贝特瑞1310020000CATL、亿纬锂能、国能电池CATL、力神、鹏辉湖南裕能900020000CATL

21、、BYD、中航锂电、中车新能源BYD北大先行395015000CATL、BYDCATL贵州安达385020000BYD、国轩高科、中航锂电、安驰新能源、 光宇电源、安驰新能源、中兴派能BYD图表20.2019年磷酸铁锂动力电池装机量占比50%13%11%8%8%10%CATL国轩 比亚迪比克亿纬锂能其他磷酸铁锂动力电池集中度高，上游材料环节受 影响大。随着行业出清，磷酸铁锂动力电池的 市场集中度不断提高，2019年前五共占90 的 份额，其中CATL装机量占比50 。作为上游的 材料环节，客户结构十分重要。德方纳米和贝 特瑞对CATL出货前2，湖南裕能与BYD签订大单 合同，产销情况有保证。资

22、料来源：GGII，公司公告，方正证券研究所图表23： 主要公司毛利率图表22： 主要公司销售额德方纳米收入和毛利率最高，裕能新能源后军突起。经过几年的产能出清，磷酸铁锂市场经 过大洗牌，不少前期参与的公司纷纷退出市场，目前德方纳米与贝特瑞形成双寡头格局。裕 能新能源导入比亚迪和宁德时代，从2018年开始后军突起，2019年出货9000吨，销售额达6千 万元。行业毛利逐年下滑，2019年主要公司毛利率均在10 左右，而德方纳米毛利率为21 ， 较去年同期略有上升，体现了公司行业龙头地位。主要公司经营情况比较02468101220152016201720182019安达科技 升华科技德方纳米 卓能

23、材料 欧赛能源贝特瑞 金锂科技裕能新能源45%40%35%30%25%20%15%10%5%0%20152016201720182019贝特瑞 欧赛能源德方纳米 安达科技 裕能新能源*注：裕能新能源*为销售净利率资料来源：WIND，方正证券研究所目录二磷酸铁锂生产工艺拆解图表25： 液相法和固相法对比图表24： 磷酸铁锂的合成方法磷酸铁锂正极主流的合成方法为液相法和固相法。两种方法的优劣势各有不同，其中液相法 优点是产品一致性好，循环次数高，质量相对更佳，缺点在于生产设备复杂，投资成本较高，扩产难度大；固相法最为成熟，成本低，同时也可以大规模生产，缺点在于产品性能较差。此外，还有溶剂凝胶法、共

24、沉淀法，微波合成法等其他方法。磷酸铁锂正极材料合成方法制程液相法固相法制程精度200纳米级别1.5微米级容量密度高（155mAh/g）低（140mAh/g）循环寿命优（2000次SOC80 ）劣（2000次SOC70 ）制造成本略高略低产能扩充性劣优快速充放优劣电池加工性劣优LiFePO4其他方法溶剂凝胶法微波法液相法固相法共沉淀法资料来源：中国知网，方正证券研究所图表26： 固相合成法工艺流程固相合成法固相合成法最为成熟，同时也可大规模生产。碳热还原法是最通用的固相法, 一般用磷 酸铁为前驱体，也称磷酸铁法。其一般使用 磷酸铁等作为铁源；以碳酸锂等作为锂源； 以有机物（葡萄糖、蔗糖、淀粉）、

25、炭黑作 为碳源。首先将各原材料按化学计量进行混 合均匀，然后通入保护气（N2、Ar等）在较 低温度下处理1-5小时，使原材料得到预分解，在550-750摄氏度下烧结处理5-20小时得到 磷酸铁锂。碳热还原法下会采用廉价的三价 铁源，将前驱体与有机物或炭黑均匀混合， 利用碳源在高温环境下的还原性将三价铁还 原成二价铁，同时使热解的碳包覆在磷酸铁 锂上起到增强导电性的作用。固相法的操作优点是简便易操控，成本较低，可大规模工业生产，生产壁垒低。主要问 题在于物料之间的混合不均匀。此外，此方 法生产的化学反应物颗粒较大，粒度分布范 围广，产品一致性较差，循环次数低，质量 相对较低。铁源锂源磷源碳源按比

