LMFP電池正進入量產(chǎn)化前期階段，其相較于LFP具有更高電壓、更高能量密度, 與三元材料相比，LMFP 具備更低的成本、更高的循環(huán)次數(shù)以及更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。但仍然存在一定材料性能缺陷和制備工藝的難點制約其產(chǎn)業(yè)化進程。

國內(nèi)正極材料和電池廠商近年來不斷布局LMFP相關(guān)新技術(shù)，專利數(shù)量逐年攀升。截至2022年6月，國家知識產(chǎn)權(quán)局已公告相關(guān)專利240項，其中比亞迪和國軒高科相關(guān)專利數(shù)量穩(wěn)居前列，由此可見，LFP技術(shù)路線出身的兩大動力電池企業(yè)尤為心急。除此之外，各正極材料企業(yè)包括德方納米、當(dāng)升科技、力泰鋰能等公司均已開始開發(fā)磷酸錳鐵鋰材料。據(jù)行業(yè)內(nèi)判斷，LMFP電池將于2023年得以量產(chǎn)應(yīng)用，屆時將逐步搶占LFP電池的市場份額，但是否真的能夠很快替代LFP電池，猶未可知。

據(jù)統(tǒng)計，2022年上半年，三元鋰電池的裝機量為45.6GWh，同比增長51.2%，占比41.4%；而磷酸鐵鋰電池的裝機量為64.4GWh，同比增長189.7%，占比為58.5%。磷酸鐵鋰電池占比已經(jīng)逐漸與三元鋰電池拉開差距。

2022年1-6月份動力電池裝機量情況

01.

LFP電池能量天花板凸顯

從近幾年LFP的能量密度的提升路徑來看，其能量密度的天花板已日漸顯現(xiàn)。2010 款比亞迪E6 LFP 電池能量密度僅為90Wh/kg，隨著電池技術(shù)的不斷迭代，根據(jù)工信網(wǎng)發(fā)布的新能源推廣應(yīng)用推薦車型目錄，2022 年搭載LFP 電池系統(tǒng)的最大能量密度為161.27Wh/kg，并且這一最大值近兩年幾乎沒有變化，自此磷酸錳鐵鋰系大發(fā)展應(yīng)運而生。

02.

LMFP材料優(yōu)勢分析：比LFP能量密度更高，比三元更安全、更低成本。

與磷酸鐵鋰相比，磷酸錳鐵鋰具備高電壓、高能量密度以及更好的低溫性能。二者理論容量均為170mAh/g，但磷酸鐵鋰電壓平臺只有3.4V，而磷酸錳鐵鋰可以達(dá)到4.1V，這使得LMFP 的能量密度比LFP 提高15%。在低溫性能方面，德方納米各類納米磷酸鐵鋰在-20℃下容量保持率約為67%，而磷酸錳鐵鋰可以保持在71%，在與質(zhì)量占比15%的三元材料混合時保持率甚至可以達(dá)到74%。

與三元材料相比，LMFP 具備更低的成本、更高的循環(huán)次數(shù)以及更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。三元材料中含有稀有貴金屬金屬原材料鈷和鎳，價格昂貴，而LMFP 中主要元素為錳和鐵，市場價格遠(yuǎn)低于鈷和鎳，可以保持較低的成本。另外磷酸錳鐵鋰的循環(huán)壽命高達(dá)2000 次，而三元材料僅在800 次-2000 次之間，差距較為明顯。從結(jié)構(gòu)來看，具備橄欖石結(jié)構(gòu)的LMFP 相比層狀結(jié)構(gòu)的三元材料更安全、更穩(wěn)定。

主要正極材料性能對比

03.

LMFP材料劣勢：導(dǎo)電性、倍率性、首效較差等

LMFP 作為LFP 的“升級版”，雖繼承了LFP 低成本、高熱穩(wěn)定性、高安全性等優(yōu)點，彌補了其能量密度低、低溫穩(wěn)定性較差等缺點，但LMFP 也存在導(dǎo)電性能、倍率性能以及首圈效率低等問題。

1.導(dǎo)電性差、倍率性能差：磷酸錳鐵鋰的電子電導(dǎo)和離子電導(dǎo)性均顯著低于三元材料和磷酸鐵鋰，因而表現(xiàn)出較差的導(dǎo)電性和較差的倍率特性。

2.首圈效率低：磷酸錳鐵鋰首圈充放電效率在92%左右，而磷酸鐵鋰能夠做到95%以上。

3.雙電壓平臺：磷酸錳鐵鋰體系中鐵和錳放電電壓存在較大差別，因而產(chǎn)生了放電過程中的雙電壓平臺。雙電壓平臺的問題會使得電池在放電過程中面臨一定可能的功率驟降。但是在實際應(yīng)用中，電池中磷酸錳鐵鋰的雙電壓問題并沒有那么顯著。

4.錳溶出導(dǎo)致循環(huán)壽命衰減：錳的導(dǎo)電性差、容易出現(xiàn)極化現(xiàn)象使得放電電壓平臺縮減，降低循環(huán)壽命。同時充放電過程中錳離子會溶出并沉積在負(fù)極表面,進而破壞SEI膜，使得SEI膜不斷再生修復(fù)，消耗大量活性鋰，造成容量損失。

04.

LMFP材料特性難點解決方向：主要從材料改性角度出發(fā)

與磷酸鐵鋰類似，為改進磷酸錳鐵鋰材料本身的一些應(yīng)用不足，可采用包覆、摻雜、納米化等方式對材料進行改性。

1.包覆：導(dǎo)電材料包覆在磷酸錳鐵鋰表面能夠改善材料的導(dǎo)電性能，避免顆粒團聚、提升均一性，改善倍率性能。同時，表面包覆后能夠一定程度上抑制錳離子的溶出，從而改善材料的循環(huán)壽命。

2.摻雜：碳材料或金屬離子加入到磷酸錳鐵鋰材料中能夠提高其導(dǎo)電性能，但摻雜量需嚴(yán)格控制，過量的金屬離子摻雜會使得結(jié)構(gòu)異化。實際應(yīng)用中，添加碳納米管能夠構(gòu)建優(yōu)異的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，進而實現(xiàn)材料體系性能的全方位提升。此外，還可以通過添加過量鋰離子或補鋰劑等方式來提升首圈效率和循環(huán)壽命。

3.納米化：納米化是指通過機械球磨、控制煅燒溫度、采用超導(dǎo)粒子作為核促進劑等多種方式將材料尺寸縮小至納米級顆粒。納米化顆粒可以縮短鋰離子擴散路徑，提高鋰離子遷移效率、降低電極極化，從而改善倍率性能和低溫性能。同時，其還能提升材料比表面積，使得電解液浸潤程度更高，降低電極界面阻抗，提升電子導(dǎo)電性。

05.

磷酸錳鐵鋰應(yīng)用方案：純用與三元混用

純用方案應(yīng)用情況：

磷酸錳鐵鋰純用情況下，0.2C放電比容量為142mAh/g，中值電壓達(dá)到3.7V以上，能量密度明顯優(yōu)于磷酸鐵鋰。

混用方案應(yīng)用情況：

LMFP復(fù)合20%三元5系，雙電壓平臺變?yōu)槠交€，且能夠兼容現(xiàn)有三元電池管理系統(tǒng)；

LMFP復(fù)合80%三元5系，能量密度變化不大，安全性和成本得到顯著優(yōu)化。

LMFP與不同比例三元材料復(fù)合后各項參數(shù)對比

審核編輯：劉清