中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：在“卷”而又“卷”的動(dòng)力電池領(lǐng)域，沖出了一匹“黑馬”，那就是磷酸錳鐵鋰電池。
先是國(guó)產(chǎn)特斯拉Model 3改款車型將采用磷酸錳鐵鋰電池的消息引起熱議；后有工信部第374批《道路機(jī)動(dòng)車輛生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品公告》顯示，有4款車型的儲(chǔ)能裝置采用了“三元鋰離子＋磷酸錳鐵鋰電池”的組合。
作為磷酸鐵鋰電池的“升級(jí)版本”，磷酸錳鐵鋰電池量產(chǎn)裝車在即，能否掀起動(dòng)力電池市場(chǎng)的新風(fēng)潮？
產(chǎn)業(yè)鏈“搶灘”磷酸錳鐵鋰
一直以來，新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)都在尋求實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池的突破，以提高整車?yán)m(xù)駛里程和其他性能。磷酸錳鐵鋰電池上車，無疑是行業(yè)又一次的技術(shù)新嘗試。
記者了解到，無論動(dòng)力電池企業(yè)，還是上游材料供應(yīng)商，抑或整車制造商都對(duì)磷酸錳鐵鋰電池產(chǎn)生了不小的興趣。據(jù)悉，寧德時(shí)代、比亞迪、億緯鋰能、國(guó)軒高科、孚能科技、蜂巢能源、瑞浦蘭鈞、龍?bào)纯萍?、星恒電源、德方納米、當(dāng)升科技、容百科技等企業(yè)都在爭(zhēng)相就此開展布局。
根據(jù)工信部的企業(yè)及產(chǎn)品公告，奇瑞星途星紀(jì)元兩款車型和智界S7兩款車型，使用寧德時(shí)代三元鋰離子和磷酸錳鐵鋰電池，也就是備受業(yè)界關(guān)注的M3P電池。2021年，寧德時(shí)代宣布以4.13億元獲得磷酸錳鐵鋰材料公司力泰鋰能15.57％的股權(quán)，后者擁有2000噸磷酸錳鐵鋰生產(chǎn)線。
今年5月，國(guó)軒高科發(fā)布了采用磷酸錳鐵鋰技術(shù)路線的L600啟晨電芯及電池包。據(jù)介紹，L600啟晨電芯可實(shí)現(xiàn)240Wh/kg的能量密度及18分鐘的快充，預(yù)計(jì)2024年量產(chǎn)。
此外，欣旺達(dá)在投資者互動(dòng)平臺(tái)上表示，公司目前正在進(jìn)行磷酸錳鐵鋰電池的開發(fā)工作，其電芯的能量密度可達(dá)235Wh/kg，整體性能處于行業(yè)前列，目前已得到客戶的認(rèn)可，正在進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化開發(fā)工作。另據(jù)券商透露，比亞迪磷酸錳鐵鋰電池將于2024年上半年發(fā)布并實(shí)現(xiàn)裝車。
東吳證券的研報(bào)指出，特斯拉Model 3改款將成為磷酸錳鐵鋰電池爆發(fā)增長(zhǎng)的催化劑。特斯拉一度被稱為汽車行業(yè)的“帶貨王”，引領(lǐng)了一體化壓鑄、大圓柱電池等多種新技術(shù)應(yīng)用的潮流。有消息靈通人士透露，66kWh的磷酸錳鐵鋰電池包，不僅將供改款Model 3配裝，還會(huì)成為特斯拉的平臺(tái)方案，也有望被此后的Model Y改款車型采用。
在市場(chǎng)需求的催動(dòng)之下，材料企業(yè)也紛紛入局。今年8月底，龍?bào)纯萍计煜潞变囋窗l(fā)布了新一代高能量密度的正極材料產(chǎn)品“錳鋰1號(hào)”。龍?bào)纯萍挤矫娓嬖V記者，普通的磷酸鐵鋰電池單體只有3.3V的平均放電電壓，而“錳鋰1號(hào)”利用金屬錳元素替代磷酸鐵鋰中的鐵元素，將平均放電電壓提升至3.7V以上，且在3C倍率下放電容量不低于140mAh/g，將大幅提升動(dòng)力電池的功率密度和能量密度。
