电池材料“图谱”不断扩大 特斯拉缘何看中锰基电池

3月22日，在特斯拉柏林工厂交付第一批Model Y后，该公司创始人兼首席执行官马斯克表示：“我认为，锰具有潜力。”

马斯克的一言一行，都暗藏特斯拉的新动向，而特斯拉又被视为新能源汽车与动力电池发展的“风向标”。于是，在马斯克透露出对动力电池锰基阴极材料的兴趣后，行业掀起了一轮热议。

特斯拉为何看中锰基电池

记者了解到，特斯拉一直进行着在动力电池中采用更多锰元素的探索。2020年特斯拉电池日上，马斯克就曾表示：“用三分之二的镍和三分之一的锰做阴极更加简单，可以使我们在使用相同数量镍的情况下，多生产50%以上的电池容量。”

事实上，对于动力电池技术的发展，特斯拉一直非常有自己的想法。马斯克认为，目前动力电池都是采用磷酸铁锂为第一选择，但特斯拉打算阴极使用以锰作为基础的化学物质。

今年1月，马斯克在推特上发文称，锰元素将替代正极材料中的铁和磷，并推动阴极生产规模进入到TWh时代;由于需要在高电压下工作，这样的锰基电池还需少量的锂。

特斯拉为何开始围绕锰基电池频繁释放信号?这与其对动力电池供应链及上游原材料的关注不无关系。锰元素的矿产资源丰富，锰系锂电池相对磷酸铁锂或三元锂电池等成本更低。动力电池采用锰元素有利于降低成本，也可减少对镍等稀有金属的依赖。

行业人士指出，锰系电池是被忽略的高性价比产品。比如，锰酸锂电池具有高安全性、优越的低温和倍率放电性能，通过混合一定比例的三元NCM后，可提高能量密度并改善性能;但缺点也比较明显，材料本身不稳定，需配以其他材料混合使用、高温性能差、循环性能差、衰减快。

“锰酸锂电池比磷酸铁锂电池性价比更高，是替代铅酸电池的产品之一，缺点是能量密度较低，寿命相对也短一些。”一位不愿具名的动力电池研发人员说，锰酸锂电池的电压较高，意味着电池PACK可以使用较少的电芯，体积优势明显，电池PACK的成本明显低于三元锂电池。

不过，锰基电池的未来究竟如何，可不是马斯克轻飘飘的一句表态就能决定的。“目前来看，马斯克的言论没有更多的实际意义，因为外界不了解锰基电池更具体的配方和性能。不排除特斯拉在提前炒作相关概念，以此利好资本市场的可能。毕竟，距离特斯拉发布的4680电池已有两年时间，但仍不见其大规模量产。”江西新能源科技职业学院新能源汽车技术研究院院长张翔说。

电池材料“图谱”不断扩大

如今，动力电池的电化学体系以正极为核心进行升级，而锰基正极材料在能量密度、原料供应、成本上具备一定的优势。中信证券的最新研究报告指出，随着新型锰基正极材料渗透率提升，2021～2035年，锂电池用锰量将增超10倍。

新能源与智能网联独立研究者曹广平认为，锰基电池基本上可以分为锰酸锂、磷酸锰铁锂和富锂锰基三条路线。“目前，锰酸锂电池稍落后，富锂锰基电池稍超前，磷酸锰铁锂电池正当时，有进一步产业化的趋势，其在一定程度上弥补了磷酸铁锂电池能量密度稍低的缺点，安全性也很好，而且成本比含钴的电池低。”他介绍道。

据悉，磷酸锰铁锂电池产业化已开始逐渐加速。东吴证券分析师曾朵红预计，这项技术有望在2023年上半年大规模量产。此外，镍锰酸锂作为一种高电压正极材料，主要由镍元素和锰元素组成，不含钴元素，较为环保，成本也更低。与具有成本优势的磷酸铁锂电池相比，镍锰酸锂电池单体及系统的能量密度可提升40%，成本可降低30%，是具有市场竞争力的下一代动力电池关键材料。

近日，市场研究机构EVTank联合伊维经济研究院共同发布《中国锰酸锂正极材料行业发展白皮书(2022年)》。来自白皮书的数据显示，2021年，中国锰酸锂正极材料出货量11万吨，同比增长32.5%。

EVTank方面指出，锰酸锂材料掺杂三元等其他材料的混合使用，仍将是企业选择的技术路线之一。更重要的是，新型锰基材料(包括磷酸铁锰锂、高电压镍锰酸锂和富锂锰基等)体系逐步进入了产业化发展阶段。

与此同时，钠离子电池也开始走到前台。宁德时代、中科海钠、松下、丰田等企业纷纷进行钠离子电池的产业化探索。钠离子电池在资源丰富度、成本方面优势明显，未来几年随着产业投入的加大，技术走向成熟、产业链逐步完善，有望在一些细分领域实现商业化应用。

另据了解，镁也是一种潜在的动力电池材料。阿贡化学家Brian Ingram指出，镁离子的理论能量密度与锂离子电池相当，有可能实现比锂更高的能量密度。镁元素也是比锂元素的资源丰富，有助于建立更稳定的供应链。此外，钙也具有很多优势，初步研究证明钙是更具有移动性的离子。

“动力电池正极材料多元化发展，体现为灵活材料的组合技术，即电池材料随资源变化情况灵活调整，属于平衡电池资源与特性的技术、管理相结合的方案。”曹广平说。

企业探索电池材料多元化

马斯克认为，需要重点关注动力电池的矿物供应，以加快向电动化交通和可再生能源转型。特斯拉方面估计，全球将需要生产300TWh的动力电池，才能全面向可持续发展转型。

不过，原材料价格的持续上涨与降低动力电池成本的需求之间，形成了较大的差距。目前，磷酸铁锂电池比能量已趋于极限，且钴资源有限，面临可持续发展的问题。中国动力电池所需金属材料的现状为“多钛锰、少锂、缺钴镍”，而这些材料绝大部分依赖进口。因此，材料多元化发展也是解决动力电池“卡脖子”问题的主要动因。

不难发现，动力电池企业也加快了对这个领域的探索步伐。宁德时代推出了电芯单体能量密度高达160Wh/kg的钠离子电池，并计划将下一代产品的能量密度提高到200Wh/kg。Ambri公司成功研发的新型专利技术，采用锑作为关键原材料，不仅可以解决锂离子电池续驶能力较差的缺陷，同时比锂离子电池更经济实惠。

事实上，动力电池材料的多元化发展也从正极拓展至负极等组成部分。据悉，与传统的锂离子电池相比，混合锂金属电池采用大克容量的锂金属负极以及较薄的固态电解质层，可大幅提升能量密度。国内主流电池企业看到了混合锂金属电池未来的发展空间，宁德时代、亿纬锂能都进行了相关布局。

广汽埃安AION LXPLUS配装的新型镍钴锰三元锂电池，采用自主研发的“海绵硅负极片电池技术”，电芯能量密度可达280Wh/kg，在同等电量情况下单体电芯可实现体积减小20%、重量减轻14%。比亚迪、宁德时代、国轩高科、贝特瑞、杉杉股份、力神、比克、万向等企业都对硅负极展开了相关布局。

一家动力电池企业的技术负责人对记者直言，近年来钴、镍、锂等资源被资本轮番炒作，使明智的从业者不得不考虑能够不被资本掣肘的资源，钠离子电池、锰基材料电池，都是在此背景下应运而生的。他认为，即使解决了锰基材料的结构缺陷、不稳定问题，能够避免钴、镍资源的压力，但对能量密度敏感的车型，锂元素还是无法避开的一道坎。

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