随着行业技术的进步、锂离子动力电池制造技术的突破,以及磷酸盐系正极材料的技术创新,磷酸锰铁锂作为一匹“黑马”冲入大众视野。据悉,无论动力电池企业,还是上游材料供应商,抑或整车制造商都对磷酸锰铁锂产生了不小的兴趣。越来越多的企业认识到磷酸锰铁锂的优势,抢先布局、抢占赛道成为它们的共同选择。宁德时代、比亚迪、亿纬锂能、国轩高科、孚能科技、当升科技、容百科技等企业都在争相就此开展布局。
一、什么是磷酸锰铁锂?
顾名思义,磷酸锰铁锂电池是在磷酸铁锂电池上增加了锰元素,俗称掺杂。由于增加了更为稳定的锰元素,该产品被认为是“升级版磷酸铁锂”
由于锰与铁元素的离子半径及部分化学性质相近,所以结构上磷酸锰铁锂与磷酸铁锂相近,均为橄榄石型结构。从能量密度角度看,磷酸锰铁锂优于磷酸铁锂,磷酸锰铁锂可突破磷酸铁锂能量密度瓶颈。目前磷酸铁锂最大能量密度已稳定在 161~164Wh/kg 左右。
图1 磷酸锰铁锂
图2 磷酸铁锂
图3 三元NCM
二、磷酸锰铁锂有什么性能优势?
三元NCM、磷酸铁锂LFP、磷酸锰铁锂LFMP性能对比表
能量密度:三元(高镍) > 磷酸锰铁锂 > 磷酸铁锂
就能量密度而言,好镍三元体系的能量密度最高,其次是磷酸锰铁锂,再者是磷酸铁锂。
锰元素具有电压高的优点,在磷酸铁锂基础上掺杂锰,将电压平台由 3.4V 提升至 4.1V,高电压进而带来高能量密度。据德方纳米,磷酸锰铁锂能量密度较磷酸铁锂提升15%~20%。磷酸锰铁锂能量密度能达到三元 523,甚至三元 622 的水平,较磷酸铁锂优势显著。
安全性:磷酸铁锂 ≈ 磷酸锰铁锂 > 三元
由于只是在磷酸铁锂内掺杂了锰元素,产品的晶体结构未有所改变,磷酸锰铁锂电池同样具有六方密堆结构,这种结构最大的优势是稳定性好,具有良好的安全性和稳定性。
低温性能:三元 > 磷酸锰铁锂 > 磷酸铁锂
纳米磷酸铁锂在 -20℃ 下容量保持率约为 67%,而磷酸锰铁锂可以保持在 71%,与质量占比 15%的三元材料混合时,保持率可达 74%。由此可见,针对于欧美地区冬季较为漫长且温度较低的地区而言,具有相对友好。
生产成本:三元 > 磷酸铁锂 ≥ 磷酸锰铁锂
从材料端看,全球锰矿储量丰富,磷酸锰铁锂与磷酸铁锂成本几乎相同。锰铁锂制造成本比铁锂贵约 10%,但锰铁锂能量密度可以提升15%,后续通过技术及原料升级,未来制造成本会比磷酸铁锂低至少 10%。
三、磷酸锰铁锂未来可期
磷酸锰铁锂之所以受到重视,主要原因是目前主流的两种正极材料各有缺陷。首先,磷酸铁锂(LFP)的比能量低,无法完全适应锂离子动力电池市场对其超高比能量的技术要求;其次,三元材料(NCM)因其比能量更高转而被许多公司所选择,但相对于磷酸铁锂,它的安全性更低,且对电池的安全规划与技术流程掌握要求更高。因此,业界开始将目光投向了磷酸锰铁锂,这种性能介乎于两者之间、但更安全的正极材料。
磷酸锰铁锂的出现正好是在“窗口期”,市场亟需磷酸锰铁锂这类更具性价比的选择,代替磷酸铁锂产品并与三元材料展开竞争。在磷酸锰铁锂电池的市场进展中,有望在两轮车上率先落地,进而开拓中、低端电动汽车领域。两轮车的应用场景验证周期短,可以率先落地;而在电动汽车上,随着经济性优势显现和低温性能改善,磷酸锰铁锂电池未来有望向更多场景渗透。
四、磷酸锰铁锂生产企业
1、中国企业
宁德时代
早在2015年,宁德时代就申请了磷酸锰铁锂制备方法的专利。2017年,又公开了“锂离子蓄电池复合正极材料及其制备方法——一种磷酸锰铁锂和石墨烯复合正极材料及其制备方法”的相关专利。此外,2021年12月,该公司还斥资4.13亿元,成为磷酸锰铁锂材料生产商力泰锂能的第一大股东,持有其60%股份。2022年2月14日,宁德时代透露,公司计划推出新产品M3P电池。外界猜测,M3P电池名称中的“M”为锰元素的代号(P代表化学式磷酸根),使得M3P即为磷酸锰铁锂电池的猜测流传甚广。但宁德时代表示,准确来说M3P并非磷酸锰铁锂电池,公司将其称为磷酸盐体系的三元。其正极材料是磷酸盐体系的三元材料,含有锰、铁以及其他金属元素。此后宁德时代首席科学家吴凯透露,M3P电池已经量产,2023年将推向市场运用。
M3P电池(来源:宁德时代)
