M3P电池是磷酸盐系三元材料电池。根据宁德时代在中国十大磷酸铁锂动力电池制造商中的官方解释,M3P电池不属于磷酸锰铁锂,正极材料中添加了其他金属元素。
与磷酸铁锂和三元锂电池不同,M3P是基于磷酸锰铁锂的材料创新,属于新的技术路线。M是金属的缩写,M3代表三种金属元素(所谓的三元),P代表磷,即结构仍然是磷酸铁锂中由磷酸根组成的橄榄石结构。
可以理解为三种磷酸盐化合物(磷酸铁锂+磷酸锰锂+磷酸镁锂)的组合,本质上没有脱离铁锰锂的技术路线(铁锰锂本质上是掺杂锰的磷酸铁锂)。
宁德时代董事长曾毓群在近期的投资者活动中指出,“公司推出的新产品M3P不是磷酸锰铁锂,还含有其他金属元素。公司称之为磷酸三元体系,该体系由三元还原而成,但仍占据了新能源汽车的一定成本。
M3P电池的能量密度高于磷酸铁锂电池,能量密度达到210Wh/kg,增加了20%。这一水平接近于镍三元锂电池。在能量密度优势的同时,M3P电池的制造成本接近磷酸铁锂,约为0.8-0.85RMB/WH。此外,基于磷酸盐系统的M3P电池还继承了磷酸铁锂电池安全性高、寿命长的特点。
M3P电池性能优势
在性能优势方面,我们认为M3P使用二元掺杂通过掺杂镁来优化磷酸锰铁锂的性能,并在保持低成本和高安全性的同时具有能量密度和循环性能的优势。相关论文指出,镁离子和锰离子的掺杂并没有改变磷酸铁锂的结构。
粒度分布均匀,金属离子的掺杂使磷酸铁锂具有更好的充放电容量和循环稳定性,电化学性能大大提高。镁离子的掺杂改变了材料的晶体结构,这更有利于锂离子的扩散,提高了材料的导电性。
M3P合成工艺
M3P的合成工艺与磷酸锰铁锂工艺相似。磷酸锰铁锂也是广义上的一种M3P(镁添加量接近0的M3P),因此M3P的合成方法和生产技术将主要基于磷酸锰铁锂的技术。
磷酸锰铁锂在工业上主要用作高温固态反应法、水热合成法和共沉淀法。这三种方法不仅可以用于大规模生产,同时,合成过程易于与碳涂层、纳米化和体相杂质等材料改性过程相结合。
此外,锂铁锰还有三种其他制备方法:碳热还原法、溶液凝胶法和模板法,但工艺相对复杂,难以实现商业化。
各种生产工艺的比较
工艺方法 | 工艺路线 | 有利条件 | 缺点 |
固相法 | 高温固相法 | 易于工业化 | 难以控制产品的晶体形态和粒度 |
碳热还原法 | 易于工业化,降低生产成本,提高导电性 | 反应不易控制,很容易产生离子 | |
液相法 | 水热合成法 | 晶体形态和粒度易于控制,合成温度低,时间短 | 产品纯度差,成本高,设备维护困难 |
溶胶凝胶法 | 产品纯度高、形状好、加工温度低、反应过程易于控制、设备简单 | 工艺步骤复杂,原料昂贵且对环境有害,大规模生产困难 | |
共沉淀法 | 易于控制尺寸和形状 | 反应条件苛刻,后处理过程复杂,难以大规模生产 | |
其他 | 模板方法 | 易于控制尺寸和形状 | 反应条件苛刻,后处理过程复杂,难以大规模生产 |
M3P改造工艺推测
目前,德方纳米是锰铁锂产业化的行业领先企业,紧随其后的是中国十大锂离子电池制造商之一的利泰锂能,比亚迪、国轩高科等公司。根据相应的专利,我们将其修改方法总结如下:
从上表可以看出,目前,锰锂涂层/涂层NCM三元的研发方法很多,这是目前锰锂改性技术的主流路线。
此外,纳米技术和碳涂层技术也有一定的应用。考虑到M3P电池的定位,我们认为它不会使用三元涂层,而是使用纳米级、碳涂层或微观形态调节等高性价比的改性方法。
制造商 | 工艺方法 | 改进技术 |
德方纳米 | 液相法 | 三元涂层LMFP |
液相法 | 纳米化 | |
利泰新能源 | 液相法 | 碳涂层 |
固相法 | LMFP涂层三元 | |
比亚迪 | 固相法 | 纳米化 |
水热合成法 | LMFP涂层LFP | |
水热合成法 | LMFP涂层三元 | |
共沉淀法 | 碳涂层 | |
国轩高科 | 水热合成法 | 前体设计+均质化 |
碳热还原 | 氮化钛和碳双层涂层 | |
共沉淀+水热 | 磷酸铁锂/碳涂层 | |
高温固相法 | 微观形态调控 | |
水热合成法 | LMFP涂层三元 |