蔚来超400人团队自研新电池！竟然往磷酸铁锂里灌“锰”？ ...

大家好，我是电动车公社的社长。
            今年6月份，蔚来一季度财报会上，李斌曾公开透露已组建了超 400 人的电池团队，打算自研电池。
            就在几天前，媒体《晚点 Auto》曝光了蔚来造电池的最新进展：蔚来正在自研“磷酸锰铁锂”和4680电池，并计划量产这两种电池。
            其中，4680电池将用于打造800V电池包，预计2024年应用于蔚来第三代平台（NT3）车型上。
            而磷酸锰铁锂电池，将供应蔚来旗下子品牌“阿尔卑斯”，品牌定位在20-30万元价格区间，同样支持换电，预计 2024 年上市。
            这也意味着，蔚来即将成为继比亚迪和长城汽车之后，国内第三家拥有独立生产电芯能力的车企。
                        
            4680电池是特斯拉最先提出的最新一代的大圆柱电芯，其配套CTC电池底盘一体化技术曾在今年上半年大火了一阵。
            而磷酸锰铁锂电池？这个电池名字似乎看起来既有点熟悉，又有点陌生，它跟磷酸铁锂之间只差了一个“锰”字。
            目前市面上绝大多数新能源乘用车的电池，按正极材料来分基本上分为两种，一种是三元材料电池，一种是磷酸铁锂电池。当然，除了这两种以外还有锰酸锂和钛酸锂电池，但它们用量实在太小了，几乎可以忽略不计。
            这个“锰”到底意味着什么？后面会跟大家详细聊聊。
                        
            无独有偶，除了蔚来以外，特斯拉也在前段时间被曝出即将使用磷酸锰铁锂电池。
            某家媒体报道称，宁德时代将会向特斯拉供应最新的“M3P电池”，将率先搭载在新款Model Y上，电池带电量72kWh，预计明年年初上市。
                        
            M3P，光看这个电池名字，似乎跟特斯拉的Model系列挺般配的。
            虽然宁德时代并没有公开透露M3P电池的具体信息。但有行业内人士推测，M3P电池中的“M”大概指的就是锰元素，而M3P电池大概率是磷酸锰铁锂电池的一种。
            值得一提的是，马斯克本人对锰元素有着浓厚的兴趣。
                        
            今年1月，马斯克曾在推特上表示：“锰可以代替铁和磷，还可以在更高的电压下工作。”
            而在特斯拉柏林工厂建成开幕时，马斯克被记者问到“石墨烯电池有没有前景”时，马斯克回答“目前石墨烯电池制造相当复杂，对其未来前景持怀疑态度”。
            但紧接着，他说到：“特斯拉正在用更多的材料制造电池，其中锰是特别有潜力的。”
            似乎，特斯拉用上M3P电池，是一件特别合情合理的事情。
            不过就在前几天，特斯拉公开发文辟谣了：
            特斯拉中国制造车型并没有计划使用任何新型号电池，包括4680电池。特斯拉改款即将使用M3P电池系谣言，特斯拉将对造谣者进行追责。
                        
            虽说特斯拉搭载M3P电池这件事为假，但M3P电池本身对宁德时代来说，可一点都不假。
            7月22日，2022世界动力电池大会上，宁德时代首席科学家吴凯透露，M3P电池已经量产，将在明年推向市场运用。
            “对于700公里左右的实用性车型，宁德时代将采用M3P替代三元材料，结合麒麟电池的高体积利用率，有效降低整车电池成本。”吴凯在大会上表示。
            除了宁德时代以外，宁德时代的主要竞争对手，被宁德时代告了6.5亿元的中创新航，也在前几天发布了“高锰铁锂电池”，系统能量密度达到180Wh/kg，可实现700km续航。
            最关键的是，还可以减少15%锂用量，似乎还有利于减少成本。
                        
            国内其他电池企业比如欣旺达、亿纬锂能等，也在近期申请了磷酸锰铁锂电池的专利....
            似乎在这个时间点，动力电池行业里掀起了一股“锰”流。
            那么，磷酸锰铁锂电池的前景究竟如何？
            01. “三元VS铁锂”之争
            说到磷酸锰铁锂为什么会出现，这就要谈谈动力电池技术进步的历程了。
            动力电池进化的技术路线无非就两种：
            一种是从物理层面出发，提升电池的体积利用率，也就是尽可能的“挖”更多的空间留给电池本身；
            另一种是从化学层面出发，用能量更高的材料来制作电池，使电池能量密度得到提升。
            就这两年来看，动力电池在物理层面进展是非常迅速的。
            从最开始的传统电池包，到去掉模组的CTP电池、刀片电池，再到前段时间大热的零跑C11、特斯拉的电池底盘一体化技术（CTC）和比亚迪海豹的电池车身一体化技术（CTB），包括前段时间宁德时代发布的麒麟电池.....
            工程师为了把更多的空间留给电芯，可谓费劲千辛万苦。
                        
            实际上，应用CTB/CTC技术的车型，连完整的电池包都不要了，电池的整体空间利用率已经逼近极限了。
            再想从本质上有提升的话，除非脑洞大开，把整个车身都变成电池本身，不过这样一来安全性就很难保证了。
                        
