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    “錳”料來了!磷酸錳鐵鋰電池要火

    2023-07-08 18:45:04


    動力電池“江湖”再掀波瀾!“錳”料出爐,眾所矚目的磷酸錳鐵鋰(LMFP)電池即將開啟規?;吧宪嚒敝?。

    7月7日,動力電池企業欣旺達、電池正極材料供應商德方納米兩家上市公司同時對各自的磷酸錳鐵鋰電池相關業務做出回應。欣旺達稱,公司目前正在進行磷酸錳鐵鋰電池的開發工作,磷酸錳鐵鋰電芯產品能量密度可達到235Wh/kg,產品性能處于行業前列,目前已得到客戶的認可,正在進行產業化開發工作;德方納米則表示,公司在磷酸錳鐵鋰電池正極材料方面進行了前瞻布局,產業化進程相對領先,目前已建成磷酸錳鐵鋰產能11萬噸/年,具備批量供貨能力。

    正極材料發展新方向    

    實際上,前不久就有消息稱,寧德時代的M3P電池或將在今年第三季度首發于特斯拉上海工廠生產的改款Model 3車型上,所配備的電池包電量將從此前磷酸鐵鋰電池包的60kWh升級為66kWh。截至目前,寧德時代以及特斯拉官方還未對此做出回應。市場上有很多聲音推測M3P電池就是磷酸錳鐵鋰電池,但事實不僅限于此。寧德時代曾在調研中表示,準確地說,M3P并不是磷酸錳鐵鋰,而是還包含其他金屬元素——公司將其稱為“磷酸鹽體系的三元”。

    而特斯拉首席執行官馬斯克一直對錳基正極電池抱有濃厚的興趣,此前馬斯克曾表示,錳具有巨大潛力,特斯拉一直探索欲在電池中使用更多錳材料。隨著近兩年錳鐵鋰產業鏈迅速發展,正極和電池行業巨頭紛紛加碼布局。研究機構認為,新型錳基正極材料的滲透率提升有望使得鋰電池行業用錳量在2021~2035年間增長超過10倍。

    “公司相關產品包括電解二氧化錳和高純度硫酸錳,現階段產能各有3萬噸。目前已向部分下游磷酸錳鐵鋰生產企業小批量供應。如果磷酸錳鐵鋰電池能有更廣泛的應用空間,錳材料的用量還將得到提升?!彪姵夭牧瞎碳t星發展相關負責人向記者表示。

    “目前,國內上述兩種磷酸錳鐵鋰電芯的主要原料基本上都具備供應能力,分別用于兩種不同技術路線的生產制備工藝?!北本┛萍即髮W冶金與生態工程學院教授曾欣向《中國汽車報》記者介紹,磷酸錳鐵鋰電芯制備工藝大致可分為固相法和液相法。固相法一般使用的原料是二氧化錳,具有反應溫度低、工藝簡單、成本低等優點,但存在晶粒尺寸大、反應不充分等不足。因此,除了部分企業由于條件所限或有自研的升級工藝之外,目前多數電池企業都在采用液相法,原料為高純度硫酸錳,通過有機溶劑產生化學反應生成磷酸錳鐵鋰,具有晶粒尺寸小、反應充分等優點。其不足之處是由于大量使用有機溶劑,使得成本略有增加,但一些企業已經在通過優化工藝來控制成本。

    兼具兩大主流電池技術優點    

    最新數據顯示,今年1~6月,在我國動力電池累計裝車量中,三元鋰電池為48GWh,占總裝車量31.5%,同比增長5.2%;同期磷酸鐵鋰電池累計裝車量103.9GWh,占總裝車量68.3%,同比增長61.5%。

    由此可見,磷酸鐵鋰電池裝車量超越三元鋰電池1倍多,這是因為其綜合性能更勝一籌。而磷酸錳鐵鋰電池本質上是磷酸鐵鋰電池的技術延伸,添加了錳,不僅繼承了磷酸鐵鋰電池的諸多優點,而且具備更多長處?!傲姿徨i鐵鋰之所以被特斯拉等諸多企業看中,是因為其兼具磷酸鐵鋰安全性和三元鋰電池高能量密度等優點,是動力電池的升級方向之一?!北本┐髮W新能源材料與技術實驗室主任其魯向記者表示,在安全性上,磷酸鐵鋰電池要優于三元鋰電池;而磷酸錳鐵鋰電池與磷酸鐵鋰電池一樣,具備良好的熱穩定性和安全性,且無毒環保、對環境友好安全。不管是在針刺、過充等情況下,磷酸錳鐵鋰電池基本上都不會發生自燃、爆燃。在循環壽命上,常溫下磷酸錳鐵鋰電池同樣擁有較高的循環壽命,理論上平均循環壽命超過3000次,高于磷酸鐵鋰電池的2000次和三元鋰電池的1500次平均循環壽命。

