专家谈：磷酸锰铁锂的技术发展之路与应用【电池回收年会】lg...

在由上海有色网信息科技股份有限公司（SMM）、山东爱思信息科技有限公司主办的2024SMM电池回收与循环产业年会-锂电回收产业年会上，河北工业大学能源与环保材料研究所所长梁广川介绍了“磷酸锰铁锂的技术发展之路与应用”的话题。他表示，磷酸锰铁锂未来的发展方向包括大型的全极耳圆柱电池体系、高倍率高安全型快充电池、锰酸锂+三元+磷酸锰铁锂复合体系、新型碳源包覆的低内阻电池体系、低成本电池：与铅酸接近的价格、提升恒流比的技术措施、高温性能的提升等多方面发展。

磷酸锰铁锂材料研发与产业化

1997年，Padhi等人发表了“Phospho-olivines as positive-electrode materials for rechargeable lithium batteries”一文，最先提到磷酸铁锰锂（LiFe1-xMnxPO4）。

磷酸锰铁锂：中值电压可以达到3.7-3.9V；

电池体系的比能量较磷酸铁锂提升15%以上：(3.7-3.2)/3.2=15.6%；

磷酸锰铁锂可以和三元、锰酸锂复合，提升安全性，降低成本。

目前预计的规划产能达到200万吨/年以上

磷酸锰铁锂材料性能改进

磷酸锰铁锂材料存在的问题

1、一次粒径偏小，细粉多：制浆难度大

2、压实密度不足：一般都在2.2~2.3g/cm3

3、电化学极化大：倍率性能不够好

4、电导率不足：一般仅在10-2~10-3S/cm量级

5、恒流比偏低：电池恒压段充电时间过长

6、高温下铁锰溶出：晶体结构和碳包覆

目前磷酸锰铁锂材料的主要性能

电化学性能方面：

1、克容量：扣式电池达到155mAh/g，全电池达到142mAh/g

2、倍率性能：基本可以满足3C放电需求

3、低温性能：较磷酸铁锂有了较大提升，达到-20℃充放电

4、循环性能：达到2000次以上循环寿命

5、恒压时间过长：需要长时间充电

物化性能：

1、粒度：达不到标准高斯分布特征，一般是多峰分布，细粉多

2、电导率：一般在10-3~10-5S/cm量级，较差

3、压实密度：仅能达到2.2~2.3g/cm³

4、加工性能：较差，粘度高，固含量低，易团聚

5、比表面积：较高，一般在15m²/g以上

产业化方面：

1、制造成本：偏高，不能与磷酸铁锂相当

2、规模化不够。

磷酸锰铁锂电池体系的设计思路

1、一般采用复合体系，与三元材料或者锰酸锂进行复合

2、相对平常配方，需要增加导电剂含量

3、需要进行浆料的降低粘度处理

4、电解液要添加抑制溶锰成分

5、相对原来的三元或者锰酸锂配方更严格控制湿度

6、浆料的流速、面密度等控制参数需要适配

磷酸锰铁锂电池应用

2021年后期，磷酸锰铁锂的应用开始加速。

从应用结果来看：

1、大幅度改善了安全性能，特别是针刺、挤压性能

2、有效降低了成本

3、低温性能随着电压体系的提升有了明显改进

4、复合体系的循环性能得了较大提升

5、SOC估算模型需要改进

6、复合体系在降低成本、安全稳定方面具有良好竞争优势

磷酸锰铁锂电池的今后发展方向

应用领域：对价格比较敏感的产品，例如电动两轮车、三轮车、家用储能产品，应急产品，中小型的备用储电。

理由：过针刺，安全，低温好，成本低

电动汽车：需要解决长循环、高温锰溶出、快充等问题

大型储能：需要解决长循环问题：1.5万次以上的循环寿命

终极目标：替代磷酸铁锂，还有很长的路要走。

磷酸锰铁锂材料今后发展方向

1、材料的稳定化生产技术和工艺

2、材料的致密包覆技术：解决锰的溶出和自放电

3、掺杂技术：提高高倍率放电电压平台

4、新一代碳源技术：提升1-2个数量级电导率

5、高压实技术：提升极片压实密度

6、低温性能的改善研究：新型电解液体系

7、高温稳定技术：掺杂与包覆

8、作为添加剂的应用研究

今后发展方向：

1、大型的全极耳圆柱电池体系

2、高倍率高安全型快充电池

3、锰酸锂+三元+磷酸锰铁锂复合体系

4、新型碳源包覆的低内阻电池体系

5、低成本电池：与铅酸接近的价格

6、提升恒流比的技术措施

7、高温性能的提升

低成本电池

材料价格：<4万/T；

电芯价格：<0.4元/Wh；

电池组价格：<0.5元/Wh；

采用磷酸锰铁锂+锰酸锂进行复合提升加工性能；

领域：后铅酸时代电动两轮车、三轮车、小型动力系统。

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2024SMM电池回收与循环产业年会专题报道