中國粉體網(wǎng)訊 8月9日,，星恒電源股份有限公司（以下簡稱“星恒電源”）與天目湖先進儲能技術(shù)研究院有限公司（TIES）攜手,，共同創(chuàng)立“雙子星聯(lián)合實驗室”,，致力于進行“耐高溫,、長壽命、高安全的錳酸鋰材料和電池技術(shù)開發(fā)項目”研究,。
如今，三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池在乘用車領域都擁有眾多的用戶,。這兩種動力電池成為了市場主流,，為何雙子星聯(lián)合實驗室還要聚焦錳酸鋰電池？TIES院長,、中國科學院物理所研究員李泓給我們詳細解讀,。
優(yōu)點和缺點都很突出
在人們的印象中,，電動汽車普遍使用三元鋰或磷酸鐵鋰電池，在市場上很少看到配裝錳酸鋰電池的車型,，造成這種現(xiàn)象的原因是什么,？
李泓表示，大家一直比較關注電動汽車的續(xù)駛里程,，動力電池的能量密度越高,，單次充電續(xù)駛里程越長。三元鋰電池的能量密度可達300Wh/kg,，因此在乘用車上具有較為明顯的優(yōu)勢地位,。不過，由于需要使用鈷,、鎳等金屬材料,，導致它的成本高于磷酸鐵鋰電池。
隨著CTP,、刀片電池技術(shù)的進步以及整車對電池包體積的優(yōu)化,，電動汽車配裝磷酸鐵鋰電池也能達到500～600公里的續(xù)駛里程，基本上能消除人們的里程焦慮,。再加上其成本明顯低于三元鋰電池,，而且安全性較好，近一段時間以來磷酸鐵鋰電池的產(chǎn)量和裝機量不斷擴大,。
錳酸鋰電池的能量密度不及上述兩種動力電池,，循環(huán)壽命、高溫儲存特性也存在短板,。不過,，它也有著突出的優(yōu)點�,！板i酸鋰電池的成本比磷酸鐵鋰電池低,，快充性能表現(xiàn)良好，低溫性能也非常突出,。在鋰電池的市場競爭中,，大規(guī)模應用、取得優(yōu)勢地位的關鍵還在于成本,、安全等幾項因素,。”李泓認為,。
李泓說,，錳酸鋰材料比磷酸鐵鋰的成本低20％～30％。另外,，錳酸鋰電池的電壓較高,，達到3.9V,，磷酸鐵鋰電池為3.4V，三元鋰電池為3.7V,。電壓高意味著電池PACK可以使用較少的電芯,，錳酸鋰電池包既可以少裝電芯降低成本，又表現(xiàn)出體積優(yōu)勢,，PACK的成本明顯低于三元鋰或磷酸鐵鋰電池,。
錳酸鋰電池的安全性則介于三元鋰電池與磷酸鐵鋰電池之間。李泓指出,，磷酸鐵鋰電池的安全問題主要來自負極,，三元鋰電池的安全問題來自正極的因素更加突出。錳酸鋰是尖晶石結(jié)構(gòu),，比層狀氧化物的穩(wěn)定性好,，磷酸鐵鋰中磷酸根中的氧更難析出，穩(wěn)定性強于錳酸鋰電池,。
錳酸鋰電池有改良空間
三元鋰電池能量密度的極限在哪里,？目前，業(yè)界還沒有給出準確的答案,。不過,，人們對于磷酸鐵鋰的極限值基本已形成共識，約為170mAh/g,，目前其潛力挖掘已達到165mAh/g,。錳酸鋰的理論克容量約為144mAh/g，現(xiàn)有錳酸鋰電池的克容量為114～117mAh/g,，其能量密度還有較大提升空間,。
錳酸鋰電池的高溫穩(wěn)定性不如磷酸鐵鋰電池，但也有改進辦法,。據(jù)李泓介紹,，他們在做固態(tài)電池的時候，把高鎳三元材料表面經(jīng)過固態(tài)電解質(zhì)處理,，可以防止氧析出以及熱失控,，降低表面氧化能力。對錳酸鋰材料進行改性,，也有機會提高電池高溫穩(wěn)定性,；另外，在負極側(cè)進行固態(tài)化處理,，也可防止析鋰及帶來的副反應,。
改進不僅于此，隔膜技術(shù)提高也為錳酸鋰電池的進一步發(fā)展帶來了希望——中間的隔膜經(jīng)過涂層后,，熱收縮溫度能達到較高的水平,，使安全性顯著提升。據(jù)悉,，涂層的固態(tài)化可以改善正負極與隔膜的界面接觸,，有利于防止正極錳溶解后向負極擴散，發(fā)生熱失控的幾率將進一步降低,，或顯著提高熱失控的溫度,。
