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磷酸铁锂产业发展深度报告
     
 
 
 
 
     
     
 
     
 
 
 
 
一、磷酸铁锂，本征性能和材料优化
1、稳健正极，瑕瑜互见
1996-1997 年，日本电信电话株式会社、美国 UT 奥斯汀分校 Goodenough 教授团队等对橄榄石结构的 AMPO4 材料（磷酸铁锂、磷酸锰锂、磷酸镍锂、磷酸钴锂等的统称）及其典型代表磷酸铁锂（后亦简称铁锂，LiFePO4） 展开了早期研究，发现磷酸铁锂可以作为锂离子电池的正极。
磷酸铁锂的发现晚于钴酸锂（上世纪 79 年代末-80 年代初）。典型正极材料（磷酸铁锂、磷酸锰锂、钴酸锂、 三元材料、尖晶石锰酸锂、尖晶石镍锰酸锂、富锂材料）的容量、电压及寿命、成本、安全性等综合性能归纳 如下。
磷酸铁锂的容量偏低（~170mAh/g），对锂电压低（不足 ），这使得铁锂电池单体的“理想质量能量密 度”相比于高镍三元电池有约 25%以上差距。安全性、寿命、成本是磷酸铁锂的主要优势。
磷酸铁锂的性能由其元素组成和晶体结构决定：磷酸铁锂的橄榄石结构具备聚阴离子框架，结构基元是 LiO6 八面体（锂在体心）、FeO6 八面体（铁在体心）和 PO4 四面体（磷在体心）。磷酸根中强的 P-O 共价键在电池完 全充电的状态下可以稳定氧原子，避免其被氧化释氧。所以该结构使得磷酸铁锂具有很高的安全性和循环寿命。 同时，磷酸铁锂的锂离子只拥有一维扩散通道，和层状材料（钴酸锂、三元）的锂离子二位扩散通道相比，离 子电导较低，电子电导也较低。
此外，磷酸铁锂正极除锂外没有使用任何昂贵元素，这也使得其在成本理论下限、长期应用规模等方面具 备优势。
2、铁锂的改性&合成
磷酸铁锂材料的改性与合成手段以其本征性能优势的发挥及短板的补足为出发点展开。
铁锂的本征电子电导、离子电导较低，相应的主要改性手段是颗粒均一纳米化、高价离子掺杂、界面包覆 碳材料/导电聚合物等。铁锂的对锂电压较低导致电池能量密度偏低，相应的主要改性手段是试图合成细晶、均 匀的高对锂电压磷酸铁锰锂固溶体。
铁锂的合成有不同的技术路径。根据铁源的不同进行区分，草酸亚铁、铁红和磷酸铁工艺使用固相法合成 磷酸铁锂；通过液相手段引入对应元素后，也可以在合适条件下采用水热法合成水合磷酸铁锂前驱体，再进行 煅烧获取成品（均多同时进行碳包覆）。
综合考虑产物的纯度、物相、粒径分布、比表面积与表面状态，合成工艺本身的原料、工艺复杂度、环境 影响等因素后，当前磷酸铁锂的合成手段以磷酸铁-碳酸锂固相法（裕能新能源、贝特瑞），水热合成法（德方 纳米）两种方法为主。
带着电池单体的能量密度劣势和成本优势，磷酸铁锂电池入局新能源汽车动力电池大潮。
二、铁锂电池，过往蛰伏
1、政策不利，优品稀缺
补贴政策是我国新能源汽车飞速发展的关键助力。随产业发展，纯电动乘用车的重要性不断提升。
2013-2016 年，纯电动乘用车补贴政策的核心变量是工况续航。彼时工况续航的最高档位是 250km，单车补 贴数额大，补贴退坡幅度小，技术水平要求相对较低。
2017 年开始，补贴政策进行了以“扶优扶强”为目的的调整。工况续航里程提升、电池系统能量密度提高、 百公里电耗加严，这一方面促进了优质产品面世，另一方面在很大程度上影响了当时条件下电池系统能量密度 相对较低（~100Wh/kg）的磷酸铁锂的应用。
长续航、高电池系统能量密度整车受补贴“优待”金额较高的时代，磷酸铁锂乘用车产品寥寥。低端产品 如知豆 D1，工况续航不足 100km；中端产品如比亚迪 e6，工况续航 300km；江淮 iev6e 青春版，工况续航 310km； 长续航/高端产品如 e6 2017 年第 10 批目录版本，带电量 91kWh，工况续航 450km；腾势 2018 年版本，带电量 70kWh，工况续航 451km 等。但中低端产品工况续航性能不足，高端产品性价比不佳等原因和补贴的不利因素 一起，导致磷酸铁锂乘用车销量萎靡、市场份额很低。相比之下，使用三元正极的锂电池对应整车“爆款”层 出不穷。北汽 EU5，比亚迪秦、元，上汽 Ei5，广汽 Aion
S 等车型一方面把电池系统能量密度拓展至 160Wh/kg 以上、把工况续航拓展至 400-500km 以上，另一方面也使三元电池成为市场，尤其是纯电动乘用车市场主流。
2、电车增长，铁锂徘徊
据中汽协统计，2015 年到 2019 年，我国新能源汽车产销规模从 30 余万辆增加至 120 万辆以上。
根据合格证数据，纯电动乘用车的电池装机规模和占比逐步提升，到 2017 年基本和纯电客车持平，到 201