            相比之下，动力电池在化学层面的进展，就显得相对没那么快了。
            这么多年，正极材料方面都只有三元和磷酸铁锂两个化学体系在“打架”。
            2014年以前，中国新能源汽车还处于萌芽阶段，总保有量连现在的1%都不到。车企对于电动汽车的目标也不是很高，大多还是以“能跑就行”为主。
            这时，价格更为便宜的磷酸铁锂电池就受到了市场的青睐，甚至还出现过不少续航仅80KM的铅酸电池车型。
            从2015年开始，国家开始以补贴的方式鼓励车企造新能源汽车，其中很重要的一个指标就是续航，续航越高，可以获得的补贴就越高。
            于是，有不少车企将眼光放在了能量密度更高的三元电池上。虽然三元电池比磷酸铁锂要贵不少，但总归是能靠补贴把成本赚回来的。
            到了2018年，补贴开始退坡，续航对于补贴的门槛也在不断提高，从最开始的80km，现在已经提升到300km了。
            补贴政策对于长续航的引导，使得车企越来越倾向于使用三元电池。
                        
            2019年前后，新能源汽车行业曾出现过一轮“续航竞赛”，从最开始的300公里续航，到后面400公里，650公里续航的车型相继问世。与此同时，各大电池厂为了提高电池能量密度，开始给电池疯狂加镍。
            三元电池的正极材料由镍钴锰（Ni/Co/Mn）三种元素构成，简称NCM电池。
            三元电池的命名方式也是按照镍钴锰的配比来定的，比如常见的有NCM523、NCM622、NCM811。其中NCM811中的镍含量是最高的，所以能量密度也是最高的。
            在“续航竞赛”之中，NCM811电池可谓大放异彩，成为了许多车企追捧的对象。
            可电池能量密度高了之后也有弊端，就是电池的“脾气”会变得更不稳定，带来的后果就是自燃率的增加。
            许多车企都在自燃上栽了跟头，威马就是一个典型的例子。
                        
            恰逢人们对电动汽车“自燃焦虑”愈发严重的时候，比亚迪站了出来，推出了磷酸铁锂的刀片电池，还放出了成功通过针刺试验的视频。一下子就把当时主推NCM811的“宁王”心态搞炸了。
            为了反击比亚迪，宁王甚至还放出了“钢针刺电池包，钢针被崩断”的视频，来证明它的电池能通过针刺试验。
            但懂的都懂，钢针刺不破电池包，只能证明壳子硬，或是钢针质量不太行，并不能证明“芯”安全，有点本末倒置了。
            这场“针刺之争”中，比亚迪获得了大胜利。搭载刀片电池的汉，成为了比亚迪“封神”之路上的起点。
                        
            随后，比亚迪可谓掀起了一股磷酸铁锂浪潮。包括特斯拉、小鹏在内，都在低续航版本车型上开始应用磷酸铁锂电池。当然，磷酸铁锂比三元电池更便宜，也是因素之一。
            从行业里差不多一边倒的用三元电池，到现在新车磷酸铁锂装车量占据半壁江山，甚至略多于三元电池，只不过用了2年多的时间。
            但在如今这个时间点来看，许多纯电车型的续航都奔着1000公里去了，电池工程师们又开始躁动不安了起来。
            因为即便他们想方设法的扣更多的空间留给电芯，也奈何不了磷酸铁锂材料本身的能量上限实在是有些低。
            工程师们只好从材料端入手寻求突破，一种就是像蔚来一样拿三元电芯和磷酸铁锂电芯做混搭，另一种就是对磷酸铁锂材料本身进行改进，磷酸锰铁锂就是其中一个路线。
            02. 磷酸铁锂变“锰”了？
            首先可以确定的一点是，磷酸锰铁锂电池的能量密度，理论上要比磷酸铁锂要高一些。
            究其原因，锰元素的加入可以让电池获得更高的电压。
            有业内人士研究表明，磷酸锰铁锂电池的电压可以达到4.1V，而磷酸铁锂电池只能达到3.4V。
            这主要是因为二价锰离子Mn2+升价为三价锰离子Mn3+，需要4.1V左右的电压。而二价铁离子Fe2+升价为三价铁离子Fe3+，只需要3.4V左右的电压。
            “电池能量密度=放电倍率×电压/电池质量”，意味着在放电倍率和电池质量不变的情况下，电压越高，能量密度越大。
            据测算，磷酸锰铁锂电芯的能量密度极限可达到230Wh/kg。
            对比一下，目前业内最出色的磷酸铁锂电芯，能量密度为210Wh/kg，这已经非常接近极限了。而NCM811电芯的能量密度可以达到270Wh/kg。
            也就是说，锰铁锂电池的能量密度会介于铁锂和三元之间，差不多能比铁锂电池能量密度高10-20%。
                        
