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动力电池催热锰基材料

2022-07-01 08:23来源:中国能源报关键词:动力电池磷酸铁锂电池市场收藏点赞

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任何电池路线的发展都离不开能量密度和成本这两条主线。磷酸锰铁锂的能量密度高于磷酸铁锂但成本却差不多,富锂锰基材料和层状锰酸锂的能量密度优于三元材料。在原材料成本不断高企的当下,研发这几种正极材料的热度自然会提升。

近日,当升科技宣布磷酸锰铁锂材料已完成研发,目前处于客户认证阶段;巴斯夫杉杉宣布富锰电池材料已实现吨级规模化生产……近年来,包括磷酸锰铁锂、富锂锰基等锰基电池备受关注,相关企业加速布局。锰基材料电池前景究竟如何?

性价比优势显著

磷酸铁锂电池和三元锂电池是目前电动汽车使用的主流动力电池

今年3月,特斯拉CEO马斯克表示,“我认为锰基电池有潜力。”他进一步称“在非常大的(电池)需求下,我们需要数千万吨甚至数亿吨原材料。因此,用于大规模生产电池的材料必须是普通材料,否则就无法规模化。”在2020年的特斯拉电池日上,马斯克还曾表示,用2/3的镍和1/3的锰做正极材料相对简单,这使得在同样数量镍的情况下可以提升50%以上的电池容量。

目前主流锰基电池包括锰酸锂、磷酸锰铁锂、富锂锰基等。业内人士认为,锰基材料中,磷酸锰铁锂作为磷酸铁锂最重要的改进方向之一,有望率先产业化应用。据了解,磷酸锰铁锂是磷酸铁锂与磷酸锰锂的固溶体,保留了磷酸铁锂的优良安全性与稳定性,并且拥有较高的电压平台以及与磷酸铁锂相同的理论克容量,因此相同条件下其理论能量密度比磷酸铁锂电池高20%左右。目前,拥有磷酸锰铁锂技术储备的电池厂商有宁德时代、比亚迪、国轩高科等,主要以专利技术研发、投资布局为主。德方纳米、中贝新材料、天津斯特兰等正极厂商均对锰铁锂产品有所布局。德方纳米表示,公司新型磷酸锰铁锂已开始送样,预计1-2年后可实现产业化,叠加正极补锂技术,该电池能量密度可提高20%,循环寿命可达1万次。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员夏永高指出,目前磷酸铁锂电池的能量密度已接近极限,三元锂电池受近期镍、钴价格波动影响,成本飞涨。同时,相对于镍、钴,锰的储量较为充足。在此背景下,锰基电池的优势进一步凸显。

在真锂研究首席分析师墨柯看来,任何电池路线的发展都离不开能量密度和成本这两条主线。“磷酸锰铁锂的能量密度高于磷酸铁锂但成本却差不多,富锂锰基材料和层状锰酸锂的能量密度也优于三元材料。在原材料成本不断高企的当下,研发这几种正极材料的热度自然会提升。”

尚存技术难点

据了解,比亚迪多年前曾尝试研究锰基电池并申请了相关专利,不过后续未有更多进展,目前比亚迪主打刀片电池。

事实上,具备诸多优势的锰基电池自身也有痛点。“锰元素的加入可以提升原本磷酸铁锂电池的能量密度,但与此同时,锰加入后,材料的锂离子扩散速度和电子电导率均会降低。因此,为了实现磷酸锰铁锂更高的放电比容量,需要减小材料一次颗粒尺寸,但小的纳米颗粒也带来一系列副作用,如压实降低、吸水性高,以及其导致的高温循环性能差和胀气问题。”夏永高表示。

“磷酸锰铁锂技术开发的难点在于解决电压双平台的问题,富锂锰基和层状锰酸锂技术开发的难点在于延长循环寿命的问题,目前,上述技术都还没达到实用阶段的水平。”墨柯坦言。

高工锂电认为,未来2-3年磷酸锰铁锂将更多的以复配三元材料方式加以应用。长远来看,随着其成本下降,循环性能改善,将加速完成从辅材到主材的升级过程。“磷酸锰铁锂现阶段单独使用还存在一些问题,其更适合用作三元锂电池的辅助材料,既可以兼顾能量密度,又可以提高三元电池的安全性能。”夏永高表示。

带动用锰需求

原材料供应紧张导致此前电池价格暴涨,近期虽已止涨,但价格仍维持在高位。目前,不少车企纷纷寻找性价比更高的电池,新材料、新技术层出不穷。清华大学教授、中国科学院院士欧阳明高近日表示,未来动力电池很有可能出现更多材料体系方面的创新。从目前来看,钠离子低温充电、快充性能表现十分突出,锰酸锂、锰酸铁锂等锰基固态电池经济性、低温性能表现优异,两者凭借各自优势,均已进入新一代动力电池技术研发布局之列。

中金公司的研报指出,2022年开始,4680电池、CTB、磷酸锰铁锂电池、半固态电池、钠电池、锂电回收等有望陆续走向产业化。“原材料价格上涨越多,综合性价比越高的电池路线就越受欢迎,比如,磷酸锰铁锂等多种技术路线未来都会有参与竞争的机会。”新能源与智能网联汽车独立研究者曹广平表示。

据了解,锰酸锂电池目前已实现大规模量产,在两轮车市场有着较大市场空间,磷酸锰铁锂电池、富锂锰基电池仍处于规模化量产的推进过程中。

业内比较关注,何种锰基电池可实现最先搭配装车。对此,夏永高看好三元/磷酸锰铁锂复合电池的前景。针对目前磷酸锰铁锂电池发展面临的技术问题,他认为针对不同的应用场景,综合平衡锰铁比、电化学性能和物理性能等至关重要,不应一味追求更高的锰含量。

未来随着锰基电池的发展,锰在电池端的需求也将攀升。中信证券的研报指出,受益于三元正极材料和锰酸锂材料出货量的快速增长,预计2025年锂电正极材料用锰量将超过30万吨,2021-2025年复合增长率为32%。随着新型锰基正极材料的渗透率提升,预计锂电池用锰量将出现激增,至2035年有望增至130万吨以上,相当于2021年的10余倍。2035年锂电池领域用锰量预计占锰整体需求比例达到5%。


原标题:动力电池催热锰基材料
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