磷酸鐵鋰電池將要迎來(lái)最大變革!
日前擅很，有媒體報(bào)道稱(chēng)，寧德時(shí)代將會(huì)在今年第四季度向特斯拉供應(yīng)最新的產(chǎn)品M3P電池切威，將會(huì)搭載到Model Y車(chē)型上售貌。而這款車(chē)會(huì)在明年初上市。
寧德時(shí)代雖然沒(méi)有明確說(shuō)明白M3P電池是何種電池疫萤，但由于M是錳元素的化學(xué)代號(hào)颂跨，再加上馬斯克此前多次公開(kāi)談到錳電池，因此不少人推測(cè)M3P電池就是磷酸錳鐵鋰電池扯饶。
而隨著寧德時(shí)代和特斯拉的同時(shí)押寶恒削，磷酸錳鐵鋰電池再次成為動(dòng)力電池行業(yè)熱門(mén)話(huà)題。目前國(guó)內(nèi)幾乎所有的動(dòng)力電池廠(chǎng)商都在研究磷酸錳鐵鋰電池尾序。
顧名思義钓丰，這種電池是磷酸鐵鋰電池的升級(jí)版本，在原來(lái)的正極材料加入一定的錳元素每币，使之成為磷酸錳鐵鋰電池携丁。
與磷酸鐵鋰電池相比，磷酸錳鐵鋰電池的能量密度可以提升15～20%左右峰遇，單體能量密度可以達(dá)到200Wh/kg以上拿详，甚至可以和部分三元鋰電池媲美。
此外篡前，磷酸錳鐵鋰電池的低溫性能也會(huì)有明顯的提升户克。更重要的是方占，磷酸錳鐵鋰電池的安全性、循環(huán)壽命和磷酸鐵鋰電池非常接近输僻。
也就是說(shuō)升院，磷酸錳鐵鋰電池繼承了磷酸鐵鋰電池安全性高、循環(huán)壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)春庇，同時(shí)又彌補(bǔ)了磷酸鐵鋰電池能量密度低匠借，低溫性能差的缺點(diǎn)。
因此港赂，磷酸錳鐵鋰電池似乎是磷酸鐵鋰電池最好的替代品旭手。
隨著車(chē)企對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)安全性的要求越來(lái)越高，磷酸鐵鋰電池的裝機(jī)量已經(jīng)超過(guò)了三元鋰電池涉功。這也意味著磷酸錳鐵鋰電池將會(huì)擁有非常廣闊的市場(chǎng)空間汁掠。
那么，這種電池的性能為何會(huì)有明顯提升?是否還存在一定的技術(shù)難點(diǎn)?目前量產(chǎn)進(jìn)度如何?
寧德時(shí)代下場(chǎng)搞 特斯拉明年就將裝車(chē)
雖然因?yàn)楣┴浱厮估遥瑢幍聲r(shí)代M3P電池再次走入大眾視線(xiàn)考阱，但其實(shí)在今年2月份的時(shí)候，寧德時(shí)代的M3P電池就首次出現(xiàn)在公眾視野中了鞠苟。
▲寧德時(shí)代此前曾預(yù)告M3P電池(圖源網(wǎng)絡(luò))
當(dāng)時(shí)大家從電池的命名方式猜測(cè)乞榨，M3P電池或許就是磷酸錳鐵鋰電池。
不過(guò)当娱，寧德時(shí)代方面則表示：“M3P是基于新型材料體系研發(fā)的電池吃既，準(zhǔn)確說(shuō)來(lái)不是磷酸錳鐵鋰，還包含其他金屬元素跨细，公司稱(chēng)之為磷酸鹽體系的三元鹦倚。新電池的能量密度高于磷酸鐵鋰，但成本比三元鋰更低”冀惭。
從寧德時(shí)代的描述來(lái)看震叙，M3P電池是在原有的電池化學(xué)體系上，添加了一些錳元素和其他的金屬元素散休，是一種進(jìn)一步優(yōu)化的磷酸錳鐵鋰電池媒楼。
雖然具體做法上存在一定的差別，但整體思路也是往動(dòng)力電池材料體系內(nèi)加入更多的錳元素促讶。
在今年的世界動(dòng)力電池大會(huì)上观哲，寧德時(shí)代方面表示M3P電池已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)，預(yù)計(jì)在明年推向市場(chǎng)應(yīng)用侮捷，而結(jié)合此前的報(bào)道來(lái)看愈苛，首批裝車(chē)的車(chē)型應(yīng)該就是特斯拉Model Y。
▲特斯拉Model Y
