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高鹄新能源系列研究(一):从底层材料创新看新一代电池演进

常驻编辑 科普中国 2022-09-26 锰铁   电池   负极   正极   材料   电解质   固态   新一代   磷酸   新能源   底层   密度   离子   系列
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磷酸锰铁锂与磷酸铁锂工艺相近,生产设备兼容,因此切换成本较低:T5R拜客生活常识网

• 设备相同,若切线制备磷酸铁锂,只需对设备进行消除残留锰元素的处理。T5R拜客生活常识网

• 工艺类似,新增锰源研磨工序,烧结温度和工艺略微差异,粉碎强度增大。T5R拜客生活常识网

磷酸锰铁锂的两大应用方向:T5R拜客生活常识网

• 代替磷酸铁锂:磷酸锰铁锂能量密度比磷酸铁锂提高15%-20%,而价格只高5%-6%,性价比更高,有替代磷酸铁锂的机会。T5R拜客生活常识网

• 与三元复合使用:磷酸锰铁锂包覆三元材料复合使用,兼具低成本、高安全性及高能量密度的优势。T5R拜客生活常识网

当前的磷酸锰铁锂材料,其大规模商业化应用仍需要突破一定的技术瓶颈,例如:T5R拜客生活常识网

• 首圈效率低:磷酸锰铁锂首圈充放电效率92%(磷酸铁锂能95%以上)。T5R拜客生活常识网

• 锰溶出导致循坏寿命衰减:锰的导电性差、容易出现极化现象使得放电电压平台缩减,降低循环寿命。充放电过程中锰离子会溶出并沉积在负极表面, 进而破坏SEI膜,使得SEI膜不断再生修复,消耗大量活性锂,造成容量损失。T5R拜客生活常识网

业界正通过掺杂、包覆、纳米化等改性技术,提升磷酸锰铁锂材料的电化学性质,推动其商业化进程。T5R拜客生活常识网

下游应用进度:T5R拜客生活常识网

• 电动汽车市场尚未实现大规模应用,两轮车市场已逐步上量。T5R拜客生活常识网

• 两轮电动车电池认证周期较短,磷酸锰铁锂技术推广较快。T5R拜客生活常识网

• 小牛电动车F0系列应用天能生产的18650号磷酸锰铁锂电池。T5R拜客生活常识网

• 星恒推出“LONG 终身保”,是在锰酸锂的基础上混合了安全性高、寿命长的磷酸锰铁锂材料,单芯循环达3000次。T5R拜客生活常识网

三、富锂锰基T5R拜客生活常识网

富锂锰基是基于已有的正极材料进行改性,以Ni、Co、Mn为主要元素形成的衍生材料,是无钴的另一种可行理念。对其的研究已有20多年研究历史(M M Thackeray 南非科学工业研究中心研究至今),容量从最初135提升到300mAh/g以上,但暂时还没有真正商业化应用。T5R拜客生活常识网

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富锂锰基能满足现有材料达不到的高比能要求,是下一代高能量密度电池的理想正极材料:T5R拜客生活常识网

• 已经商业化的正极材料(锰酸锂、磷酸铁锂、钴酸锂、三元高镍)难以满足未来400Wh/kg锂离子动力电池能量的密度要求。

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