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这个电池有点“锰”:国轩高科发布新锂电池,不含镍钴,续航1000公里_能见度

这个电池有点“锰”:国轩高科发布新锂电池,不含镍钴,续航1000公里_能见度

今年锂电池续航里程达不到1000KM,电池公司可能不会太不好意思发布。

5月19日,国内电池企业郭萱高科股份有限公司(以下简称“郭萱高科”,002074)在第十二届科技大会上发布了自主研发的L600启辰锂电池电芯和电池组。电池正极材料基于磷酸铁锰锂体系,该体系能量密度为190Wh/kg,可实现1000KM的续航。

目前在国内,当代Amperex科技有限公司已经量产上市的麒麟电池,蜂巢能源即将量产的龙鳞电池,也宣称达到1000KM的续航里程。但前两种电池的电池仍然使用传统的高比能量镍、钴、锰三元正极材料。郭萱高科的启辰电池的电芯在正极材料磷酸亚铁锂中掺杂了锰,不需要稀缺金属镍和钴,在电池材料供应和成本上更有优势。

据悉,L600启辰电池将于2024年量产。

L600启辰电芯

在电池大会上,郭萱高科国际业务板块执行董事程谦表示,“近年来,磷酸亚铁锂技术重新获得市场认可,市场份额持续增加。而量产的磷酸铁锂电池能量密度增长已经进入瓶颈,进一步的提高需要材料化学体系的完善,于是掺杂锰的磷酸亚铁锂应运而生。”

郭萱高新国际事业部首席执行官程倩

程倩介绍,启辰L600磷酸锰锂电池容量223Ah,质量能量密度240Wh/kg,体积能量密度525Wh/L,室温25摄氏度4000次循环,高温45摄氏度1800次循环,实现18分钟快速充电,并通过了所有安全测试。采用启辰L600磷酸锰锂电芯的电池组,体积分组率为76%,系统能量密度为190Wh/kg,超过了三元系量产的电池组能量密度。

据了解,郭萱高科历时十年自主研发磷酸锰锂,通过共沉淀合成工艺、先进掺杂包覆技术、新型造粒技术,解决了高温条件下锰溶出、电导率低、压实密度低的问题。此外,美国俄亥俄州克利夫兰研究所开发了一种新的磷酸铁锰锂电解液,提高了电池的高温循环和储存性能。

除了电池材料体系的全新升级和创新,基于该电芯的启辰电池组在电池组结构上也有所突破和创新。比如电池组采用双面液冷技术,三明治结构,极简设计思路。电池组的结构部件数量减少了45%,结构部件的重量减少了32%。极简的电气设计思想使得电池组的线束长度甚至只有之前的26%,从原来的303米线束缩短到80米。

在电池的本质安全方面,启辰电池组自主研发的隔热材料可以承受1200°C的高温,相当于在电芯上穿了一层隔热皮,在极短的条件下通过快速散热通道和主动安全BMS实现了四层极致安全保护。目前产品已通过新国标中针刺、热箱、过充、过放、热失控、挤压、短路的全部测试。

为什么磷酸铁锰锂开始高歌猛进?

目前国内动力电池主要品类中,按正极材料分,镍钴锰三元锂电池和磷酸铁锂电池各持一派。

中国动力电池产业创新联盟发布的最新数据显示,今年前4个月,我国三元电池累计产量63.3GWh,占总产量的35.8%,磷酸铁锂电池累计产量113.4GWh,占总产量的64.1%。三元电池累计装载量为28.9GWh,占总组装容量的31.7%;磷酸铁锂电池累计装载量为62.0GWh,占总装载量的68.2%。

近年来,磷酸铁锰锂正极材料的热度骤然大增。据中信证券统计,2015年以来,磷酸锰锂相关国内专利数量快速上升,到2022年3月,国内专利数量为172件。

在商业应用方面,目前,天能集团生产的磷酸铁锰锂电池18650已在国内小牛F0系列电动车上成功应用。今年2月,当代安培科技有限公司表示,电池新产品M3P电池将于今年量产。电池正极材料为磷酸盐体系,产品中含有锰等多种金属元素,因此成本低于三元电池。此前,当代安培科技有限公司向磷酸锰锂材料制造商李泰锂能投资4.13亿元人民币,成为其最大股东。

正极材料厂商方面,德国纳米、鹏欣资源、百川股份、中北新材、光华科技、党生科技、天津纺等都在磷酸锰锂材料上有布局。

为什么在两大传统正极材料体系之后,突然冒出了磷酸铁锰锂?中信证券的报告认为,从材料科学的角度来看,这主要是因为磷酸铁锰锂材料解决了现有正极材料难以同时具备低成本和高电压平台的问题。

一般认为,电池的正极材料是影响电池质量能量密度的关键部件,质量能量密度是电池的关键参数,直接决定了电动车的续航里程。电池的质量能量密度由正极比容量、负极比容量和电压平台决定。正极材料的比容量一般高于负极材料,因此提高正极材料的比容量和电压平台,降低正极材料的成本成为电池降本增效的关键路径。

在现有的正极材料中,三元正极的电压平台一般为3.7V,高于磷酸亚铁锂(3.4V)。但由于三元材料含有钴、镍等贵金属,成本居高不下,安全性相对较低。磷酸铁锰锂的理论电压平台为4.1V,远高于磷酸亚铁锂(3.4V),低温性能优于磷酸亚铁锂。

据程倩介绍,郭萱高科此次发布的启辰电池使用的磷酸锰锂电压平台为3.7V,相当于三元正极的电压平台。

会议现场

相比三元材料的层状结构,磷酸铁锰锂的橄榄石结构有额外的结构支撑,因此在充放电过程中不易塌陷,热稳定性好,安全性高,使用寿命长。

从产业角度,GGII进一步指出,量产后,磷酸锰锂电池的成本优势比磷酸铁锂电池低5%-10%,甚至大于三元锂电池。与磷酸铁锂电池相比,磷酸锰锂电池具有10%-15%的能量密度优势,安全性相近。锂盐价格居高不下,促使锂电池企业开发每瓦时锂含量低的锂电池。

然而,磷酸铁锰锂材料由于其极低的电导率、较差的循环性能以及对分子结构的不可逆破坏,使得其应用困难。据了解,为了提高磷酸铁锰锂材料的导电性和电化学活性,通常采用减小粒径、包覆导电物质、掺杂体离子、材料的结构设计和形貌控制等单一措施或多种措施的协同作用来改善性能。

高科产业股份有限公司锂电池研究所调查数据显示,2022年,磷酸铁锰锂正极材料国内出货量已达到2000吨。目前主要在电动两轮车领域小规模出货,预计2023年在动力领域大规模出货。随着头部电池企业研发加速,预计2023年我国磷酸锰锂正极材料出货量有望超过15000吨,市场规模有望超过10亿元。2025年磷酸锰锂正极材料出货量预计超过20万吨,市场规模预计超过100亿元。

责任编辑:康逸梅校对:张艳

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