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動力鋰電池催熱錳基材料

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2023年03月06日  

核心閱讀


任何電池路線的發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優于三元材料。在原材料成本不斷高企的當下,研發這幾種正極材料的熱度自然會提升。


近日,當升科技宣布磷酸錳鐵鋰材料已完成研發,目前處于客戶認證階段;巴斯夫杉杉宣布富錳電池材料已實現噸級規模化生產近年來,包括磷酸錳鐵鋰、富鋰錳基等錳基電池備受關注,相關公司加速布局。錳基材料電池前景究竟如何?


性價比優勢顯著


磷酸鐵鋰電池三元鋰電池是目前電動汽車使用的主流動力鋰電池


今年三月,TSLACEO馬斯克表示,我認為錳基電池有潛力。他進一步稱在非常大的(電池)需求下,我們要數千萬噸甚至數億噸原材料。因此,用于大規模生產電池的材料必須是普通材料,否則就無法規模化。在2020年的TSLA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簡單,這使得在同樣數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。業內人士認為,錳基材料中,磷酸錳鐵鋰作為磷酸鐵鋰最重要的改進方向之一,有望率先產業化應用。據了解,磷酸錳鐵鋰是磷酸鐵鋰和磷酸錳鋰的固溶體,保留了磷酸鐵鋰的優良安全性和穩定性,并且擁有較高的電壓平臺以及和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儲備的電池廠商有CATL、比亞迪、國軒高科等,重要以專利技術研發、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錳鐵鋰產品有所布局。德方納米表示,公司新型磷酸錳鐵鋰已開始送樣,預計1-2年后可實現產業化,疊加正極補鋰技術,該電池能量密度可提高20%,循環壽命可達1萬次。


我國科學院寧波材料技術和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、鈷價格波動影響,成本飛漲。同時,相關于鎳、鈷,錳的儲量較為充足。在此背景下,錳基電池的優勢進一步凸顯。


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于三元材料。在原材料成本不斷高企的當下,研發這幾種正極材料的熱度自然會提升。


尚存技術難點


據了解,比亞迪多年前曾嘗試研究錳基電池并申請了相關專利,不過后續未有更多進展,目前比亞迪主打刀片電池。


事實上,具備諸多優勢的錳基電池自身也有痛點。錳元素的加入可以提升原本磷酸鐵鋰電池的能量密度,但和此同時,錳加入后,材料的鋰離子擴散速度和電子電導率均會降低。因此,為了實現磷酸錳鐵鋰更高的放電比容量,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用途,如壓實降低、吸水性高,以及其導致的高溫循環性能差和脹氣問題。夏永高表示。


磷酸錳鐵鋰技術開發的難點在于解決電壓雙平臺的問題,富鋰錳基和層狀錳酸鋰技術開發的難點在于延長循環壽命的問題,目前,上述技術都還沒達到實用階段的水平。墨柯坦言。


高工鋰電認為,未來2-3年磷酸錳鐵鋰將更多的以復配三元材料方式加以應用。長遠來看,隨著其成本下降,循環性能改善,將加速完成從輔材到主材的升級過程。磷酸錳鐵鋰現階段單獨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。


帶動用錳需求


原材料供應緊張導致此前電池價格暴漲,近期雖已止漲,但價格仍維持在高位。目前,不少車企紛紛尋找性價比更高的電池,新材料、新技術層出不窮。清華大學教授、我國科學院院士歐陽明高近日表示,未來動力鋰電池很有可能出現更多材料體系方面的創新。從目前來看,鈉離子低溫充電、快充性能表現十分突出,錳酸鋰、錳酸鐵鋰等錳基固態電池經濟性、低溫性能表現優異,兩者憑借各自優勢,均已進入新一代動力鋰電池技術研公布局之列。


中金公司的研報指出,2022年開始,4680電池、CTB、磷酸錳鐵鋰電池、半固態電池、鈉電池、鋰電回收等有望陸續走向產業化。原材料價格上漲越多,綜合性價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路線未來都會有參和競爭的機會。新能源和智能網聯汽車獨立研究者曹廣平表示。


據了解,錳酸鋰電池目前已實現大規模量產,在兩輪車市場有著較大市場空間,磷酸錳鐵鋰電池、富鋰錳基電池仍處于規模化量產的推進過程中。


業內比較關注,何種錳基電池可實現最先搭配裝車。對此,夏永高看好三元/磷酸錳鐵鋰復合電池的前景。針對目前磷酸錳鐵鋰電池發展面對的技術問題,他認為針對不同的應用場景,綜合平衡錳鐵比、電化學性能和物理性能等至關重要,不應一味追求更高的錳含量。


未來隨著錳基電池的發展,錳在電池端的需求也將攀升。中信證券的研報指出,受益于三元正極材料和錳酸鋰材料出貨量的快速上升,預計2025年鋰電正極材料用錳量將超過30萬噸,2021-2025年復合上升率為32%。隨著新型錳基正極材料的滲透率提升,預計鋰電池用錳量將出現激增,至2035年有望增至130萬噸以上,相當于2021年的10余倍。2035年鋰電池領域用錳量預計占錳整體需求比例達到5%。


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