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“錳”料來了!磷酸錳鐵鋰(LMFP)電池即將開啟規(guī)模化“上車”之旅
日期:2023-07-18   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:sy_qianjiao 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
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(guī)?;?ldquo;上車”之旅。

近日,動力電池企業(yè)欣旺達(dá)、電池正極材料供應(yīng)商德方納米兩家上市公司同時(shí)對各自的磷酸錳鐵鋰電池相關(guān)業(yè)務(wù)做出回應(yīng)。欣旺達(dá)稱,公司目前正在進(jìn)行磷酸錳鐵鋰電池的開發(fā)工作,磷酸錳鐵鋰電芯產(chǎn)品能量密度可達(dá)到235Wh/kg,產(chǎn)品性能處于行業(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;德方納米則表示,公司在磷酸錳鐵鋰電池正極材料方面進(jìn)行了前瞻布局,產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程相對領(lǐng)先,目前已建成磷酸錳鐵鋰產(chǎn)能11萬噸/年,具備批量供貨能力。

正極材料發(fā)展新方向

實(shí)際上,前不久就有消息稱,寧德時(shí)代的M3P電池或?qū)⒃诮衲甑谌径仁装l(fā)于特斯拉上海工廠生產(chǎn)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(shí)代以及特斯拉官方還未對此做出回應(yīng)。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(shí)不僅限于此。寧德時(shí)代曾在調(diào)研中表示,準(zhǔn)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(zhí)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(chǎn)業(yè)鏈迅速發(fā)展,正極和電池行業(yè)巨頭紛紛加碼布局。研究機(jī)構(gòu)認(rèn)為,新型錳基正極材料的滲透率提升有望使得鋰電池行業(yè)用錳量在2021~2035年間增長超過10倍。

“公司相關(guān)產(chǎn)品包括電解二氧化錳和高純度硫酸錳,現(xiàn)階段產(chǎn)能各有3萬噸。目前已向部分下游磷酸錳鐵鋰生產(chǎn)企業(yè)小批量供應(yīng)。如果磷酸錳鐵鋰電池能有更廣泛的應(yīng)用空間,錳材料的用量還將得到提升。”電池材料供應(yīng)商紅星發(fā)展相關(guān)負(fù)責(zé)人向記者表示。

“目前,國內(nèi)上述兩種磷酸錳鐵鋰電芯的主要原料基本上都具備供應(yīng)能力,分別用于兩種不同技術(shù)路線的生產(chǎn)制備工藝。”北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院教授曾欣向《中國汽車報(bào)》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(yīng)溫度低、工藝簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn),但存在晶粒尺寸大、反應(yīng)不充分等不足。因此,除了部分企業(yè)由于條件所限或有自研的升級工藝之外,目前多數(shù)電池企業(yè)都在采用液相法,原料為高純度硫酸錳,通過有機(jī)溶劑產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成磷酸錳鐵鋰,具有晶粒尺寸小、反應(yīng)充分等優(yōu)點(diǎn)。其不足之處是由于大量使用有機(jī)溶劑,使得成本略有增加,但一些企業(yè)已經(jīng)在通過優(yōu)化工藝來控制成本。

兼具兩大主流電池技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

最新數(shù)據(jù)顯示,今年1~6月,在我國動力電池累計(jì)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(jì)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?yàn)槠渚C合性能更勝一籌。而磷酸錳鐵鋰電池本質(zhì)上是磷酸鐵鋰電池的技術(shù)延伸,添加了錳,不僅繼承了磷酸鐵鋰電池的諸多優(yōu)點(diǎn),而且具備更多長處。“磷酸錳鐵鋰之所以被特斯拉等諸多企業(yè)看中,是因?yàn)槠浼婢吡姿徼F鋰安全性和三元鋰電池高能量密度等優(yōu)點(diǎn),是動力電池的升級方向之一。”北京大學(xué)新能源材料與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室主任其魯向記者表示,在安全性上,磷酸鐵鋰電池要優(yōu)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(wěn)定性和安全性,且無毒環(huán)保、對環(huán)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(fā)生自燃、爆燃。在循環(huán)壽命上,常溫下磷酸錳鐵鋰電池同樣擁有較高的循環(huán)壽命,理論上平均循環(huán)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(huán)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(shù)專利仍然屬于國外企業(yè),形成了一定的技術(shù)壁壘。但我國企業(yè)在磷酸錳鐵鋰電池許多核心技術(shù)的研發(fā)上,已實(shí)現(xiàn)新的突破并處于世界先進(jìn)行列。”華東汽車新材料技術(shù)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(yōu)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(zhì)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(xù)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(huán)境下,磷酸錳鐵鋰電池的容量保持率可達(dá)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(xiàn)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(jià)格較低且可優(yōu)化電池性能的錳,減少了價(jià)格昂貴的鋰的使用,降本效益明顯,也緩解了鋰供應(yīng)緊張和鋰價(jià)高企給企業(yè)帶來的采購成本負(fù)擔(dān)。隨著磷酸錳鐵鋰電池工藝不斷優(yōu)化,即將進(jìn)入大批量生產(chǎn)階段,其制造成本有望進(jìn)一步降低。

