鋰電網(wǎng)訊：近日，國軒高科在第12屆科技大會(huì)上發(fā)布了L600型號(hào)的LMFP電池，能量密度240Wh/kg (525Wh/L), 在現(xiàn)有LFP能量密度190Wh/kg的基礎(chǔ)上提高了25%左右。之前在四月舉辦的上海車展上，中創(chuàng)新航也展出了其LMFP版本的OS電池。
同時(shí)，CATL在去年就提出了M3P電池，有望提高能量密度15~20%，并且搭載在后續(xù)的Tesla車型之中。突然之間，LMFP的熱度居高不下。那么LMFP到底是什么材料？其在日后的應(yīng)用前景如何？本文帶你一探究竟。
一、LMFP材料的優(yōu)點(diǎn)
LMFP材料是當(dāng)前LFP材料的升級版本，同屬于橄欖石結(jié)構(gòu)，理論的克容量與LFP一樣。但是錳的反應(yīng)電壓4.1V比鐵的3.3V要高，整體上大概有接近25%的能量提升。但是要注意，雖然磷酸錳鋰LMP的電壓較高，但是其鋰離子擴(kuò)散速度以及電子導(dǎo)電性都非常差，比LFP要低1~3個(gè)數(shù)量級，所以其容量無法全部發(fā)揮。通常都要保留一部分的鐵才能夠正常使用，目前有的企業(yè)在推廣的材料中，錳鐵比例為6:4 (分子式為LiMn0.6Fe0.4PO4).更為主流的還有錳鐵比例為7:3以及8:2的。由于還存在一定比例的鐵，所以其能量密度的提升也就15~20%左右，無法達(dá)到25%的。跟LFP材料相比較，LMFP主要的優(yōu)點(diǎn)是提高了能量密度，并且?guī)缀醪辉黾佣入姵杀荆ú牧铣杀疽咭恍悄芰棵芏纫哺撸依^承了LFP的高安全特性。不過其循環(huán)壽命，尤其是高溫下不如LFP。但是LMFP材料電壓平臺(tái)跟三元類似，可以混合使用，在保證安全的前提下進(jìn)一步提高能量密度。國軒的這款電芯能量密度升級程度達(dá)到了25%，超過了純LMFP的極限：首先是大電芯帶來的能量密度提升，這款223Ah電芯容量還是很大的；其次很可能是跟三元混用了，進(jìn)一步提高能量密度。鑒于國軒在發(fā)布會(huì)上提到了LG給大眾的電芯用的是NCM712正極材料(分子式為Li Ni0.7Co0.1Mn0.2O2).，該材料在容量和安全方面都有所兼顧，說不定就是跟NCM712混用的來提高能量密度。
二、LMFP電池的應(yīng)用前景
LMFP并不是新材料，至少十多年前這個(gè)材料就有了，很多人碩士博士的畢業(yè)論文也都跟這個(gè)材料有關(guān)系。比亞迪、超威，國軒，中航，CATL，力神等很多家企業(yè)也都研究過。比亞迪2015年推出的超高續(xù)航版本e6據(jù)說也是采用了LMFP材料才實(shí)現(xiàn)的82kWh。2016年超威創(chuàng)元提出的“五元材料”就是三元跟LMFP的混合。那么為何這些應(yīng)用在當(dāng)年沒有掀起大的漣漪呢？主要是受限于以下幾個(gè)問題：
1)首先是材料特性，LMFP由于導(dǎo)電性差，幾乎是絕緣體，而且鋰離子擴(kuò)散系數(shù)極低，即使采用碳包覆的方法，其材料的粒徑也很小，基本不超過300nm.這就導(dǎo)致比表面積很大，材料生產(chǎn)過程難度就很大，很容易把設(shè)備堵塞住，其生產(chǎn)連續(xù)性以及產(chǎn)品質(zhì)量都很難保證。
2)其次是電池生產(chǎn)，由于LMFP材料粒徑太小，比表面積大，生產(chǎn)過程中對于濕度的要求很高，很容易就團(tuán)聚形成漿糊。所以勻漿涂布的良率跟質(zhì)量也很難保證。即使采用跟三元混用的方式，原本是想讓小顆粒的LMFP填充了大顆粒三元材料顆粒之間的空隙，提高壓實(shí)密度。但事與愿違，實(shí)際出來的產(chǎn)品壓實(shí)要比三元更低一些，也無法提高三元電池的比能量。
