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磷酸鐵鋰,“錳”起來了

時間:2022年07月22日 11:36    來源:網絡    閱讀量:19732    

雖然和磷酸鐵鋰電池只有一字之差,但是磷酸錳鋰電池的故事更有新意。

日前有消息稱,當代Amperex Technology,Limited計劃在今年下半年量產磷酸錳鋰電池,欣旺達和億緯鋰能的相關產品也已在今年上半年通過電池中試,樣品正在送往車企進行檢測。

在此之前,馬斯克還在特斯拉柏林工廠投產儀式后的問答環節公開表達了對“錳電池”的興趣:“我認為錳具有有趣的潛力。”

當下就像一種新的電池材料,突然出現,然后技術成熟,投入量產。

不出意外的話,其實錳早已應用在動力電池領域。尤其是在三元鋰電池中,錳作為必不可少的“一塊錢”,長期發揮著作用。

此時再次引爆熱點的磷酸錳鋰電池,作為磷酸錳鋰電池的下一代演進產品出現。

誠然,與三元鋰電池相比,磷酸鐵鋰電池的市場份額在不斷擴大,但其理論能量密度已經逼近極限。在這種情況下,誰率先掌握了下一代磷酸鐵鋰電池,誰就主導了動力電池行業接下來的發展方向。

不僅僅是當代Amperex科技有限公司,據最新消息,欣旺達和億緯鋰能的磷酸錳鋰電池已經通過了今年上半年的電池中試,正在送樣品給車企檢測。今年年初,比亞迪電池也開始小批量采購磷酸錳鐵鋰,目前處于內部研發階段。

在電池廠商的努力下,磷酸錳鋰電池“老樹發芽新芽”能在動力電池市場掀起多大的波瀾?

01

“多一個字”的好處

魚與熊掌不可兼得,動力電池的安全性和能量密度的平衡一直是業界頭疼的問題。

但隨著補貼的下降,三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池的技術路線之爭愈演愈烈。毫無疑問,雙方的市場并不完全重合,但隨著錳的加入,情況變得微妙起來。

首先,磷酸錳鐵鋰電池的能量密度變高。

與鐵相比,錳可以為動力電池提供更高的電壓要求。比如磷酸錳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

根據“電池能量密度=放電率×放電平臺/電池質量”公式,在這樣的電壓優勢條件下,錳電池的充放電功率更好,可以實現更高的能量密度。

據了解,磷酸錳鋰電池極限能量密度可達230wh/kg,不僅遠高于磷酸錳鋰電池170wh/kg的能量密度,還能與三元鋰電池的能量密度相抗衡。

其次,磷酸鐵錳鋰電池低溫性能更好。

在-20℃的低溫下,磷酸錳鋰電池的容量保持率可以達到75%左右,而磷酸亞鐵鋰的容量保持率為60%-70%。根據天能股份應用于小牛電動車F0系列的產品參數,磷酸錳鋰電池在低溫下續航里程提升25%。

另外,值得一提的是,磷酸錳鋰電池繼承了磷酸鐵鋰電池的安全性。

與磷酸鐵鋰電池類似,磷酸錳鋰電池也屬于橄欖石結構,在充放電過程中結構更加穩定。這樣,從某種意義上來說,磷酸錳鋰電池實現了能量密度和安全性的平衡。

當然,更重要的是,磷酸鐵錳鋰電池有成本優勢。

由于世界上錳資源豐富,磷酸鐵錳鋰電池的成本僅比磷酸亞鐵鋰高5%-10%左右。從每瓦時能量密度來看,整個電池系統的裝機成本略低于磷酸鐵鋰電池,明顯低于三元電池。

由于所有這些優點,磷酸鐵錳鋰電池是未來電池的最終形式。然而,真實情況遠非如此簡單,甚至有些棘手。

02

“非主流”的短板

在過去,磷酸鐵錳鋰電池并不是什么新技術。2013年,比亞迪進行相關調研,表示將推出磷酸錳鐵鋰作為磷酸亞鐵鋰的升級路線。

但由于補貼政策向能量密度更高的三元材料傾斜,以及比亞迪未能解決磷酸錳鋰電池循環壽命低、內阻過大等問題,這一路線并未成為主流,比亞迪也在2016年停止了相關開發。

比亞迪的經驗表明,要推動磷酸鐵錳鋰電池成為市場主流,不僅面臨政策和市場形勢的阻力,還有亟待解決的技術難題。

首先,雙電壓平臺問題。

錳鐵兩種不同元素的組合可以提高整個電池的充放電電壓,但也意味著兩種不同的工作電壓狀態。具體來說,鐵的電壓平臺低于錳,對應的是錳和鐵的氧化還原,在3.5V電壓附近Fe2+轉化為Fe3+:在4.1V左右,Mn2+轉化為Mn3+。

如果電動車在高速行駛過程中電壓發生切換,車輛的動能會降低或損失,BMS很難處理,從而造成嚴重的安全問題。

其次,磷酸鐵錳鋰的電子電導率和離子電導率明顯低于三元材料和磷酸亞鐵鋰,因此表現出較差的電導率和較差的倍率特性。

磷酸鐵錳鋰電池的首次充放電效率在92%左右,而磷酸亞鐵鋰可以達到95%以上。

由于錳的導電性差,放電電壓平臺容易因極化現象而降低,錳原子取代鐵原子時原有的八面體發生畸變,在充放電過程中不能保持原有的形狀,從而失去容量,降低循環性能。

簡單來說,磷酸錳鋰電池用的越多,電池容量下降越快。其循環壽命的問題已經成為量產道路上必須跨越的“坎”。

另外,雖然磷酸鐵錳鋰電池的制備方法與磷酸亞鐵鋰類似,制備方法有固相法和液相法,但各有各的缺點。

固相法是通過機械混合粉碎的方式將原料混合,方法簡單,成本低,但無法達到微觀即分子水平的均勻性,產品一致性差。

液相的規律是原料全部溶解,可以實現分子水平的結合,得到的前驅體更加均勻,可以有效防止富錳相的聚集,提高材料的電化學性能。但相關的制造工藝難以控制,工藝流程相對復雜,成本較高。

所以從制造的角度來說,磷酸錳鋰電池要取代磷酸鐵鋰電池或者三元鋰電池市場還有很長的路要走。

事實上,業界的共識是,磷酸鐵錳鋰電池將首先應用于兩輪電動車,然后與三元鋰電池配合使用。相關技術成熟后,將在新能源汽車上獨立使用。

有意思的是,相對于業內的理性聲音,二級市場的股市最先沸騰起來。錳礦供應商、電池制造商、正極材料生產公司等。,已經開始了一波小陽春。

股市有風險,投資需謹慎。

至少從目前的情況來看,在磷酸鐵錳鋰電池未能量產裝車之前,所謂的“磷酸亞鐵鋰下一代產品”還是有炒作和投機的可能的。

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