    “之前無論是三元鋰電池還是磷酸鐵鋰電池,其諸多核心技術專利仍然屬于國外企業,形成了一定的技術壁壘。但我國企業在磷酸錳鐵鋰電池許多核心技術的研發上,已實現新的突破并處于世界先進行列?!比A東汽車新材料技術研究院研究員林澍文向記者表示,在能量密度上,磷酸錳鐵鋰電池優于磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池。磷酸錳鐵鋰電池電極電壓約為4.1V,高于磷酸鐵鋰的約3.4V,平臺電壓提升20%,相同體積質量的能量密度比磷酸鐵鋰電池提升了20%,這意味著磷酸錳鐵鋰電池將擁有更長的續駛里程。在低溫性能上,磷酸錳鐵鋰電池能量密度比磷酸鐵鋰電池高15%~20%;在-20℃的環境下,磷酸錳鐵鋰電池的容量保持率可達到近80%,而磷酸鐵鋰電池的容量保持率為60%~70%,三元鋰電池的表現更差。在材料成本上,無論是錳和鐵都比鋰更便宜且資源豐富,添加價格較低且可優化電池性能的錳,減少了價格昂貴的鋰的使用,降本效益明顯,也緩解了鋰供應緊張和鋰價高企給企業帶來的采購成本負擔。隨著磷酸錳鐵鋰電池工藝不斷優化,即將進入大批量生產階段,其制造成本有望進一步降低。

    “這是一項足以顛覆世界汽車產業的技術?!瘪R斯克非??春昧姿徨i鐵鋰電池的前景。早在2022年3月,馬斯克就透露特斯拉在研發磷酸錳鐵鋰電池技術,但至今尚未有突破性成果。而目前中國電池企業已經有了磷酸錳鐵鋰電池產品,特斯拉率先規?;瘧靡簿惋@得順理成章?!按饲?,特斯拉德國工廠生產的車型已經采用了比亞迪的磷酸鐵鋰刀片電池,未來使用磷酸錳鐵鋰電池等優勢更多的新技術和新產品來達到降本增效的目的,并不令人意外?!痹勒f。

    商業化前景一片大好    

    作為汽車電動化技術的風向標之一,特斯拉在技術上每前進一步,幾乎都會在行業引發關注并在一定程度上產生示范效應,從第一個實際應用一體化壓鑄等新技術到有望率先實現磷酸錳鐵鋰電池規?;宪?,無不如此。

    在某種程度上,產業需求是新技術、新產品加速商業化的最大動力?!搬槍σ酝合喾ㄖ苽涔に嚨牟蛔?,我們運用‘涅甲界面改性技術’和‘離子超導技術’等核心技術,獨家自研首創了新的液相法制備工藝,有效解決了磷酸錳鐵鋰導電性能與倍率性能差的難題,加速了產業化進程?!钡路郊{米副總裁任望保表示,公司的磷酸錳鐵鋰產能正加速釋放,計劃2025年末產能將達44萬噸。

    今年5月,國軒高科發布了其自研的L600啟晨電芯及電池包?!癓600啟晨電芯采用了磷酸錳鐵鋰技術路線,可以實現240Wh/kg的能量密度,能量密度和循環性能均較好,續駛里程可達1000公里?!眹幐呖茋H業務板塊執行總裁程騫告訴記者,國軒高科通過自研解決了磷酸錳鐵鋰電池固有的錳溶出、較高溫度下循環性差、導電率低影響快充等三大技術難題,做到了產品有效抑制錳溶出;常溫狀態下可達到4000次循環,在45℃高溫下也可以實現1800次循環;通過摻雜包覆技術提高了材料導電率,并采用粒徑復合技術提高壓實密度,使電芯可以實現18分鐘快充。同時,由于優化了設計,電池包結構件數量減少45%,重量降低32%,線束長度減少26%,從而使得電池實現了輕量化和成本下降。

    除了上述企業,還有比亞迪、中創新航、孚能科技、星恒電源、瑞浦蘭鈞、珩創納米等汽車產業鏈相關企業都在加大對磷酸錳鐵鋰電池的布局。

    在如今新能源汽車產業對具備更安全、長續駛、更廉價、更環保及可快速充電等性能動力電池的不斷追求之下,動力電池新產品正不斷涌現。從材料及結構上看,除了傳統的三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池,半固態電池、鈉離子電池、凝聚態電池等發展勢頭良好,還有全固態電池、石墨烯電池等正處于研發當中。

    “從現有技術來看,磷酸錳鐵鋰電池在未來相當長一段時期內具有較大的市場發展潛力?!绷咒谋硎?,盡管當前市場上有多種多樣的動力電池產品,各電池企業自己命名的產品在名稱上也是“五花八門”、“爭奇斗艷”,但磷酸錳鐵鋰電池仍不容小覷。它之所以被特斯拉等諸多企業看好,是因為其本身具備了良好的發展前景,有望在商業化中體現出其降本增效環保的更多優勢?!皠恿﹄姵仡I域本身具有技術迭代較快的特點,隨著企業創新能力的提升,不斷涌現更具優勢的動力電池新品種既是發展的客觀規律,也是適應產業需求的大勢所趨?!绷咒恼f。


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