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“锰”料来了！磷酸锰铁锂电池要火

2023-07-08 18:45:04

动力电池“江湖”再掀波澜！“锰”料出炉，众所瞩目的磷酸锰铁锂（LMFP）电池即将开启规模化“上车”之旅。

7月7日，动力电池企业欣旺达、电池正极材料供应商德方纳米两家上市公司同时对各自的磷酸锰铁锂电池相关业务做出回应。欣旺达称，公司目前正在进行磷酸锰铁锂电池的开发工作，磷酸锰铁锂电芯产品能量密度可达到235Wh/kg，产品性能处于行业前列，目前已得到客户的认可，正在进行产业化开发工作；德方纳米则表示，公司在磷酸锰铁锂电池正极材料方面进行了前瞻布局，产业化进程相对领先，目前已建成磷酸锰铁锂产能11万吨/年，具备批量供货能力。

正极材料发展新方向    

实际上，前不久就有消息称，宁德时代的M3P电池或将在今年第三季度首发于特斯拉上海工厂生产的改款Model 3车型上，所配备的电池包电量将从此前磷酸铁锂电池包的60kWh升级为66kWh。截至目前，宁德时代以及特斯拉官方还未对此做出回应。市场上有很多声音推测M3P电池就是磷酸锰铁锂电池，但事实不仅限于此。宁德时代曾在调研中表示，准确地说，M3P并不是磷酸锰铁锂，而是还包含其他金属元素——公司将其称为“磷酸盐体系的三元”。

而特斯拉首席执行官马斯克一直对锰基正极电池抱有浓厚的兴趣，此前马斯克曾表示，锰具有巨大潜力，特斯拉一直探索欲在电池中使用更多锰材料。随着近两年锰铁锂产业链迅速发展，正极和电池行业巨头纷纷加码布局。研究机构认为，新型锰基正极材料的渗透率提升有望使得锂电池行业用锰量在2021～2035年间增长超过10倍。

“公司相关产品包括电解二氧化锰和高纯度硫酸锰，现阶段产能各有3万吨。目前已向部分下游磷酸锰铁锂生产企业小批量供应。如果磷酸锰铁锂电池能有更广泛的应用空间，锰材料的用量还将得到提升。”电池材料供应商红星发展相关负责人向记者表示。

“目前，国内上述两种磷酸锰铁锂电芯的主要原料基本上都具备供应能力，分别用于两种不同技术路线的生产制备工艺。”北京科技大学冶金与生态工程学院教授曾欣向《中国汽车报》记者介绍，磷酸锰铁锂电芯制备工艺大致可分为固相法和液相法。固相法一般使用的原料是二氧化锰，具有反应温度低、工艺简单、成本低等优点，但存在晶粒尺寸大、反应不充分等不足。因此，除了部分企业由于条件所限或有自研的升级工艺之外，目前多数电池企业都在采用液相法，原料为高纯度硫酸锰，通过有机溶剂产生化学反应生成磷酸锰铁锂，具有晶粒尺寸小、反应充分等优点。其不足之处是由于大量使用有机溶剂，使得成本略有增加，但一些企业已经在通过优化工艺来控制成本。

兼具两大主流电池技术优点    

最新数据显示，今年1～6月，在我国动力电池累计装车量中，三元锂电池为48GWh，占总装车量31.5％，同比增长5.2％；同期磷酸铁锂电池累计装车量103.9GWh，占总装车量68.3％，同比增长61.5％。

由此可见，磷酸铁锂电池装车量超越三元锂电池1倍多，这是因为其综合性能更胜一筹。而磷酸锰铁锂电池本质上是磷酸铁锂电池的技术延伸，添加了锰，不仅继承了磷酸铁锂电池的诸多优点，而且具备更多长处。“磷酸锰铁锂之所以被特斯拉等诸多企业看中，是因为其兼具磷酸铁锂安全性和三元锂电池高能量密度等优点，是动力电池的升级方向之一。”北京大学新能源材料与技术实验室主任其鲁向记者表示，在安全性上，磷酸铁锂电池要优于三元锂电池；而磷酸锰铁锂电池与磷酸铁锂电池一样，具备良好的热稳定性和安全性，且无毒环保、对环境友好安全。不管是在针刺、过充等情况下，磷酸锰铁锂电池基本上都不会发生自燃、爆燃。在循环寿命上，常温下磷酸锰铁锂电池同样拥有较高的循环寿命，理论上平均循环寿命超过3000次，高于磷酸铁锂电池的2000次和三元锂电池的1500次平均循环寿命。

