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繼鈉離子電池之後，動力電池的下一位“新秀”會是誰？

8月9日，星恒電源股份有限公司（以下簡稱“星恒電源”）與天目湖先進儲能技術研究院有限公司（TIES）攜手，共同創立“雙子星聯合實驗室”，緻力于進行“耐高溫、長壽命、高安全的錳酸锂材料和電池技術開發項目”研究。

如今，三元锂電池和磷酸鐵锂電池在乘用車領域都擁有衆多的用戶。這兩種動力電池成為了市場主流，為何雙子星聯合實驗室還要聚焦錳酸锂電池？記者帶着疑問，獨家專訪了TIES院長、中國科學院物理所研究員李泓。

優點和缺點都很突出

在人們的印象中，電動汽車普遍使用三元锂或磷酸鐵锂電池，在市場上很少看到配裝錳酸锂電池的車型，造成這種現象的原因是什麼？

李泓告訴記者，大家一直比較關注電動汽車的續駛裡程，動力電池的能量密度越高，單次充電續駛裡程越長。三元锂電池的能量密度可達300Wh/kg，因此在乘用車上具有較為明顯的優勢地位。不過，由于需要使用钴、鎳等金屬材料，導緻它的成本高于磷酸鐵锂電池。

随着CTP、刀片電池技術的進步以及整車對電池包體積的優化，電動汽車配裝磷酸鐵锂電池也能達到500～600公裡的續駛裡程，基本上能消除人們的裡程焦慮。再加上其成本明顯低于三元锂電池，而且安全性較好，近一段時間以來磷酸鐵锂電池的産量和裝機量不斷擴大。

錳酸锂電池的能量密度不及上述兩種動力電池，循環壽命、高溫儲存特性也存在短闆。不過，它也有着突出的優點。“錳酸锂電池的成本比磷酸鐵锂電池低，快充性能表現良好，低溫性能也非常突出。在锂電池的市場競争中，大規模應用、取得優勢地位的關鍵還在于成本、安全等幾項因素。”李泓認為。

李泓告訴記者，錳酸锂材料比磷酸鐵锂的成本低20％～30％。另外，錳酸锂電池的電壓較高，達到3.9V，磷酸鐵锂電池為3.4V，三元锂電池為3.7V。電壓高意味着電池PACK可以使用較少的電芯，錳酸锂電池包既可以少裝電芯降低成本，又表現出體積優勢，PACK的成本明顯低于三元锂或磷酸鐵锂電池。

錳酸锂電池的安全性則介于三元锂電池與磷酸鐵锂電池之間。李泓指出，磷酸鐵锂電池的安全問題主要來自負極，三元锂電池的安全問題來自正極的因素更加突出。錳酸锂是尖晶石結構，比層狀氧化物的穩定性好，磷酸鐵锂中磷酸根中的氧更難析出，穩定性強于錳酸锂電池。

錳酸锂電池有改良空間

三元锂電池能量密度的極限在哪裡？目前，業界還沒有給出準确的答案。不過，人們對于磷酸鐵锂的極限值基本已形成共識，約為170mAh/g，目前其潛力挖掘已達到165mAh/g。錳酸锂的理論克容量約為144mAh/g，現有錳酸锂電池的克容量為114～117mAh/g，其能量密度還有較大提升空間。

錳酸锂電池的高溫穩定性不如磷酸鐵锂電池，但也有改進辦法。據李泓介紹，他們在做固态電池的時候，把高鎳三元材料表面經過固态電解質處理，可以防止氧析出以及熱失控，降低表面氧化能力。對錳酸锂材料進行改性，也有機會提高電池高溫穩定性；另外，在負極側進行固态化處理，也可防止析锂及帶來的副反應。

