特斯拉又為動力電池爆“錳”料

3月22日，在特斯拉柏林工廠交付第一批Model Y后，該公司創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官馬斯克表示：“我認為，錳具有潛力。”

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(fā)展的“風(fēng)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(yè)掀起了一輪熱議。

特斯拉為何看中錳基電池

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(shù)量鎳的情況下，多生產(chǎn)50％以上的電池容量?！?/p>

事實上，對于動力電池技術(shù)的發(fā)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(chǔ)的化學(xué)物質(zhì)。

今年1月，馬斯克在推特上發(fā)文稱，錳元素將替代正極材料中的鐵和磷，并推動陰極生產(chǎn)規(guī)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(yīng)鏈及上游原材料的關(guān)注不無關(guān)系。錳元素的礦產(chǎn)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(yè)人士指出，錳系電池是被忽略的高性價比產(chǎn)品。比如，錳酸鋰電池具有高安全性、優(yōu)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(wěn)定，需配以其他材料混合使用、高溫性能差、循環(huán)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(chǎn)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(fā)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(yōu)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(tài)就能決定的。“目前來看，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(guān)概念，以此利好資本市場的可能。畢竟，距離特斯拉發(fā)布的4680電池已有兩年時間，但仍不見其大規(guī)模量產(chǎn)。”江西新能源科技職業(yè)學(xué)院新能源汽車技術(shù)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(xué)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(yīng)、成本上具備一定的優(yōu)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(wǎng)聯(lián)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?！澳壳埃i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(chǎn)業(yè)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(jù)悉，磷酸錳鐵鋰電池產(chǎn)業(yè)化已開始逐漸加速。東吳證券分析師曾朵紅預(yù)計，這項技術(shù)有望在2023年上半年大規(guī)模量產(chǎn)。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(huán)保，成本也更低。與具有成本優(yōu)勢的磷酸鐵鋰電池相比，鎳錳酸鋰電池單體及系統(tǒng)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(guān)鍵材料。

近日，市場研究機構(gòu)EVTank聯(lián)合伊維經(jīng)濟研究院共同發(fā)布《中國錳酸鋰正極材料行業(yè)發(fā)展白皮書（2022年）》。來自白皮書的數(shù)據(jù)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(yè)選擇的技術(shù)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(chǎn)業(yè)化發(fā)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(yè)紛紛進行鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)化探索。鈉離子電池在資源豐富度、成本方面優(yōu)勢明顯，未來幾年隨著產(chǎn)業(yè)投入的加大，技術(shù)走向成熟、產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善，有望在一些細分領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。

另據(jù)了解，鎂也是一種潛在的動力電池材料。阿貢化學(xué)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(xiàn)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(wěn)定的供應(yīng)鏈。此外，鈣也具有很多優(yōu)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(fā)展，體現(xiàn)為靈活材料的組合技術(shù)，即電池材料隨資源變化情況靈活調(diào)整，屬于平衡電池資源與特性的技術(shù)、管理相結(jié)合的方案。”曹廣平說。

企業(yè)探索電池材料多元化

馬斯克認為，需要重點關(guān)注動力電池的礦物供應(yīng)，以加快向電動化交通和可再生能源轉(zhuǎn)型。特斯拉方面估計，全球?qū)⑿枰a(chǎn)300TWh的動力電池，才能全面向可持續(xù)發(fā)展轉(zhuǎn)型。

不過，原材料價格的持續(xù)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(xù)發(fā)展的問題。中國動力電池所需金屬材料的現(xiàn)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(fā)展也是解決動力電池“卡脖子”問題的主要動因。

不難發(fā)現(xiàn)，動力電池企業(yè)也加快了對這個領(lǐng)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(chǎn)品的能量密度提高到200Wh/kg。Ambri公司成功研發(fā)的新型專利技術(shù)，采用銻作為關(guān)鍵原材料，不僅可以解決鋰離子電池續(xù)駛能力較差的缺陷，同時比鋰離子電池更經(jīng)濟實惠。

事實上，動力電池材料的多元化發(fā)展也從正極拓展至負極等組成部分。據(jù)悉，與傳統(tǒng)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(tài)電解質(zhì)層，可大幅提升能量密度。國內(nèi)主流電池企業(yè)看到了混合鋰金屬電池未來的發(fā)展空間，寧德時代、億緯鋰能都進行了相關(guān)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(fā)的“海綿硅負極片電池技術(shù)”，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(xiàn)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(yè)都對硅負極展開了相關(guān)布局。

一家動力電池企業(yè)的技術(shù)負責(zé)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(yè)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(yīng)運而生的。他認為，即使解決了錳基材料的結(jié)構(gòu)缺陷、不穩(wěn)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。