圖片來(lái)源:Tesla Welt
3月22日,在特斯拉柏林工廠(chǎng)交付第一批Model Y后,該公司創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官馬斯克表示:“我認(rèn)為,錳具有潛力。”
馬斯克的一言一行,都暗藏特斯拉的新動(dòng)向,而特斯拉又被視為新能源汽車(chē)與動(dòng)力
電池發(fā)展的“風(fēng)向標(biāo)”。于是,在馬斯克透露出對(duì)動(dòng)力
電池錳基陰極材料的興趣后,行業(yè)掀起了一輪熱議。
01
特斯拉為何看中錳基電池
記者了解到,特斯拉一直進(jìn)行著在動(dòng)力電池中采用更多錳元素的探索。2020年特斯拉電池日上,馬斯克就曾表示:“用三分之二的鎳和三分之一的錳做陰極更加簡(jiǎn)單,可以使我們?cè)谑褂孟嗤瑪?shù)量鎳的情況下,多生產(chǎn)50%以上的電池容量。”
事實(shí)上,對(duì)于動(dòng)力電池技術(shù)的發(fā)展,特斯拉一直非常有自己的想法。馬斯克認(rèn)為,目前動(dòng)力電池都是采用磷酸鐵鋰為第一選擇,但特斯拉打算陰極使用以錳作為基礎(chǔ)的化學(xué)物質(zhì)。
今年1月,馬斯克在推特上發(fā)文稱(chēng),錳元素將替代正極材料中的鐵和磷,并推動(dòng)陰極生產(chǎn)規(guī)模進(jìn)入到TWh時(shí)代;由于需要在高電壓下工作,這樣的錳基電池還需少量的鋰。
特斯拉為何開(kāi)始圍繞錳基電池頻繁釋放信號(hào)?這與其對(duì)動(dòng)力電池供應(yīng)鏈及上游原材料的關(guān)注不無(wú)關(guān)系。錳元素的礦產(chǎn)資源豐富,錳系鋰電池相對(duì)磷酸鐵鋰或三元鋰電池等成本更低。動(dòng)力電池采用錳元素有利于降低成本,也可減少對(duì)鎳等稀有金屬的依賴(lài)。
行業(yè)人士指出,錳系電池是被忽略的高性?xún)r(jià)比產(chǎn)品。比如,錳酸鋰電池具有高安全性、優(yōu)越的低溫和倍率放電性能,通過(guò)混合一定比例的三元NCM后,可提高能量密度并改善性能;但缺點(diǎn)也比較明顯,材料本身不穩(wěn)定,需配以其他材料混合使用、高溫性能差、循環(huán)性能差、衰減快。
“錳酸鋰電池比磷酸鐵鋰電池性?xún)r(jià)比更高,是替代鉛酸電池的產(chǎn)品之一,缺點(diǎn)是能量密度較低,壽命相對(duì)也短一些。”一位不愿具名的動(dòng)力電池研發(fā)人員說(shuō),錳酸鋰電池的電壓較高,意味著電池PACK可以使用較少的電芯,體積優(yōu)勢(shì)明顯,電池PACK的成本明顯低于三元鋰電池。
不過(guò),錳基電池的未來(lái)究竟如何,可不是馬斯克輕飄飄的一句表態(tài)就能決定的。“目前來(lái)看,馬斯克的言論沒(méi)有更多的實(shí)際意義,因?yàn)橥饨绮涣私忮i基電池更具體的配方和性能。不排除特斯拉在提前炒作相關(guān)概念,以此利好資本市場(chǎng)的可能。畢竟,距離特斯拉發(fā)布的4680電池已有兩年時(shí)間,但仍不見(jiàn)其大規(guī)模量產(chǎn)。”江西新能源科技職業(yè)學(xué)院新能源汽車(chē)技術(shù)研究院院長(zhǎng)張翔說(shuō)。
02
電池材料“圖譜”不斷擴(kuò)大
如今,動(dòng)力電池的電化學(xué)體系以正極為核心進(jìn)行升級(jí),而錳基正極材料在能量密度、原料供應(yīng)、成本上具備一定的優(yōu)勢(shì)。中信證券的最新研究報(bào)告指出,隨著新型錳基正極材料滲透率提升,2021~2035年,鋰電池用錳量將增超10倍。
新能源與智能網(wǎng)聯(lián)獨(dú)立研究者曹廣平認(rèn)為,錳基電池基本上可以分為錳酸鋰、磷酸錳鐵鋰和富鋰錳基三條路線(xiàn)。“目前,錳酸鋰電池稍落后,富鋰錳基電池稍超前,磷酸錳鐵鋰電池正當(dāng)時(shí),有進(jìn)一步產(chǎn)業(yè)化的趨勢(shì),其在一定程度上彌補(bǔ)了磷酸鐵鋰電池能量密度稍低的缺點(diǎn),安全性也很好,而且成本比含鈷的電池低。”他介紹道。
據(jù)悉,磷酸錳鐵鋰電池產(chǎn)業(yè)化已開(kāi)始逐漸加速。東吳證券分析師曾朵紅預(yù)計(jì),這項(xiàng)技術(shù)有望在2023年上半年大規(guī)模量產(chǎn)。此外,鎳錳酸鋰作為一種高電壓正極材料,主要由鎳元素和錳元素組成,不含鈷元素,較為環(huán)保,成本也更低。與具有成本優(yōu)勢(shì)的磷酸鐵鋰電池相比,鎳錳酸鋰電池單體及系統(tǒng)的能量密度可提升40%,成本可降低30%,是具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的下一代動(dòng)力電池關(guān)鍵材料。
近日,市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)EVTank聯(lián)合伊維經(jīng)濟(jì)研究院共同發(fā)布《中國(guó)錳酸鋰正極材料行業(yè)發(fā)展白皮書(shū)(2022年)》。來(lái)自白皮書(shū)的數(shù)據(jù)顯示,2021年,中國(guó)錳酸鋰正極材料出貨量11萬(wàn)噸,同比增長(zhǎng)32.5%。
