雖然只與磷酸鐵鋰電池一字之差,但磷酸錳鐵鋰電池的故事,卻講得更有新意。
日前,坊間傳來消息,寧德時(shí)代計(jì)劃于今年下半年量產(chǎn)磷酸錳鐵鋰電池,欣旺達(dá)及億緯鋰能的相關(guān)產(chǎn)品,也已在今年上半年通過電池中試環(huán)節(jié),正在送樣品給車企測(cè)試。
而在此之前,馬斯克也曾在特斯拉柏林工廠投產(chǎn)儀式之后的問答環(huán)節(jié)中,公然對(duì)“錳電池”表達(dá)了興趣:“我認(rèn)為錳有一個(gè)有趣的潛力。”
(相關(guān)資料圖)
磷酸鐵鋰,“錳”起來了
霎時(shí)間,仿佛一種新的電池材料,就這樣突然出現(xiàn),然后技術(shù)成熟,走向了量產(chǎn)。
不要驚訝,其實(shí)在動(dòng)力電池領(lǐng)域,錳元素早已得到應(yīng)用。尤其是在三元鋰電池之中,錳作為必不可少的“一元”,長(zhǎng)期發(fā)揮著作用。
而此時(shí)再次引爆熱點(diǎn)的磷酸錳鐵鋰電池,則是作為磷酸鐵鋰電池的下一代進(jìn)化產(chǎn)品出現(xiàn)。
誠(chéng)然,與三元鋰電池相比,磷酸鐵鋰電池的市場(chǎng)份額不斷擴(kuò)多,但是其理論能量密度已經(jīng)不斷接近極限。這種情況下,誰率先掌握了磷酸鐵鋰電池的下一代產(chǎn)品,也就主導(dǎo)了接下來動(dòng)力電池行業(yè)的發(fā)展方向。
磷酸鐵鋰,“錳”起來了
不僅僅是寧德時(shí)代,據(jù)晚點(diǎn)消息,欣旺達(dá)和億緯鋰能的磷酸錳鐵鋰電池已在今年上半年通過電池中試環(huán)節(jié),正在送樣品給車企測(cè)試。比亞迪弗迪電池也在今年初開始小批量采購(gòu)磷酸錳鐵鋰材料,目前正處于內(nèi)部研發(fā)階段。
電池廠商紛紛發(fā)力的情況下,“老樹發(fā)新芽”的磷酸錳鐵鋰電池,究竟能夠在動(dòng)力電池市場(chǎng)之中,掀起多大的波瀾?
“多一字”的優(yōu)勢(shì)
魚和熊掌不可得兼,關(guān)于動(dòng)力電池安全性和能量密度的平衡,也一直是行業(yè)頭疼的問題所在。
然而隨著補(bǔ)貼退坡,三元鋰電池與磷酸鐵鋰電池之間的技術(shù)路線之爭(zhēng),也變得愈演愈烈起來。毫無疑問,雙方的市場(chǎng)并不完全重合,但此時(shí)有了錳元素的加入,情況就變得微妙了起來。
磷酸鐵鋰,“錳”起來了
首先,磷酸錳鐵鋰電池的能量密度,變高了。
與鐵元素相比,錳元素可以為動(dòng)力電池提供更高的電壓需求,如磷酸錳鐵鋰電池的電壓可以達(dá)到4.1V,而磷酸鐵鋰電池只能達(dá)到3.4V。
根據(jù)公式“電池能量密度=放電倍率×放電平臺(tái)/電池質(zhì)量”,如此電壓優(yōu)勢(shì)的情況下,錳電池的充放電功率更好,也就能夠?qū)崿F(xiàn)更高的能量密度。
據(jù)了解,磷酸錳鐵鋰電池的能量密度極值可達(dá)到230wh/kg,與磷酸鐵鋰電池170wh/kg的能量密度相比,不僅高出不少,更是能夠與三元鋰電池的能量密度“掰掰手腕”。
磷酸鐵鋰,“錳”起來了
其次,磷酸錳鐵鋰電池具備更好的低溫性能。
磷酸錳鐵鋰電池在-20℃的低溫環(huán)境下,容量保持率能夠約75%,而磷酸鐵鋰的容量保持率在60%-70%。根據(jù)天能股份應(yīng)用在小牛電動(dòng)車F0系列上的產(chǎn)品參數(shù)顯示,磷酸錳鐵鋰電池在低溫環(huán)境下續(xù)航里程提升25%。
此外,值得一提的還有,磷酸錳鐵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,磷酸錳鐵鋰電池同樣屬于橄欖石型結(jié)構(gòu),充放電時(shí)的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。如此一來,磷酸錳鐵鋰電池也就在某種意義上,實(shí)現(xiàn)了能量密度與安全性的平衡。
磷酸鐵鋰,“錳”起來了
當(dāng)然,更重要的一點(diǎn),磷酸錳鐵鋰電池具備成本優(yōu)勢(shì)。
因?yàn)槿蝈i礦資源豐富,磷酸錳鐵鋰電池的成本較磷酸鐵鋰僅增加5%-10%左右。如果從單瓦時(shí)能量密度的角度來看,整個(gè)電池系統(tǒng)的裝機(jī)成本上,磷酸錳鐵鋰電池還要略低于磷酸鐵鋰電池,并且大幅低于三元電池。