特斯拉之所以會(huì)選擇采用這種新電池，主要跟其對(duì)于這一技術(shù)思路的認(rèn)可有關(guān)伶门。
在電池方面于哩，馬斯克曾多次強(qiáng)調(diào)，電動(dòng)汽車(chē)和動(dòng)力電池的大規(guī)模生產(chǎn)需要數(shù)千萬(wàn)噸材料棵擂，甚至數(shù)億噸電池材料见炫，因此，這些電池原材料必須是隨處可見(jiàn)的普通材料拙达，否則就無(wú)法進(jìn)行規(guī)牡眉冢化生產(chǎn)。
而全球錳礦資源非常豐富俭驮，恰好符合馬斯克所說(shuō)的隨處可見(jiàn)且普通回溺。
因此，馬斯克曾經(jīng)多次談及錳元素混萝。在2020年的電池日活動(dòng)上遗遵，馬斯克就表示對(duì)錳金屬感興趣。
今年1月份的時(shí)候逸嘀，馬斯克還發(fā)表推特表示车要，錳可以替代鐵和磷，因?yàn)殄i需要更少的鋰元素崭倘，還可以在更高的電壓下工作翼岁。
而特斯拉柏林工廠(chǎng)開(kāi)幕的時(shí)候，馬斯克在被提問(wèn)到“ 石墨烯電池 ” 時(shí)司光，曾坦言由于石墨烯電池存在制造的復(fù)雜性琅坡，他對(duì)此持懷疑態(tài)度。緊接著他表示残家，特斯拉正在用更多的材料制造電池榆俺，其中著重提到了錳基陰極電池的化學(xué)潛力。
▲馬斯克在柏林工廠(chǎng)開(kāi)幕式上發(fā)表演講
從馬斯克過(guò)往的言論中也不難發(fā)現(xiàn)措暗，特斯拉對(duì)于錳元素在電池中的作用非车揪冢看好纯亲，很早就開(kāi)始嘗試將其產(chǎn)業(yè)化了递蚪。
目前寧德時(shí)代含有錳元素的動(dòng)力電池已經(jīng)走到了大規(guī)模量產(chǎn)的前夜，同時(shí)寧德時(shí)代作為特斯拉在國(guó)內(nèi)的動(dòng)力電池供應(yīng)商之一羞遭，向特斯拉提供這種電池也就不奇怪了朗玩。
也正因?yàn)閷幍聲r(shí)代和特斯拉的共同選擇，另一種含錳元素的磷酸錳鐵鋰電池也開(kāi)始走向大眾視野中蔼于。
磷酸鐵電池迎來(lái)改革 能量密度進(jìn)一步提升
磷酸錳鐵鋰電池即荞，顧名思義就是在磷酸鐵鋰電池的正極材料基礎(chǔ)上加入錳元素，從而獲得一種新型動(dòng)力電池。
這種電池雖然在最近一段時(shí)間才走入到大眾的視野中尾疟，但其誕生的時(shí)間卻并非現(xiàn)在辟焚。
從專(zhuān)利申請(qǐng)的情況來(lái)看，早在2005年開(kāi)始就零星有關(guān)于磷酸錳鐵鋰電池的專(zhuān)利申請(qǐng)垫弱，此后也一直有相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)究滞。
▲國(guó)家專(zhuān)利局相關(guān)專(zhuān)利情況
而在具體的產(chǎn)業(yè)化方面，比亞迪在2013年開(kāi)始了研究装获，在2014年的“2014中國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)三基工程工作會(huì)議”中瑞信，王傳福就曾提到其找到了新的技術(shù)方向，即為磷酸錳鐵鋰電池(LMFP)穴豫。
甚至在2015年凡简，工信部目錄中出現(xiàn)的新款e6車(chē)型就搭載了磷酸錳鐵鋰電池。
由于當(dāng)時(shí)技術(shù)條件并不成熟精肃，再加上三元鋰電池逐步崛起成為主流的動(dòng)力電池秤涩，有消息稱(chēng)比亞迪在2016年就終止了相關(guān)研究。
由此可見(jiàn)肋杖，磷酸錳鐵鋰電池并不算是一項(xiàng)新技術(shù)溉仑。
目前磷酸鐵鋰電池的裝機(jī)量超過(guò)了三元鋰電池，公開(kāi)數(shù)據(jù)顯示状植，上半年磷酸鐵鋰電池的裝機(jī)量達(dá)到了64.4GWh浊竟，占比58.5%;三元鋰電池的裝車(chē)量達(dá)45.6GWh，占比41.4%津畸。
