新型錳基正極材料的應(yīng)用及突破：進入主戰(zhàn)場
2024-11-19 16:45:58
摘要：動力與儲能作為新能源領(lǐng)域最廣闊的兩大萬億級應(yīng)用市場，是所有新能源企業(yè)夢想并且必須要開拓的，只有進入這兩大領(lǐng)域才算是真正的進入主戰(zhàn)場。
動力與儲能作為新能源領(lǐng)域最廣闊的兩大萬億級應(yīng)用市場，是所有新能源企業(yè)夢想并且必須要開拓的，只有進入這兩大領(lǐng)域才算是真正的進入主戰(zhàn)場。
現(xiàn)在作為錳基正極材料絕對的帶頭大哥，博石高科一直以此為目標，但博石并不是說要介入已經(jīng)飽和的三元材料及磷酸鐵鋰領(lǐng)域，而是把目標定在下一代更具前景的新型錳基正極材料上，即高電壓型鎳錳酸鋰和磷酸錳鐵鋰。
值得慶祝的是，通過持續(xù)的研發(fā)升級，高電壓型鎳錳酸鋰和磷酸錳鐵鋰在主戰(zhàn)場已經(jīng)有了巨大的應(yīng)用突破。
LMFP 材料是在磷酸鐵鋰的基礎(chǔ)上，通過摻雜一定比例的錳元素而形成的新型磷酸鹽類鋰電池正極材料。磷酸鐵錳鐵鋰的結(jié)構(gòu)與磷酸鐵鋰相似，晶體均為橄欖石型結(jié)構(gòu)，但能量密度相較于磷酸鐵鋰更高，所以磷酸錳鐵鋰也被視為“升級版磷酸鐵鋰”。磷酸錳鐵鋰在能量密度、安全性、低溫性能及成本方面具備一定優(yōu)勢，可廣泛應(yīng)用于動力及儲能領(lǐng)域。
以動力市場為例，磷酸錳鐵鋰已經(jīng)開始在終端車型中得到應(yīng)用。2023 年 8 月，工信部發(fā)布第374批《道路機動車輛生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品公告》新產(chǎn)品公示，奇瑞星紀元 ES 以及奇瑞與華為智選合作的首款新車智界S7中，有4款車型采用了“三元鋰離子+磷酸鐵錳鋰電池”。而特斯拉Model 3后續(xù)要推出的高性能版也有望搭載磷酸錳鐵鋰電池。這些都表明磷酸錳鐵鋰電池技術(shù)通過下游驗證，進入到商業(yè)化量產(chǎn)階段。
LNMO 材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、具有高電壓平臺、高比能量密度和良好的循環(huán)性能。
LNMO 材料通過用 Ni 取代了四分之一的 Mn 元素，因而獲得了高工作電壓的特性。這種高電壓特性的材料比能量近650Wh/kg，接近三元，遠高于鐵鋰，這恰好滿足了鋰離子電池高能量密度和高功率密度的需求，在消費類電池產(chǎn)品領(lǐng)域有望部分取代三元正極材料的市場份額，也更適合應(yīng)用在電動汽車用的高功率密度鋰離子電池。同時 LNMO正極材料屬于AB2O4型立方結(jié)構(gòu)，可以提供三維鋰離子傳輸通道，擁有較好的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性，因此其在大容量鋰電池領(lǐng)域擁有良好的應(yīng)用潛力。
目前商業(yè)化的鋰離子電池，逐漸由液態(tài)電池，發(fā)展為半固態(tài)電池，甚至準固態(tài)電池；“下一代鋰電池”應(yīng)是全固態(tài)鋰電池。而固態(tài)電池對于正極材料，依然秉持這幾個最核心的要求：
高能量密度、高功率密度、長循環(huán)壽命、高安全性、低成本。所以LNMO成為最具有競爭力的材料之一，尤其是在其他材料適應(yīng)不了的5V電壓領(lǐng)域。
鈦酸鋰電池（LTO）以其超長的循環(huán)壽命而聞名，理論上可以達到并超過50000次循環(huán)，這非常適合啟停電源領(lǐng)域，所以近兩年LTO電池市場規(guī)?？焖僭鲩L。其正極材料雖然目前仍以三元材料為主，但LNMO 因其獨特性能也逐漸打開了該領(lǐng)域的市場。
更重要的是，因為高電壓鎳錳酸鋰不含價格昂貴的鈷元素且制備工藝簡單，所以材料的成本很低，適合于大規(guī)模應(yīng)用，與三元材料對比，其具有絕對的價格優(yōu)勢。具體來看， 6系三元材料價格是高電壓鎳錳酸鋰量產(chǎn)后價格的2.2倍，8系三元材料價格則是其價格的2.5倍。并且用高電壓鎳錳酸鋰做出來的電芯價格也遠遠低于三元電芯價格。
總的來說，在三元及磷酸鐵鋰性能開發(fā)已接近理論“天花板”，高電壓鎳錳酸鋰和磷酸錳鐵鋰有望接棒成為下一代動力與儲能市場兩大主要正極材料。
