国轩高科技发布自主研发磷酸锰铁锂LMFP系统L600启晨电池

导语

Introduction

没有三元，也可以持续1000公里。

作者王小西

责编丨杨晶

金鹏辉编辑

2023年锂电池的“卷”，不逊色于整车领域，而且很好“锰”。之前有人说过，2023年是磷酸锰铁锂成交量的第一年，现在看来确实是实现了。

宁德时代在上海车展上发布凝聚态电池后不久，5月19日，国轩高科技在其年度科技会议上发布了最新的自主研发磷酸锰铁锂LMFP系统L600启晨电池和电池组。

国轩高科技国际业务执行总裁程骞博士发布的启晨L600电池电池芯和电池组，无三元（NCM）在材料条件下，技术水平仍然可以持续1000公里。启晨L600电池预计将于2024年开始量产。

从各项指标来看，“启晨L600 LMFP电池实现240Wh/kg的质量能量密度、525Wh/L的体积能量密度、4000圈的常温循环和1800圈的高温循环，可保证汽车行驶80多万公里，轻松实现18分钟的快速充电，一次性通过针刺、热箱、过充、过放、热失控、短路、挤压等安全试验。”

当然，电池能量密度的提高离不开技术体系和材料体系的共同进步。

国轩高科技董事长李细其实更有野心。他在开幕式欢迎辞中将格局提升到了“能源文明”，希望与具有国际影响力的全球院士和专家携手共同关注“新能源文明”新能源数智化转型升级中的五大问题，如中动力、材料、制造、数字化、应用系统等，共同努力，为人类发展服务的绿色能源。这是另一个话题，花开两朵，这篇文章暂时不表。

续航超过1000公里有意义吗？

首先，基于启晨L600电池的启晨电池组采用了三明治结构的双面液冷技术和极简主义设计理念。在极简主义设计结构下，电池组的结构部件数量减少45%，重量减少32%。

此外，极简主义电气设计理念使电池组的线束长度仅为以前的26%，从原来的303米线束降至80米，但体积组的效率达到76%（宁德时代的72%），PACK的能量密度达到190Wh/kg，超过了目前市场上三元电池的能量密度。

这是国轩高科技经过十年自主研发的LMFP材料。通过共沉淀合成技术、先进的混合涂层技术和新的造粒技术，解决了高温Mn溶解、电导率低、压实密度低等棘手问题，此外，克利夫兰研究所开发的新型LMFP电解质大大提高了高温循环和储存性能。

事实上，国轩高科技已经掌握了许多电池关键技术。2014年，公司自主研发“FP1865140-15Ah方形磷酸锰铁锂离子电池”获得安徽省新产品荣誉。自2014年以来，公司的专利积累和布局也相对丰富。

此外，在制备方法方面，涉及高温固相法、共沉淀法、水热法等液相法。关键技术包括碳涂层等材料涂层、CNTS介入、三元材料复合材料和金属掺杂技术。积累和积累头发是正常的。

这一次，有一个有趣的问题。对于锂电池来说，1000公里的电池寿命是一个非常高和核心的目标。只有实现这一目标，我们才能真正解决消费者骨子里的问题“续航焦虑”。当然，以前基本上都是在三元材料上想办法。这一次，不用三元材料就能达到1000公里的续航里程，确实是行业进步的体现。

追求高续航的心情似乎是无穷无尽的。例如，福州大学/上海大学张久军教授在会议上表示“震惊”此外，我希望启晨电池明年能达到290Wh/kg的水平。

程骞博士说，希望的压力很大，“目前，电动汽车在行业内的续航设计基本上是600公里。600公里以下，然后配合快速充电，基本解决了用户体验的问题。因此，首先很难实现290Wh/kg的目标。我认为今年190是一个很好的进步，明年200或210是一个很好的进步。”

因为，如果做到了290， Wh/kg，对应的Wh/L基本上是400~500Wh/L。如果对应现在相同的电池组，相应的PACK能量密度容量基本上是180~200度，这个电量太大了。

“180~200度电几乎可以支撑汽车跑1300~1500公里。毕竟现在的燃油车跑500-600公里，混合动力车跑800~1200公里。设计太长是没有意义的。”

然而，目前还没有最终结论是否有意义。至少从我个人的经验来看，1000公里的电池寿命是解决焦虑的必要条件。毕竟，能源补充的基础设施不像加油站那么完整，就像五一假期一样“每个高速充电区都有一个理想的充电区”所有这样奇妙的事情都会发生。

