磷酸铁锂动力电池生产工艺全流程详述报告

开始充电后，正极材料失去电子，锂离子从正极材料中脱嵌而出

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电子通过隔膜示意图

锂离子通过电解液和隔膜（中间部分的薄膜），到达负极石墨材料

继续充电，正极材料持续失去电子，锂离子也持续脱嵌，直至充电完成

②放电

电子从负极材料离开，通过外电路流向正极，失去电子的锂离子也从石墨层间脱嵌而出

从负极脱嵌后的锂离子再次通过电解液及隔膜回到正极材料

CCTC®3060

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磷酸铁锂基本科普

，转发一篇基本科普文章。

一、什么是磷酸铁锂

锂电池主要由正极材料、负极材料、电池隔膜、电解质以及电池壳体等几个部分组成。根据材料体系，主流的锂电池正极材料可分为钴酸锂（LCO）、锰酸锂（LMO）、三元材 料（NCM）和磷酸铁锂（LFP）。按照正极材料的结构分类，磷酸铁锂属于聚阴离子型材料，而三元和钴酸锂属于层状结构材料。

正极材料是直接决定电池的能量密度和安全性等性能的重要材料，影响锂电池的综合性能，不同正极材料种类的不同也带来了性能情况的不同。

磷酸亚铁锂（分子式LiFePO4，LithiumIronPhosphate，又称磷酸铁锂、锂铁磷，简称 LFP），是一种锂离子电池的正极材料。它不含钴等贵重元素，原料价格低且磷、锂、铁存在于地球的资源含量丰富。相比于其他正极材料，磷酸铁锂具有原料广泛，供应稳定，成本低廉等优势。而且，其工作电压适中（3.2V）、电容量大（170mAh/g）、高放电功率、可快速充电且循环寿命长，在高温与高热环境下的稳定性高。

二、磷酸铁锂的应用场景及优势

简单来讲，按应用场景来分可以分为储能和动力电池。

1 、 储能的应用

根据高工锂电预测，2020-2025年小动力、消费规模增长2倍，储能规模增长4倍，对应2025 年国内销量分别为35/180GWh，全球销量分别为60/416GWh。那么从电池类型上来讲，磷酸铁锂电池技术成熟并在安全性、使用寿命、成本等多方面具有突出优势，逐渐成为储能及小动力电池企业的优先选择。

国家发改委、国家能源局发布《关于加快推动新型储能发展的指导意见 （征求意见稿）》，首次明确储能产业发展目标，到2025年，实现新型储能装机规模达到3000万千瓦（30GW）以上，为储能行业从商业化初期向规模化发展定下基调，也对安全性提出了更高的要求。三元电池的安全问题一直是被公认的缺点，而磷酸铁锂电池最大的优点就是高安全性。随着国家对PACK能量密度的追求逐渐减弱，发生的电池事故使电池的安全性问题愈发被重视。

在电池寿命和安全问题上，如上图：独特的橄榄石结构使磷酸铁锂具有优异的循环性能和安 全性。由于磷酸根中P-O化学键结合能力强，因此在锂离子嵌入-脱出时，磷酸铁锂的空间骨架结构不易发生形变，使得磷酸铁锂具有良好的循环稳定性。根据中国电池网的数据，一般而言，储能领域应用的锂电池，要求循环次数大于3500次，即使用寿命需大于10年。磷酸铁锂电池的循环次数远高于铅酸蓄电池和三元电池，可达7000次以上；即使在高温或过充条件下，磷酸铁锂仍能够保持结构骨架稳定，因此磷酸铁锂电池具有较好的安全性。而三元锂镍钴锰氧材料中，镍、钴、锰金属原子与氧结合成层状结构，锂则分布于层间。显然这种层状结构的稳定性弱于具有稳定空间骨架的磷酸铁锂，这也导致三元材料的循环稳定性弱于磷酸铁锂。

3 、 动力电池应用

据统计，2021年1-7月，磷酸铁锂电池和三元电池装车量分别为28.0GWh和35.6GWh,分别同比增长了333.0%和124.3%。其中磷酸铁锂电池前七月累计装车量已超过2020年全年水平，且7月单月装车量超越了三元锂电 池，为5798.6MWh，同比增长235.5%；三元锂电池7月装车量为5454.7MWh,同比增 长67.5%。根据高工锂电数据披露，从车型销量占比来看，以低成本优势的A00级车型和高端的B级C级车型持续提升，呈现明显的市场差异化，表明电动汽车的产品性能已经得到大幅提升，电动化市场渗透提速。高端与性价比齐放，市场差异化加强。对价格敏感A00级和A0级车未来将以装载磷酸铁锂电池为主，而高端车型则是以高镍电池为主，杠铃型的销售结构有望带动磷酸铁锂需求增长。

（1）从供应的稳定性上，磷酸铁锂材料极为丰富，拥有三元不具备的天然优势。三元材料由三种镍盐，钴盐，锰盐或者是镍盐，钴盐和铝盐进行加工一定比例组合而成的镍钴锰三元正极材料或者是镍钴铝三元正极材料中的一种，这种比例在目前比较常见的有3:3:3;有5:2:3还有6:2:2还有就是8:1:1。三元材料对钴和镍的需求是限制三元材料的重要原因。首先，在中国稀有金属中，钴和镍都很少，需要大量的进口以满足生产需求。这对中国而言，将从石油的“卡脖子”转成钴、镍的“卡脖子”。此外，由于三元材料对钴和镍的大规模应用，三元材料的价格受到钴和镍价格波动的影响较大，给车企的生产销售和盈利问题造成较大的不确定性。

