任何电池路线的发展都离不开能量密度和成本这两条主线。磷酸锰铁锂的能量密度高于磷酸铁锂但成本却差不多，富锂锰基材料和层状锰酸锂的能量密度优于三元材料。在原材料成本不断高企的当下，研发这几种正极材料的热度自然会提升。 近日，当升科技宣布磷酸锰铁锂材料已完成研发，目前处于客户认证阶段；巴斯夫杉杉宣布富锰电池材料已实现吨级规模化生产……近年来，包括磷酸锰铁锂、富锂锰基等锰基电池备受关注，相关企业加速布局。锰基材料电池前景究竟如何？ 性价比优势显著 磷酸铁锂电池和三元锂电池是目前电动汽车使用的主流动力电池。 今年3月，特斯拉CEO马斯克表示，“我认为锰基电池有潜力。”他进一步称“在非常大的(电池)需求下，我们需要数千万吨甚至数亿吨原材料。因此，用于大规模生产电池的材料必须是普通材料，否则就无法规模化。”在2020年的特斯拉电池日上，马斯克还曾表示，用2/3的镍和1/3的锰做正极材料相对简单，这使得在同样数量镍的情况下可以提升50%以上的电池容量。 目前主流锰基电池包括锰酸锂、磷酸锰铁锂、富锂锰基等。业内人士认为，锰基材料中，磷酸锰铁锂作为磷酸铁锂最重要的改进方向之一，有望率先产业化应用。据了解，磷酸锰铁锂是磷酸铁锂与磷酸锰锂的固溶体，保留了磷酸铁锂的优良安全性与稳定性，并且拥有较高的电压平台以及与磷酸铁锂相同的理论克容量，因此相同条件下其理论能量密度比磷酸铁锂电池高20%左右。目前，拥有磷酸锰铁锂技术储备的电池厂商有宁德时代、比亚迪、国轩高科等，主要以专利技术研发、投资布局为主。德方纳米、中贝新材料、天津斯特兰等正极厂商均对锰铁锂产品有所布局。德方纳米表示，公司新型磷酸锰铁锂已开始送样，预计1-2年后可实现产业化，叠加正极补锂技术，该电池能量密度可提高20%，循环寿命可达1万次。 中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员夏永高指出，目前磷酸铁锂电池的能量密度已接近极限，三元锂电池受近期镍、钴价格波动影响，成本飞涨。同时，相对于镍、钴，锰的储量较为充足。在此背景下，锰基电池的优势进一步凸显。 在真锂研究首席分析师墨柯看来，任何电池路线的发展都离不开能量密度和成本这两条主线。“磷酸锰铁锂的能量密度高于磷酸铁锂但成本却差不多，富锂锰基材料和层状锰酸锂的能量密度也优于三元材料。在原材料成本不断高企的当下，研发这几种正极材料的热度自然会提升。” 尚存技术难点 据了解，比亚迪多年前曾尝试研究锰基电池并申请了相关专利，不过后续未有更多进展，目前比亚迪主打刀片电池。 事实上，具备诸多优势的锰基电池自身也有痛点。“锰元素的加入可以提升原本磷酸铁锂电池的能量密度，但与此同时，锰加入后，材料的锂离子扩散速度和电子电导率均会降低。因此，为了实现磷酸锰铁锂更高的放电比容量，需要减小材料一次颗粒尺寸，但小的纳米颗粒也带来一系列副作用，如压实降低、吸水性高，以及其导致的高温循环性能差和胀气问题。”夏永高表示。 “磷酸锰铁锂技术开发的难点在于解决电压双平台的问题，富锂锰基和层状锰酸锂技术开发的难点在于延长循环寿命的问题，目前，上述技术都还没达到实用阶段的水平。”墨柯坦言。 高工锂电认为，未来2-3年磷酸锰铁锂将更多的以复配三元材料方式加以应用。长远来看，随着其成本下降，循环性能改善，将加速完成从辅材到主材的升级过程。“磷酸锰铁锂现阶段单独使用还存在一些问题，其更适合用作三元锂电池的辅助材料，既可以兼顾能量密度，又可以提高三元电池的安全性能。”夏永高表示。 带动用锰需求 原材料供应紧张导致此前电池价格暴涨，近期价格仍维持在高位。目前，不少车企纷纷寻找性价比更高的电池，新材料、新技术层出不穷。