這年頭，鋰電池續(xù)航里程不達(dá)到1000KM，電池企業(yè)可能都不太好意思拿出來發(fā)布。
5月19日，國內(nèi)電池企業(yè)國軒高科股份有限公司（以下簡稱“國軒高科”，?002074）在第十二屆科技大會上發(fā)布了自主研發(fā)L600啟晨鋰電池電芯及電池包，電池正極材料基于磷酸錳鐵鋰體系，系統(tǒng)能量密度為190Wh/kg，可實(shí)現(xiàn)續(xù)航1000KM。
目前在國內(nèi)，同樣宣稱能夠達(dá)到1000KM續(xù)航里程的，還有寧德時代已經(jīng)量產(chǎn)并首發(fā)極氪001的麒麟電池，以及蜂巢能源即將量產(chǎn)的龍鱗甲電池。但前兩者的電池電芯，仍然采用了傳統(tǒng)的高比能鎳鈷錳三元正極材料。而國軒高科的啟晨電池電芯，是在正極材料磷酸鐵鋰中摻加錳元素，不用稀缺金屬鎳鈷，電池材料供應(yīng)和成本上更具優(yōu)勢。
(相關(guān)資料圖)
據(jù)介紹，L600啟晨電池將于2024年量產(chǎn)。
L600啟晨電池電芯
在電池發(fā)布會上，國軒高科國際業(yè)務(wù)板塊執(zhí)行總裁程騫表示，“近年來，磷酸鐵鋰技術(shù)重獲市場認(rèn)可，市場份額持續(xù)提升。然而，量產(chǎn)的磷酸鐵鋰電池能量密度增長已進(jìn)入瓶頸，進(jìn)一步提高需要材料化學(xué)體系的提升，因此摻雜錳元素的磷酸鐵鋰應(yīng)運(yùn)而生。”
國軒高科國際業(yè)務(wù)板塊執(zhí)行總裁程騫
據(jù)程騫介紹，啟晨L600?磷酸錳鐵鋰電芯容量為223Ah，質(zhì)量能量密度240Wh/kg，體積能量密度525Wh/L，25攝氏度常溫循環(huán)4000次，45攝氏度高溫循環(huán)1800次，實(shí)現(xiàn)18分鐘快充，已通過了所有的安全測試。采用啟晨L600?磷酸錳鐵鋰電芯的電池包，體積成組率達(dá)到76%，系統(tǒng)能量密度達(dá)到190Wh/kg，超越現(xiàn)在量產(chǎn)三元體系的電池包能量密度。
據(jù)了解，國軒高科經(jīng)過十年時間自研磷酸錳鐵鋰材料，通過共沉淀合成工藝，先進(jìn)的摻雜包覆技術(shù)和新型的造粒技術(shù)解決了高溫條件下錳溶出、導(dǎo)電率低、壓實(shí)密度低等問題。此外，位于美國俄亥俄州的克利夫蘭研究院研發(fā)出了針對磷酸錳鐵鋰材料的新型電解液，改善了電池的高溫循環(huán)和存儲性能。
除了電池材料體系的全新升級和創(chuàng)新外，基于該款電芯打造的啟晨電池包，在電池包結(jié)構(gòu)上也有突破與創(chuàng)新。例如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，電池包的結(jié)構(gòu)件數(shù)量降低45%，結(jié)構(gòu)件重量降低32%，極簡的電氣設(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。
在電池的本征安全方面，啟晨電池包自主研發(fā)的隔熱材料可耐1200°C高溫，相當(dāng)于給電芯穿了一層隔熱皮膚，并通過極短情況快速散熱通道和主動安全的BMS，做到了四層極致安全保護(hù)。目前，該產(chǎn)品通過了新國標(biāo)的針刺、熱箱、過充、過放、熱失控、擠壓和短路的所有測試。
磷酸錳鐵鋰材料，為何開始高歌猛進(jìn)？
目前國內(nèi)動力電池主要類別中，按正極材料劃分，鎳鈷錳三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池各執(zhí)一派。
根據(jù)中國動力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟最新發(fā)布的數(shù)據(jù)，今年前4月，我國三元電池累計產(chǎn)量63.3GWh，占總產(chǎn)量35.8%，磷酸鐵鋰電池累計產(chǎn)量113.4GWh，占總產(chǎn)量64.1%。三元電池累計裝車量28.9GWh，占總裝車量31.7%；磷酸鐵鋰電池累計裝車量62.0GWh，占總裝車量68.2%。
