磷酸錳鐵鋰：加“錳”的快樂與煩惱

在新能源汽車起步階段，動(dòng)力電池市場份額的80%被磷酸鐵鋰（LFP）所占據(jù)，然而后面補(bǔ)貼政策的出現(xiàn)，使得三元鋰電池市占率突飛猛進(jìn)，到2020年，三元鋰電池的裝機(jī)量占比達(dá)到了61%。

不過形勢在2021年開始出現(xiàn)轉(zhuǎn)變。一方面，頻繁的電池自燃事故讓消費(fèi)者不得不再次審視電池安全的重要性；另一方面，補(bǔ)貼退坡、原材料價(jià)格飛漲也迫使汽車廠商考慮是否還要執(zhí)著于三元鋰電池。2021年，磷酸鐵鋰電池裝機(jī)量累計(jì)79.8GWh，占比51.7％；三元鋰電池裝機(jī)量累計(jì)74.3GWh，占比48.1％。2022年前6個(gè)月，磷酸鐵鋰電池累計(jì)裝車量達(dá)64.4GWh，占比58.5％；三元鋰電池累計(jì)裝車量達(dá)45.6GWh，占比41.4％。

磷酸鐵鋰和三元材料裝機(jī)量變化曲線

然而根據(jù)工信部官網(wǎng)發(fā)布的新能源推廣應(yīng)用推薦車型目錄信息顯示，2022年，磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)的最大能量密度為161.27Wh/kg，這一最大值近兩年幾乎沒有變化。盡管磷酸鐵鋰電池憑借成本低廉、安全性強(qiáng)等優(yōu)勢，在產(chǎn)量、裝車量方面反超三元電池，但磷酸鐵鋰電池的能量密度已接近天花板。

在此背景下，磷酸錳鐵鋰（LMFP）作為磷酸鐵鋰的升級替代材料備受市場關(guān)注。

加“錳”的快樂

磷酸錳鐵鋰是在磷酸鐵鋰的基礎(chǔ)上添加錳元素而獲得的新型正極材料。其優(yōu)勢主要包括：

（1）磷酸錳鐵鋰相較于磷酸鐵鋰具有能量密度優(yōu)勢。磷酸錳鐵鋰的電壓平臺高達(dá)4.1V，其值顯著高于磷酸鐵鋰的3.4V。高電壓平臺可以提高對應(yīng)電池的能量密度，相當(dāng)條件下其理論能量密度比磷酸鐵鋰高15％-20％，基本能夠達(dá)到三元電池NCM523的水平，從而可以為電動(dòng)車提供較磷酸鐵鋰電池更高的續(xù)航里程。

（2）磷酸錳鐵鋰相較于磷酸鐵鋰具有低溫性能優(yōu)勢。磷酸錳鐵鋰在-20℃下容量保持率能夠達(dá)到約75％，而磷酸鐵鋰的容量保持率為60％-70％。

（3）磷酸錳鐵鋰相較于三元正極具有安全性優(yōu)勢。與三元相比，磷酸錳鐵鋰具有橄欖石型結(jié)構(gòu)，充放電時(shí)結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，比三元有更好的安全性和循環(huán)穩(wěn)定性。

（4）磷酸錳鐵鋰具有成本優(yōu)勢。因全球錳礦資源豐富，磷酸錳鐵鋰成本較磷酸鐵鋰僅增加5％-10％左右，考慮到錳鐵鋰能量密度的提升，電池裝機(jī)成本上，磷酸錳鐵鋰單瓦時(shí)成本略低于磷酸鐵鋰，并大幅低于三元電池。

加“錳”的煩惱

作為磷酸鐵鋰電池的堅(jiān)定支持者比亞迪，其實(shí)早在2013年就開始了對磷酸錳鐵鋰的探究、升級，不過2016年的時(shí)候比亞迪終止了相關(guān)技術(shù)的開發(fā)。

終止的背后，除了當(dāng)時(shí)的動(dòng)力電池補(bǔ)貼政策對磷酸錳鐵鋰不友好之外，肯定也有材料本身的原因。

“錳元素的加入可以提升原本磷酸鐵鋰電池的能量密度，但與此同時(shí)，錳加入后，材料的鋰離子擴(kuò)散速度和電子電導(dǎo)率均會(huì)降低。因此，為了實(shí)現(xiàn)磷酸錳鐵鋰更高的放電比容量，需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作用，如壓實(shí)降低、吸水性高，導(dǎo)致高溫循環(huán)性能差和脹氣問題。”中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員夏永高表示。

21年的時(shí)候，江蘇力泰曾舉辦了關(guān)于磷酸錳鐵鋰的專享交流會(huì)議，其中明確提到：鐵鋰是半導(dǎo)體，加點(diǎn)碳就可以了，而錳鐵鋰是絕緣體，顆粒還很小導(dǎo)致加工技術(shù)路線很難。目前行業(yè)沒有一家有統(tǒng)一技術(shù)路線，具備技術(shù)壁壘。

磷酸錳鐵鋰發(fā)展?fàn)顩r

（1）單獨(dú)使用

單獨(dú)使用時(shí)，磷酸錳鐵鋰?yán)碚撊萘侩m然與磷酸鐵鋰相同，為170mAh/g，但它的電極電勢遠(yuǎn)高于磷酸鐵鋰，因此具有潛在的高能量密度優(yōu)勢。當(dāng)磷酸錳鐵鋰的實(shí)際容量發(fā)揮到與磷酸鐵鋰相同的程度，其能量密度比磷酸鐵鋰提高15％-20％。

