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续航1000公里，电池“锰”起来

汽车汽车公社 2023-05-25 17:56

无三元，也可以做到续航1000公里了。

2023年锂电池的“卷”，毫不逊色于整车领域，而且很“锰”。之前就有人说过，2023年，是磷酸锰铁锂的放量元年，现在看来确实应验。

就在宁德时代在上海车展期间发布凝聚态电池之后不久，5月19日，国轩高科在自家每年一度的科技大会上，发布了最新自研磷酸锰铁锂LMFP体系的L600启晨电芯及电池包。

国轩高科国际业务执行总裁程骞博士发布的启晨L600电池电芯和电池包，达到了在无三元（NCM）材料情况下依然可续航1000公里的技术水平。启晨L600电芯预计2024年开始量产。

从各项指标来讲，“启晨L600 LMFP电芯实现240Wh/kg的质量能量密度，525Wh/L的体积能量密度，常温循环4000圈，高温循环1800圈，可以确保汽车行驶80万公里以上，轻松实现18分钟的快充，并且一次性通过新国标的针刺、热箱、过充、过放、热失控、短路、挤压等安全测试。”

而电池能量密度的提升，当然离不开技术体系以及材料体系的共同进步。

国轩高科董事长李缜其实更加雄心勃勃，他在开幕式欢迎辞中将格局上升到了“能源文明”，希望与全球具有国际影响力的院士专家们携手，共同关注“新的能源文明”中动力、材料、制造、数字化、应用体系等新能源数智化转型升级中的五大问题，共同发力产业创新，让绿色能源服务人类发展。这是另外一个话题了，花开两朵，此文暂时不表。

1000公里以上续航有没有意义？

先来说，基于启晨L600电芯打造的启晨电池包，采用了三明治结构的双面液冷技术和极简设计思路。在极简设计结构下，电池包的结构件数量降低45%，重量降低32%。

此外，极简电气设计思路使得电池包的线束长度甚至只有之前的26%，从原来的303米的线束降到了80米，体积成组效率却达到了76%（宁德时代是72%），PACK能量密度达到了190Wh/kg，超越了目前市场上的三元电池能量密度。

这是国轩高科经过十年时间自研LMFP材料，通过共沉淀合成工艺，先进的掺杂包覆技术和新型的造粒技术，解决了高温Mn溶出、电导率低、压实密度低这等棘手问题，加上美国克利夫兰研究院研发出的针对LMFP的新型电解液，大大改善高温循环和存储性能后，才做到的。

实际上，国轩高科很早就掌握了很多电池方面的关键技术。2014年，公司自主研发的“FP1865140-15Ah方形磷酸锰铁锂锂离子蓄电池”便获得安徽省新产品荣誉。2014年至今，公司的专利积累和布局也相对丰富。

此外，制备方法方面，涉及高温固相法和共沉淀法、水热法等液相法，关键技术包括碳包覆及其他材料包覆、CNTs介入、三元材料复合及金属掺杂等技术。厚积薄发，实属正常。

这次，有个问题很有意思。对于锂电池来说，续航1000公里是个很高、很硬核的目标，能达到这个目标，才能真正解决消费者骨子里的“续航焦虑”。当然，之前基本上都在三元材料上面想办法。这次能够不用三元材料就达到1000公里续航，确实也是行业进步的体现。

而追求高续航的心情似乎永无止境。比如，在大会上，福州大学/上海大学张久俊教授就在表示“震惊”之余，希望明年启晨电池能达到290Wh/kg的水平。

希望的压力很大，所以程骞博士表示，“目前业内对于电动车的续航设计，基本都在600公里。600公里以下，然后再配合快充，基本上就解决了用户体验的问题。所以说，290Wh/kg这个目标首先是很难的，今年能实现190，明年如果能实现200或者210，我觉得已经是一个很好的进步了。”

因为，如果做到290 Wh/kg，基本上对应的Wh/L就是400~500Wh/L。如果对应现在相同的电池包，对应的PACK能量密度容量基本上都在180~200度电，这个电量就太大。

“180~200度电几乎可以支撑车子跑1300~1500公里，毕竟，现在的燃油车也就跑五六百公里，混合动力车型跑800~1200公里，设计得太长是没有意义的。”