26、例混合配料加入酒精液相球磨，干燥通入保护气体进行高温烧结磷酸铁锂材料资料来源：中国知网，方正证券研究所液相合成法液相法能够获得混合更均匀的前驱体，但生 产壁垒较高。制备的主要过程是以水作为溶 剂，同时在真空或惰性气体下将氢氧化锂、 硫酸亚铁、磷酸按照一定的摩尔比例混合， 同时在120摄氏度的条件下进行水热反应5小 时，得到磷酸铁锂产物。水热法下由于锂、 铁原子的混乱排布，会使得大概7的铁原子 占据锂的位置，使得制备的产品克容量不够 高。液相法的优点是材料混合均匀，产品一致性 好，循环次数高，质量相对更佳。但水热法 的主要不足是对高温高压的控制条件要求高，生产制备较复杂，成本较高，量产难度大，生

27、产壁垒高。图表27： 液相合成法工艺流程锂源铁源磷源真空或惰性气体环境，加入溶剂， 按一定摩尔比例混合密封加热磷酸铁锂资料来源：中国知网，方正证券研究所固相法化学式每吨用量(吨)材料价格（万元/吨）每吨成本（万元）锂源碳酸锂Li2CO30.245.201.25铁源+磷源无水磷酸铁FePO40.851.040.89合计2.13液相法化学式每吨用量(吨)材料价格（万元/吨）每吨成本（万元）锂源碳酸锂Li2CO30.245.201.25铁源硝酸铁Fe(NO3)30.500.800.40磷源磷酸二氢铵NH4H2PO40.350.510.18合计1.83资料来源：德斱纳米招股说明书，贝特瑞公开发行说明书

28、 ，方正证券研究所原材料成本对比固相法原材料成本高于液相法。液相法、固相法分别以德方纳米、贝特瑞所代表。两种方法 的材料成本受锂源（碳酸锂）价格波动影响较大。固相法铁源和磷源来自外购的磷酸铁前驱 体，且对前驱体品质要求高；液相法可通过铁块制备硝酸铁，对原材料要求低，可以更好的 控制成本。因此，液相法物料成本比固相法低。图表28： 固相法与液相法原材料成本结构生产工艺对比磷酸铁锂的生产通常将原材料混合制备前驱体后，再二次加工制成磷酸铁锂正极材料。工艺 的改进关注点主要为简化生产流程，提高生产效率，降低能耗。德方纳米：通过自热蒸发工艺直接制备前驱体，简化了生产的工序；贝特瑞：对前驱体细化处理，同时

29、省去干燥环节，提高一致性并缩短制备时间；北大先行：传统液相法制备磷酸铁锂，优化了烧结工艺；湖南裕能和安达科技：直接制备成磷酸铁前驱体，工艺相对简单，设备投入成本低。图表29： 主要公司生产工艺流程资料来源：中国知网，方正证券研究所导电性差、容量密度低是磷酸铁锂正极的最大缺点。磷酸铁锂正极材料优点在于结构稳定， 安全，无污染且价格便宜，但是其缺点也十分突出，如锂离子扩散系数小、电子导电率低、 容量低、低温及高倍率性能差。针对其缺点，可以通过包覆导电层、离子掺杂、提高比表面 积、使用高性能导电剂等路径改善磷酸铁锂正极材料的性能。碳包覆通常是制备过程中必不可少的一环。包覆导电层和离子掺杂可以提高磷酸

30、铁锂的导电 性，提高比表面积（颗粒纳米化）可以提高锂离子扩散系数和电池的容量，CNT导电剂可以弥 补磷酸铁锂导电性能的不足。图表30： 改进磷酸铁锂正极材料的主要措施改进措施具体影响碳包覆导电层碳的加入除了能够增强电极材料的导电性能外，在产物结晶过程中还充当了 成核剂，减小了产物的粒径离子掺杂高价态的金属阳离子（Mg2+,Al3+,Ti4+）掺杂，掺杂后产生的空穴可以提高 材料导电性提高比表面积粒径纳米化来提高材料的比表面积，可以增大扩散面积，同时缩短Li+在颗粒 内部的扩散路径，提高活性材料的利用率，提升电池的容量高性能导电剂碳纳米管（CNT）高性能导电剂较传统导电剂能够显著提升锂电池导电性

