續(xù)航1000公里，電池“錳”起來(lái) 世界新動(dòng)態(tài)

無(wú)三元，也可以做到續(xù)航1000公里了。

2023年鋰電池的“卷”，毫不遜色于整車領(lǐng)域，而且很“錳”。之前就有人說(shuō)過(guò)，2023年，是磷酸錳鐵鋰的放量元年，現(xiàn)在看來(lái)確實(shí)應(yīng)驗(yàn)。

(資料圖)

就在寧德時(shí)代在上海車展期間發(fā)布凝聚態(tài)電池之后不久，5月19日，國(guó)軒高科在自家每年一度的科技大會(huì)上，發(fā)布了最新自研磷酸錳鐵鋰LMFP體系的L600啟晨電芯及電池包。

國(guó)軒高科國(guó)際業(yè)務(wù)執(zhí)行總裁程騫博士發(fā)布的啟晨L600電池電芯和電池包，達(dá)到了在無(wú)三元（NCM）材料情況下依然可續(xù)航1000公里的技術(shù)水平。啟晨L600電芯預(yù)計(jì)2024年開始量產(chǎn)。

從各項(xiàng)指標(biāo)來(lái)講，“啟晨L600 LMFP電芯實(shí)現(xiàn)240Wh/kg的質(zhì)量能量密度，525Wh/L的體積能量密度，常溫循環(huán)4000圈，高溫循環(huán)1800圈，可以確保汽車行駛80萬(wàn)公里以上，輕松實(shí)現(xiàn)18分鐘的快充，并且一次性通過(guò)新國(guó)標(biāo)的針刺、熱箱、過(guò)充、過(guò)放、熱失控、短路、擠壓等安全測(cè)試。”

而電池能量密度的提升，當(dāng)然離不開技術(shù)體系以及材料體系的共同進(jìn)步。

國(guó)軒高科董事長(zhǎng)李縝其實(shí)更加雄心勃勃，他在開幕式歡迎辭中將格局上升到了“能源文明”，希望與全球具有國(guó)際影響力的院士專家們攜手，共同關(guān)注“新的能源文明”中動(dòng)力、材料、制造、數(shù)字化、應(yīng)用體系等新能源數(shù)智化轉(zhuǎn)型升級(jí)中的五大問(wèn)題，共同發(fā)力產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，讓綠色能源服務(wù)人類發(fā)展。這是另外一個(gè)話題了，花開兩朵，此文暫時(shí)不表。

1000公里以上續(xù)航有沒(méi)有意義？

先來(lái)說(shuō)，基于啟晨L600電芯打造的啟晨電池包，采用了三明治結(jié)構(gòu)的雙面液冷技術(shù)和極簡(jiǎn)設(shè)計(jì)思路。在極簡(jiǎn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)下，電池包的結(jié)構(gòu)件數(shù)量降低45%，重量降低32%。

此外，極簡(jiǎn)電氣設(shè)計(jì)思路使得電池包的線束長(zhǎng)度甚至只有之前的26%，從原來(lái)的303米的線束降到了80米，體積成組效率卻達(dá)到了76%（寧德時(shí)代是72%），PACK能量密度達(dá)到了190Wh/kg，超越了目前市場(chǎng)上的三元電池能量密度。

這是國(guó)軒高科經(jīng)過(guò)十年時(shí)間自研LMFP材料，通過(guò)共沉淀合成工藝，先進(jìn)的摻雜包覆技術(shù)和新型的造粒技術(shù)，解決了高溫Mn溶出、電導(dǎo)率低、壓實(shí)密度低這等棘手問(wèn)題，加上美國(guó)克利夫蘭研究院研發(fā)出的針對(duì)LMFP的新型電解液，大大改善高溫循環(huán)和存儲(chǔ)性能后，才做到的。

實(shí)際上，國(guó)軒高科很早就掌握了很多電池方面的關(guān)鍵技術(shù)。2014年，公司自主研發(fā)的“FP1865140-15Ah方形磷酸錳鐵鋰鋰離子蓄電池”便獲得安徽省新產(chǎn)品榮譽(yù)。2014年至今，公司的專利積累和布局也相對(duì)豐富。

此外，制備方法方面，涉及高溫固相法和共沉淀法、水熱法等液相法，關(guān)鍵技術(shù)包括碳包覆及其他材料包覆、CNTs介入、三元材料復(fù)合及金屬摻雜等技術(shù)。厚積薄發(fā)，實(shí)屬正常。