EVTank方面指出,錳酸鋰材料摻雜三元等其他材料的混合使用,仍將是企業(yè)選擇的技術(shù)路線(xiàn)之一。更重要的是,新型錳基材料(包括磷酸鐵錳鋰、高電壓鎳錳酸鋰和富鋰錳基等)體系逐步進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段。
與此同時(shí),鈉離子電池也開(kāi)始走到前臺(tái)。寧德時(shí)代、中科海鈉、松下、豐田等企業(yè)紛紛進(jìn)行鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)化探索。鈉離子電池在資源豐富度、成本方面優(yōu)勢(shì)明顯,未來(lái)幾年隨著產(chǎn)業(yè)投入的加大,技術(shù)走向成熟、產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善,有望在一些細(xì)分領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。
另?yè)?jù)了解,鎂也是一種潛在的動(dòng)力電池材料。阿貢化學(xué)家Brian Ingram指出,鎂離子的理論能量密度與鋰離子電池相當(dāng),有可能實(shí)現(xiàn)比鋰更高的能量密度。鎂元素也是比鋰元素的資源豐富,有助于建立更穩(wěn)定的供應(yīng)鏈。此外,鈣也具有很多優(yōu)勢(shì),初步研究證明鈣是更具有移動(dòng)性的離子。
“動(dòng)力電池正極材料多元化發(fā)展,體現(xiàn)為靈活材料的組合技術(shù),即電池材料隨資源變化情況靈活調(diào)整,屬于平衡電池資源與特性的技術(shù)、管理相結(jié)合的方案。”曹廣平說(shuō)。
03
企業(yè)探索電池材料多元化
馬斯克認(rèn)為,需要重點(diǎn)關(guān)注動(dòng)力電池的礦物供應(yīng),以加快向電動(dòng)化交通和可再生能源轉(zhuǎn)型。特斯拉方面估計(jì),全球?qū)⑿枰a(chǎn)300 TWh的動(dòng)力電池,才能全面向可持續(xù)發(fā)展轉(zhuǎn)型。

不過(guò),原材料價(jià)格的持續(xù)上漲與降低動(dòng)力電池成本的需求之間,形成了較大的差距。目前,磷酸鐵鋰電池比能量已趨于極限,且鈷資源有限,面臨可持續(xù)發(fā)展的問(wèn)題。中國(guó)動(dòng)力電池所需金屬材料的現(xiàn)狀為“多鈦錳、少鋰、缺鈷鎳”,而這些材料絕大部分依賴(lài)進(jìn)口。因此,材料多元化發(fā)展也是解決動(dòng)力電池“卡脖子”問(wèn)題的主要?jiǎng)右颉?/div>
不難發(fā)現(xiàn),動(dòng)力電池企業(yè)也加快了對(duì)這個(gè)領(lǐng)域的探索步伐。寧德時(shí)代推出了電芯單體能量密度高達(dá)160Wh/kg的鈉離子電池,并計(jì)劃將下一代產(chǎn)品的能量密度提高到200Wh/kg。Ambri公司成功研發(fā)的新型專(zhuān)利技術(shù),采用銻作為關(guān)鍵原材料,不僅可以解決鋰離子電池續(xù)駛能力較差的缺陷,同時(shí)比鋰離子電池更經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。
事實(shí)上,動(dòng)力電池材料的多元化發(fā)展也從正極拓展至負(fù)極等組成部分。據(jù)悉,與傳統(tǒng)的鋰離子電池相比,混合鋰金屬電池采用大克容量的鋰金屬負(fù)極以及較薄的固態(tài)電解質(zhì)層,可大幅提升能量密度。國(guó)內(nèi)主流電池企業(yè)看到了混合鋰金屬電池未來(lái)的發(fā)展空間,寧德時(shí)代、億緯鋰能都進(jìn)行了相關(guān)布局。
廣汽埃安AION LXPLUS配裝的新型鎳鈷錳三元鋰電池,采用自主研發(fā)的“海綿硅負(fù)極片電池技術(shù)”,電芯能量密度可達(dá)280Wh/kg,在同等電量情況下單體電芯可實(shí)現(xiàn)體積減小20%、重量減輕14%。比亞迪、寧德時(shí)代、國(guó)軒高科、貝特瑞、杉杉股份、力神、比克、萬(wàn)向等企業(yè)都對(duì)硅負(fù)極展開(kāi)了相關(guān)布局。
一家動(dòng)力電池企業(yè)的技術(shù)負(fù)責(zé)人對(duì)記者直言,近年來(lái)鈷、鎳、鋰等資源被資本輪番炒作,使明智的從業(yè)者不得不考慮能夠不被資本掣肘的資源,鈉離子電池、錳基材料電池,都是在此背景下應(yīng)運(yùn)而生的。他認(rèn)為,即使解決了錳基材料的結(jié)構(gòu)缺陷、不穩(wěn)定問(wèn)題,能夠避免鈷、鎳資源的壓力,但對(duì)能量密度敏感的車(chē)型,鋰元素還是無(wú)法避開(kāi)的一道坎。
(責(zé)任編輯:子蕊)
作者:趙玲玲 ,如若轉(zhuǎn)載,請(qǐng)注明出處:http://www.www.nblongerfa.com/wenshuo/sc/2022040738680.html
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