31、，磷 酸铁锂切换CNT可弥补其导电性能的不足资料来源：中国知网，方正证券研究所改进磷酸铁锂正极材料的措施公开号专利名专利特点专利优势所属公司CN102651475锂离子电池正极材料磷 酸铁锂的合成方法通过高温处理，发生还原反应，消 耗了磷酸铁锂材料中的碳，造成磷 酸铁锂材料中碳含量的减少改善了碳包覆层的均匀性，保证电导率的 同时降低了碳量，提高碳利用率，减小材 料比表面积贝特瑞CN102306753锂离子正极材料磷酸铁 锂的全固相制备方法增加了颗粒细化的过程并免去烘干 过程提高磷酸铁锂的生产效率，降低制备成本 改善批次不稳定性贝特瑞CN106602060一种低成本磷酸铁锂材料、其制备方法及用途

32、通过压块和添加助剂相结合的方式 来提升烧结窑炉的庄田量和缩短窑 炉的烧结时间制造成本显著下降，设备产能明显提升，且电化学性能优异贝特瑞CN103354289一种低温型纳米磷酸铁 锂、其制备方法及应用过补充锂源和磷源烧成完善晶态的 颗粒得到低温性磷酸铁锂能耗和设备投资降低，环境污染轻。此外 该方法的生产流程简单、无苛刻条件且易 于工业化贝特瑞CN104362341一种高密度纳米磷酸铁 锂材料及其制备方法将碳源、锂源包覆在有孔洞的二次 球纳米无水磷酸铁表面，通过烧成 制得高密度纳米磷酸铁锂材料高振实密度、高压实密度，降低了生产成 本，并且具备较高的克容量和良好的低温 性能贝特瑞CN11060070

33、8一种分布掺杂金属离子 及碳包覆磷酸铁锂正极 材料的制备方法掺入碳源能够使碳源更紧密的包覆 在掺杂金属元素的磷酸铁锂复合材 料的表面导电性好，容量高及循环定性优异贝特瑞CN103606676一种磷酸铁锂/碳纳米复 合材料及其制备方法将磷酸铁铿前躯体进行化学气相沉 积包覆，制得碳包覆磷酸铁锂材料。其反应时间短，能耗小，且工艺、形貌更 易控制，包覆效果比传统包碳工艺更加均 匀，很好的改善了磷酸铁锂的导电性贝特瑞资料来源：中国知网，方正证券研究所贝特瑞聚焦于补短板贝特瑞专利覆盖磷酸铁锂制备过程中的各项主要影响因素，改进了磷酸铁锂的制造工艺、碳包 覆方法和金属掺杂方法。改善了磷酸铁锂正极的低温性能差，

34、导电性能差、容量较低等问题， 同时简化了生产流程，降低了制造成本，提升了生产效率。图表31：贝特瑞相关专利的特点与优势公开号专利名专利特点专利优势所属公 司CN104701544超容量纳米磷酸铁锂正极 材料及其制备方法和锂离 子电池对碳材料进行特殊的表面修饰和改性 处理使其可以参与锂化反应材料纯度高，性能优异，而且此方法 工艺简单可控德方纳米CN108899540磷酸铁锂复合材料及其制 备方法和锂离子电池改进制备过程中的烧结、冷却工艺工艺简单，性能稳定德方纳米CN109192936一种磷酸铁锂的制备方法按特定顺序加入原料并省去溶剂，仅 需一步烧结即可制得尺寸均一、性能 优良的终产品工艺简单，耗