3)最后是成本問題，由于上述的材料合成以及電芯加工過程中的問題，并且用量也不大，產(chǎn)業(yè)鏈不成熟，導(dǎo)致LMFP材料的成本高昂，價(jià)格基本是LFP的兩倍了。當(dāng)年BYD的e6補(bǔ)貼后的售價(jià)也要20多萬，續(xù)航才440km，在當(dāng)年也是很貴的，放到現(xiàn)在都能買一臺(tái)Tesla Model 3了。
以上幾個(gè)問題，到了現(xiàn)在都得到了大幅度的改善。首先是CTP，刀片電池等結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新，使得現(xiàn)在系統(tǒng)體積成組效率都達(dá)到了65~70%，電池包能量即使使用LFP也能達(dá)到60~70kWh.但這也使得LFP材料的應(yīng)用觸及到了天花板，行業(yè)內(nèi)依然覬覦這種材料的安全性和低成本，在其基礎(chǔ)上提升能量密度就又重新開啟了對LMFP的研究。眾人劃槳開大船，有如此多的電池企業(yè)對LMFP進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化方面的優(yōu)化改善，又經(jīng)過了幾年時(shí)間沉淀，難怪其規(guī)模應(yīng)用即將呼之欲出了。
在LMFP與三元混用領(lǐng)域，除了國軒發(fā)布的L600電池，早在 2018年，中國科學(xué)院寧波材料所和吉利集團(tuán)旗下上海華普汽車有限公司共同開發(fā)的“磷酸錳鐵鋰-三元材料復(fù)合動(dòng)力電池關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)”項(xiàng)目就完成了科技成果鑒定：其中43Ah方形電池單體的能量密度達(dá)185Wh/kg，循環(huán)壽命達(dá)3500次；40Ah軟包電池單體的能量密度達(dá)220Wh/kg，循環(huán)壽命達(dá)3500次；經(jīng)第三方測試，主要技術(shù)指標(biāo)符合項(xiàng)目合同指標(biāo)要求，電池安全性均滿足國標(biāo)GB/T 31485-2015要求（包括針刺要求）。當(dāng)時(shí)行業(yè)內(nèi)普遍共識(shí)是LMFP與三元復(fù)合使用（且三元占比更高），來進(jìn)一步提高能量密度，由于LMFP顆粒較小，混合使用的時(shí)候極片的橫截面范圍內(nèi)大都是LMFP， 而不是三元材料，所以其針刺以及熱安全依然是有保證的。
而主攻二輪車的星恒電源也是最早實(shí)現(xiàn)市場應(yīng)用的企業(yè)之一，其在2020年底發(fā)布的超鋰S7電池是LMFP/NCM/LMO幾中材料的混合，兼顧了高安全，低成本，高低溫的應(yīng)用，雖然LMFP添加的比例還比較少。
LMFP單獨(dú)使用面臨的挑戰(zhàn)更大一些。在2021年初，鋰鹽價(jià)格還未大漲的時(shí)候，LMFP借著資本的入局，就開啟了這一輪強(qiáng)勢增長。尤其是在CATL提出的M3P概念帶動(dòng)下，各家動(dòng)力電池企業(yè)的研究如火如荼的展開。進(jìn)展最快的當(dāng)屬寧德時(shí)代，其M3P電池大概率在今年底應(yīng)用到Tesla改款的Model 3車型中，將原有的60kWh提高到72kWh，以提高車輛的續(xù)航里程。國軒高科的這款L600產(chǎn)品也有望未來應(yīng)用到大眾旗下的電動(dòng)汽車中，目前ID.4最高的84kWh版本可使用LMFP代替?zhèn)鹘y(tǒng)的NCM712(LG軟包版本)或者NCM811(CATL方型鋁殼版本)，實(shí)現(xiàn)成本和安全的兼顧。上海車展上中航的LMFP OS電池，也能夠替代現(xiàn)有廣汽埃安的LFP電池，實(shí)現(xiàn)82kWh以上的能量。
