磷酸铁锂电池将要迎来最大革新!

日前，有媒体报导称，宁德年代将会在本年第四季度向特斯拉供应最新的产品M3P电池，将会搭载到ModelY车型上。而这款车会在明年初上市。

宁德年代尽管没有明确说理解M3P电池是何种电池，但因为M是锰元素的化学代号，再加上马斯克此前多次揭露谈到锰电池，因而不少人推测M3P电池便是磷酸锰铁锂电池。

而跟着宁德年代和特斯拉的一起押宝，磷酸锰铁锂电池再次成为动力电池行业热门话题。现在国内简直一切的动力电池厂商都在研究磷酸锰铁锂电池。

望文生义，这种电池是磷酸铁锂电池的晋级版别，在原来的正极资料加入必定的锰元素，使之成为磷酸锰铁锂电池。

与磷酸铁锂电池比较，磷酸锰铁锂电池的能量密度能够进步15～20%左右，单体能量密度能够到达200Wh/kg以上，乃至能够和部分三元锂电池媲美。

此外，磷酸锰铁锂电池的低温功能也会有显着的进步。更重要的是，磷酸锰铁锂电池的安全性、循环寿数和磷酸铁锂电池十分挨近。

也便是说，磷酸锰铁锂电池承继了磷酸铁锂电池安全性高、循环寿数长的长处，一起又弥补了磷酸铁锂电池能量密度低，低温功能差的缺点。

因而，磷酸锰铁锂电池似乎是磷酸铁锂电池最好的代替品。

跟着车企关于电动汽车安全性的要求越来越高，磷酸铁锂电池的装机量现已超过了三元锂电池。这也意味着磷酸锰铁锂电池将会具有十分宽广的商场空间。

那么，这种电池的功能为何会有显着进步?是否还存在必定的技能难点?现在量产进展如何?

宁德年代下场搞特斯拉明年就将装车

尽管因为供货特斯拉，宁德年代M3P电池再次走入群众视界，但其实在本年2月份的时分，宁德年代的M3P电池就初次呈现在群众视界中了。

▲宁德年代此前曾预告M3P电池(图源网络)

其时大家从电池的命名方法猜想，M3P电池或许便是磷酸锰铁锂电池。

不过，宁德年代方面则表明：“M3P是依据新型资料系统研制的电池，精确说来不是磷酸锰铁锂，还包含其他金属元素，公司称之为磷酸盐系统的三元。新电池的能量密度高于磷酸铁锂，但本钱比三元锂更低”。

从宁德年代的描述来看，M3P电池是在原有的电池化学系统上，添加了一些锰元素和其他的金属元素，是一种进一步优化的磷酸锰铁锂电池。

尽管具体做法上存在必定的不同，但整体思路也是往动力电池资料系统内加入更多的锰元素。

在本年的国际动力电池大会上，宁德年代方面表明M3P电池现已完成了量产，预计在明年推向商场运用，而结合此前的报导来看，第一批装车的车型应该便是特斯拉ModelY。

▲特斯拉ModelY

特斯拉之所以会挑选选用这种新电池，首要跟其关于这一技能思路的认可有关。

在电池方面，马斯克曾多次侧重，电动汽车和动力电池的大规模出产需要数千万吨资料，乃至数亿吨电池资料，因而，这些电池原资料必须是随处可见的一般资料，否则就无法进行规模化出产。

而全球锰矿资源十分丰富，恰好符合马斯克所说的随处可见且一般。

因而，马斯克从前多次谈及锰元素。在2020年的电池日活动上，马斯克就表明对锰金属感兴趣。

本年1月份的时分，马斯克还宣布推特表明，锰能够代替铁和磷，因为锰需要更少的锂元素，还能够在更高的电压下工作。

而特斯拉柏林工厂开幕的时分，马斯克在被提问到“石墨烯电池”时，曾坦言因为石墨烯电池存在制作的复杂性，他对此持怀疑态度。紧接着他表明，特斯拉正在用更多的资料制作电池，其中侧重说到了锰基阴极电池的化学潜力。

▲马斯克在柏林工厂开幕式上宣布演讲

从马斯克过往的言论中也不难发现，特斯拉关于锰元素在电池中的效果十分看好，很早就开端尝试将其工业化了。

现在宁德年代含有锰元素的动力电池现已走到了大规模量产的前夜，一起宁德年代作为特斯拉在国内的动力电池供应商之一，向特斯拉提供这种电池也就不奇怪了。

也正因为宁德年代和特斯拉的一起挑选，另一种含锰元素的磷酸锰铁锂电池也开端走向群众视界中。

磷酸铁电池迎来改革能量密度进一步进步

磷酸锰铁锂电池，望文生义便是在磷酸铁锂电池的正极资料基础上加入锰元素，然后取得一种新型动力电池。

这种电池尽管在最近一段时刻才走入到群众的视界中，但其诞生的时刻却并非现在。

从专利申请的情况来看，早在2005年开端就零散有关于磷酸锰铁锂电池的专利申请，此后也一直有相关专利申请。

▲国家专利局相关专利情况

而在具体的工业化方面，比亚迪在2013年开端了研究，在2014年的“2014中国新能源汽车工业三基工程工作会议”中，王传福就曾说到其找到了新的技能方向，即为磷酸锰铁锂电池(LMFP)。