35、能少，环境友好德方纳米CN110436431一种磷酸铁锂正极材料的 制备方法和锂离子电池只通过一次烧结就可以制得磷酸铁锂 正极材料，工艺方法简单、成本低压实密度高、结晶度好以及单位体积 的能量密度大。德方纳米CN109336077一种磷酸铁锂正极材料及 其制备方法活性材料由长条颗粒和球形颗粒组成， 而不是单一球形活性材料压实密度较高，易于产业化生产德方纳米CN110085839磷酸铁锂复合正极材料及 其制备方法和应用碳源对掺杂金属盐中的掺杂金属元素 进行吸附，以实现掺杂提升磷酸铁锂正极锂离子的扩散能力， 降低充放电过程中锂离子的浓差极化， 具有突出的倍率性能德方纳米CN103887509磷酸铁

36、锂基复合导体正极 材料及制备方法、正极和 锂电池多种导电包覆碳形状，球形导电碳、 片状导电碳、管状导电碳的质量比为1 1：1导电性能优，电化学性能好，从而赋 予该锂电池高倍率和优异倍率循环特 性德方纳米资料来源：中国知网，方正证券研究所德方纳米聚焦于工艺简化液相法工艺的复杂程度相对较高，并且有多次烧结过程，德方纳米主要简化了制造工艺，通过 一次烧结得到正极材料。同时改进了磷酸铁锂的碳包覆方法和金属掺杂方法，改善了磷酸铁锂 正极导电性能差、容量较低的等问题。图表32：德方纳米相关专利的特点与优势公开号专利名专利特点专利优势所属公司CN10350189一种高容量高压密橄榄石 阴极材料的制备方法添加

37、磷酸盐化合物用于二次烧结提高压实密度同时保持较高的放电 容量，工艺简单，易于实现工业化 生产北大先行CN109326777一种磷酸铁锂电池材料的 制备方法在塑型剂的作用下首先制备致密度较 高的复合铁源工艺简单易操作北大先行CN103441269一种焦磷酸锂/碳包覆磷酸 铁锂复合材料及其制备方 法解决了磷酸铁锂正极在制备过程表面生产含Li的强碱性物质的问题拥有较好的倍率性能北大先行CN103247778一种高功率型磷酸铁锂正 极材料及其制备方法优化烧结工艺与反应的气氛制备出具 有石墨化程度高的碳包覆层的磷酸铁 锂/碳复合正极材料提高石墨化程度、功率和倍率性能北大先行CN108163827一种由磷

38、化渣制备纳米磷 酸铁的方法由磷化渣制备纳米磷酸铁的方法生产的磷酸锂出不需要粉碎，一次 粒径100nm，比表面积大，活性 好湖南裕能资料来源：中国知网，方正证券研究所北大先行、湖南裕能和安达科技聚焦保护生成工艺北大先行、湖南裕能和安达科技的相关专利较少，主要保护其自生的生产工艺。其中湖南裕能 和安达科技均通过磷酸铁前驱体制备磷酸铁锂，有部分磷酸铁制备的相关专利。图表33：北大先行和湖南裕能专利的特点与优势图表34：北大先行和湖南裕能专利的特点与优势（续表）公开号专利名专利特点专利优势所属公司CN108101013一种高品质电池级磷酸铁 的生产方法由聚合硫酸铁和磷酸盐和表面活性剂 为反应物生成磷酸

39、铁减少氧化剂的用量，简化工艺 流程、生产成本低。湖南裕能CN110970608一种铁锂电池材料及其制 备方法通过磷酸铁和碳酸锂配比合成磷酸铁 锂提高功率，保持颗粒破碎的均 匀和全面性湖南裕能CN103094571铿电池用正磷酸铁的制备 方法及该方法制备的正磷 酸铁以磷铁为原料，通过液相法制备低成 本的正磷酸铁（FePO4xH2O）电化学性能更好，正磷酸铁的 纯度高，工艺简单，成本低安达科技CN103107333一种磷酸铁锂的制备方法及磷酸铁锂采用特定的磷铁源，可使磷和铁的相对含量更稳定。电化学性能一致性好安达科技CN105680020一种制备磷酸铁锂和正极 材料的方法添加剂在小于等于烧结的温度