改進不僅于此，隔膜技術提高也為錳酸锂電池的進一步發展帶來了希望——中間的隔膜經過塗層後，熱收縮溫度能達到較高的水平，使安全性顯著提升。據悉，塗層的固态化可以改善正負極與隔膜的界面接觸，有利于防止正極錳溶解後向負極擴散，發生熱失控的幾率将進一步降低，或顯著提高熱失控的溫度。

李泓說：“錳酸锂電池改性的第一步是實現準固态化，下一步要嘗試全固态。這些都實現後，錳酸锂電池的安全性、耐高溫性能、循環性能将顯著提升。”他還告訴記者，在正極材料不變的情況下，從人造石墨負極到納米矽碳負極再到锂碳複合負極，錳酸锂電池電芯的能量密度能提升至240～250Wh/kg以上。未來，随着電解質耐氧化電位的提高及固态電解質的引入，其正極材料還有可能進一步升級為放電電壓在4.8V，可逆容量在135mAh/g的锂鎳錳氧（LiNi0.25Mn1.5O4）。這類材料與錳酸锂晶體結構一緻，含鎳量較低，直接與石墨匹配後的能量密度可以提升至240Wh/kg，未來與納米矽碳等複合，有望超過280Wh/kg。另外，還有一類高錳基正極材料，其材料可逆容量高達300mAh/g以上，隻是目前在循環過程中存在電壓衰減明顯、倍率性能相對較差、循環性不到1000次以上、高溫脹氣等問題，需要進一步優化。

随着技術瓶頸不斷突破，這些新材料一旦開發成功，将顯著推動錳基正極材料的應用，從資源可持續性、降低成本、提高綜合技術經濟性方面考慮，有望占據更大的市場份額。

或與三元材料“結合”出更大前景

國家電動乘用車技術創新聯盟技術委員會原主任、國家新能源汽車創新工程專家組原組長王秉剛曾告訴記者，日産聆風幾乎沒有過重大起火事故。記者查詢資料後發現，該款車使用錳酸锂電池，與大多數電動汽車有顯著區别。

李泓告訴記者，日産聆風并不單純使用錳酸锂電池，而是錳酸锂與三元锂電池混搭使用。兩種正極材料混用，不僅在汽車上存在，在其他使用場景，如消費電子産品、無人機上也常見。“錳酸锂電池正極中摻雜三元材料，可以通過離子交換反應，抑制錳溶解，提升錳酸锂正極材料的高溫和循環性能，同時提升能量密度。”他解釋說。

據悉，由于錳基電池有自己獨特的優勢，不僅國内多家企業涉足，AESC、LG化學、東芝、日立、LEJ等日韓企業也生産錳酸锂電池或在三元锂電池裡摻雜錳酸锂材料。在今年3月舉行的大衆汽車“電池日”活動上，該公司就明确表示，将大力研發高錳電池。

記者了解到，雙子星聯合實驗室的創建方之一星恒電源，曾由中科院物理所孵化，一直緻力于錳酸锂電池的開發，已成為國内最大的錳酸锂電池研發與生産企業。星恒電源與TIES聯合成立實驗室，就是希望通過逐步導入納米固态電解質、納米矽碳負極、固态電解質複合隔膜等新技術，開發更耐高溫、長壽命、本質安全的錳酸锂材料和電池技術，逐漸實現錳酸锂電池從液态到準固态，到未來争取實現全固态，從而顯著提升錳酸锂電池的能量密度、循環壽命、安全性，同時發揮其低成本、高倍率、低溫性能好的優點。“這項技術如果研發成功，在電動輕型車和電動汽車動力電池領域将具有強大的市場競争力。”李泓說。

“随着新能源汽車補貼退坡直至取消，減少資源依賴，減少锂電池中钴和鎳的含量甚至完全不使用钴和鎳，從而減低動力電池成本，增強市場競争力成為企業考慮的頭等大事。錳酸锂電池以其獨特的優勢受到人們的重視，與改性後的三元材料結合，既改善電池包性能，又能控制成本，預計未來市場份額可達25％以上。”李泓認為。

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