磷酸锰铁锂电池：“黑马”冲出 “成绩”待定
在“卷”而又“卷”的动力电池领域，冲出了一匹“黑马”，那就是磷酸锰铁锂电池。
先是国产特斯拉Model 3改款车型将采用磷酸锰铁锂电池的消息引起热议；后有工信部第374批《道路机动车辆生产企业及产品公告》显示，有4款车型的储能装置采用了“三元锂离子＋磷酸锰铁锂电池”的组合。
作为磷酸铁锂电池的“升级版本”，磷酸锰铁锂电池量产装车在即，能否掀起动力电池市场的新风潮？
产业链“抢滩”磷酸锰铁锂
一直以来，新能源汽车产业链上下游企业都在寻求实现动力电池的突破，以提高整车续驶里程和其他性能。磷酸锰铁锂电池上车，无疑是行业又一次的技术新尝试。
记者了解到，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电池产生了不小的兴趣。据悉，宁德时代、比亚迪、亿纬锂能、国轩高科、孚能科技、蜂巢能源、瑞浦兰钧、龙蟠科技、星恒电源、德方纳米、当升科技、容百科技等企业都在争相就此开展布局。
根据工信部的企业及产品公告，奇瑞星途星纪元两款车型和智界S7两款车型，使用宁德时代三元锂离子和磷酸锰铁锂电池，也就是备受业界关注的M3P电池。2021年，宁德时代宣布以4.13亿元获得磷酸锰铁锂材料公司力泰锂能15.57％的股权，后者拥有2000吨磷酸锰铁锂生产线。
今年5月，国轩高科发布了采用磷酸锰铁锂技术路线的L600启晨电芯及电池包。据介绍，L600启晨电芯可实现240Wh/kg的能量密度及18分钟的快充，预计2024年量产。
此外，欣旺达在投资者互动平台上表示，公司目前正在进行磷酸锰铁锂电池的开发工作，其电芯的能量密度可达235Wh/kg，整体性能处于行业前列，目前已得到客户的认可，正在进行产业化开发工作。另据券商透露，比亚迪磷酸锰铁锂电池将于2024年上半年发布并实现装车。
东吴证券的研报指出，特斯拉Model 3改款将成为磷酸锰铁锂电池爆发增长的催化剂。特斯拉一度被称为汽车行业的“带货王”，引领了一体化压铸、大圆柱电池等多种新技术应用的潮流。有消息灵通人士透露，66kWh的磷酸锰铁锂电池包，不仅将供改款Model 3配装，还会成为特斯拉的平台方案，也有望被此后的Model Y改款车型采用。
在市场需求的催动之下，材料企业也纷纷入局。今年8月底，龙蟠科技旗下湖北锂源发布了新一代高能量密度的正极材料产品“锰锂1号”。龙蟠科技方面告诉记者，普通的磷酸铁锂电池单体只有3.3V的平均放电电压，而“锰锂1号”利用金属锰元素替代磷酸铁锂中的铁元素，将平均放电电压提升至3.7V以上，且在3C倍率下放电容量不低于140mAh/g，将大幅提升动力电池的功率密度和能量密度。
容百科技方面则表示，今年上半年公司已累计出货近千吨磷酸锰铁锂正极材料，市场占有率超过70％，产品广泛应用于家储、动力等领域。此外，容百科技近期还披露了磷酸锰铁锂的市场进展与扩产规划，计划于2025年底在中、韩两国建成14万吨／年磷酸锰铁锂产能，2030年底在中、韩、欧、美市场建成56万吨／年磷酸锰铁锂产能。
磷酸铁锂电池的“升级版”
“磷酸锰铁锂可被定位为‘铁锂的升级版本’，兼具磷酸铁锂高安全性和三元锂材料高能量密度的优点。理论上，锰、铁的比例为6:4时，性能相较铁锂提升10％～15％，锰全部替换时性能可提升21％。”龙蟠科技研究院院长史莹飞对记者表示，磷酸锰铁锂由磷酸铁锂和磷酸锰锂相结合而形成，充分结合了两者的优点，具有橄榄石型结构；磷酸铁锂具有易于合成、低成本和较高电导率等优势；磷酸锰锂具有高电压平台、高能量密度的优势，弥补了磷酸铁锂的不足；由于铁和锰原子的半径相近，可实现任意比例互溶，从而可创造出磷酸锰铁锂。