近幾年來，磷酸錳鐵鋰正極材料熱度突然大增。據(jù)中信證券統(tǒng)計，2015年以來，國內(nèi)磷酸錳鐵鋰相關(guān)專利的數(shù)量迅速上升，截至2022年3月國內(nèi)專利數(shù)為172項。
在商業(yè)化應(yīng)用上，目前，國內(nèi)已有天能集團(tuán)生產(chǎn)的磷酸錳鐵鋰18650電池成功應(yīng)用在小牛F0系列電動車中。今年2月，寧德時代表示新的電池產(chǎn)品M3P電池將于今年量產(chǎn)，電池正極材料為磷酸鹽體系，產(chǎn)品含有錳等多種金屬元素，成本較三元電池下降。此前，寧德時代以4.13億元投資磷酸錳鐵鋰材料生產(chǎn)廠商力泰鋰能，成為其第一大股東。
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、天津斯特蘭等均在磷酸錳鐵鋰材料上有所布局。
為何在兩大傳統(tǒng)正極材料體系后，磷酸錳鐵鋰會異軍突起？中信證券報告指出，從材料科學(xué)層面而言，這主要是因為磷酸鐵錳鐵鋰材料解決了現(xiàn)有正極材料低成本和高電壓平臺難以兼得的問題。
一般認(rèn)為，電池正極材料是影響電池質(zhì)量能量密度的關(guān)鍵組分，質(zhì)量能量密度是電池的關(guān)鍵參數(shù)，直接決定了電動汽車的續(xù)航里程。電池的質(zhì)量能量密度由正極比容量、負(fù)極比容量和電壓平臺決定。負(fù)極材料的比容量一般高于正極材料，因此提高正極材料的比容量和電壓平臺，降低正極材料成本成為電池降本增效的關(guān)鍵路徑。
現(xiàn)有正極材料中，三元正極的電壓平臺一般為3.7V，高于磷酸鐵鋰的3.4V。但由于三元材料含有鈷、鎳等貴金屬，其成本居高不下，且安全性相對較低。磷酸錳鐵鋰的理論電壓平臺為4.1V，遠(yuǎn)高于磷酸鐵鋰的3.4V，低溫性能也比磷酸鐵鋰更好。
而據(jù)程騫介紹，國軒高科此次發(fā)布的啟晨電池中，使用的磷酸錳鐵鋰材料的電壓平臺為3.7V，跟三元正極的電壓平臺相當(dāng)。
發(fā)布會現(xiàn)場
而跟三元材料的層狀結(jié)構(gòu)相比，磷酸錳鐵鋰的橄欖石型結(jié)構(gòu)額外增加結(jié)構(gòu)支撐，因此充放電過程中不易發(fā)生結(jié)構(gòu)崩塌，熱穩(wěn)定性好、安全性高、使用壽命長。
高工產(chǎn)研鋰電研究所(GGII)則從產(chǎn)業(yè)角度進(jìn)一步分析指出，大規(guī)模量產(chǎn)后，磷酸錳鐵鋰電池相對于磷酸鐵鋰電池有5%-10%的成本優(yōu)勢，相對于三元鋰電池成本優(yōu)勢更大；磷酸錳鐵鋰電池相對于磷酸鐵鋰電池有10%-15%的能量密度優(yōu)勢，同時具有相似的安全性；鋰鹽價格維持高位，促使鋰電池企業(yè)研發(fā)單位瓦時用鋰量低的鋰電池。
但磷酸錳鐵鋰材料由于存在電導(dǎo)率極低、循環(huán)性能差和分子結(jié)構(gòu)不可逆損害等問題，應(yīng)用難度大。據(jù)了解，為了改善磷酸錳鐵鋰材料的電導(dǎo)率、提高其電化學(xué)活性，通常采用減小顆粒尺寸、導(dǎo)電物質(zhì)包覆、體相離子摻雜 、材料結(jié)構(gòu)設(shè)計與形貌調(diào)控等單一措施或者利用多種措施的協(xié)同作用對性能改良。
高工產(chǎn)研鋰電研究所調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，2022年，國內(nèi)磷酸錳鐵鋰正極材料出貨量已經(jīng)達(dá)到了2000噸，目前主要在電動二輪車領(lǐng)域小規(guī)模出貨，并有望于2023年在動力領(lǐng)域大規(guī)模出貨。隨著頭部電池企業(yè)研發(fā)加快，預(yù)計2023年中國磷酸錳鐵鋰正極材料出貨量有望超1.5萬噸，市場規(guī)模有望超10億元，2025年磷酸錳鐵鋰正極材料出貨量有望超20萬噸，市場規(guī)模有望超100億元。
