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近日，當(dāng)升科技宣布磷酸錳鐵鋰材料已完成研發(fā)，目前處于客戶認(rèn)證階段；巴斯夫杉杉宣布富錳電池材料已實(shí)現(xiàn)噸級(jí)規(guī)?；a(chǎn)……近年來，包括磷酸錳鐵鋰、富鋰錳基等錳基電池備受關(guān)注，相關(guān)企業(yè)加速布局。錳基材料電池前景究竟如何？
性價(jià)比優(yōu)勢(shì)顯著
磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池是目前電動(dòng)汽車使用的主流動(dòng)力電池。
今年3月，特斯拉CEO馬斯克表示，“我認(rèn)為錳基電池有潛力。”他進(jìn)一步稱“在非常大的(電池)需求下，我們需要數(shù)千萬噸甚至數(shù)億噸原材料。因此，用于大規(guī)模生產(chǎn)電池的材料必須是普通材料，否則就無法規(guī)?；?。”在2020年的特斯拉電池日上，馬斯克還曾表示，用2/3的鎳和1/3的錳做正極材料相對(duì)簡(jiǎn)單，這使得在同樣數(shù)量鎳的情況下可以提升50%以上的電池容量。
目前主流錳基電池包括錳酸鋰、磷酸錳鐵鋰、富鋰錳基等。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，錳基材料中，磷酸錳鐵鋰作為磷酸鐵鋰最重要的改進(jìn)方向之一，有望率先產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。據(jù)了解，磷酸錳鐵鋰是磷酸鐵鋰與磷酸錳鋰的固溶體，保留了磷酸鐵鋰的優(yōu)良安全性與穩(wěn)定性，并且擁有較高的電壓平臺(tái)以及與磷酸鐵鋰相同的理論克容量，因此相同條件下其理論能量密度比磷酸鐵鋰電池高20%左右。目前，擁有磷酸錳鐵鋰技術(shù)儲(chǔ)備的電池廠商有寧德時(shí)代、比亞迪、國軒高科等，主要以專利技術(shù)研發(fā)、投資布局為主。德方納米、中貝新材料、天津斯特蘭等正極廠商均對(duì)錳鐵鋰產(chǎn)品有所布局。德方納米表示，公司新型磷酸錳鐵鋰已開始送樣，預(yù)計(jì)1-2年后可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，疊加正極補(bǔ)鋰技術(shù)，該電池能量密度可提高20%，循環(huán)壽命可達(dá)1萬次。
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指出，目前磷酸鐵鋰電池的能量密度已接近極限，三元鋰電池受近期鎳、鈷價(jià)格波動(dòng)影響，成本飛漲。同時(shí)，相對(duì)于鎳、鈷，錳的儲(chǔ)量較為充足。在此背景下，錳基電池的優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步凸顯。
在真鋰研究首席分析師墨柯看來，任何電池路線的發(fā)展都離不開能量密度和成本這兩條主線。“磷酸錳鐵鋰的能量密度高于磷酸鐵鋰但成本卻差不多，富鋰錳基材料和層狀錳酸鋰的能量密度也優(yōu)于三元材料。在原材料成本不斷高企的當(dāng)下，研發(fā)這幾種正極材料的熱度自然會(huì)提升。”
尚存技術(shù)難點(diǎn)
據(jù)了解，比亞迪多年前曾嘗試研究錳基電池并申請(qǐng)了相關(guān)專利，不過后續(xù)未有更多進(jìn)展，目前比亞迪主打刀片電池。
