專題
[摘要]補貼退坡、上游原材料價格飛漲也迫使汽車廠商考慮是否還要執著于三元電池。而這也給磷酸鐵鋰電池的發展提供了更大空間，同時使得比磷酸鐵鋰電池更具優勢的磷酸錳鐵鋰電池受到大家追捧。
截至目前，三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池仍然牢牢把控著電池行業市場。從2022年上半年的裝機量數據來看，上述兩類電池在產銷量及裝機量上基本保持四六開的市場份額。今年上半年國內動力電池累計裝車量達110.1GWh。其中三元電池累計裝車量達45.6GWh，市場占比41.4%，磷酸鐵鋰電池裝車量64.4GWh，市場份額58.5%，其他電池市場份額較少。
可見在綜合考慮安全性、經濟成本等因素的行業背景下，磷酸鐵鋰電池的裝機量占比正在不斷攀升。而在同樣炙手可熱的儲能領域，近期國家能源局在其公布的《防止電力生產事故的二十五項重點要求》中明確提到：中大型電化學儲能電站不得選用三元鋰電池及鈉硫電池，磷酸鐵鋰電池則不受影響。此消彼長下，磷酸鐵鋰電池迎來巨大的市場機遇。
誠然與三元鋰電池相比，磷酸鐵鋰電池不僅市場份額在持續擴大，而且其未來的市場前景也更加被看好。但不可否認的是，隨著磷酸鐵鋰電池技術的日漸成熟，其理論能量密度也在不斷地接近極限。據工信部官網發布的新能源推廣應用推薦車型目錄信息顯示，2022年磷酸鐵鋰電池系統的最大能量密度為161.3Wh/kg，這意味著近兩年來幾乎沒有變化。
在這種情況下，誰能率先掌握提升磷酸鐵鋰電池能量密度的技術，也就主導了動力電池行業的發展方向，于是磷酸錳鐵鋰電池成為電池企業追捧的對象。顧名思義，磷酸錳鐵鋰電池即是在磷酸鐵鋰基礎上增加了錳元素，不僅安全性好，能量密度也有大幅提升。有媒體報道稱，目前部分電池企業磷酸錳鐵鋰電池已通過中試環節，并計劃寄樣給車企測試。
磷酸錳鐵鋰諸多優勢在身
事實上，磷酸鐵鋰電池份額之所以比三元電池要大，主要是其具有穩定性好、安全性高以及使用壽命長等特點，而磷酸錳鐵鋰則是磷酸鐵鋰的升級版，是在磷酸鐵鋰基礎上添加錳元素而獲得的新型正極材料。相對于磷酸鐵鋰，磷酸錳鐵鋰擁有更高的電壓平臺，理論上能量密度更高，低溫性能也比磷酸鐵鋰更好，而在安全性方面與磷酸鐵鋰平分秋色。
具體從能量密度來看，相比鐵元素錳元素可以為動力電池提供更高的電壓平臺，通常磷酸錳鐵鋰電池的電壓可以達到4.1V，而磷酸鐵鋰電池只能達到3.4V。單從理論上來說，在擁有電壓優勢的情況下，磷酸錳鐵鋰電池的充放電功率會更好。根據“電池能量密度=放電倍率×放電平臺/電池質量”的公式來計算，磷酸錳鐵鋰電池能夠實現更高的能量密度。
數據顯示，磷酸錳鐵鋰電池的能量密度極限可達到230wh/kg，與磷酸鐵鋰電池的能量密度相比，前者密度將高于后者15%-20%，因此續航能力有望突破上限，甚至能夠與NCM523三元鋰池的能量密度“掰掰手腕”。因此等到磷酸錳鐵鋰電池規模量產之后，在部分對于續駛里程要求較高的新能源車領域，磷酸錳鐵鋰電池有望實現對三元電池的部分替代。
同時磷酸錳鐵鋰電池具備更好的低溫性能。此前磷酸鐵鋰電池因低溫性能差，從而導致續航里程大打折扣被消費者詬病。而磷酸錳鐵鋰電池在-20℃的低溫環境下，容量保持率依然能夠保持在75%以上，而磷酸鐵鋰的容量保持率在60%-70%。根據天能股份應用在小牛電動車F0系列上的產品參數顯示，磷酸錳鐵鋰電池在低溫環境下續航里程可提升25%。
而在安全性方面，相較于三元材料的層狀結構，磷酸鐵鋰橄欖石型結構因為額外增加了結構支撐，因此充放電過程中不易發生結構崩塌，不僅熱穩定性好、安全性高，而且使用壽命更長。和磷酸鐵鋰電池類似，磷酸錳鐵鋰電池同樣屬于橄欖石型結構，充放電時結構更穩定。因此可以說，磷酸錳鐵鋰電池在某種意義上實現了能量密度與安全性的平衡。
值得注意的是，磷酸錳鐵鋰電池還具備明顯的成本優勢。因為全球錳礦資源豐富，磷酸錳鐵鋰電池的成本較磷酸鐵鋰僅增加5%-10%左右。如果從單瓦時能量密度的角度來看，在整個動力電池系統的裝機成本上，磷酸錳鐵鋰電池還要略低于磷酸鐵鋰電池，并且大幅低于三元電池。而這對當下亟待解決成本壓力的電池企業來說，無疑具有巨大的誘惑力。
