量产进入倒计时磷酸锰铁锂电池风口已至

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量产进入倒计时磷酸锰铁锂电池风口已至

作者：行行来源：《动力电池》杂志时间：2022-09-20

[摘要]补贴退坡、上游原材料价格飞涨也迫使汽车厂商考虑是否还要执着于三元电池。而这也给磷酸铁锂电池的发展提供了更大空间，同时使得比磷酸铁锂电池更具优势的磷酸锰铁锂电池受到大家追捧。

截至目前，三元锂电池和磷酸铁锂电池仍然牢牢把控着电池行业市场。从2022年上半年的装机量数据来看，上述两类电池在产销量及装机量上基本保持四六开的市场份额。今年上半年国内动力电池累计装车量达110.1GWh。其中三元电池累计装车量达45.6GWh，市场占比41.4%，磷酸铁锂电池装车量64.4GWh，市场份额58.5%，其他电池市场份额较少。

可见在综合考虑安全性、经济成本等因素的行业背景下，磷酸铁锂电池的装机量占比正在不断攀升。而在同样炙手可热的储能领域，近期国家能源局在其公布的《防止电力生产事故的二十五项重点要求》中明确提到：中大型电化学储能电站不得选用三元锂电池及钠硫电池，磷酸铁锂电池则不受影响。此消彼长下，磷酸铁锂电池迎来巨大的市场机遇。

诚然与三元锂电池相比，磷酸铁锂电池不仅市场份额在持续扩大，而且其未来的市场前景也更加被看好。但不可否认的是，随着磷酸铁锂电池技术的日渐成熟，其理论能量密度也在不断地接近极限。据工信部官网发布的新能源推广应用推荐车型目录信息显示，2022年磷酸铁锂电池系统的最大能量密度为161.3Wh/kg，这意味着近两年来几乎没有变化。

在这种情况下，谁能率先掌握提升磷酸铁锂电池能量密度的技术，也就主导了动力电池行业的发展方向，于是磷酸锰铁锂电池成为电池企业追捧的对象。顾名思义，磷酸锰铁锂电池即是在磷酸铁锂基础上增加了锰元素，不仅安全性好，能量密度也有大幅提升。有媒体报道称，目前部分电池企业磷酸锰铁锂电池已通过中试环节，并计划寄样给车企测试。

磷酸锰铁锂诸多优势在身

事实上，磷酸铁锂电池份额之所以比三元电池要大，主要是其具有稳定性好、安全性高以及使用寿命长等特点，而磷酸锰铁锂则是磷酸铁锂的升级版，是在磷酸铁锂基础上添加锰元素而获得的新型正极材料。相对于磷酸铁锂，磷酸锰铁锂拥有更高的电压平台，理论上能量密度更高，低温性能也比磷酸铁锂更好，而在安全性方面与磷酸铁锂平分秋色。

具体从能量密度来看，相比铁元素锰元素可以为动力电池提供更高的电压平台，通常磷酸锰铁锂电池的电压可以达到4.1V，而磷酸铁锂电池只能达到3.4V。单从理论上来说，在拥有电压优势的情况下，磷酸锰铁锂电池的充放电功率会更好。根据“电池能量密度=放电倍率×放电平台/电池质量”的公式来计算，磷酸锰铁锂电池能够实现更高的能量密度。

数据显示，磷酸锰铁锂电池的能量密度极限可达到230wh/kg，与磷酸铁锂电池的能量密度相比，前者密度将高于后者15%-20%，因此续航能力有望突破上限，甚至能够与NCM523三元锂池的能量密度“掰掰手腕”。因此等到磷酸锰铁锂电池规模量产之后，在部分对于续驶里程要求较高的新能源车领域，磷酸锰铁锂电池有望实现对三元电池的部分替代。

同时磷酸锰铁锂电池具备更好的低温性能。此前磷酸铁锂电池因低温性能差，从而导致续航里程大打折扣被消费者诟病。而磷酸锰铁锂电池在-20℃的低温环境下，容量保持率依然能够保持在75%以上，而磷酸铁锂的容量保持率在60%-70%。根据天能股份应用在小牛电动车F0系列上的产品参数显示，磷酸锰铁锂电池在低温环境下续航里程可提升25%。

而在安全性方面，相较于三元材料的层状结构，磷酸铁锂橄榄石型结构因为额外增加了结构支撑，因此充放电过程中不易发生结构崩塌，不仅热稳定性好、安全性高，而且使用寿命更长。和磷酸铁锂电池类似，磷酸锰铁锂电池同样属于橄榄石型结构，充放电时结构更稳定。因此可以说，磷酸锰铁锂电池在某种意义上实现了能量密度与安全性的平衡。

