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源
：新能源创新材料
在当今社会，随着科技的飞速发展和人类对环保、高效能源的追求，新能源存储技术已经成为了科研领域的热门话题。其中，磷酸锰铁锂作为一种新型的能源存储材料，因其独特的性能和潜力，正在逐渐引起人们的关注。
顾名思义，磷酸锰铁锂电池是在磷酸铁锂电池上增加了锰元素，俗称掺杂。由于增加了更为稳定的锰元素，该产品被认为是“升级版磷酸铁锂”。
由于锰与铁元素的离子半径及部分化学性质相近，所以结构上磷酸锰铁锂与磷酸铁锂相近，均为橄榄石型结构。从能量密度角度看，磷酸锰铁锂优于磷酸铁锂，磷酸锰铁锂可突破磷酸铁锂能量密度瓶颈。目前磷酸铁锂最大能量密度已稳定在 161~164Wh/kg 左右。
1997年，
作为磷酸盐系正极材料的家族成员，磷酸锰铁锂在实验室里被发明出来。
2009年，
天津斯特兰为上海比亚迪开发相关产品，率先实现国内的磷酸锰铁锂产业化。
2017年，
受到补贴政策的影响（青睐高能量密度和电池），磷酸铁锂西电池被冷落。
2020年以后，
得益于补贴影响减小和低成本安全性等优势，磷酸铁锂电池回到动力电池的应用主流，磷酸锰铁锂重回大众视线。
目前国内已公布磷酸锰铁专利300多项，其中德方纳米是具有磷酸铁鲤专利最多的企业之一，在2014年已开始申请磷酸锰铁鲤正极制备的专利，并在2018年申请多项专利。
截至2022年底，磷酸铁现已有产能13万吨，其中德方纳米 LMFP产能布局远远快于其他企业，投产规模最大，已有11万吨投产，并规划2025年底LMFP正极产能达44万吨。
磷酸锰铁锂是磷酸铁锂的升级路线，能量密度提升。
磷酸锰铁锂与磷酸铁锂各方面性能较 为接近，安全性相似。同时由于掺入锰离子，磷酸锰铁锂相比磷酸铁锂有较高的高电压平 台，磷酸锰铁锂的电压平台约为 4.1V，而磷酸铁锂 3.4V。因此相同设计状况下磷酸锰铁锂 的能量密度较磷酸铁锂增加 20%。同时磷酸锰铁锂相较磷酸铁锂有更好的低温性能，因此 磷酸锰铁锂有较好的应用场景。
磷酸锰铁锂可与三元材料掺混，相较纯三元材料提升安全性。
从安全性来看，NCM 三元材 料为层状结构，结构相对不稳定。磷酸锰铁锂为橄榄石结构，其中 PO4 四面体很稳定，在 充放电过程中可以起到结构支撑的作用，从而使磷酸锰铁锂具有优异的热力学和动力学稳 定性。从能量密度来看，磷酸锰铁锂与 NCM523 相近，缩小了磷酸铁锂与三元材料之间的 差距，可以替换部分低镍三元，或是与三元材料混搭使用提升电池安全性能。
成本：单瓦时成本与 LFP 持平，较三元成本优势显著
磷酸锰铁锂正极原材料不含镍钴等贵金属，成本低于三元。
磷酸锰铁锂的制备原料包括锂 源、磷源、锰源、铁源。其中锂源、磷源、铁源与磷酸铁锂制备类似，铁源一般为草酸亚 铁、氧化铁、磷酸铁等，锂源一般为碳酸锂、氢氧化锂、乙酸锂等，磷源一般为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵等。在锰源的选择上，包括可溶性锰盐、硫酸锰等。从原材料价格 来看，磷酸锰铁锂所含的金属价格较为便宜，磷酸锰铁锂使用的硫酸亚铁、硫酸锰的价格 仅为 NCM 中硫酸钴、硫酸镍的约十分之一，因此材料成本远低于三元正极，具有成本优势。
磷酸锰铁锂电池的单瓦时成本与磷酸铁锂基本持平。
虽然磷酸锰铁锂正极的成本高于磷酸 铁锂，但是由于磷酸锰铁锂的能量密度高于磷酸铁锂，其单瓦时成本低于磷酸铁锂、经济 性更佳。我们根据龙头企业可研数据，假设磷酸锰铁锂正极的成本较磷酸铁锂高 25%，通 过加总正极、负极、电解液等不同材料的成本，计算可得磷酸铁锂、磷酸锰铁锂电池的单 瓦时成本分别为 0.59、0.57 元，基本持平。