40、下能够 分解为气体比表面积大、大倍率放电与低 温放电性能好安达科技CN105800580无水磷酸铁及其制备方法 磷酸铁锂、锂离子电池正 极和锂离子电池将含水磷酸铁原料在特定条件下进行 升温处理，能够更容易得到一种蓝色 的无水磷酸锂压实密度高、内阻低，同时其 它的性能基本不受影响安达科技资料来源：中国知网，方正证券研究所北大先行、湖南裕能和安达科技聚焦保护生成工艺图表37： 磷酸铁锂正极性能图表36： 全固相法制备的磷酸铁锂正极表面贝特瑞改进固相法生产工艺各工序时间/h一、混合二、细化三、添加碳源四、掺杂五、烘干六、烧结总时间/h实施例80.511无1424.5对比例8无11121436贝特瑞专

41、利提高磷酸铁锂的生产效率，降低制备成本，改善批次不稳定性。与传统全固相制 备方法相比，贝特瑞专利的新方法（实施例）增加了颗粒细化的过程并免去烘干过程，大幅降 低超过30 的制备总时间。其制备出的磷酸铁锂正极可逆容量大于156mAh/g，倍率性能优异， 且批次稳定。图表35： 制备时间效率对比样品0.2CmAh/g首效0.5CmAh/g1CmAh/gA156.197.9152.1146.2B156.497.5153.9144.1C157.198153.8145.8方差0.530.142.042.49资料来源：中国知网，方正证券研究所图表38： 改进前后的性能对比贝特瑞通过高温处理改善碳包覆层的均

42、匀性图表40： 专利改善后的碳包覆层表面图表39： 改善前的碳包覆层表面贝特瑞专利保证电导率的同时提高电极材料的加 工性能。通过合成前驱体、烧结得到磷酸铁锂与 碳的复合材料、低温氧化反应、高温还原反应得 到磷酸铁锂正极材料。与现有技术相比，高温还 原反应消耗了磷酸铁锂材料中的碳，改善了磷酸 铁锂材料中碳包覆层的均匀性，保证电导率的同 时降低了碳量，减小材料比表面积，提高材料的 加工性能。比表面 积 m2/g含碳量电导率 s/cm碳利用率容量 mAh/g对比例45.4324.7171.00E-032.12E-04110.8实施例143.234.2311.10E-032.61E-04114.3实施

43、例241.764.0751.25E-033.06E-04115.8资料来源：中国知网，方正证券研究所图表41： 改善前的碳包覆层表面图表42：制备流程图德方纳米专利制得的磷酸铁锂正极材料压 实密度高、结晶度好以及单位体积的能量 密度大。此专利改进了磷酸铁锂正极的制造 工艺，只通过一次烧结就可以制得磷酸铁锂 正极材料，工艺方法简单、成本低。改进后 产品(实验组)容量性能可以保持在160mAh/g 以上，压实密度较改进前（对照组）也有所 提高。德方纳米改进液相法生产工艺将第一锂源，磷源，铁源和第一碳源加入至含有络合 剂的第一溶剂中，得到混合溶液，于400C-450C的 温度下搅拌均匀后，经干燥，破

44、碎处理后，得到前驱 体；将所述前驱体和所述前驱体按1：（0.5-3）的质 量比，至于混料机内混合均匀，得到混合前驱体，然 后在惰性或者还原性气氛下进行高温烧结，得到磷酸 亚铁锂粗品；利用加热后的高温压缩空气作为粉碎和烘干气源，在 气流磨中对所述磷酸亚铁锂粗品进行粉碎和烘干，然 后收集得到磷酸铁锂正极材料资料来源：中国知网，方正证券研究所将磷酸铁颗粒和第二锂源按摩尔比1：（1.03-1.1）的均匀 混合后，然后加入第二碳源，第二溶剂和掺杂金属盐，经 充分混合后，研磨3-8小时，经干燥、破碎处理后，得到前 驱体，其中，所述第二碳源的质量百分含量为2.9%- 8.7%；粉末压实密度 g/cm3容量性