值得注意的是，磷酸锰铁锂电池还具备明显的成本优势。因为全球锰矿资源丰富，磷酸锰铁锂电池的成本较磷酸铁锂仅增加5%-10%左右。如果从单瓦时能量密度的角度来看，在整个动力电池系统的装机成本上，磷酸锰铁锂电池还要略低于磷酸铁锂电池，并且大幅低于三元电池。而这对当下亟待解决成本压力的电池企业来说，无疑具有巨大的诱惑力。

除此之外国金证券还表示，生产磷酸锰铁锂电池在切换成生产磷酸铁锂电池的生产设备时变动较小，无需重建产线，设备变动成本低，符合经济性。海通国际则认为，磷酸锰铁锂与三元523、LCO等材料进行复合，可以更好地综合材料优势，实现短板互补，在提升能量密度的同时，拥有更高安全性及更好的低温性，从而实现更全面、综合的电池性能。

电池、材料企业积极跟进

宁德时代早在2015年就申请了“磷酸锰铁锂引入第三方元素方法改性”的专利。去年11月宁德时代又斥资4.1亿元成为江苏力泰锂能的最大股东。公开信息显示，力泰锂能成立于2010年，公司主打产品为磷酸锰铁锂正极材料，拥有2000吨磷酸锰铁锂产线。根据当时规划，2021年9月至2022年3月期间公司新增建设年产3000吨磷酸锰铁锂设备。

今年7月有媒体报道，宁德时代磷酸锰铁锂电池已于今年上半年通过电池中试环节，正在给车企寄送样品用于测试。7月22日，宁德时代首席科学家吴凯表示，公司M3P电池已经量产，明年将推向市场。据了解，M3P电池是宁德时代基于新型材料体系研发电池，其能量密度高于磷酸铁锂，成本优于三元。外界猜测，M3P电池可能就是磷酸锰铁锂电池。

不过根据目前掌握的消息，宁德时代旗下最新的M3P电池，准确来说并不是传统意义上的磷酸锰铁锂电池配方，而是同时含有其他金属元素的电池组，被称为磷酸盐体系三元电池组，其最大的优势是成本比三元电池低，更利于厂家和消费者降低生产和购买成本。但是尽管如此，依旧有消息传出，宁德时代的磷酸锰铁锂电池将于今年下半年正式量产。

作为磷酸铁锂电池的坚定支持者比亚迪，其实很早就对磷酸锰铁锂电池进行了布局。据悉比亚迪在2013年就开始了对磷酸锰铁锂的探究和研发。比亚迪曾公开表示：磷酸锰铁锂为公司新的技术路线，此前各厂商纷纷拥抱三元高容量材料，该路线并没有成为主流。但公司仍然在持续推进，积极进行相关技术储备，近几年来已在该领域布局专利十余项。

此前有市场消息称，比亚迪旗下弗迪电池在今年初开始小批量采购磷酸锰铁锂材料，目前处于内部研发阶段。近日比亚迪官方就“研发磷酸锰铁锂电池”传闻回复称：目前尚没有该方面的消息，但电池的各种材料公司都会有研究。但是外界猜测，倘若宁德时代磷酸锰铁锂电池正式量产，势必会给比亚迪带来较大的压力，相信将会推动其量产的进程。

其他电池企业方面，2019年由国轩高科自主研发的方形磷酸锰铁锂电池获得了“安徽省新产品”的荣誉称号。近日国轩高科工作人员表示，公司在磷酸锰铁锂方面有相关技术储备和专利，即将进行产业化布局；欣旺达及亿纬锂能磷酸锰铁锂电池已通过中试环节；星恒电源已拥有多条磷酸锰铁锂电池生产线；天能曾公开表示具备磷酸锰铁锂生产能力。

值得注意的是，凭借4680大圆柱电池在行业内赚足关注度的特斯拉，似乎对锰基电池的兴趣也在与日俱增。6月份有消息称，特斯拉将在今年推出72度磷酸锰铁锂车型，预计明年上市。虽然该消息尚未得到特斯拉方面的正式回应。不过从之前特斯拉CEO马斯克的表态来看，这也并非不可能之事，因为特斯拉及马斯克均对锰铁锂电池的前景十分看好。

早在2020年的特斯拉电池日上，特斯拉曾表示作为计划使用镍锰电池。马斯克表示，用三分之二的镍混合三分之一的锰制造负极，这使我们可以在使用同等数量的镍的情况下可以增加50%以上的电池容量。今年3月，在特斯拉柏林工厂实现交付后马斯克又表示，我认为锰具有很大的潜力，因此磷酸锰铁锂电池极有希望出现在特斯拉标准续航车辆中。

截至目前，虽然电池企业还没有给出量产的时间，但相关材料企业早已闻风而动。包括陶氏化学、德方纳米、当升科技、鹏欣资源、天津斯特兰等正极厂商均对锰铁锂产品有所布局。其中德方纳米是磷酸锰铁锂专利布局最多的企业。据了解，其相关产品已送样给下游企业并获得高度认可，并布局了44万吨产能，其中11 万吨预计在2022年底投产。