磷酸锰铁锂电子电导率低，改性是规模化应用的关键。磷酸铁锂为半导体，但是掺入锰元素后，带隙宽度的值明显降低，磷酸锰铁锂基本属于绝缘体，具有较低的电子电导率及较 低的锂离子迁移率，阻碍电子在电化学反应中的迁移和锂离子的迁移，直接限制了其发展 和应用。将磷酸锰铁锂材料纳米化、表面包覆、微观形貌调控、金属掺杂等改性方法都可 以有效提高其电化学活性，是目前厂家主要需要攻克的难题。
解决LMFP材料固有缺陷主要从两方面入手：一是合适的锰铁比例能够全面提升LMFP电化学性能。二是纳米化、掺杂、包覆等改性技术改善LMFP材料电化学性能。
锰铁比例决定电化学性能
磷酸锰铁锂材料中锰铁比例的不同，会导致材料的电化学性能和物理形态的差异。随着锰离子比例的提升，电池的电压和能量密度能够得到相应的提升，但是同时材料会出现大量的缺陷和孔隙，没有完全形成均一的固溶体，大量的缺陷和孔隙极有可能延长锂离子的嵌入迁出，降低离子迁移速率。这意味着在电压平台更高的同时，低导电率、与电解质副反应等问题也越来越严重，从而导致电池循环性能变差。另一方面，铁含量提升能够带动锂电池导电性和倍率性能的提高，然而过多的铁元素掺杂会使磷酸锰铁锂电压提升效果有限，从而导致能量密度较磷酸铁锂优势不明显。
目前对于最佳的锰铁比没有统一的定论，锰铁比为4:6左右时具有较为理想的能量密度。对于固态制备方法，当锰含量增加至0.8-1.0时，虽然放电中压能接近4.0V，但是放电比容量会出现大幅衰减，从而导致实际能量密度反而出现下降。当锰含量为0.4时，尽管放电中压仅为3.48V，但是克容量不会出现明显衰减，从而其实际能量密度能够达到相对最优的557Wh/kg。
纳米化、包覆、掺杂及复合三元等措施单一或协同作用可以针对磷酸铁锰锂的缺点进行性能改良。
碳包覆能有效提升材料导电性能和循环性能。将导电材料包覆在磷酸锰铁锂材料表面能够构建导电网络，增加材料的导电性能和电池的倍率性能。此外，碳包覆可以有效阻止磷酸锰锂颗粒进一步长大以及阻止电解液中HF对正极材料的侵蚀作用，提高正极材料的循环性能。选择合适的碳含量在碳包覆过程中较为重要，过高的碳含量会使材料的克容量大幅下降，而过低的碳含量无法有效提高材料的导电性能和电池的倍率性能。
通常碳包覆过程为：将原材料与碳源球磨混合，然后在高温下进行煅烧形成碳包覆层，其中常见的碳源包括蔗糖、葡萄糖等。
离子掺杂是从晶格内部改变材料的导电性和离子扩散性能，掺杂离子可使晶格产生缺陷，并可抑制姜泰勒（John-Teller）效应，从而提高材料性能。常见的掺杂元素包括：Mg、Co、Ni、Cr、Zn、Cu、V、Ti、Zr、Nb。目前来看，掺杂Mg2+的方法应用和研究最为广泛，由于Mg2+的半径小于Mn和Fe，因此磷酸锰铁锂橄榄石结构中LiO6八面体的Li-O共价键键长变长，较大间隙有利于锂离子迁移，提升了材料的导电性能，也有利于材料容量的发挥。同时，镁离子大小介于二价锰离子和三价锰离子之间，可过渡二价锰到三价锰的转化，从而锰元素价态转换造成的结构坍塌问题可以得到缓解，材料结构变得更加稳固，锰溶出得到有效抑制。
纳米化通过减小材料晶体粒径改善倍率性能和其他电化学性能。纳米化通过机械球磨、控制煅烧温度等方法来减小材料晶体粒径，从而缩短锂离子扩散路径，锂离子迁移的效率得到提升，从而提升了材料的倍率性能。减小晶体粒径的同时，材料的比表面积得到提升，从而增大与电解液的接触界面，电极界面阻抗降低，从而电化学性能也能得到相应的改善。
创造性能互补的多元化产品系列。磷酸锰铁锂纯用主要用在动力和家用储能，替代高压密磷酸铁锂；混用主要指和三元混用，包括以三元为主，锰铁锂为辅来改善安全性能，或是以锰铁锂为主，三元为辅提高能量密度。磷酸锰铁锂电压平台高，与三元匹配，因而具有复用可行性。根据高工锂电，高镍+磷酸锰铁锂不仅在综合性能上远超大部分中、低镍产品，还在成本方面具有显著优势。因而在优化电芯设计后，若全部采用高镍+锰铁锂正极材料，即可替代现有中镍三元方案，实现电芯/PACK端成本最优及性能最优。