            中创新航称，搭载其“One-stop”磷酸锰铁锂电池的车型，续航里程可达到700公里以上，这放在现在许多三元电池的车型上也不算差的。
            锰铁锂4.1V的电压，与三元电池3.8V的电压十分接近，只差了0.3V。
            相比磷酸铁锂和三元电池相差0.4V来说，锰铁锂电池与三元电池混搭起来对BMS的技术要求会更低一些。
            在-20℃的低温环境下，锰铁锂电池的容量保持率能达到75％左右，而同温度状态下磷酸铁锂的容量保持率为60-70％，所以锰铁锂电池更出色的低温性能，使其更适合在北方使用。
            安全性方面，锰铁锂和磷酸铁锂的结构都是橄榄石型结构，充放电会比三元电池的层状结构更稳定一些。
                        
            除此之外，磷酸锰铁锂电池很重要的一个优势就是：便宜。
            磷酸锰铁锂从原材料用料来看，可以比磷酸铁锂用更少的锂、铁和磷，用锰去做替代。
            锰元素在地壳中的含量在0.1%左右，丰度仅次于铁元素，所以锰并不算是一个很贵的金属原材料。
            总体上来看，锰铁锂电池跟铁锂电池的价格十分接近，成本只会增加10%不到，实现大规模产业化之后，成本的差距还会更小。
                        
            相比之下，三元电池必须要用到的钴就要贵太多了，锰在同质量下市场价格仅为钴的1/20左右。
            电池便宜的好处，自然不必多说。
            去年年底和今年年初的两波涨价潮，“原罪”之一正是因为电池原材料价格疯涨。
            现在，整个电动车行业对电池价格都是相当敏感的，广汽高管都开始公开吐槽宁德时代电池卖的太贵，把车企利润都榨干了。
            但宁德时代也是有苦说不出，其最新的2022年半年报显示，虽然销售收入总体提高了1.5倍之多，但其主营业务电池系统的毛利已经降到了15.04%，相比去年同期下降了7.98%，可谓“内出血”。
            马斯克曾表示，“电动汽车想要普及开来，电池原材料必须足够便宜且触手可及。”
            他预计未来将会有2/3的车型将会搭载磷酸铁锂电池或磷酸锰铁锂电池。
            03. 锰铁锂电池的“坎”
            虽说锰铁锂电池比铁锂电池有能量密度优势，跟三元电池比更便宜，但至今都没有成为主流电池，背后也是有原因的。
            实际上，早年间比亚迪就尝试在老款e6上搭载过磷酸锰铁锂电池，不过后续因为效果不太理想，就没有延续下来。
                        
            近期有传闻称“比亚迪已小批量采购了磷酸锰铁锂材料用于内部研发”，不过这个传闻最近也被比亚迪官方辟谣了，目前还没有明确的计划。
            当初比亚迪之所以放弃锰铁锂这个技术路线，有业内人士分析称，主要是因为锰铁锂颗粒直径大约为50纳米，而磷酸铁锂颗粒直径为数百纳米。
            颗粒越小就越容易吸收空气当中的水，造成表面的改性，就像鲜牛奶如果不加一定的防腐措施和密封包装就很容易坏掉，是一个道理。还会造成材料压实密度降低，容易使得电池容量衰减加快。
                        
            锰铁锂电池还有一个瓶颈，就是锰铁锂材料的导电性能相较磷酸铁锂来说比较差，一定程度上会影响快充性能，且更容易容量衰减。
            据业内人士测算，锰铁锂电池的充电速度大约会比磷酸铁锂慢6%左右。
            除此之外，锰铁锂电池产业化落地，也会比想象中要难，可不是像在磷酸铁锂中加一个“锰”字这么简单的事。
            虽然磷酸锰铁锂一定程度上来说是磷酸铁锂的“进化版”，但却很难通过原本磷酸铁锂产线改造之后做成磷酸锰铁锂电池产线。
            电池制造本身对于工艺的精细程度，不亚于许多低制成的芯片晶圆厂，配方小小的改动就会引发“蝴蝶效应”，整条产线都要跟着变。
            目前来看，重新开一条全新的磷酸锰铁锂产线，或许要比做磷酸铁锂产线改造更划算。
            锰铁锂电池带来的更高能量密度，值不值得电池企业投资大规模建产能，是需要好好算一笔账的。这也会影响锰铁锂电池未来的前景。
            04. 写在最后
            尽管磷酸锰铁锂电池还尚处萌芽阶段，还有许多困难需要克服，但不能排除它可能是未来电池界的“潜力股”。
            纵观仅7、8年来，动力电池化学体系之中三元和磷酸铁锂的斗争，一直是处于此消彼长的“螺旋上升”态势。
            之所以会“螺旋上升”，是因为两种电池各自有各自的特点，没有一个能做到完美。
            磷酸锰铁锂电池，相当于磷酸铁锂为了在提高能量密度，在弥补短板上踏出的崭新的一步。
            假设有一天，有某种方法可以提升三元电池的安全性，极大程度上减少自燃概率，是不是三元电池会再次雄起呢？这事也说不准。
            不可否认的是，我们正在亲身经历时代的变革。
            身处变革之中，那些不确定的东西，或许会给我们带来更多惊喜。