当升科技正在针对电动车和高端储能市场专项开发高性能的磷酸锰铁锂材料；常州锂源将为星恒提供磷酸锰铁锂产品；力泰锂能已具备2000吨年磷酸锰铁锂年产能；江苏珩创纳米年产5000吨磷酸锰铁锂正极材料项目已落地江苏盐城经济技术开发区；合纵科技已于去年展开磷酸锰铁锂前驱体产品研发，目前已完成多型号磷酸锰铁锂前驱体产品中试等。

业内人士认为，目前主流动力电池企业已经开始积极布局磷酸锰铁锂电池，就像当初4680电池从提出到上量只需经历两年时间那样。随着电池企业技术升级，供应链完善，磷酸锰铁锂电池产业化加速，或许将在明年上半年实现量产装机。同时研究机构预测，到2025年磷酸锰铁锂正极材料出货量将超35万吨，市场渗透率超过15%，成为主流技术路线。

产业化之路任重而道远

上述可知，磷酸锰铁锂电池并不是新兴产物。但是目前磷酸锰铁锂电池目前的主要应用市场仍然局限在两轮电动车领域，还未真正拓展到电动汽车领域。业内人士认为，磷酸锰铁锂电池使用的是双电压平台。在使用的过程中，双电压平台存在不稳定性，这主要由于目前技术还不够完善，尚未研究明白其中电压变化机理所在，成为其规模推广的难点。

从材料特性来看，磷酸铁锂电池电压为3.4V，而磷酸铁锰锂电池单体电压达到4.1V，两者之间电压相差0.7V。锰铁两种不同元素的组合，虽然提高了电池整体的充放电压，但同时也意味着两种不同的工作电压状态。具体而言，铁的电压平台低于锰，对应锰与铁的氧化还原，在3.5V电压附近Fe2+会转化为Fe3+；在4.1V附近，Mn2+又会转化为Mn3+。

如果电动车在高速行驶中出现电压切换情况，车辆就会出现减少或失去动能的情况，这种情况很难通过BMS进行处理，进而产生严重的安全问题。若应用在两轮电动车上，由于速度不快，通过加强BMS的管理，就可以相对减少电压不稳定所带来的影响。早在2015年比亚迪就尝试将锰与磷酸铁锂相结合，但至今仍未实现规模量产，或是基于这个原因。

其次磷酸锰铁锂相较于三元和磷酸铁锂材料，导电性和较差的倍率特性表现较差。锰由于导电性差，极有可能出现极化现象使得放电电压平台缩减，而且锰原子替换铁原子使原有八面体发生畸变，在充放电时不能保持原有形态，从而损失容量、降低循环性能。这也就意味着，磷酸锰铁锂电池使用频次越高，电池容量就降低得越快，循环寿命也越短。

此外磷酸锰铁锂电池的制备方法虽然与磷酸铁锂相似，但也各有缺点存在。固相法是借助机械混合破碎实现原材料的混合，方法简单、成本较低，但不能实现微观也就是分子级的完美结合。液相法则是将原材料全部溶解，能实现分子级的结合，可以有效防止富锰相的聚集，提高材料电化学性能。不过制程控制难度大，工艺流程相对复杂，成本较高。

由于上述难点的存在，磷酸锰铁锂电池想要取代磷酸铁锂电池，或是取代三元锂电池的市场份额，依旧还有很长的路要走。事实上，业界当前的共识在于，磷酸锰铁锂电池将率先应用于两轮电动车，然后与三元锂电池复合使用，待相关技术成熟之后再在新能源车上独立使用。因此在磷酸锰铁锂电池未能量产装车之前，市场前景还存在太多不确定性。

不过东边日出西边雨，相对于电池行业的理智发声，磷酸锰铁锂电池二级市场股市表现却是异常热闹。锰矿供应商、电池厂商、正极材料生产公司等，纷纷开启涨涨涨模式，就连初创企业也受到资本的青睐。近日江苏珩创纳米科技有限公司称已顺利完成逾亿元人民币融资。而这家涉足磷酸锰铁锂电池正极材料研发及生产的企业，成立时间才几个月。

新能源车事故频发让大家不得不再次审视电池安全的重要性；同时补贴退坡、上游原材料价格飞涨也迫使汽车厂商考虑是否还要执着于三元电池。而这也给磷酸铁锂电池的发展提供了更大空间，但是磷酸铁锂电池能量密度已接近理论极值，也使得比磷酸铁锂电池更具优势磷酸锰铁锂电池受到大家追捧。至于磷酸锰铁锂电池表现如何，我们拭目以待。

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