根据《磷酸锰铁锂复合三元体系及对复合方式的研究》，通过将导电性差的磷酸锰铁锂材料与导电性优异的三元材料复合，能够使搭配这款复合正极材料的电池既拥有三元的高能量密度、高功率特性，又具有磷酸锰铁锂的高安全性、低成本优势。
磷酸锰铁锂复合性强，应用范围广，发展潜力大。按材料应用方式划分，它的的未来主要发展方向有两个：一是纯磷酸锰铁锂锂电池的产业化应用。磷酸锰铁锂锂电池相对于三元电池，安全性更高、成本优势更明显，相对于LFP磷酸铁锂，能量密度更高，因此会逐步或部分替代铁锂和中低镍三元材料，主要应用于储能市场和中低端动力市场。二是与其他材料复合使用，取长补短，提升材料整体性能。由于磷酸锰铁锂LMFP粒径小，可以嵌入到NCM、LCO等材料结构中构成新型材料，综合各自优势，全面提升材料性能。
1、车用动力电池领域，LMFP纯用复合均有优势，前景广阔
随着全球电动汽车进程加速，电动汽车电池的产量也在持续创新高，2021年全球动力四轮车销量为650万台，同比增长100%。2022年3月，比亚迪正式宣布停止燃油汽车的整车生产，也意味着燃油车在国内市场进入淘汰阶段，后续也会有更多整车企业效仿比亚迪，从燃油车市场慢慢的退出，转型专注于新能源汽车整车的生产，全球电动化进程加速。
据相关数据预计到2025年全球动力电池装机量将达到1306GWh，其中LFP占比40%，三元电池占比下降至59%。LMFP作为LFP的重要升级方向，将会逐步替代LFP在锂电池中的应用，预计到2025年LMFP对LFP渗透率为15%。另一方面LMFP可作为“稳定剂”，与三元材料复合使用。目前，德方纳米已提出的NCM表面包覆LMFP方案，LMFP的加入能够有效提高混合正极的稳定性、降低成本，该复合材料具有高能量密度、高安全性、良好低温性能等多方面优势，能够促进LFMP与三元5系更进一步的合作，随着相关技术及复合材料的发展，LMFP将逐步渗透三元复合材料中，预计2025年复合材料的全球市场占比达到15%。由此测算2025年，LMFP在动力电池领域需求将会达到80.70GWh。
3、两轮电动车领域，高性价比LMFP市场份额快速推进
随着新国标的推行以及锂电池成本的快速下降，锂电池的渗透率快速提升，锂电两轮电动车销量占比也逐年提升。考虑到小动力对性能要求不高，安全性高、成本低的LFP更多被应用在两轮电动车领域。据测算，2025年全球两轮电动车中LFP占比或达35%，三元或锰酸锂占比达65%。此外，LMFP+LMO在两轮电动车领域被认为是性价比最高的锂电系统之一，复合锰酸锂凭借高安全性和长循环寿命等优势，在中国已进入产业化生产阶段。具体地，天能股份已经推出相应的超能锰铁锂电池应用在小牛电动二轮车中；常州锂源与星恒电源也就磷酸锰铁锂达成战略合作。海外市场中，日本是最早开始推广电踏车的地区，因为其老龄化问题日渐突出，电踏车需求较大；欧洲具有良好的骑行文化，电踏车率不断上升，提升空间较大；美国电踏车起步最晚，在2020年疫情催化下，电踏车销量大幅上升，未来有望持续增长。据此测算出2025年全球电动自行车锂电池需求为96GWh，LMFP凭借其更明显的性能和成本优势，需求可达18.43GWh。
近年来，随着双碳政策的推进、补贴的增加，全球电化学储能项目规模不断扩大，并且新增电化学储能中超过90%的项目都是锂离子电池储能。根据政府制定的《新型储能指导意见》，我国以锂离子电池为主的新型储能市场规模要从2020年的3.3GW增加到2025年的30GW，5年增长8倍左右，年复合增长率超过55%。同时海外各大储能主力市场如欧洲、日本、美国等也相继出台各种政策补贴，储能电池需求暴增。相继出台的利好政策以及日益凸显的经济空间都表明储能领域巨大的发展潜力。据相关数据估计全球储能电池需求量到2025年为500GWh，作为LFP重要技术改革方向，预测在储能领域，到2025年LMFP对LFP替代率为10%，需求或达到45GWh。
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