這年頭，鋰電池續航里程不達到1000KM，電池企業可能都不太好意思拿出來發布。
(相關資料圖)
5月19日，國內電池企業國軒高科股份有限公司（以下簡稱“國軒高科”，?002074）在第十二屆科技大會上發布了自主研發L600啟晨鋰電池電芯及電池包，電池正極材料基于磷酸錳鐵鋰體系，系統能量密度為190Wh/kg，可實現續航1000KM。
目前在國內，同樣宣稱能夠達到1000KM續航里程的，還有寧德時代已經量產并首發極氪001的麒麟電池，以及蜂巢能源即將量產的龍鱗甲電池。但前兩者的電池電芯，仍然采用了傳統的高比能鎳鈷錳三元正極材料。而國軒高科的啟晨電池電芯，是在正極材料磷酸鐵鋰中摻加錳元素，不用稀缺金屬鎳鈷，電池材料供應和成本上更具優勢。
據介紹，L600啟晨電池將于2024年量產。
L600啟晨電池電芯
在電池發布會上，國軒高科國際業務板塊執行總裁程騫表示，“近年來，磷酸鐵鋰技術重獲市場認可，市場份額持續提升。然而，量產的磷酸鐵鋰電池能量密度增長已進入瓶頸，進一步提高需要材料化學體系的提升，因此摻雜錳元素的磷酸鐵鋰應運而生。”
國軒高科國際業務板塊執行總裁程騫
據程騫介紹，啟晨L600?磷酸錳鐵鋰電芯容量為223Ah，質量能量密度240Wh/kg，體積能量密度525Wh/L，25攝氏度常溫循環4000次，45攝氏度高溫循環1800次，實現18分鐘快充，已通過了所有的安全測試。采用啟晨L600?磷酸錳鐵鋰電芯的電池包，體積成組率達到76%，系統能量密度達到190Wh/kg，超越現在量產三元體系的電池包能量密度。
據了解，國軒高科經過十年時間自研磷酸錳鐵鋰材料，通過共沉淀合成工藝，先進的摻雜包覆技術和新型的造粒技術解決了高溫條件下錳溶出、導電率低、壓實密度低等問題。此外，位于美國俄亥俄州的克利夫蘭研究院研發出了針對磷酸錳鐵鋰材料的新型電解液，改善了電池的高溫循環和存儲性能。
除了電池材料體系的全新升級和創新外，基于該款電芯打造的啟晨電池包，在電池包結構上也有突破與創新。例如電池包采用了三明治結構的雙面液冷技術和極簡設計思路，電池包的結構件數量降低45%，結構件重量降低32%，極簡的電氣設計思路使得電池包的線束長度甚至只有之前的26%，從原來的303米的線束降到了80米。
在電池的本征安全方面，啟晨電池包自主研發的隔熱材料可耐1200°C高溫，相當于給電芯穿了一層隔熱皮膚，并通過極短情況快速散熱通道和主動安全的BMS，做到了四層極致安全保護。目前，該產品通過了新國標的針刺、熱箱、過充、過放、熱失控、擠壓和短路的所有測試。
磷酸錳鐵鋰材料，為何開始高歌猛進？
目前國內動力電池主要類別中，按正極材料劃分，鎳鈷錳三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池各執一派。
根據中國動力電池產業創新聯盟最新發布的數據，今年前4月，我國三元電池累計產量63.3GWh，占總產量35.8%，磷酸鐵鋰電池累計產量113.4GWh，占總產量64.1%。三元電池累計裝車量28.9GWh，占總裝車量31.7%；磷酸鐵鋰電池累計裝車量62.0GWh，占總裝車量68.2%。
近幾年來，磷酸錳鐵鋰正極材料熱度突然大增。據中信證券統計，2015年以來，國內磷酸錳鐵鋰相關專利的數量迅速上升，截至2022年3月國內專利數為172項。
在商業化應用上，目前，國內已有天能集團生產的磷酸錳鐵鋰18650電池成功應用在小牛F0系列電動車中。今年2月，寧德時代表示新的電池產品M3P電池將于今年量產，電池正極材料為磷酸鹽體系，產品含有錳等多種金屬元素，成本較三元電池下降。此前，寧德時代以4.13億元投資磷酸錳鐵鋰材料生產廠商力泰鋰能，成為其第一大股東。
正極材料廠商方面，目前德方納米、鵬欣資源、百川股份、中貝新材料、光華科技、當升科技、天津斯特蘭等均在磷酸錳鐵鋰材料上有所布局。
為何在兩大傳統正極材料體系后，磷酸錳鐵鋰會異軍突起？中信證券報告指出，從材料科學層面而言，這主要是因為磷酸鐵錳鐵鋰材料解決了現有正極材料低成本和高電壓平臺難以兼得的問題。
一般認為，電池正極材料是影響電池質量能量密度的關鍵組分，質量能量密度是電池的關鍵參數，直接決定了電動汽車的續航里程。電池的質量能量密度由正極比容量、負極比容量和電壓平臺決定。負極材料的比容量一般高于正極材料，因此提高正極材料的比容量和電壓平臺，降低正極材料成本成為電池降本增效的關鍵路徑。
現有正極材料中，三元正極的電壓平臺一般為3.7V，高于磷酸鐵鋰的3.4V。但由于三元材料含有鈷、鎳等貴金屬，其成本居高不下，且安全性相對較低。磷酸錳鐵鋰的理論電壓平臺為4.1V，遠高于磷酸鐵鋰的3.4V，低溫性能也比磷酸鐵鋰更好。
而據程騫介紹，國軒高科此次發布的啟晨電池中，使用的磷酸錳鐵鋰材料的電壓平臺為3.7V，跟三元正極的電壓平臺相當。
發布會現場
而跟三元材料的層狀結構相比，磷酸錳鐵鋰的橄欖石型結構額外增加結構支撐，因此充放電過程中不易發生結構崩塌，熱穩定性好、安全性高、使用壽命長。
高工產研鋰電研究所(GGII)則從產業角度進一步分析指出，大規模量產后，磷酸錳鐵鋰電池相對于磷酸鐵鋰電池有5%-10%的成本優勢，相對于三元鋰電池成本優勢更大；磷酸錳鐵鋰電池相對于磷酸鐵鋰電池有10%-15%的能量密度優勢，同時具有相似的安全性；鋰鹽價格維持高位，促使鋰電池企業研發單位瓦時用鋰量低的鋰電池。
但磷酸錳鐵鋰材料由于存在電導率極低、循環性能差和分子結構不可逆損害等問題，應用難度大。據了解，為了改善磷酸錳鐵鋰材料的電導率、提高其電化學活性，通常采用減小顆粒尺寸、導電物質包覆、體相離子摻雜 、材料結構設計與形貌調控等單一措施或者利用多種措施的協同作用對性能改良。
高工產研鋰電研究所調研數據顯示，2022年，國內磷酸錳鐵鋰正極材料出貨量已經達到了2000噸，目前主要在電動二輪車領域小規模出貨，并有望于2023年在動力領域大規模出貨。隨著頭部電池企業研發加快，預計2023年中國磷酸錳鐵鋰正極材料出貨量有望超1.5萬噸，市場規模有望超10億元，2025年磷酸錳鐵鋰正極材料出貨量有望超20萬噸，市場規模有望超100億元。
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