据悉,宁德时代的M3P电池或将首发落地Model 3后轮驱动标准续航版改款车型,未来还将供Model Y改款车型使用。此外,上述第374批《道路机动车辆生产企业及产品公告》中4款搭载“三元锂离子+磷酸锰铁锂电池”的车型,其磷酸锰铁锂电池供应商即为宁德时代子公司江苏时代,该磷酸锰铁锂电池是否为M3P电池我们拭目以待。
国轩高科
2023年5月19日,国轩高科发布磷酸锰铁锂体系L600启晨电芯及电池包。电芯质量能量密度、体积能量密度分别达到240Wh/kg、525Wh/L,电池组的体积成组效率达到76%,Pack能量密度达到190Wh/kg,续航可以做到1000km。据了解,国轩高科计划2024年开始量产启晨L600电芯。
L600启晨电芯(来源:国轩高科)
容百科技
2023年9月6日,容百科技发布公告,公司规划在仙桃市高新技术开发区新建年产10万吨磷酸锰铁锂和5万吨钠电正极材料产能,项目预计在2026年全部建成并投产。容百科技表示,2023年上半年,公司磷酸锰铁锂正极材料累计出货近千吨,市场占有率超70%,产品广泛应用于小动力、家储、动力等应用领域。容百科技现有6200吨/年的产能,目前已启动韩国忠州2万吨/年磷酸锰铁锂产能建设。规划到2025年底和2030年底,国内分别建成12万吨/年、30万吨/年的产能,海外分别建成2万吨/年、26万吨/年的产能。
当升科技
当升科技目前磷酸锰铁锂实际可利用产能4000吨/年,同时在2023年1月13日,当升科技公告,公司决定与蜀道新材料共同投资建设攀枝花磷酸(锰)铁锂产业基地规划产能30万吨,首期项目计划建成年产12万吨磷酸(锰)铁锂生产线及配套设施。当升科技的磷酸铁锂和磷酸锰铁锂是同一条产线,可以相互转换。
湖南裕能
湖南裕能磷酸锰铁锂产品处于批量试生产阶段,此外在2023年8月10日,湖南裕能公告,拟定增募资不超过65亿元,用于年产32万吨磷酸锰铁锂等项目。
德方纳米
德方纳米已建成的磷酸锰铁锂产能为11万吨/年,产品已通过下游客户验证,并通过了部分车企的批量认证,即将上车。
天奈科技
天奈科技公,上海锦源晟新能源材料有限公司、国成矿业三方共同投资的天奈锦城正极材料项目,将分两期建设10万吨磷酸锰铁锂正极材料生产线。其中一期年产2万吨生产线,预计2023年年底建成投用。
乾运高科
2023年6月25日,由青岛乾运高科投资建设的年产20万吨磷酸锰铁锂正极材料项目正式开工,项目分两期建设。一期新上22条正极材料生产线,可年生产磷酸锰铁钾电池正极材料10万吨。
创普斯
2023年9月8日,创普斯年产30万吨磷酸锰铁锂正极材料生产项目、新材料产业园项目、新能源电池产业园三期在中国(湖南)自由贸易试验区郴州片区、高新区举行集中开工仪式。其中,在郴州高新区投资的年产30万吨磷酸锰铁锂正极材料项目,由创普斯投资96亿元建设,总占地面积320亩,总建筑面积22.5万平方米,计划分三期建设。除了上述企业,包括比亚迪、中创新航、亿纬锂能、孚能科技、蜂巢能源、瑞浦兰钧、星恒电源、鹏欣资源、富临精工、合纵科技、龙蟠科技、百川股份、天力锂能等中国锂电池产业链上下游企业都在争相布局磷酸锰铁锂。
三星SDI
当地时间9月4日,在德国慕尼黑举行的全球最大汽车展IAA Mobility 2023上,三星SDI首次展示了磷酸铁锰锂电池。早在今年3月,三星SDI首席执行官Choi Yoon-ho透露,公司正尝试开发磷酸铁锂电池,以使其业务和客户多样化。三个月后,该公司第一次对外展示了其磷酸铁锂电池产品。上个月亦有消息称,三星SDI将在其蔚山工厂建设韩国首条磷酸铁锂电池生产线。
LG新能源
LG新能源于2020年年底在韩国大田实验室开始研发磷酸铁锂电池技术,2022年7月,LG新能源宣布计划于2023年在LG中国工厂生产磷酸铁锂电池。此外,LG新能源还通过在磷酸铁锂正极材料中添加锰以开发磷酸锰铁锂材料,目标是在2026年开始量产。
SK On
SK On早在2021年11月就已经在开发用于电动汽车的磷酸铁锂电池。SK On的CEO表示,磷酸铁锂电池在成本、安全性和寿命方面表现都较为出色,因此越来越多的车企加大了对磷酸铁锂电池的需求,这也是SK On决定开发磷酸铁锂电池的主要原因。此外,该公司计划在2025年之前为电动汽车生产一种新的磷酸铁锂电池,该电池极有可能使用磷酸锰铁锂。