綜上，在動(dòng)力電池領(lǐng)域，未來LMFP電池有望全面取代現(xiàn)在的LFP以及三元：本來他就是LFP的能量密度升級版，安全成本都是優(yōu)勢。在能量密度方面，參考在特斯拉Model 3的提升，LMFP在B級車上能夠?qū)崿F(xiàn)72kWh的能量，考慮到國內(nèi)很多車型電池包高度更高一些，目前中航給廣汽提供的OS電池包LFP已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了70kWh,升級到LMFP可達(dá)84kWh,可以實(shí)現(xiàn)700km+的續(xù)航。這樣看來以后LMFP可以在大部分純電動(dòng)汽車領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)對三元以及LFP的取代：
1) 在主流的A級車，B級車甚至C級車，都可以使用LMFP材料來滿足能量跟續(xù)航。并且對于2.2C充電倍率以下的需求都能滿足，基本上30萬以內(nèi)的車型LMFP幾乎可以通吃。
2) 而對于極少數(shù)性能車，包括4C快充的，800km以上超長續(xù)航的，三元還能保留一定的市場份額，但是不會(huì)太大，這類車一般價(jià)格都在30萬以上。
3) 對于A0以及A00級小車，這里面存在變數(shù)，如果鈉電池能夠降本成功，有可能LFP跟鈉電混用(電壓區(qū)間一致才可混用，LMFP不能跟鈉電混用)，來占領(lǐng)這部分市場，畢竟相關(guān)人群對于成本的變化比較敏感。
對于PHEV和增程式車型，取決于各家的選擇，畢竟這類車型功率和壽命很重要，目前LFP已經(jīng)在攻城略地，功率型三元也還是主流，未來LMFP在這個(gè)市場的應(yīng)用情況有待觀察。
小結(jié)：LMFP材料的成功推出，會(huì)對目前動(dòng)力電池行業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。首先，LFP將會(huì)大量被LMFP取代，轉(zhuǎn)而主攻儲(chǔ)能市場，因?yàn)槠涑L循環(huán)壽命是LMFP無法企及的；其次，很多高端車型的三元電池版本也會(huì)被LMFP取代，比如Tesla Model 3長續(xù)航以及高性能版本78kWh, 而LMFP達(dá)到了72kWh, 以后長續(xù)航和標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航都可以統(tǒng)一成LMFP，只有四驅(qū)高性能版本采用三元材料。由于其較高的適應(yīng)性，未來可能70%以上的電動(dòng)車都將使用LMFP電池，完成對LFP以及NCM應(yīng)用的統(tǒng)一，以后不再有磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池之爭，只有磷酸錳鐵鋰電池笑傲江湖，鈷奶奶以及妖鎳都不再是制約鋰電池發(fā)展的因素。而且由于LMFP的高安全性，目前能夠生產(chǎn)LFP的企業(yè)都可以生產(chǎn)LMFP，市場競爭程度更加激烈，利于車企的供應(yīng)鏈管理。相比而言，大容量三元電芯(>100Ah)，國內(nèi)也就CATL，中航以及EVE實(shí)現(xiàn)了較大規(guī)模的裝機(jī)，壟斷程度較高。值得一提的是，電瓶車領(lǐng)域LMFP電池也能夠通過與其他材料混個(gè)完成升級換代，這樣LFP以及鈉離子電池就可以安心在儲(chǔ)能市場應(yīng)用，尤其是后者，必須大力發(fā)展來制約鋰鹽價(jià)格。