清华大学教授、中国科学院院士欧阳明高近日表示，未来动力电池很有可能出现更多材料体系方面的创新。从目前来看，钠离子低温充电、快充性能表现十分突出，锰酸锂、锰酸铁锂等锰基固态电池经济性、低温性能表现优异，两者凭借各自优势，均已进入新一代动力电池技术研发布局之列。 中金公司的研报指出，2022年开始，4680电池、CTB、磷酸锰铁锂电池、半固态电池、钠电池、锂电回收等有望陆续走向产业化。“原材料价格上涨越多，综合性价比越高的电池路线就越受欢迎，比如，磷酸锰铁锂等多种技术路线未来都会有参与竞争的机会。”新能源与智能网联汽车独立研究者曹广平表示。 据了解，锰酸锂电池目前已实现大规模量产，在两轮车市场有着较大市场空间，磷酸锰铁锂电池、富锂锰基电池仍处于规模化量产的推进过程中。 业内比较关注，何种锰基电池可实现最先搭配装车。对此，夏永高看好三元/磷酸锰铁锂复合电池的前景。针对目前磷酸锰铁锂电池发展面临的技术问题，他认为针对不同的应用场景，综合平衡锰铁比、电化学性能和物理性能等至关重要，不应一味追求更高的锰含量。 未来随着锰基电池的发展，锰在电池端的需求也将攀升。中信证券的研报指出，受益于三元正极材料和锰酸锂材料出货量的快速增长，预计2025年锂电正极材料用锰量将超过30万吨，2021-2025年复合增长率为32%。随着新型锰基正极材料的渗透率提升，预计锂电池用锰量将出现激增，至2035年有望增至130万吨以上，相当于2021年的10余倍。2035年锂电池领域用锰量预计占锰整体需求比例达到5%。 read more

近年来，我国新能源汽车和国产智能手机的发展取得了许多令世人瞩目的成就，可谓是进入了高质量发展的快车道。 新能源汽车方面，截止2021年，我国新能源汽车销量连续7年位居全球第一。据中国汽车工业协会数据显示，我国新能源汽车保有量约580万辆，约占全球新能源汽车总量的50%。已经将合资车和外资车远远甩在了身后，实现了弯道超车。 国产智能手机方面，经过了十年的不懈努力，国产智能手机品牌全面崛起。无论是从质量、性能、价格等方面都有了质的飞跃，可以与苹果、三星等外国品牌一较高下。据CANALYS数据显示，2022年第一季度国内手机市场销量排名前五的手机品牌中，国产手机已经占据四席，国产手机品牌市场占有率达80%，而且荣耀、OPPO已经反超苹果手机，占据了销量榜的冠亚军位置。 这些成绩的取得，靠的不是一时的心血来潮，也不是跟风凑热闹，而是扎扎实实的技术创新与进步的结果。近期，我国的电池技术又接连取得突破，或将从根源上解决长期被人们所诟病的新能源汽车和智能手机的续航焦虑问题。 什么是续航焦虑？ 续航焦虑从本质上来说就是充电焦虑，无论是新能源汽车还是智能手机，都需要在使用一定时间后为其充电。但是，就目前的充电技术来说，还远远达不到人们的使用需求。 比如新能源电动汽车，一旦没电，就需要到处去找充电桩，即使找到充电桩，可能还需要排队充电，好不容易排到自己了，也需要再等上大几十分钟甚至几个小时才能把电充满。这样一番折腾下来，可能你已经焦躁不安，身心疲惫。 再比如智能手机，其实也和新能源电动汽车类似，给手机充一次电也需要等上几十分钟才能充满。如果你有手机依赖症，那这几十分钟可能会让你心情沮丧，度日如年。 那如何解决续航焦虑的问题呢？笔者认为有两种方法，一是寻找性能更优的充电新材料；二是突破快充技术的瓶颈。 功夫不负有心人。近期我国在电池技术领域又传来了三个好消息，终于实现新的突破，下面赶快来分享给大家。 01 宁德时代发布新一代钠离子电池 据悉，这款钠离子电池电芯单体能量密度可达160Wh/kg；常温下充电15分钟，电量可达80%以上；而在零下20°C低温的环境下，仍然有90%以上的放电保持率。 