容百科技方面則表示，今年上半年公司已累計(jì)出貨近千噸磷酸錳鐵鋰正極材料，市場(chǎng)占有率超過70％，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于家儲(chǔ)、動(dòng)力等領(lǐng)域。此外，容百科技近期還披露了磷酸錳鐵鋰的市場(chǎng)進(jìn)展與擴(kuò)產(chǎn)規(guī)劃，計(jì)劃于2025年底在中、韓兩國(guó)建成14萬噸／年磷酸錳鐵鋰產(chǎn)能，2030年底在中、韓、歐、美市場(chǎng)建成56萬噸／年磷酸錳鐵鋰產(chǎn)能。
磷酸鐵鋰電池的“升級(jí)版”
“磷酸錳鐵鋰可被定位為‘鐵鋰的升級(jí)版本’，兼具磷酸鐵鋰高安全性和三元鋰材料高能量密度的優(yōu)點(diǎn)。理論上，錳、鐵的比例為6:4時(shí)，性能相較鐵鋰提升10％～15％，錳全部替換時(shí)性能可提升21％?！饼?bào)纯萍佳芯吭涸洪L(zhǎng)史瑩飛對(duì)記者表示，磷酸錳鐵鋰由磷酸鐵鋰和磷酸錳鋰相結(jié)合而形成，充分結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn)，具有橄欖石型結(jié)構(gòu)；磷酸鐵鋰具有易于合成、低成本和較高電導(dǎo)率等優(yōu)勢(shì)；磷酸錳鋰具有高電壓平臺(tái)、高能量密度的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)了磷酸鐵鋰的不足；由于鐵和錳原子的半徑相近，可實(shí)現(xiàn)任意比例互溶，從而可創(chuàng)造出磷酸錳鐵鋰。
對(duì)動(dòng)力電池來說，在保證安全性的前提下，降低成本并提升能量密度、增加續(xù)駛里程是其發(fā)展方向。據(jù)介紹，磷酸錳鐵鋰的電壓平臺(tái)呈現(xiàn)二階梯形式，平臺(tái)長(zhǎng)度正比于錳鐵比例。錳鐵比例直接影響高低電位下的放電容量，錳含量越高，能量密度越高，但也會(huì)出現(xiàn)容量降低和循環(huán)壽命衰減的問題。錳鐵互溶后，材料會(huì)出現(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)畸變，電池循環(huán)中可能發(fā)生錳溶出，與電解液反應(yīng)，進(jìn)而影響循環(huán)壽命。同時(shí)，材料電導(dǎo)率、離子擴(kuò)散系數(shù)較差，從而影響倍率性能。使用納米化等改性手段，可基本解決材料電化學(xué)問題，但會(huì)降低材料壓實(shí)密度。
“磷酸錳鐵鋰的優(yōu)勢(shì)應(yīng)該是成本降低，劣勢(shì)是內(nèi)阻偏大，所以更多用在成本敏感領(lǐng)域，但恐怕無法做快充電池?！蹦硠?dòng)力電池企業(yè)技術(shù)總工程師對(duì)記者說。
針對(duì)發(fā)展磷酸錳鐵鋰面臨的挑戰(zhàn)，動(dòng)力電池企業(yè)和材料供應(yīng)商正在努力攻關(guān)。史瑩飛告訴記者，“錳鋰1號(hào)”采用了“能量球2.0”技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高容量、高電壓、高倍率、高壓實(shí)。其中，納米化技術(shù)將顆粒縮小至納米尺寸，減少鋰離子在顆粒內(nèi)部的擴(kuò)散路徑，增強(qiáng)離子傳遞，提高充放電效率，改善化學(xué)反應(yīng)速率，降低電池的內(nèi)部極化，提高循環(huán)壽命；錳-鐵均勻固溶技術(shù)獨(dú)特的前驅(qū)體合成工藝，改善了錳溶出，提高磷酸錳鐵鋰材料的循環(huán)性能；基于前驅(qū)體的優(yōu)勢(shì)，耦合磷酸鐵鋰產(chǎn)線，在制造成本、生產(chǎn)效率，以及設(shè)備通用性等方面形成獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
