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    材料多元化升溫 特斯拉又為動力電池爆“錳”料

    發布時間:2022-04-07

    3月22日,在特斯拉柏林工廠交付第一批Model Y后,該公司創始人兼首席執行官馬斯克表示:“我認為,錳具有潛力?!?br /> 馬斯克的一言一行,都暗藏特斯拉的新動向,而特斯拉又被視為新能源汽車與動力電池發展的“風向標”。于是,在馬斯克透露出對動力電池錳基陰極材料的興趣后,行業掀起了一輪熱議。
    特斯拉為何看中錳基電池
    記者了解到,特斯拉一直進行著在動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單,可以使我們在使用相同數量鎳的情況下,多生產50%以上的電池容量?!?br /> 事實上,對于動力電池技術的發展,特斯拉一直非常有自己的想法。馬斯克認為,目前動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的化學物質。
    今年1月,馬斯克在推特上發文稱,錳元素將替代正極材料中的鐵和磷,并推動陰極生產規模進入到TWh時代;由于需要在高電壓下工作,這樣的錳基電池還需少量的鋰。
    特斯拉為何開始圍繞錳基電池頻繁釋放信號?這與其對動力電池供應鏈及上游原材料的關注不無關系。錳元素的礦產資源豐富,錳系鋰電池相對磷酸鐵鋰或三元鋰電池等成本更低。動力電池采用錳元素有利于降低成本,也可減少對鎳等稀有金屬的依賴。
    行業人士指出,錳系電池是被忽略的高性價比產品。比如,錳酸鋰電池具有高安全性、優越的低溫和倍率放電性能,通過混合一定比例的三元NCM后,可提高能量密度并改善性能;但缺點也比較明顯,材料本身不穩定,需配以其他材料混合使用、高溫性能差、循環性能差、衰減快。
    “錳酸鋰電池比磷酸鐵鋰電池性價比更高,是替代鉛酸電池的產品之一,缺點是能量密度較低,壽命相對也短一些?!币晃徊辉妇呙膭恿﹄姵匮邪l人員說,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,體積優勢明顯,電池PACK的成本明顯低于三元鋰電池。
    不過,錳基電池的未來究竟如何,可不是馬斯克輕飄飄的一句表態就能決定的?!澳壳皝砜?,馬斯克的言論沒有更多的實際意義,因為外界不了解錳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概念,以此利好資本市場的可能。畢竟,距離特斯拉發布的4680電池已有兩年時間,但仍不見其大規模量產?!苯餍履茉纯萍悸殬I學院新能源汽車技術研究院院長張翔說。
    電池材料“圖譜”不斷擴大
    如今,動力電池的電化學體系以正極為核心進行升級,而錳基正極材料在能量密度、原料供應、成本上具備一定的優勢。中信證券的最新研究報告指出,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。
    新能源與智能網聯獨立研究者曹廣平認為,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?!澳壳?,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時,有進一步產業化的趨勢,其在一定程度上彌補了磷酸鐵鋰電池能量密度稍低的缺點,安全性也很好,而且成本比含鈷的電池低?!彼榻B道。
    據悉,磷酸錳鐵鋰電池產業化已開始逐漸加速。東吳證券分析師曾朵紅預計,這項技術有望在2023年上半年大規模量產。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,較為環保,成本也更低。與具有成本優勢的磷酸鐵鋰電池相比,鎳錳酸鋰電池單體及系統的能量密度可提升40%,成本可降低30%,是具有市場競爭力的下一代動力電池關鍵材料。
    近日,市場研究機構EVTank聯合伊維經濟研究院共同發布《中國錳酸鋰正極材料行業發展白皮書(2022年)》。來自白皮書的數據顯示,2021年,中國錳酸鋰正極材料出貨量11萬噸,同比增長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,仍將是企業選擇的技術路線之一。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)體系逐步進入了產業化發展階段。
    與此同時,鈉離子電池也開始走到前臺。寧德時代、中科海鈉、松下、豐田等企業紛紛進行鈉離子電池的產業化探索。鈉離子電池在資源豐富度、成本方面優勢明顯,未來幾年隨著產業投入的加大,技術走向成熟、產業鏈逐步完善,有望在一些細分領域實現商業化應用。
    另據了解,鎂也是一種潛在的動力電池材料。阿貢化學家Brian Ingram指出,鎂離子的理論能量密度與鋰離子電池相當,有可能實現比鋰更高的能量密度。鎂元素也是比鋰元素的資源豐富,有助于建立更穩定的供應鏈。此外,鈣也具有很多優勢,初步研究證明鈣是更具有移動性的離子。
    “動力電池正極材料多元化發展,體現為靈活材料的組合技術,即電池材料隨資源變化情況靈活調整,屬于平衡電池資源與特性的技術、管理相結合的方案?!辈軓V平說。
    企業探索電池材料多元化
    馬斯克認為,需要重點關注動力電池的礦物供應,以加快向電動化交通和可再生能源轉型。特斯拉方面估計,全球將需要生產300TWh的動力電池,才能全面向可持續發展轉型。
    不過,原材料價格的持續上漲與降低動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,面臨可持續發展的問題。中國動力電池所需金屬材料的現狀為“多鈦錳、少鋰、缺鈷鎳”,而這些材料絕大部分依賴進口。因此,材料多元化發展也是解決動力電池“卡脖子”問題的主要動因。
    不難發現,動力電池企業也加快了對這個領域的探索步伐。寧德時代推出了電芯單體能量密度高達160Wh/kg的鈉離子電池,并計劃將下一代產品的能量密度提高到200Wh/kg。Ambri公司成功研發的新型專利技術,采用銻作為關鍵原材料,不僅可以解決鋰離子電池續駛能力較差的缺陷,同時比鋰離子電池更經濟實惠。
    事實上,動力電池材料的多元化發展也從正極拓展至負極等組成部分。據悉,與傳統的鋰離子電池相比,混合鋰金屬電池采用大克容量的鋰金屬負極以及較薄的固態電解質層,可大幅提升能量密度。國內主流電池企業看到了混合鋰金屬電池未來的發展空間,寧德時代、億緯鋰能都進行了相關布局。
    廣汽埃安AION LXPLUS配裝的新型鎳鈷錳三元鋰電池,采用自主研發的“海綿硅負極片電池技術”,電芯能量密度可達280Wh/kg,在同等電量情況下單體電芯可實現體積減小20%、重量減輕14%。比亞迪、寧德時代、國軒高科、貝特瑞、杉杉股份、力神、比克、萬向等企業都對硅負極展開了相關布局。
    一家動力電池企業的技術負責人對記者直言,近年來鈷、鎳、鋰等資源被資本輪番炒作,使明智的從業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,都是在此背景下應運而生的。他認為,即使解決了錳基材料的結構缺陷、不穩定問題,能夠避免鈷、鎳資源的壓力,但對能量密度敏感的車型,鋰元素還是無法避開的一道坎。(文:中國汽車報)

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