“如果固態(tài)電池能夠量產(chǎn)，三元、磷酸鐵鋰等是否都要被淘汰？”記者以此問題詢問中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員夏永高。
夏永高回答：“固態(tài)電池是發(fā)展方向，能量密度、安全性等指標(biāo)都很好，全球多個(gè)實(shí)驗(yàn)室在努力，但量產(chǎn)的固態(tài)電池還沒有出現(xiàn)。在這種情況下，人們想到了過渡方案。錳元素的高電壓吸引了不少研究人員的關(guān)注，錳基電池材料量產(chǎn)成為現(xiàn)實(shí)?！?/p>
作為錳基電池材料中的一員，近年來，多家企業(yè)大力發(fā)展磷酸錳鐵鋰。那么，磷酸錳鐵鋰在2023年能否唱“主角”？
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01 磷酸鐵鋰重新成為主流
幾年前，受補(bǔ)貼政策影響，三元鋰電池在乘用車市場占據(jù)較高份額。但是如果拋開補(bǔ)貼政策因素，磷酸鐵鋰價(jià)格低、循環(huán)壽命高于三元鋰電池的優(yōu)勢明顯，依托這些優(yōu)勢，磷酸鐵鋰有較強(qiáng)的綜合成本優(yōu)勢。
國家科技成果轉(zhuǎn)化基金新能源汽車創(chuàng)業(yè)投資子基金合伙人兼總裁方建華告訴記者，在磷酸鐵鋰電池中，正極材料僅占成本的20%-30%，而三元材料約占40%，鈷金屬價(jià)格較高拉低了三元材料的能量密度優(yōu)勢。磷酸鐵鋰的安全性高于三元材料，從全生命周期來看，磷酸鐵鋰比三元材料更有成本優(yōu)勢，“三元材料的循環(huán)周期約為1000次，磷酸鐵鋰可以輕松達(dá)到1500-2000次”。
2021年，磷酸鐵鋰的裝車量超過三元電池。中國汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟的數(shù)據(jù)顯示，磷酸鐵鋰電池產(chǎn)量累計(jì)125.4GWh,占總產(chǎn)量57.1%。此后，磷酸鐵鋰電池一直處于主流地位。
資料來源：中國汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟 單位：MWh、%
進(jìn)入補(bǔ)貼時(shí)代，磷酸鐵鋰因能量密度較低而被冷落，但是，負(fù)極技術(shù)進(jìn)步讓磷酸鐵鋰煥發(fā)了“第二春”。以往磷酸鐵鋰的負(fù)極采用石墨，石墨負(fù)極理論比容量為372mAh/g，研究人員發(fā)現(xiàn)，硅基負(fù)極材料的比容量可以達(dá)到4200mAh/g，這項(xiàng)重大技術(shù)進(jìn)步讓磷酸鐵鋰的能量密度徘徊于170Wh/Kg，迅速增長到190Wh/Kg，加上原有的成本與安全優(yōu)勢，進(jìn)一步鞏固了磷酸鐵鋰的市場地位。
02 磷酸錳鐵鋰崛起
中國科學(xué)院物理所研究員李泓告訴記者，20年前，錳基材料電池就被人們研發(fā)出來，日產(chǎn)汽車的聆風(fēng)使用錳酸鋰電池，磷酸錳鋰電池幾乎沒有被人們采用。“最近被人們廣泛議論的錳基材料電池不是新鮮事，這種電池優(yōu)勢明顯，短板也突出?！崩钽f。
電池界通常用5個(gè)指標(biāo)衡量電池的性能，能量密度、倍率性能、成本、安全性和循環(huán)壽命。據(jù)介紹，錳酸鋰材料比磷酸鐵鋰的成本低20％～30％。另外，錳酸鋰電池的電壓較高，達(dá)到3.9V，磷酸鐵鋰電池為3.4V，三元鋰電池為3.8V。電壓高意味著電池PACK可以使用較少的電芯。
與磷酸鐵鋰相比，磷酸錳鋰的能量密度高20%，但價(jià)格比磷酸鐵鋰便宜；與錳酸鋰相比，磷酸錳鋰的能量密度更高，高溫循環(huán)壽命更長；與三元材料相比，磷酸錳鋰具有相似的能量密度，但更安全，價(jià)格更低。
似乎磷酸錳鋰兼具各方優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)該順理成章地成為主流材料。然而，在市場上幾乎找不到商品化的磷酸錳鋰電池。夏永高說：“磷酸錳鋰本身結(jié)構(gòu)限制，合成穩(wěn)定可逆充放電的磷酸錳鋰非常困難。磷酸錳鋰也存在電子電導(dǎo)率和鋰離子擴(kuò)散速率低的難題?！?/p>