可以說(shuō)振定，磷酸鐵鋰電池又迎來(lái)了春天。
但目前磷酸鐵鋰電池的能量密度已經(jīng)接近天花板魁夫，在原有的化學(xué)體系上很難再做進(jìn)一步的提升城汹。而磷酸錳鐵鋰電池就是一個(gè)不錯(cuò)的發(fā)展方向。
與磷酸鐵鋰電池相比窗耘，磷酸錳鐵鋰電池有兩大優(yōu)勢(shì)拄下。
首先就是磷酸錳鐵鋰電池的能量密度會(huì)有顯著的提升。國(guó)海證券研究顯示卖檬，磷酸錳鐵鋰的電壓平臺(tái)為4.1V鸳咐，而磷酸鐵鋰電池電壓平臺(tái)為3.4V，根據(jù)能量密度=克容量*電壓的計(jì)算公式静熊，磷酸錳鐵鋰電池的能量密度最多可以提升20%左右泥觉。
現(xiàn)階段比亞迪刀片電池的單體能量密度在160Wh/kg左右，系統(tǒng)能量密度為140Wh/kg左右亩咪，搭載了刀片電池之后紊捉，比亞迪漢EV在NEDC工況下，最高續(xù)航可以達(dá)到605公里。
而磷酸錳鐵鋰電池的單體能量密度預(yù)計(jì)可以達(dá)到200Wh/kg以上溯剑，和NCM523三元鋰電池的單體能量密度接近蛉加。NCM523的單體能量密度為180～210Wh/kg，系統(tǒng)能量密度可以達(dá)到161Wh/kg以上缸逃，也可以讓電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航輕松突破600公里七婴。
目前榮威ER6、幾何A Pro察滑，甚至目前非炒蚶澹火熱的極氪001都有采用NCM523的版本，其續(xù)航也基本都在600公里以上贺辰。
這主要是因?yàn)殄i元素的加入使得電壓平臺(tái)提高户盯，從而提升了能量密度，彌補(bǔ)了磷酸鐵鋰電池能量密度低的短板饲化。
另一個(gè)突出優(yōu)勢(shì)則是低溫性能好莽鸭。國(guó)海證券研究顯示，錳酸鐵鋰電池在-20℃下容量保持率能夠達(dá)到約75%吃靠，而磷酸鐵鋰的容量保持率為60%-70%硫眨。
▲磷酸錳鐵鋰電池低溫性能更加突出(圖源國(guó)海證券)
這也意味著在同樣的低溫性能下，磷酸錳鐵鋰電池的帶電量更大巢块，因而其低溫性能會(huì)更加優(yōu)秀织岁。
而這主要是因?yàn)榱姿徨i鐵鋰的一次顆粒小于磷酸鐵鋰，因而鋰離子的運(yùn)輸路徑更短炒垫。
另外着脐，磷酸錳鐵鋰電池的安全性和循環(huán)性能也可以和磷酸鐵鋰電池比肩。磷酸錳鐵鋰電池也屬于橄欖石結(jié)構(gòu)類(lèi)型够煮，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要強(qiáng)于三元鋰電池的層狀氧化物結(jié)構(gòu)畸居。
而錳元素是一種導(dǎo)電性非常差的金屬元素，鋰離子在電池中進(jìn)行充放電動(dòng)作并不會(huì)影響到錳元素弟茸，所以其安全性可以得到保證栅洁。
整體來(lái)看，磷酸錳鐵鋰電池彌補(bǔ)了磷酸鐵鋰電池能量密度低版叁、低溫性能差的缺點(diǎn)劳诽，但安全性高帮观、循環(huán)壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)又得到了繼承。毫不夸張的說(shuō)暮芭，磷酸錳鐵鋰電池就是磷酸鐵鋰電池的升級(jí)版赁挚。
即使與三元鋰電池相比，磷酸錳鐵鋰電池也具備安全性高亭颈、成本低的優(yōu)勢(shì)场刑。因此鳄乏，一旦這種電池實(shí)現(xiàn)規(guī)谋尾颍化量產(chǎn)区丑，或許將會(huì)快速占領(lǐng)市場(chǎng)。
仍存在一定缺點(diǎn) 可與三元材料搭配使用
但磷酸錳鐵鋰電池也并非完美無(wú)缺的產(chǎn)品修陡，否則也不可能直到今天還未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)沧侥。在目前的技術(shù)條件下，磷酸錳鐵鋰電池也存在多個(gè)顯著的問(wèn)題魄鸦。