（2）混合使用

除了單獨(dú)使用，磷酸錳鐵鋰與其他正極材料混用，以提升電池性能，也是磷酸錳鐵鋰產(chǎn)業(yè)化的一大方向。

例如，星恒電源已在磷酸錳鐵鋰的復(fù)合技術(shù)改善上有重大突破。“這種技術(shù)改善的核心，是將錳酸鋰和磷酸錳鐵鋰混摻，使電池的低溫、安全、循環(huán)等性能更為優(yōu)異。”星恒電源電池工程院院長趙成龍表示，預(yù)計(jì)在未來的兩三年，磷酸錳鐵鋰仍以混合使用為主。

此外，高工鋰電認(rèn)為，未來2-3年磷酸錳鐵鋰將更多的以復(fù)配三元材料方式加以應(yīng)用。磷酸錳鐵鋰現(xiàn)階段單獨(dú)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。長遠(yuǎn)來看，隨著其成本下降，循環(huán)性能改善，將加速完成從輔材到主材的升級過程。

磷酸錳鐵鋰企業(yè)布局

作為尚未實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈認(rèn)證和商業(yè)化的電池路線，磷酸錳鐵鋰目前正處于量產(chǎn)的前夜。電池企業(yè)、正極材料廠商近期正積極布局。

電池企業(yè)方面，寧德時(shí)代、國軒高科、天能股份等紛紛瞄準(zhǔn)該賽道加大布局。

2021年12月，寧德時(shí)代4.13億元投資磷酸錳鐵鋰廠商力泰鋰能，成為其第一大股東。據(jù)悉，力泰鋰能現(xiàn)有年產(chǎn)2000噸磷酸錳鐵鋰生產(chǎn)線，近期又計(jì)劃新建年產(chǎn)3000噸磷酸錳鐵鋰產(chǎn)線。

國軒高科現(xiàn)已申請大量正極材料相關(guān)專利，重點(diǎn)布局磷酸鐵鋰、磷酸錳鐵鋰和三元材料。其中自主研發(fā)了“FP1865140-15Ah方形磷酸錳鐵鋰鋰離子蓄電池”。

天能股份也曾公開表示，公司已具備高鎳三元、磷酸鐵鋰、磷酸錳鐵鋰、三元復(fù)合錳鋰等產(chǎn)品的生產(chǎn)能力。

正極材料廠商方面，目前德方納米、鵬欣資源、百川股份、中貝新材料、光華科技、當(dāng)升科技、天津斯特蘭等均有所布局。

2021年9月，德方納米發(fā)布公告，公司擬在曲靖經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)投資20億元建設(shè)“年產(chǎn)10萬噸新型磷酸鹽系正極材料生產(chǎn)基地項(xiàng)目”；今年1月，其再次計(jì)劃擴(kuò)產(chǎn)33萬噸新型磷酸鹽系正極材料。預(yù)計(jì)今年年底產(chǎn)能達(dá)12萬噸，明年可達(dá)18-20萬噸。

今年1月，由中貝科技、鵬冠新材料、百民冠達(dá)共同投資的中貝材料3萬噸磷酸錳鐵鋰項(xiàng)目落戶山西；6月，中貝材料鋰電智能制造一期項(xiàng)目年產(chǎn)萬噸磷酸錳鐵鋰材料智慧工廠，完成交付并全面投產(chǎn)。

值得一提的是，磷酸錳鐵鋰現(xiàn)已率先進(jìn)入兩輪電動(dòng)車終端。星恒、天能均以其作為戰(zhàn)略方向，不斷加快生產(chǎn)布局。

2021年12月，星恒電源將錳酸鋰和磷酸錳鐵鋰混摻，推出“LONG終身保”產(chǎn)品；今年4月，還與龍?bào)纯萍甲庸境Ｖ蒌囋淳土姿徨i鐵鋰材料項(xiàng)目簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議。雙方將在磷酸錳鐵鋰等系列產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)及銷售業(yè)務(wù)領(lǐng)域開展戰(zhàn)略合作。

天能生產(chǎn)的磷酸錳鐵鋰18650電池也已成功應(yīng)用在小牛新款F0系列電動(dòng)車中，其低溫性能提升超25%。

結(jié)語與展望

磷酸錳鐵鋰作為是磷酸鐵鋰電池的升級方向之一，盡管過去受限于其較低的導(dǎo)電性能與倍率性能，但隨著碳包覆、納米化、摻雜、補(bǔ)鋰技術(shù)等改性技術(shù)的進(jìn)步，磷酸錳鐵鋰導(dǎo)電性、循環(huán)次數(shù)等缺點(diǎn)也在被逐步彌補(bǔ)，國內(nèi)頭部的電池與正極企業(yè)在專利方面加快儲備，并相繼開啟了量產(chǎn)規(guī)劃，磷酸錳鐵鋰產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程開始加速。

結(jié)合磷酸錳鐵鋰電池應(yīng)用領(lǐng)域以及電池產(chǎn)品的驗(yàn)證周期分析，高工產(chǎn)研鋰電研究所（GGII）預(yù)計(jì)，2023年磷酸錳鐵鋰正極材料有望迎來一定規(guī)模出貨。到2025年，磷酸錳鐵鋰正極材料出貨量將超35萬噸。

參考來源：

1、財(cái)經(jīng)早餐，《磷酸錳鐵鋰，到底猛在哪里？》

2、中國能源報(bào)，《動(dòng)力電池催熱錳基材料》

3、上海證券報(bào)，《磷酸錳鐵鋰“量產(chǎn)”前夜 上市公司爭相儲備產(chǎn)能》

4、中國證券報(bào)，《新能源車領(lǐng)域需求大 磷酸錳鐵鋰產(chǎn)業(yè)化提速》

5、高工鋰電，《磷酸錳鐵鋰產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用“快進(jìn)”》

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