不过，有没有意义，目前尚未有定论。至少从我个人的体验角度来说，1000公里续航是解决焦虑的必须，毕竟补能的基础设施不像加油站那样完备，像这次五一长假期间“每个高速充电区都有一台理想在充电”这么奇葩的事，都是会发生的。

“锰”在哪里？

再来说说，造就高能量密度的为什么是“锰”呢？

“锰者勐也，最大的特点，电压高是优点。”国轩高科副总裁徐兴无如此评价。确实，相对于磷酸铁锂和三元材料，磷酸锰铁锂在某些技术性能上确实优势突出。

业界特斯拉CEO马斯克也曾表示，“我认为锰基电池有潜力。”他声称，特斯拉看好在电池中加入锰元素的技术路线，并一直探索在电池中使用更多锰材料。马斯克还在推特上发文称，锰元素将替代正极材料中的铁和磷，并推动正极生产规模进入到TWh时代。

其原理是，在磷酸铁锂的基础之上掺杂一定的锰元素，并调整其与铁的原子数量之比（锰铁比，一般为6:4或者7:3）以此提高材料的电压平台，生成磷酸锰铁锂产品，较三元材料有更好的热稳定性、化学稳定性及经济性，同时又比磷酸铁锂的能量密度更高，提升约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kWh的磷酸铁锂正极需要铁源0.61kg，而每kWh的磷酸锰铁锂正极需要铁源0.13kg+锰源0.38kg。

但是，磷酸锰铁锂和磷酸铁锂对比，具有以下缺陷：

首先，循环寿命较短、充放电能力较差。磷酸锰铁锂中有锰元素的加入，锰溶出（锰离子姜泰勒效应）会导致电池循环寿命变短，充放电能力和寿命变差。其次，磷酸锰铁锂的低电导率导致其容量难以发挥、且与电解质会发生副反应导致其材料的容量难以发挥。

所以，这几年是通过各种途径的研发和改进这些缺陷，包括国轩高科所用的掺杂包覆技术等，磷酸锰铁锂的量产终于进入正轨。

据不完全统计，包括国轩高科在内，蔚来、宁德时代、比亚迪、中创新航、孚能科技、蜂巢能源、星恒电源、瑞浦兰钧、珩创纳米、德方纳米等汽车产业链上下游企业都在加大磷酸锰铁锂赛道的布局。

材料方面，德方纳米年产11万吨磷酸锰铁锂项目正在进行产能爬坡。珩创纳米总投资达3亿元的一期项目，也已经正式投产，可年产5000吨磷酸锰铁锂正极材料，年销售额可达8亿元。后续，其磷酸锰铁锂正极材料总规模将最终达到年产15万吨。

国海证券去年曾预测，2023年是锰铁锂放量元年，预计达13万吨。预计2025年全球LMFP材料需求为41万吨，2023~2025年复合增速达75%，按照单吨6万元测算，2025年大约有200亿+的市场空间。

中金公司曾经测算，作为磷酸铁锂和三元5系的潜在替代材料，预计到2025年，电动车领域对磷酸铁锂替代需求将达到56GWh，与三元复合搭配需求将达到28GWh，总体需求量约为84GWh。磷酸锰铁锂未来的应用前景，相当光明。

当然，我们也要看到，这次虽然国轩高科“亮剑”，但是重要的两个对手还没有动静，就是宁德时代和比亚迪。他们手中也都有正在研发的磷酸锰铁锂电池产品，只是还没官宣。

实际上，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，宁德时代又以4.13亿元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。

不过，宁德时代M3P电池已经量产。当然，M3P并不是真正意义上的磷酸锰铁锂电池，其中还含有其他金属元素，也是宁德时代基于新型材料体系研发的电池，其能量密度高于磷酸铁锂，成本显着优于高镍三元锂电池。

而比亚迪董事长王传福曾表示，比亚迪新一代的磷酸铁锰锂电池，能量密度已经达到了三元材料的密度，且从成本角度看比三元材料更具经济性。此前还有消息称，弗迪电池在2022年初开始小批量采购磷酸锰铁锂材料，正处于内部研发阶段。比亚迪的回复是，各种材料都会有研究。

总之，这次国轩高科发布启晨L600电芯及电池包，无疑开了一个非常好的头，让我们对2023年磷酸锰铁锂电池“放量元年”充满期待。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”的全固态电池止步于半固态电池就好，不要因为实验室走通了就钻牛角尖。

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