在正极材料方面，宁德时代采用了克容量较高的普鲁士白材料，对材料体相结构进行电荷重排，解决了普鲁士白在循环过程中容量快速衰减的核心难题；在负极材料方面，宁德时代开发了具有独特孔隙结构的硬碳材料，其具有克容量高、易脱嵌、优循环的特性。 与锂离子电池相比，钠离子电池具有四大优势： 1、储量丰富。 锂在地壳中的含量只有0.0065%，而钠约为2.36%，钠的储量是锂的360倍。 2、成本低廉。 ①磷酸铁锂正极约6~8万/吨；而钠离子化合物价格稳定且低廉，仅为约250元/吨。 ②钠离子电池不需要使用钴、镍等稀有贵金属，且钠离子不与铝形成合金，还可使用比铜箔更便宜的铝箔做集流体，材料成本会比锂离子电池降低8%左右。 3、能量密度媲美磷酸铁锂。 由于钠离子电池无过放电特性，允许钠离子电池放电到零伏。钠离子电池能量密度大于100Wh/kg，可与磷酸铁锂电池相媲美。 4、安全性高。 钠离子电池的电化学性能稳定，具有较高的安全性。通过针刺、挤压、过充、过放等测试，能做到不起火不爆炸。另外，在运输环节中，可以实现零伏运输，有效地降低了运输风险。 另外，因钠离子电池在制造工艺方面，可以实现与锂离子电池生产设备、工艺的兼容，生产线可进行快速切换，实现产能快速布局。目前，宁德时代已启动钠离子电池产业化布局，2023年将形成基本产业链。 02 国轩高科研发的半固态电池将实现装车 在国轩高科第十一届科技大会上，工研院副院长张宏立表示，360Wh/kg能量密度的三元半固态电池将在今年实现量产。搭载半固态电池的车型，电池容量可达160kWh，续航将突破1000km，零百加速仅3.9s。 那什么是半固态电池呢？ 半固态电池是指一侧电极不含液体电解质，另一侧电极含有液态电解质的电池。或单体中固体电解质质量或体积占单体中电解质总质量或总体积之比的一半。 半固态电池相比与传统的液态锂离子电池有以下三大优势： 1、能量密度高。 液态锂离子电池的能量密度上限被公认为300Wh/kg，即便是300Wh/kg也只是理论值。事实上，国产的纯电动车，主流的磷酸铁锂电池单体能量密度一般在160Wh/kg左右，比亚迪第二代刀片电池单体能量密度为180Wh/kg，三元锂电池的单体能量密度在200Wh/kg左右。 磷酸铁锂电池 而固态电池的能量密度很容易做到300~400wh/kg以上，理论能量密度更高达700Wh/kg，是锂电池的2倍。 2、体积小。 传统锂电池中，仅隔膜和电解液就占据了近40%的体积和25%的质量。而如果换作半固态电解质，正负极之间的距离可以缩短到几到十几个微米，这样电池的厚度就能大幅度降低，显得轻薄小巧。 3、柔性化。 半固态电池使用脆性的陶瓷材料，即便厚度薄到毫米级以下后还是可以弯曲的，材料柔性好。另外，半固态电池的轻薄化也使得柔性程度提高，因此，使用适当的材料封装后，可以经受几百到几千次的弯曲而做到性能基本不衰减。 陶瓷材料 此次国轩高科的半固态电池单体能量密度可达到磷酸铁锂电池的2.25倍，是比亚迪刀片电池的2倍，比三元锂电池主流产品高出80%左右。这意味着，在同等电池包体积下，电池续航可以延长一倍左右。并且，电池系统的性能更强，加速更快。 刀片电池 03 国产手机品牌realme实现150W光速秒充，打破充电技术天花板 除了寻找性能更优的充电新材料外，我国的科研人员也从未放弃对快（闪）充技术的探索。这不，从国产手机品牌realme传来好消息，在近期发布的真我GT Neo3手机上，其搭载的闪充技术又有新突破，实现了150W光速秒充，可以让手机5分钟充电50%，15分钟即可完全充满。这一技术一举打破了充电技术的天花板，做到了世界第 一。 看到这里，可能有朋友会问，一会儿快充，一会儿闪充，那到底有什么区别呢？ 