磷酸錳鋰很難量產(chǎn)，研究人員嘗試在磷酸鐵鋰中加入錳元素，得到了磷酸鐵錳鋰，它的電壓達(dá)到4.1伏，遠(yuǎn)高于磷酸鐵鋰的3.4伏。然而，磷酸鐵錳鋰并不是磷酸鐵鋰的升級(jí)版。夏永高告訴記者，磷酸錳鐵鋰電池單獨(dú)使用會(huì)有一些難題，磷酸錳鐵鋰材料的粒徑需要做到50納米，磷酸鐵鋰的粒徑約為數(shù)百納米，粒徑小就非常容易吸水。磷酸錳鐵鋰材料放在空氣中吸水量很快就能達(dá)到6000～7000PPM。材料吸水后會(huì)造成表面的改性。
盡管磷酸錳鐵鋰難以單獨(dú)使用，與三元鋰電池配合使用效果不錯(cuò)。據(jù)介紹，磷酸錳鐵鋰與三元電池配合使用有不錯(cuò)的效果。磷酸錳鐵鋰不適合與磷酸鐵鋰電池混合使用，因?yàn)榱姿徨i鐵鋰與磷酸鐵鋰之間電壓相差0.7伏，BMS控制存在大拐點(diǎn)，BMS很難處理這個(gè)大拐點(diǎn)。而三元材料電池的電壓為3.8伏，與磷酸錳鐵鋰比較接近。
磷酸錳鐵鋰在磷酸鐵鋰和三元電池之間有自己的位置，能量密度比磷酸鐵鋰高，安全性沒有明顯的降低，成本增加并不顯著，綜合起來，磷酸錳鐵鋰的優(yōu)勢比較明顯，正是這樣綜合優(yōu)勢，讓磷酸錳鐵鋰崛起。
03 多家企業(yè)布局磷酸錳鐵鋰
隨著磷酸錳鐵鋰的優(yōu)勢被越來越多的企業(yè)認(rèn)識(shí)到，搶占賽道、布局生產(chǎn)成為許多企業(yè)的首選。浙商證券分析師張雷認(rèn)為，德方納米、容百科技、當(dāng)升科技等在磷酸錳鐵鋰行業(yè)布局較早、規(guī)模較大的企業(yè)值得高度關(guān)注。
據(jù)悉，孚能科技在戰(zhàn)略及新品發(fā)布會(huì)上表示，計(jì)劃在2023年推出第一代磷酸錳鐵鋰產(chǎn)品；在2022世界新能源汽車大會(huì)上，中創(chuàng)新航對(duì)外發(fā)布OS高錳鐵鋰電池；星恒電源與珩創(chuàng)納米在鹽城簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，雙方將就磷酸錳鐵鋰產(chǎn)品開展深度合作，星恒電源還與龍?bào)纯萍甲庸境Ｖ蒌囋淳土姿徨i鐵鋰材料項(xiàng)目簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議。
寧德時(shí)代4.13億元投資LMFP廠商力泰鋰能，成為其第一大股東，力泰鋰能擁有年產(chǎn)2000噸磷酸錳鐵鋰生產(chǎn)線，并計(jì)劃新建年產(chǎn)3000噸磷酸錳鐵鋰產(chǎn)線。瑞浦蘭鈞對(duì)外表示，2023-2024年,公司的磷酸錳鐵鋰能量密度將做到500Wh/L,支持純電車型800公里續(xù)航。德方納米年產(chǎn)11萬噸新型磷酸鹽系正極材料生產(chǎn)基地項(xiàng)目在云南曲靖正式投產(chǎn)，是目前全國已建成投產(chǎn)最大單體產(chǎn)能的磷酸錳鐵鋰正極材料項(xiàng)目。
更加令人關(guān)注的是，國內(nèi)正極材料龍頭企業(yè)容百科技出資收購斯科蘭德，斯科蘭德深耕磷酸錳鐵鋰多年，是國內(nèi)磷酸錳鐵鋰的重磅企業(yè)。
斯科蘭德總經(jīng)理李積剛告訴記者，現(xiàn)有產(chǎn)能6200噸，在進(jìn)行新增5000噸產(chǎn)線的擴(kuò)建。2023年初步規(guī)劃10萬噸產(chǎn)能，有望進(jìn)一步加速產(chǎn)能建設(shè)。預(yù)計(jì)2023年有幾個(gè)車型完成定點(diǎn)。為了應(yīng)對(duì)2023年定點(diǎn)車型之后，錳基材料需求的爆發(fā)，斯科蘭德10萬噸產(chǎn)能在四季度或年底建成。“錳基材料電池在電動(dòng)汽車上的驗(yàn)證，至少到2023年的第三季度才能走完全部的測試，目前測試情況良好?！?/p>
李積剛向記者強(qiáng)調(diào)，“目前公司磷酸錳鐵鋰的產(chǎn)品性能和工藝比較有優(yōu)勢，產(chǎn)品盈利性非常好，單噸盈利能力已經(jīng)超過高鎳產(chǎn)品，一旦產(chǎn)品認(rèn)證通過，后面的產(chǎn)能擴(kuò)張會(huì)非?？??！?/p>
2023年，磷酸錳鐵鋰能否唱主角，錳基材料動(dòng)力電池試車情況極為關(guān)鍵，如果表現(xiàn)良好將帶動(dòng)整個(gè)行業(yè)向磷酸錳鐵鋰傾斜，真正成為磷酸錳鐵鋰大發(fā)展元年。
關(guān)鍵詞： LMFP 能量密度 正極材料 電池產(chǎn)業(yè)