國(guó)海證券報(bào)告顯示宴杀，磷酸錳鐵鋰的雙電壓平臺(tái)不穩(wěn)定，磷酸錳鐵鋰電池?fù)碛绣i鐵兩個(gè)電壓平臺(tái)拾因，錳的電壓平臺(tái)高于鐵旺罢，因此在錳與鐵的氧化還原方面、電壓切換方面都會(huì)比較困難绢记，這也導(dǎo)致后期電池的BMS比較困難扁达。
其次這種電池的電導(dǎo)率也比較低，電子在磷酸錳鐵鋰躍遷能系遠(yuǎn)高于磷酸鐵鋰蠢熄，導(dǎo)致電導(dǎo)率比較低缨拇，如果做一個(gè)比喻的話(huà)，磷酸鐵鋰可以類(lèi)比為半導(dǎo)體敞冤，而磷酸錳鐵鋰則類(lèi)似于絕緣體类紧，而磷酸錳鐵鋰正極材料的加工難度也要比磷酸鐵鋰更高。
另外錳離子在姜-泰勒效應(yīng)下會(huì)導(dǎo)致錳溶出崭甩，在負(fù)極表面沉積沙书，最終破壞SEI膜(液態(tài)鋰離子電池首次充放電過(guò)程中，電極材料與電解液在固液相界面上發(fā)生反應(yīng)形成一層覆蓋于電極材料表面的鈍化層)犹狮，影響到電池的安全性优学。
而這些因素也一直是磷酸錳鐵鋰電池沒(méi)有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)的原因。
不過(guò)箱藏，現(xiàn)階段電池企業(yè)對(duì)于磷酸錳鐵鋰電池的重視程度正在不斷提升陡敞，頭部企業(yè)正在逐步破解這些問(wèn)題，主要的改性方法有納米化鲜堆、碳包覆掖沸、金屬離子摻雜、與三元材料復(fù)用昌执，且可同時(shí)使用以上多種方法烛亦。
納米化原理為將顆粒縮小至納米尺寸后可以減少鋰離子在正極活性物質(zhì)顆粒內(nèi)部的擴(kuò)散路徑懂拾，以便高效脫嵌煤禽，提高對(duì)應(yīng)電池的倍率性能铐达，也能提高活性顆粒的比表面積，提高與電解液的反應(yīng)檬果，以使性能得到提升瓮孙。
▲納米棒狀錳鐵鋰結(jié)構(gòu)(圖源國(guó)海證券)
碳包覆則是通過(guò)導(dǎo)電碳和磷酸錳鐵鋰構(gòu)建快速導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，使電子在充放電過(guò)程中可以在活性物質(zhì)之間迅速遷移选脊，降低電池的內(nèi)阻和充放電極化杭抠。而碳包覆也可以避免與電解液產(chǎn)生副反應(yīng)，改善其高溫性能和循環(huán)性能恳啥。
金屬離子摻雜是從晶格內(nèi)部改變材料的導(dǎo)電性和離子擴(kuò)散性偏灿，摻雜離子可使晶格產(chǎn)生缺陷，并可抑制姜-泰勒效應(yīng)钝的，從而提高材料性能菩混。
比較有意思的一點(diǎn)是，磷酸錳鐵鋰電池還可以和三元材料進(jìn)行復(fù)配叁席，通過(guò)磷酸錳鐵鋰包覆三元材料棍潜，復(fù)合材料兼具磷酸錳鐵鋰的低成本、高安全性以及三元材料的高能量密度的優(yōu)勢(shì)蚕察，同時(shí)電池?fù)碛袃?yōu)異的循環(huán)性能针如。
▲復(fù)合材料電池安全性更好(圖源國(guó)海證券)
例如磷酸錳鐵鋰復(fù)合80%的三元523材料后，電池能量密度沒(méi)有明顯變化犯党，但其安全性能得到了明顯的提升艇泡，同時(shí)成本也會(huì)較三元體系更低。
而按照寧德時(shí)代的說(shuō)法示董，其M3P電池“還包含其他金屬元素广狂，公司稱(chēng)之為磷酸鹽體系的三元”，從這點(diǎn)來(lái)看艾烫，該電池或許就采用了復(fù)合材料镀翁。
雖然磷酸錳鐵鋰電池存在一定的問(wèn)題，但目前已經(jīng)有了較為有效的解決方式拄讨，已經(jīng)站到了量產(chǎn)的大門(mén)前卸悼。
電池企業(yè)材料商已經(jīng)布局 即將大規(guī)模生產(chǎn)
目前已經(jīng)有越來(lái)越多的電池企業(yè)開(kāi)始參與到磷酸錳鐵鋰電池的研發(fā)中了。
除了上面提到的寧德時(shí)代椭员，有市場(chǎng)消息稱(chēng)车海，比亞迪旗下的弗迪電池在今年初小批量采購(gòu)磷酸錳鐵鋰材料，正在進(jìn)行內(nèi)部研發(fā)隘击。
