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今年量产的M3P电池,会成为宁德时代击退

来源:比亚迪 时间:2023/4/11

在近日召开的年业绩说明会上,全球动力电池龙头宁德时代董事长兼总经理曾毓群表示,宁德时代的M3P电池预计将于今年量产交付。

曾毓群表示,“大规模应用情况下,M3P电池能够降本增效,低温性能、能量密度优于磷酸铁锂电池,成本优于三元锂电池。具体车型上的应用请见后续发布。”

在过去一年中,宁德时代的M3P电池一直都犹抱琵琶半遮面。从名字上来看(其中M作为锰元素的代号,P代表化学式PO?磷酸根),外界猜测M3P电池就是目前正热的磷酸锰铁锂电池,但在宁德时代看来,又不完全是。

在去年2月的投资者调研活动中,宁德时代首次表示,计划推出新产品M3P电池,但这款产品准确来说不是磷酸锰铁锂电池,电池正极材料中还含有其他金属元素,公司称之为磷酸盐体系的三元锂电池。

去年8月,宁德时代首席科学家吴凯在去年出席世界动力电池大会时,进一步解释,“M3P电池可针对续航里程km左右的中档车型。此前这一续航里程的车型,宁德时代采用的是中镍、低镍三元正极材料方案,相对来说成本更高。结合‘麒麟电池’电池包结构,M3P的新材料也可以满足此类车型的需求。”吴凯说。

千呼万唤始出来实际上,在技术方面,磷酸锰铁锂电池并非新鲜概念。早在年,比亚迪董事长王传福就透露,比亚迪最新研究的磷酸铁锰锂电池,将比传统磷酸铁锂电池在能量密度方面有显著的提升,其电动车续航里程有望大幅增加,成本不增反降。

宁德时代的相关技术储备也是在同期。年,宁德时代公开了“一种锂离子电池正极材料磷酸锰铁锂的制备方法”的专利。年,其又公开了“锂离子蓄电池复合正极材料及其制备方法—一种磷酸锰铁锂和石墨烯复合正极材料及其制备方法”的相关专利。

按照电池正极材料的不同,当下全球主流的动力电池分为三元锂(NCM)电池和磷酸铁锂(LFP)电池,后者凭成本低廉、安全性强等优势,在产量、装车量方面已超三元电池,但磷酸铁锂电池的能量密度已经接近“天花板”。

在磷酸铁锂的基础上添加锰元素以提高电压平台,成为关键突破。锰离子(0.nm)和铁离子(0.nm)的离子半径接近,可实现任意比例互溶。因此,通过在磷酸铁锂中加入锰元素并调整其与铁的原子数量之比(锰铁比),可以实现高电压平台的同时也规避磷酸锰锂的固有缺陷,此时的产物是磷酸锰铁锂(LiMnxFe1-xPO4,LMFP,其中X是锰铁比)。

磷酸锰铁锂的晶体具有橄榄石型结构,该结构最大的优势是稳定性高,即使在充电过程中锂离子全部脱出,也不会发生结构崩塌,因此安全性能好。

据业内人士介绍,“磷酸锰铁锂材料理论容量与磷酸铁锂相同,为mAh/g;但磷酸锰铁锂相对于Li?/Li的电极电势为4.1V,远高于磷酸铁锂的3.4V,且位于有机电解液体系的稳定电化学窗口。4.1V的高电位使得磷酸锰铁锂具有潜在的高能量密度的优点,这是它相对于磷酸铁锂的最大优势。”

理论上,磷酸锰铁锂的实际容量发挥到与磷酸铁锂相同的程度,其能量密度将比磷酸铁锂提高15%—20%。此外,磷酸锰铁锂原料成本低,环境友好,在生产工艺上,其与磷酸铁锂的生产工艺相似,通过高温固相反应法、水热合成法合成,工艺成熟,适合批量生产。因此,在业内人士看来,磷酸锰铁锂在中低端车型拥有广阔的应用前景。

不过,复合在一起的磷酸锰铁锂电池也并非完美无缺。和磷酸铁锂对比,磷酸锰铁锂的缺陷首先是循环寿命较短、充放电能力较差。由于磷酸锰铁锂中锰元素的加入,锰的溶出会导致循环寿命变短,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。