说到手机快速充电技术，目前市场上主流的快充技术有两种：一种是以华为、小米为代表的手机厂商使用的快充技术，一种是以OPPO、vivo、realme为代表的手机厂商使用的闪充技术。 先说快充，是通过提升充电电压，适当降低充电电流来加快充电速度。优点是电流低，兼容性强，对手机充电器、数据线没有太高要求。缺点是高电压会产生高热量，导致手机发热，对电池寿命影响明显。 再说闪充，与快充相反，是通过降低充电电压，提高充电电流来加快充电速度。优点是热量集中在充电头上，手机发热较轻，安全性较高。而缺点是，因为电流较大，需要特制的充电器与数据线，成本较高。但这一点也不用担心，因为购机时，一般都会标配充电器和数据线，不需要像苹果手机那样再去另外花钱买充电器。 这里建议大家认清楚快充和闪充的区别，充电器尽量不要混用，否则有可能导致手机使用寿命缩短和一些不必要的安全隐患。 GT Neo3搭载了定制的南芯半导体泵快充芯片。采用了全新的4：2大功率充电架构、双电芯串联结构设计以及Battery Sense电芯电压检测技术，以更低损耗、更低电阻实现150W大功率闪充，同时采用温控技术，在充电时可以将温度控制在43℃以下。 […] read more

“充电比加油省钱，但换电池的时候你就要哭了！” 当你下定决心买一台纯电动车时，身边懂车的小伙伴总会蹦跶出来这么一句话。 为什么大家都有类似的焦虑呢？这其实还要从早已普及的电动自行车说起。 不论你使用的是老旧的铅酸电瓶还是相对先进的锂电池，一般使用2-3年电量就会有明显衰减，表现到车辆层面则是新车宣传的80公里续航直接变成30公里甚至更低，充电速度也变得极为缓慢。 遇到这种问题修车铺的师傅通常会建议你更换电池来彻底解决，但以一台3500元电动车为例，铅酸电池的价格在500元左右，锂电池的价格在1700元左右。 你没看错，一台使用锂电池的电动自行车，电池成本占据了整车售价一半以上。 反观我们现在的电动汽车，核心的电池组均使用锂电池，而且体积巨大，成本奇高，这也就难怪小伙伴们都有这样的焦虑了。 镍锰钴电池扫描电镜照片 但是，一种全新电池的出现将彻底解决它们的寿命问题。日前，达尔豪斯大学实验室研究人员发现了镍锰钴锂电池（Li[Ni0.5Mn0.3Co0.2]O2）的一种特殊形态。 如果对镍锰钴锂电池进行修改以允许在较低电压下使用，那么它们的使用寿命将比其他相似电池更长。 测试表明，如果这种电池在3.8 V而不是标准的4.2 V下运行（并保持在25℃的温度下），它们预计可以使用大约100年。并且，500周储电保持率在90%以上。 电动汽车上常见的电池主要有两种，一种是三元锂电池，另一种是磷酸铁锂电池。前者充放电性能更好，但循环使用寿命低，后者则反之。 从上述市场常见电池的基本性能参数表可以看到，即便是寿命最长的磷酸铁锂电池，目前技术条件下的寿命也仅为2000次左右的循环充放电。 以一台电动汽车满电行驶400公里为例，那么2000次的寿命大约可以行驶80万公里，但这仅仅是理论计算，实际情况可能只有一半甚至更低。 根据记录查询，当前全球行驶里程最长的电动汽车是一台特斯拉model S，累计行驶超150万公里。但车主分别在29万公里、54万公里和100万公里的时候更换了动力电池。 这里要泼大家一盆冷水，依照达尔豪斯大学最新的资料披露，这种镍锰钴电池新形态虽然拥有超长寿命，可是在充放电速度等核心技术指标上与现在流行的磷酸铁锂和三元锂还有很大差距。 所以，这种电池最适合用在工业储能领域。但通过技术调整，例如增加电池中镍的含量，则能大幅提升电池的充放电功率。 除了超长寿命，镍锰钴电池还有一个优势，那就是对于锂元素的需求相比磷酸铁锂和三元锂要低很多，前者主要成分为钴酸锂和镍钴酸锂，在市场上更容易得到。 所以，再过几年，低成本长寿命的动力电池将逐渐改变人们对电动汽车“不耐用”的刻板印象。 出处：头条号 @AutoLab read more