对动力电池来说，在保证安全性的前提下，降低成本并提升能量密度、增加续驶里程是其发展方向。据介绍，磷酸锰铁锂的电压平台呈现二阶梯形式，平台长度正比于锰铁比例。锰铁比例直接影响高低电位下的放电容量，锰含量越高，能量密度越高，但也会出现容量降低和循环寿命衰减的问题。锰铁互溶后，材料会出现晶体结构畸变，电池循环中可能发生锰溶出，与电解液反应，进而影响循环寿命。同时，材料电导率、离子扩散系数较差，从而影响倍率性能。使用纳米化等改性手段，可基本解决材料电化学问题，但会降低材料压实密度。
“磷酸锰铁锂的优势应该是成本降低，劣势是内阻偏大，所以更多用在成本敏感领域，但恐怕无法做快充电池。”某动力电池企业技术总工程师对记者说。
针对发展磷酸锰铁锂面临的挑战，动力电池企业和材料供应商正在努力攻关。史莹飞告诉记者，“锰锂1号”采用了“能量球2.0”技术，实现了高容量、高电压、高倍率、高压实。其中，纳米化技术将颗粒缩小至纳米尺寸，减少锂离子在颗粒内部的扩散路径，增强离子传递，提高充放电效率，改善化学反应速率，降低电池的内部极化，提高循环寿命；锰-铁均匀固溶技术独特的前驱体合成工艺，改善了锰溶出，提高磷酸锰铁锂材料的循环性能；基于前驱体的优势，耦合磷酸铁锂产线，在制造成本、生产效率，以及设备通用性等方面形成独特优势。
或实现部分中低端替代
来自高工产研锂电研究所的调研数据显示:2022年，国内磷酸锰铁锂正极材料出货量达2000吨，预计2023年将超过1.5万吨，2025年磷酸锰铁锂正极材料出货量有望超过20万吨。
特斯拉创始人兼首席执行官马斯克曾在社交媒体上称，锰元素将替代动力电池正极材料中的铁和磷，并推动其生产规模进入“TWh时代”。东吴证券的研报认为，磷酸锰铁锂可使动力电池能量密度提升10％～20％，且理论上成本更低，有望替代磷酸铁锂和中镍三元锂材料。这份研报指出，2025年，国内磷酸锰铁锂电池的需求将接近130GWh；到2030年这个数字或超1500GWh，其市场渗透率将超30％，对应的正极材料需求超过260万吨，市场规模超1500亿元。
前述动力电池企业技术总工程师表示，两轮车对成本特别敏感，所以磷酸锰铁锂电池有了市场进入机会，而一部分中、低端电动汽车，由于对降本的需求比较迫切，也可能选择配套磷酸锰铁锂电池。
史莹飞也认为，在磷酸锰铁锂电池的市场进展中，其有望在两轮车上率先落地，进而开拓中、低端电动汽车领域。原因在于，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。
“目前，磷酸锰铁锂电池在吸潮机理、量价关系上，还没有完全成熟，因此仅属于部分性能领先的前瞻技术。”车夫咨询合伙人曹广平向记者道出了自己的判断，区别于三元锂电池和磷酸铁锂电池，磷酸锰铁锂电池是正极材料变化而形成的一种电池。与市场上回归后比较成熟的磷酸铁锂电池相比，其具有电压高、能量密度高、寿命长的优点，但电导率低，量产也还存在一些困难。
曹广平进一步指出，磷酸锰铁锂电池的出现正好是在“窗口期”，目前真正的固态电池还未实现量产装车，磷酸铁锂电池也触及能量密度的“天花板”。但磷酸锰铁锂电池想要超越磷酸铁锂电池，还有很多挑战，实现固态化则更难。另外，从世界范围内看，日、韩、美等市场并未把过多精力投入到磷酸锰铁锂电池的研发上。而由于我国纯电动汽车行业具有先发优势，市场亟需这类电池更好地代替磷酸铁锂产品，甚至与三元锂电池展开竞争。“磷酸锰铁锂电池的大规模量产装车，还需历经数年的市场验证过程。由此可以判定，其在两年内超越磷酸铁锂电池的可能性几乎没有；能否挤占一些三元锂电池的份额，则将视磷酸锰铁锂电池的具体产业化情况而定。”他认为。
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