（2）从能量密度上看，磷酸铁锂也在逐渐弥补短板。中国科学院院士欧阳明高表示，通过补锂、掺硅以及使用固液混合电解质等一系列改进，目前磷酸铁锂电池能量密度可以突破200Wh/Kg，电池单体到系统的体积成组效率从40%增加到60%。国轩高科于今年年初发布的磷酸铁锂电池能量密度高达210Wh/kg，单体能量密度已经达到三元NCM5系水平。

（3）从成本上看，随着国家补贴政的滑坡，磷酸铁锂的成本优势愈发显著。正极材料在锂电池的成本中占比高达30-40%，因此降低正极材料成本是降低电池成本的关键。磷酸铁锂原材料主要为碳酸锂和正磷酸铁，并以碳酸锂为主；其中正磷酸铁价格相对稳定，碳酸锂价格有一定波动。尽管由于今年磷酸铁锂的火热局面，导致原料价格有所 上升，预计从长远来看，在具有充足产能且供需平衡的条件下，磷酸铁锂仍具有较强的成本优势。

4 、 行业空间广阔 。

很多人会担心那么多企业都扩产能 ， 会不会产能过剩 ， 。 其实 ， 这只是刚刚开始 。 你们往往会低估伟大祖国人民的消费能力 ， 以及全世界人民的市场空间 。

根据高工锂电数据，新能源汽车的销量方面，2020-2025年汽车规模增长4倍，对应动力锂电池出货量增长5倍，小动力、储能增长分别为2/4倍。预计21-25年对应新能源汽车总产量317.6/439.9/611.5/842.5/1162.9万辆,对应动力电池总产量 195.1/318.1/509.6/842.5/1349.0GWh, 对应动力磷酸铁锂电池产量 97.6/159.0/254.8/421.3/674.5GWh, 小动力、消费磷酸铁锂电池产量 12.5/18.9/28.9/40.6/56.9GWh, 储能通讯磷酸铁锂电池产量 3.0/5.5/10.1/18.6/34.2GWh, 合计对应2021-2025年磷酸铁锂需求量分别为28.3/45.9/73.4/120.1/191.4万吨。

5、磷酸铁锂材料处于价格上行区间

---------上图取自2021.10.29生意社

今年3月，国内锂电池原材料价格走势已经开始出现分化，用 于三元电池材料的钴、镍等金属价格纷纷冲高回落，进而带动下游三元前驱体和三元正极材料价格下滑；而碳酸锂、电解液等材料由于供应紧张，3月份以来维持上涨势头，磷酸铁锂材料价格继续向上，并且会持续一段时间。市场数据显示，截至4月26 日，动力型磷酸铁锂材料主流报价在4.80-5.2万元/吨，相比1月初价格上涨了30%左右，而相比2020年11月份的3.6万元/吨低点，价格涨幅已达44%。目前推升磷酸铁锂材料价格上涨的直接原因是电池级碳酸锂价格的暴涨。碳酸锂是锂电池正极材料和 电解液不可或缺的原材料，碳酸锂价格从去年开启“飙涨”模式，直接大幅提升了电池正极材料和电解液的成本。

同样推高磷酸铁锂电池成本的还有电解液价格的飙升。电解液价格的飙升则有多个方面的因素：一是电解液上游材料碳酸锂价格的上涨，推动六氟磷酸锂价格“显著上涨”；二是由于磷酸铁锂电池市场回暖，带动电解液及上游六氟磷酸锂需求大增，六氟磷酸锂产能受限，出现供应缺口，价格暴涨；三是磷酸铁锂所需的电解液中VC（添加剂碳酸亚乙烯酯），因产能不足，价格也出现飙涨。碳酸锂、电解液供需格局短期 难以逆转，预计价格仍将延续强势，磷酸铁锂价格则跟随碳酸锂继续走强。

6 、 产能

据中国电池工业协会大数据中心统计，2020年中国锂电磷酸铁锂材料产量约14.3万吨，同比增长60.7%。其中，排名前十企业的产量合计占2020年中国磷酸铁锂材料产量的99%。磷酸铁锂材料产量主要被德方纳米、湖南裕能、国轩高科、贝特瑞、湖北万润5家企业垄断，这5家企业产量合计占2020年中国磷酸铁锂材料产量的76%，较2019 年前五企业的产量合计占比提升13个百分点，磷酸铁锂材料企业产量 集中度进一步提升 。

磷酸铁锂材料供需不平衡的深层原因是电动汽车 、轻型车、储能、通信基站等市场需求出现“井喷”，而材料产能出现较大缺口 。 根据高工锂电数据显示，2020年我国磷 酸铁锂材料产量约为12.4万吨，而同期三元材料为21万吨。三元材料生产厂家较多，且优质产能也比较充足。反观磷酸铁锂产能，总体产能相对较少，且主要聚集在头部几家企业手中 。

面对快速崛起的市场，磷酸铁锂材料和电解液企业也在积极布局扩张产能。这种材料紧缺的局面有望在接下来几年内逐步得到缓解。中国能源网数据显示，2021年一季度我国磷酸铁锂材料产量达到6.7万吨，已接近去年全年产量的一半，增速迅猛。其中，德方纳米、湖南裕能等头部企业一季度产量均超过1万吨。在目前量价齐升的大环境下，2022年磷酸铁锂有望回归充裕，但锂盐因锂矿 、 磷化工供应不足 ，成为正极材料产能释放限制因素返回搜狐，查看更多