乃至在2015年，工信部目录中呈现的新款e6车型就搭载了磷酸锰铁锂电池。

因为其时技能条件并不老练，再加上三元锂电池逐渐兴起成为干流的动力电池，有音讯称比亚迪在2016年就终止了相关研究。

由此可见，磷酸锰铁锂电池并不算是一项新技能。

现在磷酸铁锂电池的装机量超过了三元锂电池，揭露数据显现，上半年磷酸铁锂电池的装机量到达了64.4GWh，占比58.5%;三元锂电池的装车量达45.6GWh，占比41.4%。

能够说，磷酸铁锂电池又迎来了春天。

但现在磷酸铁锂电池的能量密度现已挨近天花板，在原有的化学系统上很难再做进一步的进步。而磷酸锰铁锂电池便是一个不错的发展方向。

与磷酸铁锂电池比较，磷酸锰铁锂电池有两大优势。

首先便是磷酸锰铁锂电池的能量密度会有显着的进步。国海证券研究显现，磷酸锰铁锂的电压渠道为4.1V，而磷酸铁锂电池电压渠道为3.4V，依据能量密度=克容量*电压的计算公式，磷酸锰铁锂电池的能量密度最多能够进步20%左右。

现阶段比亚迪刀片电池的单体能量密度在160Wh/kg左右，系统能量密度为140Wh/kg左右，搭载了刀片电池之后，比亚迪汉EV在NEDC工况下，最高续航能够到达605公里。

而磷酸锰铁锂电池的单体能量密度预计能够到达200Wh/kg以上，和NCM523三元锂电池的单体能量密度挨近。NCM523的单体能量密度为180～210Wh/kg，系统能量密度能够到达161Wh/kg以上，也能够让电动汽车的续航轻松突破600公里。

现在荣威ER6、几何APro，乃至现在十分炽热的极氪001都有选用NCM523的版别，其续航也根本都在600公里以上。

这首要是因为锰元素的加入使得电压渠道进步，然后进步了能量密度，弥补了磷酸铁锂电池能量密度低的短板。

另一个杰出优势则是低温功能好。国海证券研究显现，锰酸铁锂电池在-20℃下容量保持率能够到达约75%，而磷酸铁锂的容量保持率为60%-70%。

▲磷酸锰铁锂电池低温功能愈加杰出(图源国海证券)

这也意味着在同样的低温功能下，磷酸锰铁锂电池的带电量更大，因而其低温功能会愈加优异。

而这首要是因为磷酸锰铁锂的一次颗粒小于磷酸铁锂，因而锂离子的运输途径更短。

别的，磷酸锰铁锂电池的安全性和循环功能也能够和磷酸铁锂电池比肩。磷酸锰铁锂电池也属于橄榄石结构类型，其结构稳定性要强于三元锂电池的层状氧化物结构。

而锰元素是一种导电性十分差的金属元素，锂离子在电池中进行充放电动作并不会影响到锰元素，所以其安全功能够得到保证。

整体来看，磷酸锰铁锂电池弥补了磷酸铁锂电池能量密度低、低温功能差的缺点，但安全性高、循环寿数长的长处又得到了承继。毫不夸大的说，磷酸锰铁锂电池便是磷酸铁锂电池的晋级版。

即使与三元锂电池比较，磷酸锰铁锂电池也具备安全性高、本钱低的优势。因而，一旦这种电池完成规模化量产，或许将会快速占领商场。

仍存在必定缺点可与三元资料调配运用

但磷酸锰铁锂电池也并非白璧无瑕的产品，否则也不可能直到今日还未完成大规模量产。在现在的技能条件下，磷酸锰铁锂电池也存在多个显着的问题。

国海证券报告显现，磷酸锰铁锂的双电压渠道不稳定，磷酸锰铁锂电池具有锰铁两个电压渠道，锰的电压渠道高于铁，因而在锰与铁的氧化还原方面、电压切换方面都会比较困难，这也导致后期电池的BMS比较困难。

其次这种电池的电导率也比较低，电子在磷酸锰铁锂跃迁能系远高于磷酸铁锂，导致电导率比较低，如果做一个比喻的话，磷酸铁锂能够类比为半导体，而磷酸锰铁锂则类似于绝缘体，而磷酸锰铁锂正极资料的加工难度也要比磷酸铁锂更高。