45、能 0.1C,mAhg-1对照组12.29153对照组22.28152对照组32.4155实验组12.53160实验组22.52152实验组32.49161德方纳米超容量磷酸铁锂正极材料德方纳米专利采用液相法配制超容量的磷酸铁锂正极材料。在液态中，实现功能化的碳材料 和磷酸铁锂原材料复合反应。其制备的产品均匀，一致性好；采用喷雾干燥烧结法从液相直 接一步得到产品，省去了干燥、破碎、烧结等步骤工艺简单可控。其核心技术在于对碳材料进行特殊的表面修饰和改性处理使其可以参与锂化反应。此过程既 不影响碳材料的固有性能，又可以使碳材料带有可以参与反应的官能团。采用该方法制备的 磷酸铁锂正极材料，0.1C放

46、电克容量可达200mAh/g以上，电压范围提升至3.8V。图表43： 充放电测试结果图资料来源：中国知网，方正证券研究所德方纳米专利提升磷酸铁锂正极锂离子的扩散能力，降低充放电过程中锂离子的浓差极化， 具有突出的倍率性能。在碳包覆磷酸铁锂材料前，让碳源先对掺杂金属盐中的掺杂金属元素（铝、镁、铬、锆、钒和钴）进行吸附，以实现掺杂。此方法有利于得到晶相排列紧密、粒 径小且相貌规整的前驱体；同时可以有效提升所述磷酸铁锂碳包覆层厚度和完整度，达到烧 结纳米化一步到位的目的。掺杂后的显著提高了磷酸铁锂的倍率性能，1C条件下容量高于 140mAh/g。德方纳米金属掺杂提升磷酸铁锂性能图表45：1C放电曲线

47、对比图表44： 0.1C放电曲线对比资料来源：中国知网，方正证券研究所图表47： 磷酸铁锂正极倍率性能好图表46：液相法制备的磷酸铁锂正极表面北大先行改进液相法生产工艺北大先行专利提高石墨化程度、功率和倍率性能。北大先行通过液相法制备磷酸铁锂正极， 该方法首先将锂源、铁源和磷源按照1.2：1：11.05的摩尔比例充分混料，然后在惰性气氛下 进行烧结制备出磷酸铁锂前驱体。然后通过引入催化剂及碳源，优化烧结工艺与反应的气氛制 备出具有石墨化程度高的碳包覆层的磷酸铁锂/碳复合正极材料。制备磷酸铁锂正极材料倍率 性能好，加大电流后容量还能回到初始水平，且晶粒均匀、单分散性好、电导率高、电性能优 异、制

48、备方法简单、经济、易实现工业化大生产资料来源：中国知网，方正证券研究所图表49： 磷酸铁锂正极的电化学性能图表48：焦磷酸锂/碳包覆磷酸铁锂复合材料表面北大先行焦磷酸锂结合碳包覆磷酸铁锂北大先行专利焦磷酸锂包覆解决了磷酸铁锂正极在制备过程表面生产含Li的强碱性物质的问 题。在制备过程中，由于锂配比失衡而导致磷酸铁锂表面生产含Li的强碱性物质的问题，影响 下一步电池的加工。专利通过在第二次混料过程中使得磷源与过量Li2O在二次烧结过程中反应 生成焦磷酸锂，最终制备出具有焦磷酸锂/碳包覆磷酸铁锂复合材料，拥有较好的倍率性能， 1C条件下放电容量接近150mAh/g。资料来源：中国知网，方正证券研究

49、所湖南裕能通过磷化渣制备磷酸铁图表51： 磷酸铁锂正极的电化学性能图表50：磷酸铁材料表面湖南裕能专利生产不需要粉碎的纳米级磷酸铁。湖南裕能通过磷化渣制备磷酸铁，避免了传 统方法制备的磷酸铁前驱体在合成磷酸铁锂时存在杂质含量高，活性差的问题。制备磷酸铁材 料一次粒径小、比表面积大，活性好，能制备出性能更优异的磷酸铁锂。样品1样品2样品3Fe含量（%）29.6729.7429.65纯度（%）99.7299.7899.64一次粒径（nm）100100100D50（um）2.351.891.72比表面积（m2/g）76.478.377.5资料来源：中国知网，方正证券研究所安达科技制备正磷酸铁前驱体图

