磷酸铁锂，“锰”起来了

本文来自微信公众号“C次元”（ID:C_world2021），作者：张之栋，责编：崔力文，编辑：别致，未来汽车日报经授权发布。

马斯克看好，宁德时代“抢跑”，但“锰电池”并没有那么神奇。

虽然只与磷酸铁锂电池一字之差，但磷酸锰铁锂电池的故事，却讲得更有新意。

日前，坊间传来消息，宁德时代计划于今年下半年量产磷酸锰铁锂电池，欣旺达及亿纬锂能的相关产品，也已在今年上半年通过电池中试环节，正在送样品给车企测试。

而在此之前，马斯克也曾在特斯拉柏林工厂投产仪式之后的问答环节中，公然对“锰电池”表达了兴趣：“我认为锰有一个有趣的潜力。”

霎时间，仿佛一种新的电池材料，就这样突然出现，然后技术成熟，走向了量产。

不要惊讶，其实在动力电池领域，锰元素早已得到应用。尤其是在三元锂电池之中，锰作为必不可少的“一元”，长期发挥着作用。

而此时再次引爆热点的磷酸锰铁锂电池，则是作为磷酸铁锂电池的下一代进化产品出现。

诚然，与三元锂电池相比，磷酸铁锂电池的市场份额不断扩多，但是其理论能量密度已经不断接近极限。这种情况下，谁率先掌握了磷酸铁锂电池的下一代产品，也就主导了接下来动力电池行业的发展方向。

不仅仅是宁德时代，据晚点消息，欣旺达和亿纬锂能的磷酸锰铁锂电池已在今年上半年通过电池中试环节，正在送样品给车企测试。比亚迪弗迪电池也在今年初开始小批量采购磷酸锰铁锂材料，目前正处于内部研发阶段。

电池厂商纷纷发力的情况下，“老树发新芽”的磷酸锰铁锂电池，究竟能够在动力电池市场之中，掀起多大的波澜？

“多一字”的优势

鱼和熊掌不可得兼，关于动力电池安全性和能量密度的平衡，也一直是行业头疼的问题所在。

然而随着补贴退坡，三元锂电池与磷酸铁锂电池之间的技术路线之争，也变得愈演愈烈起来。毫无疑问，双方的市场并不完全重合，但此时有了锰元素的加入，情况就变得微妙了起来。

首先，磷酸锰铁锂电池的能量密度，变高了。

与铁元素相比，锰元素可以为动力电池提供更高的电压需求，如磷酸锰铁锂电池的电压可以达到4.1V，而磷酸铁锂电池只能达到3.4V。

根据公式“电池能量密度=放电倍率×放电平台/电池质量”，如此电压优势的情况下，锰电池的充放电功率更好，也就能够实现更高的能量密度。

据了解，磷酸锰铁锂电池的能量密度极值可达到230wh/kg，与磷酸铁锂电池170wh/kg的能量密度相比，不仅高出不少，更是能够与三元锂电池的能量密度“掰掰手腕”。

其次，磷酸锰铁锂电池具备更好的低温性能。

磷酸锰铁锂电池在-20℃的低温环境下，容量保持率能够约75%，而磷酸铁锂的容量保持率在60%-70%。根据天能股份应用在小牛电动车F0系列上的产品参数显示，磷酸锰铁锂电池在低温环境下续航里程提升25%。

此外，值得一提的还有，磷酸锰铁锂电池继承了磷酸铁锂电池的安全性。

与磷酸铁锂电池类似，磷酸锰铁锂电池同样属于橄榄石型结构，充放电时的结构更加稳定。如此一来，磷酸锰铁锂电池也就在某种意义上，实现了能量密度与安全性的平衡。

当然，更重要的一点，磷酸锰铁锂电池具备成本优势。

因为全球锰矿资源丰富，磷酸锰铁锂电池的成本较磷酸铁锂仅增加5%-10%左右。如果从单瓦时能量密度的角度来看，整个电池系统的装机成本上，磷酸锰铁锂电池还要略低于磷酸铁锂电池，并且大幅低于三元电池。

如此诸多优势集于一体，磷酸锰铁锂电池简直就差官宣是未来电池的最终形态。然而，真实情况却远没有那么简单，甚至还有些棘手。

追溯往昔，磷酸锰铁锂电池并不是一项新技术。2013年，比亚迪就进行过相关研究，并表示要推出磷酸锰铁锂作为磷酸铁锂的升级路线。

然而由于补贴政策向能量密度更高的三元材料倾斜，以及比亚迪没能解决磷酸锰铁锂电池循环寿命过低、内阻过大等问题，该路线并没有成为主流，比亚迪也在2016年停止了相关开发。

比亚迪的前车之鉴表明，想要推动磷酸锰铁锂电池成为市场主流，不仅面临着政策面、市场面的阻力，还有技术上的问题亟待解决。

首当其冲的便是，双电压平台问题。

锰铁两种不同元素的组合，虽然提高了整体电池的充放电压，但同时也意味着两种不同的工作电压状态。具体而言，铁的电压平台低于锰，对应锰与铁的氧化还原，在3.5V电压附近Fe2+转化为Fe3+；在4.1V附近，Mn2+转化为Mn3+。

如果电动汽车在高速行驶中出现电压切换的情况，车辆就会出现减少或失去动能的情况，这种情况很难通过BMS进行处理，进而产生严重的安全问题。

其次，磷酸锰铁锂的电子电导和离子电导性明显低于三元材料和磷酸铁锂，因而表现出较差的导电性和较差的倍率特性。

磷酸锰铁锂电池首圈充放电效率在92%左右，而磷酸铁锂能够做到95％以上。

锰的导电性差，容易出现极化现象使得放电电压平台缩减，而且锰原子替换铁原子使原有八面体发生畸变（锰原子在氧原子构成的八面体中），在充放电时不能保持原有形态，从而损失容量、降低循环性能。

简单来说，磷酸锰铁锂电池越用，电池容量就会随之降低得越快。其循环寿命问题，也就成为量产上车路上，必须要迈过去的“坎”。

此外，磷酸锰铁锂电池的制备方法虽然与磷酸铁锂相似，制备方法包括固相法和液相法两种，但也各有缺点存在。

固相法是借助机械混合破碎实现原材料的混合，方法简单、成本较低，但不能实现微观也就是分子级均一，产品一致性较差。

液相法则是将原材料全部溶解，能实现分子级的结合，获得的前驱体更均匀，可以有效防止富锰相的聚集，提高材料电化学性能。不过相关制造过程控制难度较大，工艺流程也相对复杂，成本较高。

所以，从生产制造的角度来看，磷酸锰铁锂电池想要取代磷酸铁锂电池，或是取代三元锂电池的市场，依旧还有很长的一段路要走。

事实上，业界的共识在于，磷酸锰铁锂电池将率先应用于两轮电动车，然后与三元锂电池复合使用，待相关技术成熟之后，再于新能源汽车之上独立使用。

只不过有意思的是，相对于行业内的理智发声，二级市场的股市却是率先沸腾了起来。锰矿供应商、电池厂商、正极材料生产公司等，纷纷开启了一波小阳春。

股市有风险，投资需谨慎。

至少从目前的情况来看，在磷酸锰铁锂电池未能量产装车之前，所谓的“磷酸铁锂下一代产品”，依旧存在炒冷饭、炒作概念的可能性。