电动汽车的销量增长速度比预期的快很多，这引发了电动汽车电池研发的空前盛况，电池技术日新月异，可是无论电池技术多么的先进，电池的衰减都不可避免。 最近，科学家对锂离子电池充放电循环过程中导致的衰减又有了新的发现，一个既简单合理但又非常难以确定的衰减原因在科学家努力了很长时间以后终于被发现了，这进一步加深了对锂离子电池循环寿命的理解，为设计出更好的寿命更长的锂离子电池做出重要贡献。 影响锂离子电池循环寿命的因素很多：充电次数、放电深度、过充、过放、过冷、过热、电极材料、电解液等等。 其中充放电过程中，锂离子在电池正负极材料的嵌入与脱嵌都会对电极材料产生机械力，电极材料的膨胀与收缩次数的增多，导致电极材料出现裂纹，而这正是电池性能急速下降的一个重要的原因。 这也是学术界普遍的共识，机械力应变会影响电池的寿命。 在科技还不如现在那么发达的以前，想观察电池的充放电循环导致机械应变很困难，但是科学家还是有办法，那就是用手拆，这是一个艰巨的过程，对不同的充放次数分别进行拆解再观察，看到了电池随着充放次数的增加，电极材料逐渐出现裂纹。 随着科技的发展，检测手段的进步，显微镜的应用使得科学家能更清楚地观察到电极裂纹的产生大概是在进行了多少次充放电循环后开始发生的，但是依然还是使用手拆的方式将电池进行拆解再用显微镜观察。 通过手拆的方式来观察电池，会破坏电池的结构，因此，科学家仅仅只能确认电极的裂纹会影响电池的寿命，无法进一步知道这种裂纹对电池的其余部分产生其他什么样的影响。 电池充放次数的增多会加剧衰减的过程，科学家相信裂纹的产生肯定会引发一系列的连锁反应，只是苦于检测手段的落后，一直无法得知是什么反应。 随着扫描透射电镜高分辨率X射线技术的发展，对电池充放过程产生的机械应变的了解也越来越清晰，科学家迫切的需要观察到完整的电池进行充放电后，电池内部发生了什么变化，即进行电池原位观察。 可喜的是，现在的技术已经可以做到这点了。 加拿大萨斯喀彻温大学的研究人员另辟蹊径，使用同步加速器设施的生物成像和插入设备光束线（BMIT）设施对完整的电池充放过程进行CT扫描，观察到了裂纹产生后的连锁反应，这个反应很合理，但是一直都无法确认，第一次被这个科研团队发现了。 他们用三元锂电池来进行研究，三个三元锂电池的充放电循环次数不同，分别是3887次、3675次和1550次，同时用新的三元锂电池来做对照。 当对这些电池进行原位CT扫描后，他们发现随着电池的充放循环次数增多，电池中的微裂纹越来越严重，而电池中的电解液则被吸入到裂纹之间的空隙中，这导致了电池内部电解液的减少。 电解液的消耗会导致严重的问题，因为电池的电解液不足，电池可能会立即停止工作。 这解释了为什么之前观察到从裂纹开始产生的循环数开始，电池的衰减在急剧的发生。由于之前的研究是使用手拆的方式进行观察，电池拆解后结构被破坏，即使看到了裂纹中有电解液，也无法得知是不是由于拆解污染造成的。 可能有人会说，这不是很容易理解么？裂纹有空隙，进电解液很正常。不用说，科学家也知道。但是科学是讲究证据的，即使很合理，没有真正观察到就无法下结论。 这个发现为设计寿命更长的电池迈出了重要的一步。目前他们的研究结果发表了在学术期刊《Journal of the Electrochemical Society》上。 作者为中国科学院博士，美国藤校研究员，科学技术控，接触一线科技研发，乐于分享，欢迎关注科技酷探。 出处：见配图水印 read more