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2022动力电池产业周报(七)磷酸锰铁锂现状调研与展望

随着新能源车产业的不断发展,新能源汽车的续航里程不断攀升。从工信部《新能源车推荐目录》披露的数据来看,纯电汽车平均续航里程由2014年的160km提升至2022年的480km,但磷酸铁锂装机能量密度提升遇到瓶颈,在2019年达到164.5Wh/kg峰值后就没有增长,目前已逼近其可量产的能量密度上限(175~185Wh/kg)。

团队在第五期周报《磷酸铁锂电池渗透率如何演变》中的预测:纯电动汽车平均续航里程年均增幅在50km的趋势下,预计到2023~2025年平均装机续航里程将达到500km、550km、600km,对应的平均能量密度在150Wh/Kg、172Wh/Kg、188Wh/Kg,预计从2024年开始磷酸铁锂能量密度的劣势将逐步显现,影响其在动力电池装机的渗透率。

目前,磷酸铁锂电池在动力电池装机占比超过60%,年市场规模超过2000亿元。在磷酸铁锂电池能量密度劣势逐渐显现的产业趋势下,产业将磷酸锰铁锂作为迭代的技术路线,但磷酸锰铁锂相比磷酸铁锂在动力电池应用上的优势到底如何?

根据团队多方调研,磷酸铁锂和磷酸锰铁锂在性能上有一定的相似性,但在能量密度、循环次数以及度电成本上互有优劣势。

首先,从性能方面看,两者相比较三元电池具有较高的热稳定性与安全性。但在低温容量保持率看,磷酸锰铁锂为75.1%,低温性能优于磷酸铁锂的67.4%。

其次,从能量密度看,磷酸锰铁锂由于掺加了锰源,拥有了较高的理论工作电压,电压可以到4.1V,相比较磷酸铁锂高出0.7V,因此在理论能量密度上比磷酸铁锂高15%左右。但根据团队调研结果,目前的磷酸锰铁锂电池能量密度提升有限,仅比磷酸铁锂高5%~10%,主要是由于锰粒与铁粒半径不同,微粒间存在间隙,在压实密度方面不如磷酸铁锂,导致锰铁锂难以兑现能量密度潜力。

并且,在循环次数上,由于额外掺加了锰源,锰晶体易析出损伤了电池的循环寿命。目前各厂商因在工艺和配方上有较大差别,导致磷酸锰铁锂的循环次数差异性也较大,调研到当前循环次数的范围在800~3000次。产业对循环次数不及磷酸铁锂的主流解决方案是通过离子掺杂对材料进行改性以增加磷酸铁锂电池的循环次数。

在工艺和配方上,磷酸锰铁锂与磷酸铁锂也存在较大差别,对磷酸铁锂产线的改造实现转产并不容易,磷酸铁锂企业在技术积累上先发优势并不明显。首先,磷酸锰铁锂在原材料端掺加了锰源,各厂商的材料配比均不相同,整体配方需要不断调整完善。其次,在工艺流程方面,主要的难点在于需要通过石墨包裹、纳米化、离子掺杂等步骤对锰铁锂进行性能优化。

在成本方面,磷酸锰铁锂目前处在产业化初期阶段,单吨成本稍高。根据团队调研,目前磷酸锰铁锂正极成本较磷酸铁锂高5%~10%,主要由于磷酸锰铁锂尚未形成一条成熟的技术路径,各厂商在成本控制方面差距较大。

根据电池成本模型测算,在本周材料价格的基础上,按照掺50%四氧化锰,磷酸锰铁锂电池的度电成本为0.937元/Wh,磷酸铁锂电池的度电成本为0.903元/Wh,度电成本较磷酸铁锂高3.87%,主要原因是正极制造费用较磷酸铁锂高,导致正极材料成本较磷酸铁锂高5.33%。

从正极成本结构分析,磷酸锰铁锂正极的主要成本在碳酸锂占比73%,掺50%的四氧化锰减少磷酸铁的用量对度电成本降低的影响不大,掺锰源主要目的是为了通过提升电压来提高能量密度。目前磷酸锰铁锂的制造费用等构成的其他非材料成本较磷酸铁锂高30%,预计随着产业逐渐成熟,磷酸锰铁锂正极的非材料成本差会逐渐收窄,那么磷酸锰铁锂的成本能够实现比磷酸铁锂便宜10%。

假设锂盐在2023年仍将维持在40~45万元/吨,供需关系缓解或要到2024年底,预计2025年价格将逐渐下探至10~15万元/吨,以及2023年末有较多厂商磷酸锰铁锂正极的产能开始陆续投产带动的工业化降本,团队预计磷酸锰铁锂电池的成本在2025年低于磷酸铁锂电池7.8%。

 

 

本文节选自上海钢联有色金属产业研究中心2022年第七期动力电池产业周报:磷酸锰铁锂现状调研与展望 详细文章请点击下载周报:https://mfs.mysteelcdn.com/group1/M00/72/D2/rBL64GOJzQOAAi9GABBQkDEraEM973.pdf

 

 

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