除此之外國金證券還表示，生產磷酸錳鐵鋰電池在切換成生產磷酸鐵鋰電池的生產設備時變動較小，無需重建產線，設備變動成本低，符合經濟性。海通國際則認為，磷酸錳鐵鋰與三元523、LCO等材料進行復合，可以更好地綜合材料優勢，實現短板互補，在提升能量密度的同時，擁有更高安全性及更好的低溫性，從而實現更全面、綜合的電池性能。
電池、材料企業積極跟進
寧德時代早在2015年就申請了“磷酸錳鐵鋰引入第三方元素方法改性”的專利。去年11月寧德時代又斥資4.1億元成為江蘇力泰鋰能的最大股東。公開信息顯示，力泰鋰能成立于2010年，公司主打產品為磷酸錳鐵鋰正極材料，擁有2000噸磷酸錳鐵鋰產線。根據當時規劃，2021年9月至2022年3月期間公司新增建設年產3000噸磷酸錳鐵鋰設備。
今年7月有媒體報道，寧德時代磷酸錳鐵鋰電池已于今年上半年通過電池中試環節，正在給車企寄送樣品用于測試。7月22日，寧德時代首席科學家吳凱表示，公司M3P電池已經量產，明年將推向市場。據了解，M3P電池是寧德時代基于新型材料體系研發電池，其能量密度高于磷酸鐵鋰，成本優于三元。外界猜測，M3P電池可能就是磷酸錳鐵鋰電池。
不過根據目前掌握的消息，寧德時代旗下最新的M3P電池，準確來說并不是傳統意義上的磷酸錳鐵鋰電池配方，而是同時含有其他金屬元素的電池組，被稱為磷酸鹽體系三元電池組，其最大的優勢是成本比三元電池低，更利于廠家和消費者降低生產和購買成本。但是盡管如此，依舊有消息傳出，寧德時代的磷酸錳鐵鋰電池將于今年下半年正式量產。
作為磷酸鐵鋰電池的堅定支持者比亞迪，其實很早就對磷酸錳鐵鋰電池進行了布局。據悉比亞迪在2013年就開始了對磷酸錳鐵鋰的探究和研發。比亞迪曾公開表示：磷酸錳鐵鋰為公司新的技術路線，此前各廠商紛紛擁抱三元高容量材料，該路線并沒有成為主流。但公司仍然在持續推進，積極進行相關技術儲備，近幾年來已在該領域布局專利十余項。
此前有市場消息稱，比亞迪旗下弗迪電池在今年初開始小批量采購磷酸錳鐵鋰材料，目前處于內部研發階段。近日比亞迪官方就“研發磷酸錳鐵鋰電池”傳聞回復稱：目前尚沒有該方面的消息，但電池的各種材料公司都會有研究。但是外界猜測，倘若寧德時代磷酸錳鐵鋰電池正式量產，勢必會給比亞迪帶來較大的壓力，相信將會推動其量產的進程。
其他電池企業方面，2019年由國軒高科自主研發的方形磷酸錳鐵鋰電池獲得了“安徽省新產品”的榮譽稱號。近日國軒高科工作人員表示，公司在磷酸錳鐵鋰方面有相關技術儲備和專利，即將進行產業化布局；欣旺達及億緯鋰能磷酸錳鐵鋰電池已通過中試環節；星恒電源已擁有多條磷酸錳鐵鋰電池生產線；天能曾公開表示具備磷酸錳鐵鋰生產能力。
值得注意的是，憑借4680大圓柱電池在行業內賺足關注度的特斯拉，似乎對錳基電池的興趣也在與日俱增。6月份有消息稱，特斯拉將在今年推出72度磷酸錳鐵鋰車型，預計明年上市。雖然該消息尚未得到特斯拉方面的正式回應。不過從之前特斯拉CEO馬斯克的表態來看，這也并非不可能之事，因為特斯拉及馬斯克均對錳鐵鋰電池的前景十分看好。
早在2020年的特斯拉電池日上，特斯拉曾表示作為計劃使用鎳錳電池。馬斯克表示，用三分之二的鎳混合三分之一的錳制造負極，這使我們可以在使用同等數量的鎳的情況下可以增加50%以上的電池容量。今年3月，在特斯拉柏林工廠實現交付后馬斯克又表示，我認為錳具有很大的潛力，因此磷酸錳鐵鋰電池極有希望出現在特斯拉標準續航車輛中。
截至目前，雖然電池企業還沒有給出量產的時間，但相關材料企業早已聞風而動。包括陶氏化學、德方納米、當升科技、鵬欣資源、天津斯特蘭等正極廠商均對錳鐵鋰產品有所布局。其中德方納米是磷酸錳鐵鋰專利布局最多的企業。據了解，其相關產品已送樣給下游企業并獲得高度認可，并布局了44萬噸產能，其中11 萬噸預計在2022年底投產。
