磷酸铁锂升级版即将到来,锂电池格局会有什么新变化? | 见智研究所

作者: 吴悠
能量密度提升10-20%,但材料成本仅增加5%,磷酸铁锂未来主要升级方向或就在此。

今年毫无疑问是磷酸铁锂电池全面崛起和“逆袭”的一年,磷酸铁锂电池不仅在5月-7月从产量、销量和装车量三个方面分别实现了3年以来首次对三元锂电池的反超,而且从下半年开始,三元电池和磷酸铁锂电池明显出现环比的两极分化,三元电池装车量环比为负,而磷酸铁锂电池依旧以两位数的环比增长率,三位数的同比增长率持续占据主导地位。 一方面,磷酸铁锂电池今年以来持续获得车企亲睐,各种热门车型如特斯拉7月上线的Model Y标准续航版、小鹏P7后驱标准续航车型和G3i车型纷纷开始采用磷酸铁锂电池,这一点在车型配套占比上有所体现,磷酸铁锂电池的配套量占比从2019年第1批《推荐目录》的7%提升至2021年第5批的42%,提升了35pcts。

另一方面,电池厂商也争相入局,此前专精三元锂电池的LG化学,据悉目前也开始研发磷酸铁锂电池,而长期在电池装车量5-6名徘徊的国轩高科8月也因受益于磷酸铁锂电池的逆袭,首度进入TOP3。

磷酸铁锂电池的高景气度也使得市场和业内重新开始聚焦于此,其实此前如宁德时代的CTP技术,比亚迪的刀片电池等都是在对磷酸铁锂电池进行改善以便在能量密度、耐低温等方面取得突破,但这仅是在工艺上进行革新来合理利用内部空间,如去掉模组和多余的结构件以便增加更多的活性物质。而从材料端的升级方向来看,磷酸锰铁锂(LMFP)被认为是磷酸铁锂(LFP)电池的升级方向之一。

磷酸锰铁锂的出现恰逢其时

真正从技术上来看,其实磷酸锰铁锂并不是完全的新技术,早期磷酸铁锂出来后,电池厂商就在根据不同配方在做改进,但是当时国内电池厂商和车企受补贴政策影响,更加看重汽车的续航里程和电池的能量密度,而不管是磷酸铁锂电池还是后期的磷酸锰铁锂电池相比高容量的三元材料显然还是有很大差距的,所以电池厂商大部分都放弃了继续在锰铁锂方面的研究而改用三元。

但如今新能源汽车市场已经从政策导向转为市场导向,从市场角度来看,目前500公里左右的续航也勉强能够满足消费者的要求,消费者转而对电池的安全性能提出了更高要求;二从电池厂商和车企角度来看,锂钴镍等上游资源价格都在飞涨,主机厂和电池厂也都在考虑成本,这也是今年各大车企推出磷酸铁锂电池版本汽车的原因。磷酸锰铁锂作为磷酸铁锂电池的改进方向,性能方面的提升毫无疑问使其未来有望成为主机厂和电池厂的新宠。

磷酸锰铁锂性能优异,产业化爆发前夕

磷酸铁锂电池经过我国电池厂商多年的研究,不管是能量密度还是其他性能方面基本上都做到了极致,技术方面没有什么提升空间了,而磷酸锰铁锂和磷酸铁锂有着相同的结构,均为有序的橄榄石结构,因此在安全性能和稳定性方面是能够媲美磷酸铁锂的,但是由于磷酸锰锂拥有更高的工作电位(4.1V),因此目前其能量密度比磷酸铁锂高出10-20%(理论最高可高出21%),跟普通三元5系接近,但比镍三元容量还是要低不少。

除此之外,由于材料方面并未增加价格高昂的镍、钴等资源,而是使用了价格较低且存量较为丰富的锰,所以材料成本上只比磷酸铁锂高5-6%;但是循环次数相比磷酸铁锂电池低上不少,目前单体循环次数仅2000周,但未来仍有提升空间,另外此前磷酸铁锂电池导电率较低的缺点也可以通过如今先进的包覆、掺杂、纳米化等改性技术来解决。当然,虽然磷酸锰铁锂的制备方法与磷酸铁锂类似,主要还是液相法(水热法、溶胶凝胶法、共沉淀法)和固相法(碳热还原法和高温固相法)两大类,但是由于材料端多了一款原材料锰,使得配料体系和配比等都要进行变化(锰含量过多会降低电池发电效率进而影响电池容量和安全性),所以磷酸锰铁锂的制备除了使用传统工艺,还需要采用碳包覆、离子掺杂、纳米化等改性技术,目前直接对磷酸铁锂进行转产还是有一定的难度。虽然难度摆在面前,但是目前国内外厂商也都开始重视磷酸锰铁锂电池的发展,国内龙头电池厂商宁德、比亚迪、国轩等均有磷酸锰铁锂电池相关的技术专利布局,近期上游的正极厂商像德方纳米、当升科技鹏欣资源等也同样积极开始进行布局磷酸锰铁锂,磷酸锰铁锂电池或已处于产业化爆发前夕。

磷酸锰铁锂对目前三元/磷酸铁锂双雄格局的影响

正如此前宁德时代钠离子电池发布会上说的一样,钠离子电池是可以配合锂离子电池一起混搭使用的。除了单独使用,磷酸锰铁锂也是可以和三元等正极材料进行复合使用,通过使用LMFP包覆三元等正极材料的方法来大大加强了能量密度、循环次数、低温性能等,进而大大拓宽了其运用场景,所以现在的电动车、二轮车、储能、电动工具等磷酸锰铁锂电池都可以参与。

而磷酸锰铁锂电池的单独使用方面,在新能源汽车整个市场中,虽然目前不少车企开始转向磷酸铁锂电池版本的车型,但是不可否认的是高端车型上主体还是三元 811和622为主,高镍三元也的确是未来三元电池的主要发展方向。而磷酸锰铁锂电池尽管在能量密度上能够略胜磷酸铁锂电池一筹,如前文所说能勉强达到普通5系三元电池的水准,但是距离高镍三元还是有不小的差距。

所以华尔街见闻·见智研究所认为,磷酸锰铁锂电池跟三元电池在未来不会是竞争关系而更多的是偏合作关系,既可以复合使用搭配,也可以单独装载在中低端车型中,而高端车型仍以高镍三元电池为主。但跟磷酸铁锂电池或许会有一定的竞争,如中低端车型如销量极佳的五菱宏光,M3乃至未来的爆款Model Y标准续航版、小鹏P7后驱标准续航车型和G3i车型等磷酸铁锂款未来或将被磷酸锰铁锂电池代替。 同时在两轮车市场中,虽然目前二轮车依旧主要是使用铅酸电池,但是铅酸电池的替代效应已经愈演愈烈,据EVTank发布白皮书数据统计,2020年,中国锂电版电动两轮车的产量达到1136万辆,总体渗透率达到23.5%,同比增长84.7%。磷酸锰铁锂电池的优异性毫无疑问也会占据一席之地,据悉磷酸锰铁锂电池目前已进入两轮车终端市场并且逐渐开始放量。至于在储能方面,虽然磷酸锰铁锂电池的能量密度和其他性能的确比磷酸铁锂电池强上不少,但是储能锂电池更多看重的是成本和高循环次数,由于磷酸锰铁锂电池目前单体循环次数仅2000周,虽然后期还有提升空间,但是目前较低的循环次数显然是无法和磷酸铁锂电池相比的,而且成本也上升了些许,所以储能方面还是磷酸铁锂电池更实用。

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