50、表52：制备的磷酸铁电化学性能较好湖南裕能专利提供了制备正磷酸铁前驱体的工艺方法。在各种制备磷酸铁锂的方法中，正磷 酸铁作为前驱体的方法具有产物比容量高、纯度高、倍率低温性能好等优势。而目前制备正磷 酸铁工艺复杂，成本高。安达科技改进了制备工艺，采用现有的磷铁作为原料，可大幅降低生 产成本，且工艺方法简单，污染排放小资料来源：中国知网，方正证券研究所各公司产品性能因技术路线差异略有不同。磷酸铁锂正极材料经过多年发展，容量已经接近 其理论极限170 mAh/g。各家公布的产品主要性能指标相差较小，但从德方纳米液相法工艺看，其粒径较小，其独特包碳技术，碳层较薄，碳含量较低，包碳效果较好。而贝特瑞采

51、取的 固相法，其容量较大，粒径较大，振实密度高，适合用于乘用车。图表53： 主要正极材料厂商的磷酸铁锂产品性能公司德方纳米贝特瑞北大先行裕能新能源安达科技合成斱法液相法固相法固相法固相法固相法产品DY-1DY-3P198-S17T2P600AY3LPF比表面积8.5-11.511.0-15.010.5-14.56.0-10.010.0-13.0松装密度g/cm30.30.2振实密度g/cm30.80.50.61.40.9压实密度2.2-2.42.1-2.32.52.32.4PH7.0-9.08.0-10.08.9-9.8电阻率*cm2.23.0水份含量ppm1000800500碳含量%1.0-

52、1.51.2-2.01.35-1.751.3-1.71.35-1.60首次放电容量（0.1C）mAh/g150155155158154-162155160首次库伦效率（0.1C）%959596.5粒径分布（D50）0.6-1.81.80.6-1.74.0-8.00.85-1.35资料来源：中国知网，方正证券研究所技术路线差异下的产品对比图表55： 专利覆盖了磷酸铁锂整个族系图表54：磷酸铁锂结构示意图磷酸铁锂正极出海存在潜在法律风险美国德州大学WO9740541专利族保护磷酸铁锂化合物产品的通式。德州大学磷酸铁锂的专利申 请已经在加拿大、欧洲、日本、美国获得授权。该专利族主要要求保护一种化学物

53、质，把Fe位 掺杂和P位掺杂的多种可行性都包括在内，是磷酸铁锂领域最为基础的专利之一。德州大学的 这个专利族其他公司的发明专利引用上百次，但同时也带来数次专利诉讼。其申请日期为1996 年，按美国对于专利25年的保护期，有望在2021年到期。资料来源：中国知网，方正证券研究所图表57：魁北克水电公司通过碳包覆改善性能图表56：魁北克水电公司碳包覆后的正极表面魁北克水电公司在华专利案败诉加拿大魁北克水电公司WO0227824专利族保护碳包覆专利。早在2000年该公司就已经在全球范 围内申请碳包覆改性的相关专利，鉴于中国锂离子电池领域的地位和巨大潜力，2003年该公司 开始在中国申请并于2008年

54、获得授权。为了维护行业利益和企业权益，2010年我国电池工业协 会开始对其专利开始诉讼，并终于2012年判定其无效，自此才有了国内锂电行业的高速发展。 该公司广泛的在全球保护其专利，在国外的法律体系下，我国磷酸铁锂正极产品极其容易发生 侵权问题。资料来源：中国知网，方正证券研究所海外公司磷酸铁锂专利数海外磷酸铁锂企业多为技术垄断寡头，其中美国德州大学是磷酸铁锂正极的开山鼻祖，其专利 主要涉及磷酸铁锂元素的替换；美国威能科技专利主要涉及磷酸铁锂的金属掺杂改性；加拿 大魁北克水电专利主要涉及碳包覆改性；美国A123主要涉及掺杂改性、包覆改性及混合其他 材料改性；南方化学主要涉及磷酸铁锂的制备方法和掺杂改性。从磷酸铁锂的基本制备到碳 包覆、掺杂改性、合成方法的专利均已被注册，且遍布全球主要地区。未来几年专利问题将是 限制中国企