當升科技正在針對電動車和高端儲能市場專項開發高性能的磷酸錳鐵鋰材料；常州鋰源將為星恒提供磷酸錳鐵鋰產品；力泰鋰能已具備2000噸年磷酸錳鐵鋰年產能；江蘇珩創納米年產5000噸磷酸錳鐵鋰正極材料項目已落地江蘇鹽城經濟技術開發區；合縱科技已于去年展開磷酸錳鐵鋰前驅體產品研發，目前已完成多型號磷酸錳鐵鋰前驅體產品中試等。
業內人士認為，目前主流動力電池企業已經開始積極布局磷酸錳鐵鋰電池，就像當初4680電池從提出到上量只需經歷兩年時間那樣。隨著電池企業技術升級，供應鏈完善，磷酸錳鐵鋰電池產業化加速，或許將在明年上半年實現量產裝機。同時研究機構預測，到2025年磷酸錳鐵鋰正極材料出貨量將超35萬噸，市場滲透率超過15%，成為主流技術路線。
產業化之路任重而道遠
上述可知，磷酸錳鐵鋰電池并不是新興產物。但是目前磷酸錳鐵鋰電池目前的主要應用市場仍然局限在兩輪電動車領域，還未真正拓展到電動汽車領域。業內人士認為，磷酸錳鐵鋰電池使用的是雙電壓平臺。在使用的過程中，雙電壓平臺存在不穩定性，這主要由于目前技術還不夠完善，尚未研究明白其中電壓變化機理所在，成為其規模推廣的難點。
從材料特性來看，磷酸鐵鋰電池電壓為3.4V，而磷酸鐵錳鋰電池單體電壓達到4.1V，兩者之間電壓相差0.7V。錳鐵兩種不同元素的組合，雖然提高了電池整體的充放電壓，但同時也意味著兩種不同的工作電壓狀態。具體而言，鐵的電壓平臺低于錳，對應錳與鐵的氧化還原，在3.5V電壓附近Fe2+會轉化為Fe3+；在4.1V附近，Mn2+又會轉化為Mn3+。
如果電動車在高速行駛中出現電壓切換情況，車輛就會出現減少或失去動能的情況，這種情況很難通過BMS進行處理，進而產生嚴重的安全問題。若應用在兩輪電動車上，由于速度不快，通過加強BMS的管理，就可以相對減少電壓不穩定所帶來的影響。早在2015年比亞迪就嘗試將錳與磷酸鐵鋰相結合，但至今仍未實現規模量產，或是基于這個原因。
其次磷酸錳鐵鋰相較于三元和磷酸鐵鋰材料，導電性和較差的倍率特性表現較差。錳由于導電性差，極有可能出現極化現象使得放電電壓平臺縮減，而且錳原子替換鐵原子使原有八面體發生畸變，在充放電時不能保持原有形態，從而損失容量、降低循環性能。這也就意味著，磷酸錳鐵鋰電池使用頻次越高，電池容量就降低得越快，循環壽命也越短。
此外磷酸錳鐵鋰電池的制備方法雖然與磷酸鐵鋰相似，但也各有缺點存在。固相法是借助機械混合破碎實現原材料的混合，方法簡單、成本較低，但不能實現微觀也就是分子級的完美結合。液相法則是將原材料全部溶解，能實現分子級的結合，可以有效防止富錳相的聚集，提高材料電化學性能。不過制程控制難度大，工藝流程相對復雜，成本較高。
由于上述難點的存在，磷酸錳鐵鋰電池想要取代磷酸鐵鋰電池，或是取代三元鋰電池的市場份額，依舊還有很長的路要走。事實上，業界當前的共識在于，磷酸錳鐵鋰電池將率先應用于兩輪電動車，然后與三元鋰電池復合使用，待相關技術成熟之后再在新能源車上獨立使用。因此在磷酸錳鐵鋰電池未能量產裝車之前，市場前景還存在太多不確定性。
不過東邊日出西邊雨，相對于電池行業的理智發聲，磷酸錳鐵鋰電池二級市場股市表現卻是異常熱鬧。錳礦供應商、電池廠商、正極材料生產公司等，紛紛開啟漲漲漲模式，就連初創企業也受到資本的青睞。近日江蘇珩創納米科技有限公司稱已順利完成逾億元人民幣融資。而這家涉足磷酸錳鐵鋰電池正極材料研發及生產的企業，成立時間才幾個月。
新能源車事故頻發讓大家不得不再次審視電池安全的重要性；同時補貼退坡、上游原材料價格飛漲也迫使汽車廠商考慮是否還要執著于三元電池。而這也給磷酸鐵鋰電池的發展提供了更大空間，但是磷酸鐵鋰電池能量密度已接近理論極值，也使得比磷酸鐵鋰電池更具優勢磷酸錳鐵鋰電池受到大家追捧。至于磷酸錳鐵鋰電池表現如何，我們拭目以待。
轉載請注明出處。
1.本站遵循行業規范，任何轉載的稿件都會明確標注作者和來源；2.本站的原創文章，請轉載時務必注明文章作者和來源，不尊重原創的行為我們將追究責任；3.作者投稿可能會經我們編輯修改或補充。
熱點推薦
精選導讀
關注我們