而这或许能够解释,为何磷酸铁锂技术强如比亚迪,在9年前宣布了磷酸锰铁锂的研发消息后,也再也没有传出量产的有关信息。

宁德时代首席科学家吴凯也在去年承认,“行业对M3P材料虽然有多年的研究,但该类材料仍有一些固有问题解决不了,最典型的是电导率不够,导致其在电动汽车领域应用难度很大。”

据介绍,增强磷酸锰铁锂材料导电性比较通行的办法,包括导电物质包覆、体相离子掺杂、纳米化等改性技术等。据吴凯介绍,“宁德时代研发团队通过长期攻关和大量计算,利用添加不同元素给材料改性的办法,解决了电导率不够的问题。”

申港证券研报分析称,宁德时代的M3P电池可能掺杂镁、锌、铝等金属元素中的两种,在部分铁元素点位上形成替代,从而生成磷酸盐体系的三元材料,以改善充放电容量及循环稳定性。

不过,值得注意的是,根据公开报道,吴凯原本在去年的世界动力电池大会上即宣布M3P电池已经量产,而根据此次董事长曾毓群的最新透露,实际宁德时代M3P电池还没有达到量产的状态。

在业内人士看来,除了电导率的问题,磷酸锰铁锂电池还存在电压表现不稳定的问题。锰、铁的充放电电压不同,铁的电压平台低于锰,对应锰与铁的氧化还原,电压切换,会导致后期电池BMS难管理。国内研究机构真锂研究总裁墨柯也曾表示,磷酸锰铁锂电池最大的问题是是双电压平台,这是产业发展一大痛点。

此外,目前国内电池级硫酸锰的制备难度也比较高,品质、收得率差异大。

总体来看,宁德时代的M3P电池产业化进程正在加快。3月15日晚间,宁德时代的正极材料第一供应商湖南裕能发布公告,拟与宁德时代签署《开发协议》,对新型磷酸铁锂产品进行设计开发,并依据宁德时代的需求生产制造新型磷酸铁锂产品。据业内分析,所谓新型磷酸铁锂产品,也就是M3P材料。

宁德时代能够凭借M3P电池击退比亚迪吗?

可以看到,今年宁德时代推出可谓磷酸铁锂PLUS版的M3P电池,有着特殊的背景。

根据中国汽车动力电池产业创新联盟公布的数据显示,年2月,我国动力电池装车量21.9GWh,同比增长60.4%,环比增长36.0%。

其中,三元电池装车量6.7GWh,占总装车量30.6%,同比增长15.0%,环比增长23.7%;磷酸铁锂电池装车量15.2GWh,占总装车量69.3%,同比增长95.3%,环比增长42.2%。磷酸铁锂电池占总装车量的比例已经非常接近70%。

而在磷酸铁锂电池的装车量上,比亚迪已经连续两个月超越宁德时代居于第一名的位置。2月,比亚迪的磷酸铁锂电池装车量是7.5GWh,市占率是49.37%,宁德时代是5.2GWh,市占率是34.19%。比亚迪的市占率比宁德时代高出15个百分点。

凭借在磷酸铁锂电池上的优势,在2月整体的装车量上,比亚迪和宁德时代的市占率差距也缩小至了7.57个百分点,其装车分别为7.5GWh和9.6GWh。在不少业内人士看来,凭借自家新能源汽车的销量,比亚迪电池自产自用的优势实在是过于明显。宁德时代或借助“锂矿返利计划”这一营销策略,绑定销量的同时,拉车企客户一把,共同抵抗比亚迪不断扩大的版图。但长期而言,宁德时代的地位巩固还是要回归电池技术本身。

目前,业内主流观点认为,未来磷酸锰铁锂电池在两轮车市场推进速度较快,预计年渗透率将达到70%。同时在新能源汽车市场也有较好的应用空间,预计年也将有30%渗透率。“磷酸锰铁锂电池技术,各大电池企业中都有相应计划,大规模应用要看实际的效果。”中国化学与物理电源行业协会动力电池应用分会周波表示。

从发布的量产情况来看,目前宁德时代跑在各选手前面。此前业内一直认为磷酸锰铁锂电池适用的电动车型是中低端车型,但宁德时代用CTP3.0麒麟电池技术加持,或许能够将其威力提升一个层级。未来宁德时代能否以M3P电池(材料创新)+麒麟电池(结构创新),捍卫其霸主地位,拭目以待。

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