事實(shí)上，具備諸多優(yōu)勢(shì)的錳基電池自身也有痛點(diǎn)。“錳元素的加入可以提升原本磷酸鐵鋰電池的能量密度，但與此同時(shí)，錳加入后，材料的鋰離子擴(kuò)散速度和電子電導(dǎo)率均會(huì)降低。因此，為了實(shí)現(xiàn)磷酸錳鐵鋰更高的放電比容量，需要減小材料一次顆粒尺寸，但小的納米顆粒也帶來一系列副作用，如壓實(shí)降低、吸水性高，以及其導(dǎo)致的高溫循環(huán)性能差和脹氣問題。”夏永高表示。
“磷酸錳鐵鋰技術(shù)開發(fā)的難點(diǎn)在于解決電壓雙平臺(tái)的問題，富鋰錳基和層狀錳酸鋰技術(shù)開發(fā)的難點(diǎn)在于延長循環(huán)壽命的問題，目前，上述技術(shù)都還沒達(dá)到實(shí)用階段的水平。”墨柯坦言。
高工鋰電認(rèn)為，未來2-3年磷酸錳鐵鋰將更多的以復(fù)配三元材料方式加以應(yīng)用。長遠(yuǎn)來看，隨著其成本下降，循環(huán)性能改善，將加速完成從輔材到主材的升級(jí)過程。“磷酸錳鐵鋰現(xiàn)階段單獨(dú)使用還存在一些問題，其更適合用作三元鋰電池的輔助材料，既可以兼顧能量密度，又可以提高三元電池的安全性能。”夏永高表示。
帶動(dòng)用錳需求
原材料供應(yīng)緊張導(dǎo)致此前電池價(jià)格暴漲，近期雖已止?jié)q，但價(jià)格仍維持在高位。目前，不少車企紛紛尋找性價(jià)比更高的電池，新材料、新技術(shù)層出不窮。清華大學(xué)教授、中國科學(xué)院院士歐陽明高近日表示，未來動(dòng)力電池很有可能出現(xiàn)更多材料體系方面的創(chuàng)新。從目前來看，鈉離子低溫充電、快充性能表現(xiàn)十分突出，錳酸鋰、錳酸鐵鋰等錳基固態(tài)電池經(jīng)濟(jì)性、低溫性能表現(xiàn)優(yōu)異，兩者憑借各自優(yōu)勢(shì)，均已進(jìn)入新一代動(dòng)力電池技術(shù)研發(fā)布局之列。
中金公司的研報(bào)指出，2022年開始，4680電池、CTB、磷酸錳鐵鋰電池、半固態(tài)電池、鈉電池、鋰電回收等有望陸續(xù)走向產(chǎn)業(yè)化。“原材料價(jià)格上漲越多，綜合性價(jià)比越高的電池路線就越受歡迎，比如，磷酸錳鐵鋰等多種技術(shù)路線未來都會(huì)有參與競(jìng)爭(zhēng)的機(jī)會(huì)。”新能源與智能網(wǎng)聯(lián)汽車獨(dú)立研究者曹廣平表示。
據(jù)了解，錳酸鋰電池目前已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，在兩輪車市場(chǎng)有著較大市場(chǎng)空間，磷酸錳鐵鋰電池、富鋰錳基電池仍處于規(guī)模化量產(chǎn)的推進(jìn)過程中。
業(yè)內(nèi)比較關(guān)注，何種錳基電池可實(shí)現(xiàn)最先搭配裝車。對(duì)此，夏永高看好三元/磷酸錳鐵鋰復(fù)合電池的前景。針對(duì)目前磷酸錳鐵鋰電池發(fā)展面臨的技術(shù)問題，他認(rèn)為針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，綜合平衡錳鐵比、電化學(xué)性能和物理性能等至關(guān)重要，不應(yīng)一味追求更高的錳含量。
未來隨著錳基電池的發(fā)展，錳在電池端的需求也將攀升。中信證券的研報(bào)指出，受益于三元正極材料和錳酸鋰材料出貨量的快速增長，預(yù)計(jì)2025年鋰電正極材料用錳量將超過30萬噸，2021-2025年復(fù)合增長率為32%。隨著新型錳基正極材料的滲透率提升，預(yù)計(jì)鋰電池用錳量將出現(xiàn)激增，至2035年有望增至130萬噸以上，相當(dāng)于2021年的10余倍。2035年鋰電池領(lǐng)域用錳量預(yù)計(jì)占錳整體需求比例達(dá)到5%。