7月13日侍芝，比亞迪方面也就“研發(fā)磷酸錳鐵鋰電池”的傳聞進(jìn)行了回應(yīng)，表示“關(guān)于電池的各種材料埋同，都會(huì)有研究州叠。”
比亞迪的回應(yīng)也算是證實(shí)了其內(nèi)部正在對(duì)這種電池進(jìn)行研發(fā)棵红。
此外，消息人士稱(chēng)留量，國(guó)軒高科已經(jīng)在錳基電池方面深耕多年，已經(jīng)獲得了多項(xiàng)專(zhuān)利和新產(chǎn)品證書(shū)哟冬。
媒體報(bào)道稱(chēng)楼熄，欣旺達(dá)、億緯鋰能的磷酸錳鐵鋰電池已經(jīng)在今年上半年通過(guò)了電池中試環(huán)節(jié)浩峡，正在送樣品給車(chē)企測(cè)試可岂。
車(chē)東西此前也曾聯(lián)系中創(chuàng)新航方面，得到的回復(fù)為：年內(nèi)也會(huì)有關(guān)于磷酸錳鐵鋰電池的發(fā)布村钧。
整體上來(lái)看僵息，目前國(guó)內(nèi)主要的動(dòng)力電池廠(chǎng)商都已經(jīng)進(jìn)行了磷酸錳鐵鋰電池的布局。而該化學(xué)體系的電池此前已經(jīng)在兩輪電動(dòng)汽車(chē)方面實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)臊骂，車(chē)用電池也已經(jīng)在進(jìn)行樣品測(cè)試了咕咸。
據(jù)了解生產(chǎn)磷酸錳鐵鋰電池與生產(chǎn)磷酸鐵鋰電池的生產(chǎn)設(shè)備變動(dòng)較小，無(wú)需重建產(chǎn)線(xiàn)云拔，變動(dòng)成本低倡剥。也就是說(shuō)，一旦樣品測(cè)試通過(guò)足曹，或許很快就將實(shí)現(xiàn)規(guī)奶绰埽化量產(chǎn)。
而正極材料廠(chǎng)商如德方納米江刚、力泰鋰能朋凰、容百科技、當(dāng)升科技等都已經(jīng)完成了磷酸錳鐵鋰材料的開(kāi)發(fā)驴荡，都已經(jīng)規(guī)劃了一定的產(chǎn)能情组。
按照目前的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，到2023年箩祥，磷酸錳鐵鋰電池將會(huì)快速上量呻惕，未來(lái)或許會(huì)完全替代磷酸鐵鋰電池。
結(jié)語(yǔ)：動(dòng)力電池技術(shù)仍在持續(xù)進(jìn)步
在電動(dòng)化時(shí)代滥比，動(dòng)力電池已經(jīng)成為最核心的零部件了亚脆，而在動(dòng)力電池領(lǐng)域內(nèi)也在發(fā)生一定的變化。
在過(guò)去的幾年內(nèi)盲泛，由于補(bǔ)貼政策的作用和車(chē)企消費(fèi)者對(duì)于續(xù)航里程的追求濒持，三元鋰電池迅速成為主流，而最近兩年寺滚，隨著公眾對(duì)于安全性的重視和對(duì)成本的考慮柑营，磷酸鐵鋰電池又開(kāi)始快速占領(lǐng)市場(chǎng)屈雄。
但整體上來(lái)看，現(xiàn)階段主流的電池技術(shù)路線(xiàn)只有三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池官套，并且這兩條路徑還在持續(xù)發(fā)展酒奶，在三元體系方面陸續(xù)出現(xiàn)了5系三元鋰、6系三元鋰奶赔、8系三元鋰等纪孔，并且還在持續(xù)更新。
而在磷酸鐵鋰方面衷屋，此前多集中在封裝方式的變化现岗，如刀片電池等，而隨著技術(shù)的不斷發(fā)展尔粮，研發(fā)人員也開(kāi)始在化學(xué)體系方面發(fā)力辱涨，開(kāi)始研發(fā)磷酸錳鐵鋰電池。
從這點(diǎn)來(lái)看激靡，雖然動(dòng)力電池行業(yè)現(xiàn)階段出現(xiàn)了瓶頸开撤，但卻從未止步，因此未來(lái)或許也會(huì)有更好的動(dòng)力電池產(chǎn)品出現(xiàn)娩纱。