這次，有個(gè)問(wèn)題很有意思。對(duì)于鋰電池來(lái)說(shuō)，續(xù)航1000公里是個(gè)很高、很硬核的目標(biāo)，能達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，才能真正解決消費(fèi)者骨子里的“續(xù)航焦慮”。當(dāng)然，之前基本上都在三元材料上面想辦法。這次能夠不用三元材料就達(dá)到1000公里續(xù)航，確實(shí)也是行業(yè)進(jìn)步的體現(xiàn)。

而追求高續(xù)航的心情似乎永無(wú)止境。比如，在大會(huì)上，福州大學(xué)/上海大學(xué)張久俊教授就在表示“震驚”之余，希望明年啟晨電池能達(dá)到290Wh/kg的水平。

希望的壓力很大，所以程騫博士表示，“目前業(yè)內(nèi)對(duì)于電動(dòng)車的續(xù)航設(shè)計(jì)，基本都在600公里。600公里以下，然后再配合快充，基本上就解決了用戶體驗(yàn)的問(wèn)題。所以說(shuō)，290Wh/kg這個(gè)目標(biāo)首先是很難的，今年能實(shí)現(xiàn)190，明年如果能實(shí)現(xiàn)200或者210，我覺得已經(jīng)是一個(gè)很好的進(jìn)步了?！?/p>

因?yàn)?，如果做?90 Wh/kg，基本上對(duì)應(yīng)的Wh/L就是400~500Wh/L。如果對(duì)應(yīng)現(xiàn)在相同的電池包，對(duì)應(yīng)的PACK能量密度容量基本上都在180~200度電，這個(gè)電量就太大。

“180~200度電幾乎可以支撐車子跑1300~1500公里，畢竟，現(xiàn)在的燃油車也就跑五六百公里，混合動(dòng)力車型跑800~1200公里，設(shè)計(jì)得太長(zhǎng)是沒(méi)有意義的?！?/p>

不過(guò)，有沒(méi)有意義，目前尚未有定論。至少?gòu)奈覀€(gè)人的體驗(yàn)角度來(lái)說(shuō)，1000公里續(xù)航是解決焦慮的必須，畢竟補(bǔ)能的基礎(chǔ)設(shè)施不像加油站那樣完備，像這次五一長(zhǎng)假期間“每個(gè)高速充電區(qū)都有一臺(tái)理想在充電”這么奇葩的事，都是會(huì)發(fā)生的。

“錳”在哪里？

再來(lái)說(shuō)說(shuō)，造就高能量密度的為什么是“錳”呢？

“錳者猛也，最大的特點(diǎn)，電壓高是優(yōu)點(diǎn)?！眹?guó)軒高科副總裁徐興無(wú)如此評(píng)價(jià)。確實(shí)，相對(duì)于磷酸鐵鋰和三元材料，磷酸錳鐵鋰在某些技術(shù)性能上確實(shí)優(yōu)勢(shì)突出。

業(yè)界特斯拉CEO馬斯克也曾表示，“我認(rèn)為錳基電池有潛力?！彼暦Q，特斯拉看好在電池中加入錳元素的技術(shù)路線，并一直探索在電池中使用更多錳材料。馬斯克還在推特上發(fā)文稱，錳元素將替代正極材料中的鐵和磷，并推動(dòng)正極生產(chǎn)規(guī)模進(jìn)入到TWh時(shí)代。

其原理是，在磷酸鐵鋰的基礎(chǔ)之上摻雜一定的錳元素，并調(diào)整其與鐵的原子數(shù)量之比（錳鐵比，一般為6:4或者7:3）以此提高材料的電壓平臺(tái)，生成磷酸錳鐵鋰產(chǎn)品，較三元材料有更好的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性及經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)又比磷酸鐵鋰的能量密度更高，提升約15~20%。

磷酸錳鐵鋰與磷酸鐵鋰材料用量的主要區(qū)別在于所需錳源的用量變化，每kWh的磷酸鐵鋰正極需要鐵源0.61kg，而每kWh的磷酸錳鐵鋰正極需要鐵源0.13kg+錳源0.38kg。

但是，磷酸錳鐵鋰和磷酸鐵鋰對(duì)比，具有以下缺陷：

首先，循環(huán)壽命較短、充放電能力較差。磷酸錳鐵鋰中有錳元素的加入，錳溶出（錳離子姜泰勒效應(yīng)）會(huì)導(dǎo)致電池循環(huán)壽命變短，充放電能力和壽命變差。其次，磷酸錳鐵鋰的低電導(dǎo)率導(dǎo)致其容量難以發(fā)揮、且與電解質(zhì)會(huì)發(fā)生副反應(yīng)導(dǎo)致其材料的容量難以發(fā)揮。

