續(xù)航1000公里，電池“錳”起來 世界新動態(tài)

無三元，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”。之前就有人說過，2023年，是磷酸錳鐵鋰的放量元年，現(xiàn)在看來確實應(yīng)驗。

(資料圖)

就在寧德時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，國軒高科在自家每年一度的科技大會上，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。

國軒高科國際業(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，達到了在無三元（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2024年開始量產(chǎn)。

從各項指標來講，“啟晨L600 LMFP電芯實現(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80萬公里以上，輕松實現(xiàn)18分鐘的快充，并且一次性通過新國標的針刺、熱箱、過充、過放、熱失控、短路、擠壓等安全測試?！?/p>

而電池能量密度的提升，當然離不開技術(shù)體系以及材料體系的共同進步。

國軒高科董事長李縝其實更加雄心勃勃，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)型升級中的五大問題，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。這是另外一個話題了，花開兩朵，此文暫時不表。

1000公里以上續(xù)航有沒有意義？

先來說，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)和極簡設(shè)計思路。在極簡設(shè)計結(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，極簡電氣設(shè)計思路使得電池包的線束長度甚至只有之前的26%，從原來的303米的線束降到了80米，體積成組效率卻達到了76%（寧德時代是72%），PACK能量密度達到了190Wh/kg，超越了目前市場上的三元電池能量密度。

這是國軒高科經(jīng)過十年時間自研LMFP材料，通過共沉淀合成工藝，先進的摻雜包覆技術(shù)和新型的造粒技術(shù)，解決了高溫Mn溶出、電導(dǎo)率低、壓實密度低這等棘手問題，加上美國克利夫蘭研究院研發(fā)出的針對LMFP的新型電解液，大大改善高溫循環(huán)和存儲性能后，才做到的。

實際上，國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。2014年至今，公司的專利積累和布局也相對豐富。

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)，實屬正常。

這次，有個問題很有意思。對于鋰電池來說，續(xù)航1000公里是個很高、很硬核的目標，能達到這個目標，才能真正解決消費者骨子里的“續(xù)航焦慮”。當然，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到1000公里續(xù)航，確實也是行業(yè)進步的體現(xiàn)。

而追求高續(xù)航的心情似乎永無止境。比如，在大會上，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)對于電動車的續(xù)航設(shè)計，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的問題。所以說，290Wh/kg這個目標首先是很難的，今年能實現(xiàn)190，明年如果能實現(xiàn)200或者210，我覺得已經(jīng)是一個很好的進步了?！?/p>

因為，如果做到290 Wh/kg，基本上對應(yīng)的Wh/L就是400~500Wh/L。如果對應(yīng)現(xiàn)在相同的電池包，對應(yīng)的PACK能量密度容量基本上都在180~200度電，這個電量就太大。

“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，混合動力車型跑800~1200公里，設(shè)計得太長是沒有意義的?！?/p>

不過，有沒有意義，目前尚未有定論。至少從我個人的體驗角度來說，1000公里續(xù)航是解決焦慮的必須，畢竟補能的基礎(chǔ)設(shè)施不像加油站那樣完備，像這次五一長假期間“每個高速充電區(qū)都有一臺理想在充電”這么奇葩的事，都是會發(fā)生的。

“錳”在哪里？

再來說說，造就高能量密度的為什么是“錳”呢？

“錳者猛也，最大的特點，電壓高是優(yōu)點?！眹幐呖聘笨偛眯炫d無如此評價。確實，相對于磷酸鐵鋰和三元材料，磷酸錳鐵鋰在某些技術(shù)性能上確實優(yōu)勢突出。

業(yè)界特斯拉CEO馬斯克也曾表示，“我認為錳基電池有潛力?！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，并推動正極生產(chǎn)規(guī)模進入到TWh時代。

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

據(jù)不完全統(tǒng)計，包括國軒高科在內(nèi)，蔚來、寧德時代、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)11萬噸磷酸錳鐵鋰項目正在進行產(chǎn)能爬坡。珩創(chuàng)納米總投資達3億元的一期項目，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8億元。后續(xù)，其磷酸錳鐵鋰正極材料總規(guī)模將最終達到年產(chǎn)15萬噸。

國海證券去年曾預(yù)測，2023年是錳鐵鋰放量元年，預(yù)計達13萬噸。預(yù)計2025年全球LMFP材料需求為41萬噸，2023~2025年復(fù)合增速達75%，按照單噸6萬元測算，2025年大約有200億+的市場空間。

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

當然，我們也要看到，這次雖然國軒高科“亮劍”，但是重要的兩個對手還沒有動靜，就是寧德時代和比亞迪。他們手中也都有正在研發(fā)的磷酸錳鐵鋰電池產(chǎn)品，只是還沒官宣。

實際上，寧德時代早在2015年就申請了磷酸錳鐵鋰制備方法的專利。2021年12月，寧德時代又以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，寧德時代M3P電池已經(jīng)量產(chǎn)。當然，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)濟性。此前還有消息稱，弗迪電池在2022年初開始小批量采購磷酸錳鐵鋰材料，正處于內(nèi)部研發(fā)階段。比亞迪的回復(fù)是，各種材料都會有研究。

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

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