“锰”在哪里？

让我们来谈谈为什么会创造高能量密度“锰”呢？

“锰也是最大的特点，电压高是优点。”国轩高科副总裁徐兴没有这样评价。事实上，与磷酸铁锂和三元材料相比，磷酸锰铁锂在某些技术性能上确实具有突出的优势。

业内特斯拉首席执行官马斯克也表示，“我认为锰基电池有潜力。”他声称，特斯拉对在电池中添加锰的技术路线持乐观态度，并一直在探索在电池中使用更多的锰材料。马斯克还在推特上写道，锰将取代正极材料中的铁和磷，并将正极生产规模推向TWH时代。

其原理是在磷酸铁锂的基础上掺入一定的锰元素，调整其与铁原子数量的比例(锰铁比一般为6):4或者7:3)为了提高材料的电压平台，生成磷酸锰铁锂产品，比三元材料具有更好的热稳定性、化学稳定性和经济性，能量密度高于磷酸铁锂，提高约15~20%。

磷酸锰铁锂与磷酸铁锂材料用量的主要区别在于所需锰源的用量变化。每公斤磷酸铁锂正极需要0.61公斤，而每公斤磷酸锰铁锂正极需要0.13公斤 0.38kg锰源。

但与磷酸铁锂相比，磷酸锰铁锂存在以下缺陷：

首先，循环寿命短，充放电能力差。磷酸锰铁锂中添加锰元素，锰溶解（锰离子姜泰勒效应）会缩短电池循环寿命，缩短充放电能力和寿命。其次，磷酸锰铁锂的低电导率使其容量难以发挥，并与电解质发生副作用，使其材料容量难以发挥。

因此，近年来，磷酸锰铁锂的大规模生产最终通过各种方式进入正轨，包括国轩高科技采用的掺杂包覆技术。

据不完全统计，蔚来、宁德时代、比亚迪、中创新航、富能科技、蜂巢能源、星恒电源、瑞浦兰军、恒创纳米、德国纳米等汽车产业链上下游企业都在增加磷酸锰铁锂轨道的布局。

在材料方面，德国纳米年产11万吨磷酸锰铁锂项目正在攀升。恒创纳米一期总投资3亿元，也正式投产，年产5000吨磷酸锰铁锂正极材料，年销售额8亿元。随后，磷酸锰铁锂正极材料的总规模最终将达到15万吨。

国海证券去年预测，2023年是锰铁锂成交量的第一年，预计将达到13万吨。预计2025年全球LMFP材料需求将达到41万吨，2023-2025年复合增长率将达到75%。根据6万元的单吨计算，2025年约有200亿吨 市场空间。

中金公司曾计算，作为磷酸铁锂和三元5系的潜在替代材料，预计到2025年，电动汽车领域对磷酸铁锂的替代需求将达到56GWh，三元复合需求将达到28GWh，总需求约为84GWh。磷酸锰铁锂的未来应用前景相当光明。

当然，我们也应该看到，虽然这次国轩高科技“亮剑”，但两个重要的对手都没有动静，那就是宁德时代和比亚迪。他们手中还有磷酸锰铁锂电池产品，但还没有正式宣布。

事实上，宁德时代早在2015年就申请了磷酸锰铁锂制备方法的专利。2021年12月，宁德时代以4.13亿元的投资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。

然而，宁德时代的M3P电池已经大规模生产。当然，M3P并不是真正意义上的磷酸锰铁锂电池，它还含有其他金属元素。它也是宁德时代基于新材料系统开发的电池。其能量密度高于磷酸铁锂，成本明显优于高镍三元锂电池。

比亚迪董事长王传福曾表示，比亚迪新一代磷酸铁锰锂电池的能量密度已达到三元材料的密度，从成本角度来看比三元材料更经济。据报道，弗迪电池于2022年初开始小批量购买磷酸锰锂材料，正处于内部研发阶段。比亚迪的回答是，将研究各种材料。

简而言之，国轩高科技公司发布了启晨L600电池和电池组，这无疑打开了一个非常好的开端。让我们来看看2023年磷酸锰铁锂电池“放量元年”充满期待。与此同时，各种技术路线的突破似乎也在验证我的判断。所谓“圣杯”在半固态电池中停止全固态电池，不要因为实验室通过而钻牛角尖。