所以，這幾年是通過(guò)各種途徑的研發(fā)和改進(jìn)這些缺陷，包括國(guó)軒高科所用的摻雜包覆技術(shù)等，磷酸錳鐵鋰的量產(chǎn)終于進(jìn)入正軌。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，包括國(guó)軒高科在內(nèi)，蔚來(lái)、寧德時(shí)代、比亞迪、中創(chuàng)新航、孚能科技、蜂巢能源、星恒電源、瑞浦蘭鈞、珩創(chuàng)納米、德方納米等汽車產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)都在加大磷酸錳鐵鋰賽道的布局。

材料方面，德方納米年產(chǎn)11萬(wàn)噸磷酸錳鐵鋰項(xiàng)目正在進(jìn)行產(chǎn)能爬坡。珩創(chuàng)納米總投資達(dá)3億元的一期項(xiàng)目，也已經(jīng)正式投產(chǎn)，可年產(chǎn)5000噸磷酸錳鐵鋰正極材料，年銷售額可達(dá)8億元。后續(xù)，其磷酸錳鐵鋰正極材料總規(guī)模將最終達(dá)到年產(chǎn)15萬(wàn)噸。

國(guó)海證券去年曾預(yù)測(cè)，2023年是錳鐵鋰放量元年，預(yù)計(jì)達(dá)13萬(wàn)噸。預(yù)計(jì)2025年全球LMFP材料需求為41萬(wàn)噸，2023~2025年復(fù)合增速達(dá)75%，按照單噸6萬(wàn)元測(cè)算，2025年大約有200億+的市場(chǎng)空間。

中金公司曾經(jīng)測(cè)算，作為磷酸鐵鋰和三元5系的潛在替代材料，預(yù)計(jì)到2025年，電動(dòng)車領(lǐng)域?qū)α姿徼F鋰替代需求將達(dá)到56GWh，與三元復(fù)合搭配需求將達(dá)到28GWh，總體需求量約為84GWh。磷酸錳鐵鋰未來(lái)的應(yīng)用前景，相當(dāng)光明。

當(dāng)然，我們也要看到，這次雖然國(guó)軒高科“亮劍”，但是重要的兩個(gè)對(duì)手還沒(méi)有動(dòng)靜，就是寧德時(shí)代和比亞迪。他們手中也都有正在研發(fā)的磷酸錳鐵鋰電池產(chǎn)品，只是還沒(méi)官宣。

實(shí)際上，寧德時(shí)代早在2015年就申請(qǐng)了磷酸錳鐵鋰制備方法的專利。2021年12月，寧德時(shí)代又以4.13億元投資獲得磷酸錳鐵鋰材料公司力泰鋰能15.57%的股權(quán)，后者擁有2000噸磷酸錳鐵鋰生產(chǎn)線。

不過(guò)，寧德時(shí)代M3P電池已經(jīng)量產(chǎn)。當(dāng)然，M3P并不是真正意義上的磷酸錳鐵鋰電池，其中還含有其他金屬元素，也是寧德時(shí)代基于新型材料體系研發(fā)的電池，其能量密度高于磷酸鐵鋰，成本顯著優(yōu)于高鎳三元鋰電池。

而比亞迪董事長(zhǎng)王傳福曾表示，比亞迪新一代的磷酸鐵錳鋰電池，能量密度已經(jīng)達(dá)到了三元材料的密度，且從成本角度看比三元材料更具經(jīng)濟(jì)性。此前還有消息稱，弗迪電池在2022年初開始小批量采購(gòu)磷酸錳鐵鋰材料，正處于內(nèi)部研發(fā)階段。比亞迪的回復(fù)是，各種材料都會(huì)有研究。

總之，這次國(guó)軒高科發(fā)布啟晨L600電芯及電池包，無(wú)疑開了一個(gè)非常好的頭，讓我們對(duì)2023年磷酸錳鐵鋰電池“放量元年”充滿期待。同時(shí)，各種技術(shù)路線的突破似乎也在驗(yàn)證我的判斷，所謂“圣杯”的全固態(tài)電池止步于半固態(tài)電池就好，不要因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室走通了就鉆牛角尖。

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