錳基新材料的技術特性與產業應用

康 凱 羅文宗 汪朝武 劉遠昆

(貴州金瑞新材料有限責任公司, 貴州 銅仁 554100)

0 前言

隨著新能源汽車市場應用的多樣化驅動,動力電池技術路線多元化發展,材料迭代創新隨之加快。繼鎳和鈷之后,錳基正極材料以高電壓、原料供應豐富以及成本低廉等突出優勢迎來第二波需求高峰。目前常見的錳基正極材料除主流的鎳鈷錳酸鋰外,還包括磷酸錳鐵鋰(LMFP)、層狀錳鈉材料、鎳錳酸鋰(高電壓)、富鋰錳基、錳酸鋰等。其中磷酸錳鐵鋰(LMFP)是磷酸鐵鋰(LFP)的升級版,能量密度較磷酸鐵鋰有15%的提升[1],市場空間可能在百億甚至千億級別;鈉電池正極材料主要有層狀氧化物、聚陰離子型、普魯士白(藍)三種可選路線,其中層狀錳鈉氧化物理論容量較高,且易于合成,是目前最具應用潛力的鈉離子正極材料;鎳錳酸鋰材料(高電壓)結構穩定、成本低,并且具有高電壓平臺、高比能量密度和良好的循環性能[2-5],有望成為第三代鋰電正極材料;富鋰錳基材料比容量高、成本低、安全性更好,與錳酸鋰配合使用,可使錳酸鋰電池壽命提升一倍[6]。

繼特斯拉表達對錳基正極電池的興趣后,國內電池龍頭企業如寧德時代、比亞迪、國軒高科、中創新航、欣旺達、蜂巢能源等均加快電池“摻錳”技術研發及量產。預計受益于錳基正極材料滲透率提升,2035年動力電池行業用錳量有望超過100萬t。

1 錳基新材料概述

錳被廣泛應用于鋼鐵、有色冶金、化工、電子、電池、農業、醫學等領域(表1)[7]。2021年,全球錳消費量超過2 000萬t,錳在新能源電池行業的消費占比約2%,其中0.5%用于鋰離子電池?！?br>