别的锰离子在姜-泰勒效应下会导致锰溶出，在负极外表沉积，终究破坏SEI膜(液态锂离子电池初次充放电过程中，电极资料与电解液在固液相界面上产生反响构成一层覆盖于电极资料外表的钝化层)，影响到电池的安全性。

而这些要素也一直是磷酸锰铁锂电池没有完成大规模量产的原因。

不过，现阶段电池企业关于磷酸锰铁锂电池的注重程度正在不断进步，头部企业正在逐渐破解这些问题，首要的改性办法有纳米化、碳包覆、金属离子掺杂、与三元资料复用，且可一起运用以上多种办法。

纳米化原理为将颗粒缩小至纳米尺寸后能够削减锂离子在正极活性物质颗粒内部的扩散途径，以便高效脱嵌，进步对应电池的倍率功能，也能进步活性颗粒的比外表积，进步与电解液的反响，以使功能得到进步。

▲纳米棒状锰铁锂结构(图源国海证券)

碳包覆则是经过导电碳和磷酸锰铁锂构建快速导电网络，使电子在充放电过程中能够在活性物质之间敏捷搬迁，降低电池的内阻和充放电极化。而碳包覆也能够避免与电解液产生副反响，改进其高温功能和循环功能。

金属离子掺杂是从晶格内部改动资料的导电性和离子扩散性，掺杂离子可使晶格产生缺点，并可抑制姜-泰勒效应，然后进步资料功能。

比较有意思的一点是，磷酸锰铁锂电池还能够和三元资料进行复配，经过磷酸锰铁锂包覆三元资料，复合资料兼具磷酸锰铁锂的低本钱、高安全性以及三元资料的高能量密度的优势，一起电池具有优异的循环功能。

▲复合资料电池安全性更好(图源国海证券)

例如磷酸锰铁锂复合80%的三元523资料后，电池能量密度没有显着改变，但其安全功能得到了显着的进步，一起本钱也会较三元系统更低。

而依照宁德年代的说法，其M3P电池“还包含其他金属元素，公司称之为磷酸盐系统的三元”，从这点来看，该电池或许就选用了复合资料。

尽管磷酸锰铁锂电池存在必定的问题，但现在现已有了较为有用的处理方法，现已站到了量产的大门前。

电池企业资料商现已布局即将大规模出产

现在现已有越来越多的电池企业开端参加到磷酸锰铁锂电池的研制中了。

除了上面说到的宁德年代，有商场音讯称，比亚迪旗下的弗迪电池在本年初小批量采购磷酸锰铁锂资料，正在进行内部研制。

7月13日，比亚迪方面也就“研制磷酸锰铁锂电池”的传闻进行了回应，表明“关于电池的各种资料，都会有研究。”

比亚迪的回应也算是证明了其内部正在对这种电池进行研制。

此外，音讯人士称，国轩高科现已在锰基电池方面深耕多年，现已取得了多项专利和新产品证书。

媒体报导称，欣旺达、亿纬锂能的磷酸锰铁锂电池现已在本年上半年经过了电池中试环节，正在送样品给车企测试。

车东西此前也曾联络中创新航方面，得到的回复为：年内也会有关于磷酸锰铁锂电池的发布。

整体上来看，现在国内首要的动力电池厂商都现已进行了磷酸锰铁锂电池的布局。而该化学系统的电池此前现已在两轮电动汽车方面完成了量产，车用电池也现已在进行样品测试了。

据了解出产磷酸锰铁锂电池与出产磷酸铁锂电池的出产设备改变较小，无需重建产线，改变本钱低。也便是说，一旦样品测试经过，或许很快就将完成规模化量产。

而正极资料厂商如德方纳米、力泰锂能、容百科技、当升科技等都现已完成了磷酸锰铁锂资料的开发，都现已规划了必定的产能。

依照现在的发展趋势来看，到2023年，磷酸锰铁锂电池将会快速上量，未来或许会完全代替磷酸铁锂电池。

结语：动力电池技能仍在持续进步

在电动化年代，动力电池现已成为最核心的零部件了，而在动力电池领域内也在产生必定的改变。

在曩昔的几年内，因为补贴方针的效果和车企消费者关于续航里程的追求，三元锂电池敏捷成为干流，而最近两年，跟着群众关于安全性的注重和对本钱的考虑，磷酸铁锂电池又开端快速占领商场。

但整体上来看，现阶段干流的电池技能路线只有三元锂电池和磷酸铁锂电池，而且这两条途径还在持续发展，在三元系统方面连续呈现了5系三元锂、6系三元锂、8系三元锂等，而且还在持续更新。

而在磷酸铁锂方面，此前多会集在封装方法的改变，如刀片电池等，而跟着技能的不断发展，研制人员也开端在化学系统方面发力，开端研制磷酸锰铁锂电池。

从这点来看，尽管动力电池行业现阶段呈现了瓶颈，但却从未止步，因而未来或许也会有更好的动力电池产品呈现。车东西作者：Juice

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