“這是一項(xiàng)足以顛覆世界汽車產(chǎn)業(yè)的技術(shù)。”馬斯克非??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(fā)磷酸錳鐵鋰電池技術(shù),但至今尚未有突破性成果。而目前中國電池企業(yè)已經(jīng)有了磷酸錳鐵鋰電池產(chǎn)品,特斯拉率先規(guī)?;瘧?yīng)用也就顯得順理成章。“此前,特斯拉德國工廠生產(chǎn)的車型已經(jīng)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(yōu)勢更多的新技術(shù)和新產(chǎn)品來達(dá)到降本增效的目的,并不令人意外。”曾欣說。

商業(yè)化前景一片大好

作為汽車電動化技術(shù)的風(fēng)向標(biāo)之一,特斯拉在技術(shù)上每前進(jìn)一步,幾乎都會在行業(yè)引發(fā)關(guān)注并在一定程度上產(chǎn)生示范效應(yīng),從第一個(gè)實(shí)際應(yīng)用一體化壓鑄等新技術(shù)到有望率先實(shí)現(xiàn)磷酸錳鐵鋰電池規(guī)?;宪?,無不如此。

在某種程度上,產(chǎn)業(yè)需求是新技術(shù)、新產(chǎn)品加速商業(yè)化的最大動力。“針對以往液相法制備工藝的不足,我們運(yùn)用‘涅甲界面改性技術(shù)’和‘離子超導(dǎo)技術(shù)’等核心技術(shù),獨(dú)家自研首創(chuàng)了新的液相法制備工藝,有效解決了磷酸錳鐵鋰導(dǎo)電性能與倍率性能差的難題,加速了產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。”德方納米副總裁任望保表示,公司的磷酸錳鐵鋰產(chǎn)能正加速釋放,計(jì)劃2025年末產(chǎn)能將達(dá)44萬噸。

今年5月,國軒高科發(fā)布了其自研的L600啟晨電芯及電池包。“L600啟晨電芯采用了磷酸錳鐵鋰技術(shù)路線,可以實(shí)現(xiàn)240Wh/kg的能量密度,能量密度和循環(huán)性能均較好,續(xù)駛里程可達(dá)1000公里。”國軒高科國際業(yè)務(wù)板塊執(zhí)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(huán)性差、導(dǎo)電率低影響快充等三大技術(shù)難題,做到了產(chǎn)品有效抑制錳溶出;常溫狀態(tài)下可達(dá)到4000次循環(huán),在45℃高溫下也可以實(shí)現(xiàn)1800次循環(huán);通過摻雜包覆技術(shù)提高了材料導(dǎo)電率,并采用粒徑復(fù)合技術(shù)提高壓實(shí)密度,使電芯可以實(shí)現(xiàn)18分鐘快充。同時(shí),由于優(yōu)化了設(shè)計(jì),電池包結(jié)構(gòu)件數(shù)量減少45%,重量降低32%,線束長度減少26%,從而使得電池實(shí)現(xiàn)了輕量化和成本下降。

除了上述企業(yè),還有比亞迪、中創(chuàng)新航、孚能科技、星恒電源、瑞浦蘭鈞、珩創(chuàng)納米等汽車產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)都在加大對磷酸錳鐵鋰電池的布局。

在如今新能源汽車產(chǎn)業(yè)對具備更安全、長續(xù)駛、更廉價(jià)、更環(huán)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(chǎn)品正不斷涌現(xiàn)。從材料及結(jié)構(gòu)上看,除了傳統(tǒng)的三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池,半固態(tài)電池、鈉離子電池、凝聚態(tài)電池等發(fā)展勢頭良好,還有全固態(tài)電池、石墨烯電池等正處于研發(fā)當(dāng)中。

“從現(xiàn)有技術(shù)來看,磷酸錳鐵鋰電池在未來相當(dāng)長一段時(shí)期內(nèi)具有較大的市場發(fā)展?jié)摿Α?rdquo;林澍文表示,盡管當(dāng)前市場上有多種多樣的動力電池產(chǎn)品,各電池企業(yè)自己命名的產(chǎn)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(yè)看好,是因?yàn)槠浔旧砭邆淞肆己玫陌l(fā)展前景,有望在商業(yè)化中體現(xiàn)出其降本增效環(huán)保的更多優(yōu)勢。“動力電池領(lǐng)域本身具有技術(shù)迭代較快的特點(diǎn),隨著企業(yè)創(chuàng)新能力的提升,不斷涌現(xiàn)更具優(yōu)勢的動力電池新品種既是發(fā)展的客觀規(guī)律,也是適應(yīng)產(chǎn)業(yè)需求的大勢所趨。”林澍文說。

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來源:中國汽車報(bào)
 
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