磷酸铁锂王者归来？
锂电池，安全是首要因素，磷酸铁锂能量密度稍低，但性能稳定安全。目前常见的正极材料主要有钴酸锂（LCO）、磷酸铁锂（LFP）和三元（NCM）。钴酸锂是最先商业化的正极材料，电压高、振实密度高、结构稳定、安全性好，但成本高且克容量低。三元材料根据镍钴锰的含量不同，容量和成本有所差异，整体能量密度高于磷酸铁锂和钴酸锂。镍含量越高、钴含量越低，克容量越高，初始原材料成本越低。磷酸铁锂克容量介于两者中间，循环性能好，安全性好。
目前磷酸铁锂的使用成本约为0.08 元/Wh，三元811、622 和523 分别为0.29/0.24/0.23 元/Wh，使用磷酸铁锂在正极上可以节省0.15-0.21 元/Wh，对应节省65-72%的正极成本。
不同正极材料使用成本对比(元/Wh)：
NCM811原材料成本测算（元/Wh）
基础结构、碳包覆和碳还原三大核心专利构筑壁垒，最晚将于2022 年到期。国际上第一个明确的磷酸铁锂专利为1997 年德州大学John B Goodenough 教授作为发明人申请的，该专利延伸了数十个专利，在美国、加拿大、日本、欧洲等国家和地区均得到了授权，该专利主要保护了磷酸铁锂的结构组成和制备方法，是磷酸铁锂的基础性专利。魁北克水力公司（Hydro-Quebec）从德州大学获得了独家授权。
由于磷酸铁锂本身电导率差，用作电池材料需进行改进，关键手段就在于碳包覆。2000 年第一篇采用包碳方法改进磷酸铁锂由魁北克水力公司作为申请人申请，该专利也在多国和地区都进行了申请并拿到了授权，该专利为磷酸铁锂的第二个关键专利。此后，在磷酸铁锂中掺杂其他金属等其他改性方式也被一一申请。
第三个磷酸铁锂的核心专利为碳热还原，魁北克水力（CA2320661）和Valence公司（CA2395115）分别于2002 年和2000 年申请了相关专利，Valence后于2007年提起诉讼并胜诉。该专利也在多个国家和地区进行了申请并获得了授权。
国内宣告核心专利无效，为国内磷酸铁锂的蓬勃发展奠立了基础。2003 年，魁北克水力等专利权利人在国际专利的基础上向中国国家知识产权局提出发明专利申请“控制尺寸的涂覆碳的氧化还原材料的合成方法”，并于2008 年获得专利授权。2010 年8 月，中国电池工业协会针对以上专利向国家专利复审委员会提出无效请求。2011 年3 月开庭审理，5 月底国家专利专利复审委员会作出无效决定，对加方修改后的111 项权利要求宣告全部无效。此后又经历一审和二审，全部维持全部无效决定。该判决结果打消了需要付高额专利费的顾虑，为国内磷酸铁锂行业的壮大发展奠立了基础。
诉讼纠纷和高昂专利费阻遏磷酸铁锂海外进程，核心专利将于2022 年到期。从2000 年起，磷酸铁锂相关专利的诉讼纠纷就持续不断。2001 年德州大学和魁北克向日本电报公司（NTT）提起诉讼，于08 年庭外和解，NTT 支付3000 万美金和解金，此后还有德州大学和魁北克水力公司对A123 诉讼等。
目前磷酸铁锂核心专利主要掌握在LiFePO4+C LICENSING AG 手中，其为魁北克水力公司、蒙特利尔大学、法国国家科学研究中心专利权所有人授权的许可机构，目前已经授权给台湾立凯、日本住友、日本三井和德方纳米等公司。
台湾立凯于2011 年7 月与LiFePO4+C LICENSING AG 签订专利授权合约，授权期间到2023 年4 月9 日止。根据该合约，台湾立凯需首次支付固定授权金，在授权期间还需根据销售额按比例支付权利金，并在加拿大魁北克省建设1000 吨磷酸铁锂产能。该专利授权在台湾立凯带来约3 亿新台币（近7000 万人民币）的专利授权金，每年摊销2558.4 万新台币（近600 万人民币），在19 年营业成本中占比6.15%。德方纳米于2019 年11 月与LiFePO4+C LICENSING AG 签署许可协议，为磷酸铁锂海外市场拓展奠立基础。专利有效期最长20 年，磷酸铁锂三大核心专利最晚在2022 年到期，届时磷酸铁锂海外发展之路将顺畅许多。
最初国内磷酸铁锂以动力市场为主，2017 年之后由于补贴政策向高能量密度的三元电池开始倾斜，磷酸铁锂动力电池占比下降，增速变缓。2019 年非动力市场开始爆发，测算当年占比近四成，同比翻倍增长，2020 年预计以非动力市场为主。
后补贴时代，磷酸铁锂性价比优势凸显，强势回归动力市场。当前补贴方案下，磷酸铁锂重获经济优势，考虑补贴后仍可实现显著降本。据我们测算，由三元换成铁锂版本电池成本下降0.69-1.35 万元，相当于下降13-27%，考虑补贴差异后成本下降0.46-0.56 万元，相当于下降9-11%。此外，“刀片”、“CTP”等技术将磷酸铁锂系统能量密度提升至160Wh/kg。2020 年推广目录中磷酸铁锂车型占比提升，乘用车装机占比提升显著，在以特斯拉Model 3 和比亚迪汉为代表的明星车型带领下提升趋势有望延续。
行业竞争激烈，产能结构性过剩，但头部厂家满产满销，优势明显。磷酸铁锂电池环节和材料环节竞争都十分激烈，行业产能过剩，利用率低下。但头部厂家基本满产满销，产能利用率高。高产能利用率摊薄生产成本，进一步加强头部厂家竞争力。
作者：起点研究院