或?qū)崿F(xiàn)部分中低端替代
來自高工產(chǎn)研鋰電研究所的調(diào)研數(shù)據(jù)顯示：2022年，國(guó)內(nèi)磷酸錳鐵鋰正極材料出貨量達(dá)2000噸，預(yù)計(jì)2023年將超過1.5萬噸，2025年磷酸錳鐵鋰正極材料出貨量有望超過20萬噸。
特斯拉創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官馬斯克曾在社交媒體上稱，錳元素將替代動(dòng)力電池正極材料中的鐵和磷，并推動(dòng)其生產(chǎn)規(guī)模進(jìn)入“TWh時(shí)代”。東吳證券的研報(bào)認(rèn)為，磷酸錳鐵鋰可使動(dòng)力電池能量密度提升10％～20％，且理論上成本更低，有望替代磷酸鐵鋰和中鎳三元鋰材料。這份研報(bào)指出，2025年，國(guó)內(nèi)磷酸錳鐵鋰電池的需求將接近130GWh；到2030年這個(gè)數(shù)字或超1500GWh，其市場(chǎng)滲透率將超30％，對(duì)應(yīng)的正極材料需求超過260萬噸，市場(chǎng)規(guī)模超1500億元。
前述動(dòng)力電池企業(yè)技術(shù)總工程師表示，兩輪車對(duì)成本特別敏感，所以磷酸錳鐵鋰電池有了市場(chǎng)進(jìn)入機(jī)會(huì)，而一部分中、低端電動(dòng)汽車，由于對(duì)降本的需求比較迫切，也可能選擇配套磷酸錳鐵鋰電池。
史瑩飛也認(rèn)為，在磷酸錳鐵鋰電池的市場(chǎng)進(jìn)展中，其有望在兩輪車上率先落地，進(jìn)而開拓中、低端電動(dòng)汽車領(lǐng)域。原因在于，兩輪車的應(yīng)用場(chǎng)景驗(yàn)證周期短，可以率先落地；而在電動(dòng)汽車上，隨著經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)顯現(xiàn)和低溫性能改善，磷酸錳鐵鋰電池未來有望向更多場(chǎng)景滲透。
“目前，磷酸錳鐵鋰電池在吸潮機(jī)理、量?jī)r(jià)關(guān)系上，還沒有完全成熟，因此僅屬于部分性能領(lǐng)先的前瞻技術(shù)?！避嚪蜃稍兒匣锶瞬軓V平向記者道出了自己的判斷，區(qū)別于三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池，磷酸錳鐵鋰電池是正極材料變化而形成的一種電池。與市場(chǎng)上回歸后比較成熟的磷酸鐵鋰電池相比，其具有電壓高、能量密度高、壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，但電導(dǎo)率低，量產(chǎn)也還存在一些困難。
曹廣平進(jìn)一步指出，磷酸錳鐵鋰電池的出現(xiàn)正好是在“窗口期”，目前真正的固態(tài)電池還未實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)裝車，磷酸鐵鋰電池也觸及能量密度的“天花板”。但磷酸錳鐵鋰電池想要超越磷酸鐵鋰電池，還有很多挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)固態(tài)化則更難。另外，從世界范圍內(nèi)看，日、韓、美等市場(chǎng)并未把過多精力投入到磷酸錳鐵鋰電池的研發(fā)上。而由于我國(guó)純電動(dòng)汽車行業(yè)具有先發(fā)優(yōu)勢(shì)，市場(chǎng)亟需這類電池更好地代替磷酸鐵鋰產(chǎn)品，甚至與三元鋰電池展開競(jìng)爭(zhēng)?！傲姿徨i鐵鋰電池的大規(guī)模量產(chǎn)裝車，還需歷經(jīng)數(shù)年的市場(chǎng)驗(yàn)證過程。由此可以判定，其在兩年內(nèi)超越磷酸鐵鋰電池的可能性幾乎沒有；能否擠占一些三元鋰電池的份額，則將視磷酸錳鐵鋰電池的具體產(chǎn)業(yè)化情況而定?！彼J(rèn)為。
