铅酸电池虽然相对便宜和相对安全,但它们的能量密度远远低于锂电池。这意味着铅酸电池无法提供足够的能量支持高性能设备或长途行驶。
新能源汽车发展之初,由于续航能力饱受诟病,能量密度成为动力电池研发生产关注的重点,三元电池发展迅速,但随着电动车自燃、爆炸频繁,安全性能的重视度得到广泛的关注,电池制造厂、整车厂在选择电池材料体系时也变得更加谨慎。Ternary lithium battery
本期我们讲一种在铁锂体系中的新型正极方案,磷酸锰铁锂,磷酸锰铁锂兼具磷酸铁锂安全性和三元材料高能量密度的优点 是正极材料的升级方向之一。
行业中有一种观点认为磷酸锰铁锂是目前最适合进行推广的正极材料,之前我们讲过的硫锂电池概念虽然理论上比这种材料还要好一些,但整体来说想要商用,还需要长期验证,但磷酸锰铁锂电池已经可以上车了,而且便宜耐用。那么这种电池是如何解决安全与能量密度之间的矛盾呢?
之前老王讲过,磷酸铁锂和三元锂最重要的一个区别就是微观材料结构,前者更加稳定是橄榄石正八面体结构,而后者是层状。这好像在说这两种材料模式是固定的,不可以变化的,但实际上电池行业的产业链说简单也简单,正极材料这种东西都是由粉末压实后烧结制成的,其内部含量、配方,本质上可以根据需求进行改变,那么最近新出现的一种新型电池为能量密度和安全的平衡做出了表率,他就是磷酸锰铁锂电池。
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其基本原理就是利用锰这种元素比较柔和的特性,掺杂在磷酸铁锂正极材料中能大幅度提升电池性能。磷酸锰铁锂小颗粒能够填充在三元大颗粒之间,构建更稳固的导电网络,而且大幅度降低内阻,这个性质让科学家们做梦都能笑出声来,最关键的是三元材料中加入磷酸锰铁锂之后,放热量低的磷酸铁锂隔绝在三元材料周围,抑制了活性材料热失控之后的连锁反应,而且能量密度与3元的523基本持平,成本只是523的三成,这个性质又让厂家采购做梦都能笑出声来。
从成本角度来看,锰元素在国内储量十分丰富,成本极低污染还小,利用四种磷酸盐进行相互掺杂就可以构成多元橄榄石结构材料,这也是磷酸锰铁锂名字的来源。
其实有一点很多人都不知道,就是磷酸锰铁锂可以和三元锂材料进行复合,2022你那很多企业都做过类似尝试,比如复合20%三元523之后的磷酸铁电池放电平台更加平滑,减轻了用电冲击还可以使用三元里现成的电池管理系统,等于说整体来讲增加了能量密度,并且安全性也提升了,像德方纳米、宁德时代和比亚迪都有这样的技术储备。
比如第二代比亚迪刀片电池(目前还未公布)但据行业消息人士猜测,二代刀片采用了新型掺杂工艺的磷酸锰铁锂,且外形有一定改进。在今年2季度就会出现样片,这种电池能量密度逼近200-260瓦时/公斤,但热失控抑制能力比第一代还要好,成本进一步下探到原先的80%左右。
磷酸锰铁锂从技术角度来看,一定是2024-2026年的主流技术,再之后可能是锂硫固态的天下、也有可能是金属陶瓷或凝胶半固态,都有可能。关注我,下期见。