“之前无论是三元锂电池还是磷酸铁锂电池，其诸多核心技术专利仍然属于国外企业，形成了一定的技术壁垒。但我国企业在磷酸锰铁锂电池许多核心技术的研发上，已实现新的突破并处于世界先进行列。”华东汽车新材料技术研究院研究员林澍文向记者表示，在能量密度上，磷酸锰铁锂电池优于磷酸铁锂电池和三元锂电池。磷酸锰铁锂电池电极电压约为4.1V，高于磷酸铁锂的约3.4V，平台电压提升20％，相同体积质量的能量密度比磷酸铁锂电池提升了20％，这意味着磷酸锰铁锂电池将拥有更长的续驶里程。在低温性能上，磷酸锰铁锂电池能量密度比磷酸铁锂电池高15％～20％；在-20℃的环境下，磷酸锰铁锂电池的容量保持率可达到近80％，而磷酸铁锂电池的容量保持率为60％～70％，三元锂电池的表现更差。在材料成本上，无论是锰和铁都比锂更便宜且资源丰富，添加价格较低且可优化电池性能的锰，减少了价格昂贵的锂的使用，降本效益明显，也缓解了锂供应紧张和锂价高企给企业带来的采购成本负担。随着磷酸锰铁锂电池工艺不断优化，即将进入大批量生产阶段，其制造成本有望进一步降低。

“这是一项足以颠覆世界汽车产业的技术。”马斯克非常看好磷酸锰铁锂电池的前景。早在2022年3月，马斯克就透露特斯拉在研发磷酸锰铁锂电池技术，但至今尚未有突破性成果。而目前中国电池企业已经有了磷酸锰铁锂电池产品，特斯拉率先规模化应用也就显得顺理成章。“此前，特斯拉德国工厂生产的车型已经采用了比亚迪的磷酸铁锂刀片电池，未来使用磷酸锰铁锂电池等优势更多的新技术和新产品来达到降本增效的目的，并不令人意外。”曾欣说。

商业化前景一片大好    

作为汽车电动化技术的风向标之一，特斯拉在技术上每前进一步，几乎都会在行业引发关注并在一定程度上产生示范效应，从第一个实际应用一体化压铸等新技术到有望率先实现磷酸锰铁锂电池规模化上车，无不如此。

在某种程度上，产业需求是新技术、新产品加速商业化的最大动力。“针对以往液相法制备工艺的不足，我们运用‘涅甲界面改性技术’和‘离子超导技术’等核心技术，独家自研首创了新的液相法制备工艺，有效解决了磷酸锰铁锂导电性能与倍率性能差的难题，加速了产业化进程。”德方纳米副总裁任望保表示，公司的磷酸锰铁锂产能正加速释放，计划2025年末产能将达44万吨。

今年5月，国轩高科发布了其自研的L600启晨电芯及电池包。“L600启晨电芯采用了磷酸锰铁锂技术路线，可以实现240Wh/kg的能量密度，能量密度和循环性能均较好，续驶里程可达1000公里。”国轩高科国际业务板块执行总裁程骞告诉记者，国轩高科通过自研解决了磷酸锰铁锂电池固有的锰溶出、较高温度下循环性差、导电率低影响快充等三大技术难题，做到了产品有效抑制锰溶出；常温状态下可达到4000次循环，在45℃高温下也可以实现1800次循环；通过掺杂包覆技术提高了材料导电率，并采用粒径复合技术提高压实密度，使电芯可以实现18分钟快充。同时，由于优化了设计，电池包结构件数量减少45％，重量降低32％，线束长度减少26％，从而使得电池实现了轻量化和成本下降。

除了上述企业，还有比亚迪、中创新航、孚能科技、星恒电源、瑞浦兰钧、珩创纳米等汽车产业链相关企业都在加大对磷酸锰铁锂电池的布局。

在如今新能源汽车产业对具备更安全、长续驶、更廉价、更环保及可快速充电等性能动力电池的不断追求之下，动力电池新产品正不断涌现。从材料及结构上看，除了传统的三元锂电池、磷酸铁锂电池，半固态电池、钠离子电池、凝聚态电池等发展势头良好，还有全固态电池、石墨烯电池等正处于研发当中。

“从现有技术来看，磷酸锰铁锂电池在未来相当长一段时期内具有较大的市场发展潜力。”林澍文表示，尽管当前市场上有多种多样的动力电池产品，各电池企业自己命名的产品在名称上也是“五花八门”、“争奇斗艳”，但磷酸锰铁锂电池仍不容小觑。它之所以被特斯拉等诸多企业看好，是因为其本身具备了良好的发展前景，有望在商业化中体现出其降本增效环保的更多优势。“动力电池领域本身具有技术迭代较快的特点，随着企业创新能力的提升，不断涌现更具优势的动力电池新品种既是发展的客观规律，也是适应产业需求的大势所趋。”林澍文说。