如此諸多優(yōu)勢(shì)集于一體,磷酸錳鐵鋰電池簡(jiǎn)直就差官宣是未來電池的最終形態(tài)。然而,真實(shí)情況卻遠(yuǎn)沒有那么簡(jiǎn)單,甚至還有些棘手。
“非主流”的短板
追溯往昔,磷酸錳鐵鋰電池并不是一項(xiàng)新技術(shù)。2013年,比亞迪就進(jìn)行過相關(guān)研究,并表示要推出磷酸錳鐵鋰作為磷酸鐵鋰的升級(jí)路線。
然而由于補(bǔ)貼政策向能量密度更高的三元材料傾斜,以及比亞迪沒能解決磷酸錳鐵鋰電池循環(huán)壽命過低、內(nèi)阻過大等問題,該路線并沒有成為主流,比亞迪也在2016年停止了相關(guān)開發(fā)。
磷酸鐵鋰,“錳”起來了
比亞迪的前車之鑒表明,想要推動(dòng)磷酸錳鐵鋰電池成為市場(chǎng)主流,不僅面臨著政策面、市場(chǎng)面的阻力,還有技術(shù)上的問題亟待解決。
首當(dāng)其沖的便是,雙電壓平臺(tái)問題。
錳鐵兩種不同元素的組合,雖然提高了整體電池的充放電壓,但同時(shí)也意味著兩種不同的工作電壓狀態(tài)。具體而言,鐵的電壓平臺(tái)低于錳,對(duì)應(yīng)錳與鐵的氧化還原,在3.5V電壓附近Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+;在4.1V附近,Mn2+轉(zhuǎn)化為Mn3+。
如果電動(dòng)汽車在高速行駛中出現(xiàn)電壓切換的情況,車輛就會(huì)出現(xiàn)減少或失去動(dòng)能的情況,這種情況很難通過BMS進(jìn)行處理,進(jìn)而產(chǎn)生嚴(yán)重的安全問題。
磷酸鐵鋰,“錳”起來了
其次,磷酸錳鐵鋰的電子電導(dǎo)和離子電導(dǎo)性明顯低于三元材料和磷酸鐵鋰,因而表現(xiàn)出較差的導(dǎo)電性和較差的倍率特性。
磷酸錳鐵鋰電池首圈充放電效率在92%左右,而磷酸鐵鋰能夠做到95%以上。
錳的導(dǎo)電性差,容易出現(xiàn)極化現(xiàn)象使得放電電壓平臺(tái)縮減,而且錳原子替換鐵原子使原有八面體發(fā)生畸變(錳原子在氧原子構(gòu)成的八面體中),在充放電時(shí)不能保持原有形態(tài),從而損失容量、降低循環(huán)性能。
簡(jiǎn)單來說,磷酸錳鐵鋰電池越用,電池容量就會(huì)隨之降低得越快。其循環(huán)壽命問題,也就成為量產(chǎn)上車路上,必須要邁過去的“坎”。
磷酸鐵鋰,“錳”起來了
此外,磷酸錳鐵鋰電池的制備方法雖然與磷酸鐵鋰相似,制備方法包括固相法和液相法兩種,但也各有缺點(diǎn)存在。
固相法是借助機(jī)械混合破碎實(shí)現(xiàn)原材料的混合,方法簡(jiǎn)單、成本較低,但不能實(shí)現(xiàn)微觀也就是分子級(jí)均一,產(chǎn)品一致性較差。
液相法則是將原材料全部溶解,能實(shí)現(xiàn)分子級(jí)的結(jié)合,獲得的前驅(qū)體更均勻,可以有效防止富錳相的聚集,提高材料電化學(xué)性能。不過相關(guān)制造過程控制難度較大,工藝流程也相對(duì)復(fù)雜,成本較高。
所以,從生產(chǎn)制造的角度來看,磷酸錳鐵鋰電池想要取代磷酸鐵鋰電池,或是取代三元鋰電池的市場(chǎng),依舊還有很長(zhǎng)的一段路要走。
磷酸鐵鋰,“錳”起來了
事實(shí)上,業(yè)界的共識(shí)在于,磷酸錳鐵鋰電池將率先應(yīng)用于兩輪電動(dòng)車,然后與三元鋰電池復(fù)合使用,待相關(guān)技術(shù)成熟之后,再于新能源汽車之上獨(dú)立使用。
只不過有意思的是,相對(duì)于行業(yè)內(nèi)的理智發(fā)聲,二級(jí)市場(chǎng)的股市卻是率先沸騰了起來。錳礦供應(yīng)商、電池廠商、正極材料生產(chǎn)公司等,紛紛開啟了一波小陽春。
股市有風(fēng)險(xiǎn),投資需謹(jǐn)慎。
至少?gòu)哪壳暗那闆r來看,在磷酸錳鐵鋰電池未能量產(chǎn)裝車之前,所謂的“磷酸鐵鋰下一代產(chǎn)品”,依舊存在炒冷飯、炒作概念的可能性。
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