李泓說：“錳酸鋰電池改性的第一步是實現(xiàn)準固態(tài)化，下一步要嘗試全固態(tài),。這些都實現(xiàn)后,，錳酸鋰電池的安全性、耐高溫性能,、循環(huán)性能將顯著提升,。”他還告訴記者,，在正極材料不變的情況下,，從人造石墨負極到納米硅碳負極再到鋰碳復合負極，錳酸鋰電池電芯的能量密度能提升至240～250Wh/kg以上,。未來,，隨著電解質(zhì)耐氧化電位的提高及固態(tài)電解質(zhì)的引入，其正極材料還有可能進一步升級為放電電壓在4.8V,，可逆容量在135mAh/g的鋰鎳錳氧（LiNi0.25Mn1.5O4）,。這類材料與錳酸鋰晶體結(jié)構(gòu)一致，含鎳量較低,，直接與石墨匹配后的能量密度可以提升至240Wh/kg,，未來與納米硅碳等復合，有望超過280Wh/kg,。另外,，還有一類高錳基正極材料，其材料可逆容量高達300mAh/g以上,，只是目前在循環(huán)過程中存在電壓衰減明顯,、倍率性能相對較差、循環(huán)性不到1000次以上,、高溫脹氣等問題,，需要進一步優(yōu)化。
隨著技術(shù)瓶頸不斷突破,，這些新材料一旦開發(fā)成功,，將顯著推動錳基正極材料的應用，從資源可持續(xù)性、降低成本,、提高綜合技術(shù)經(jīng)濟性方面考慮,，有望占據(jù)更大的市場份額。
或與三元材料“結(jié)合”出更大前景
國家電動乘用車技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟技術(shù)委員會原主任,、國家新能源汽車創(chuàng)新工程專家組原組長王秉剛曾告訴記者,，日產(chǎn)聆風幾乎沒有過重大起火事故。記者查詢資料后發(fā)現(xiàn),，該款車使用錳酸鋰電池,，與大多數(shù)電動汽車有顯著區(qū)別。
日產(chǎn)聆風并不單純使用錳酸鋰電池,，而是錳酸鋰與三元鋰電池混搭使用,。兩種正極材料混用，不僅在汽車上存在,，在其他使用場景,，如消費電子產(chǎn)品、無人機上也常見,�,！板i酸鋰電池正極中摻雜三元材料，可以通過離子交換反應,，抑制錳溶解,，提升錳酸鋰正極材料的高溫和循環(huán)性能，同時提升能量密度,�,！彼忉屨f。
據(jù)悉,，由于錳基電池有自己獨特的優(yōu)勢,，不僅國內(nèi)多家企業(yè)涉足，AESC,、LG化學,、東芝、日立,、LEJ等日韓企業(yè)也生產(chǎn)錳酸鋰電池或在三元鋰電池里摻雜錳酸鋰材料,。在今年3月舉行的大眾汽車“電池日”活動上，該公司就明確表示,，將大力研發(fā)高錳電池,。
雙子星聯(lián)合實驗室的創(chuàng)建方之一星恒電源，曾由中科院物理所孵化,，一直致力于錳酸鋰電池的開發(fā),，已成為國內(nèi)最大的錳酸鋰電池研發(fā)與生產(chǎn)企業(yè),。星恒電源與TIES聯(lián)合成立實驗室，就是希望通過逐步導入納米固態(tài)電解質(zhì),、納米硅碳負極,、固態(tài)電解質(zhì)復合隔膜等新技術(shù)，開發(fā)更耐高溫,、長壽命,、本質(zhì)安全的錳酸鋰材料和電池技術(shù),，逐漸實現(xiàn)錳酸鋰電池從液態(tài)到準固態(tài),，到未來爭取實現(xiàn)全固態(tài)，從而顯著提升錳酸鋰電池的能量密度,、循環(huán)壽命,、安全性，同時發(fā)揮其低成本,、高倍率,、低溫性能好的優(yōu)點�,！斑@項技術(shù)如果研發(fā)成功,，在電動輕型車和電動汽車動力電池領域?qū)⒕哂袕姶蟮氖袌龈偁幜Α,！崩钽f,。
“隨著新能源汽車補貼退坡直至取消，減少資源依賴,，減少鋰電池中鈷和鎳的含量甚至完全不使用鈷和鎳,，從而減低動力電池成本，增強市場競爭力成為企業(yè)考慮的頭等大事,。錳酸鋰電池以其獨特的優(yōu)勢受到人們的重視,，與改性后的三元材料結(jié)合，既改善電池包性能,，又能控制成本,，預計未來市場份額可達25％以上�,！崩钽J為,。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/青黎）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知刪除
