鎳、鈷、鋰等新能源金屬的價(jià)格上漲倒逼電池廠不斷探尋新的電池材料和技術(shù)，錳在電池領(lǐng)域的應(yīng)用正得到市場(chǎng)越來(lái)越多關(guān)注。6月16日，巴斯夫杉杉宣布富錳電池材料已實(shí)現(xiàn)噸級(jí)規(guī)模生產(chǎn)。此前在2022年3月，馬斯克宣稱(chēng)，特斯拉看到了錳基陰極在電池化學(xué)方面的潛力。
成本優(yōu)勢(shì)突出的磷酸錳鐵鋰、富鋰錳基等新型錳基正極材料的市場(chǎng)潛力究竟如何，何時(shí)能正式登上大規(guī)模商用的舞臺(tái)？
四大錳基正極材料各具優(yōu)缺點(diǎn)
續(xù)航里程是新能源車(chē)的兩大痛點(diǎn)之一，一大解決之道便是提升電池的能量密度，而具備高電壓特性的錳基電池材料有望成為電池能量密度的突破點(diǎn)。
目前常見(jiàn)的錳基電池材料包括磷酸錳鐵鋰、鎳錳酸鋰、富鋰錳基和錳酸鋰。從能量密度來(lái)看，富鋰錳基＞磷酸錳鐵鋰＞鎳錳酸鋰＞錳酸鋰。因此，磷酸錳鐵鋰、鎳錳酸鋰、富鋰錳基可用于動(dòng)力電池，錳酸鋰則多用于兩輪車(chē)或消費(fèi)領(lǐng)域。
磷酸錳鐵鋰是磷酸鐵鋰的升級(jí)方向之一。與磷酸鐵鋰相比，磷酸錳鐵鋰電壓平臺(tái)可達(dá)3.8V-4.1V左右，高于磷酸鐵鋰的3.4V，在克容量幾乎相同的情況下，能量密度可提升約20%。同時(shí)，磷酸錳鐵鋰的主要原材料為錳系化合物，錳含量約40%，并非稀缺資源，中銀證券測(cè)算原料成本可較磷酸鐵鋰低約28%。
但是，磷酸錳鐵鋰目前仍存在“硬傷”。由于導(dǎo)電性差、電阻高，磷酸錳鐵鋰在充放電過(guò)程中的極化程度較大，電池的循環(huán)次數(shù)較磷酸鐵鋰減少了約1000次。為此，業(yè)界正在通過(guò)碳包覆、離子摻雜等材料改性技術(shù)努力彌補(bǔ)短板。
鎳錳酸鋰是用鎳均勻取代錳酸鋰中25%的錳，使得錳酸鋰變?yōu)榧饩邏赫龢O——鎳錳酸鋰。該正極材料擁有約4.7V的電壓平臺(tái)，電池單體能量密度可接近三元電池，且無(wú)需添加鈷等貴金屬元素，成本相對(duì)較低。
然而，鎳錳酸鋰在反應(yīng)過(guò)程中會(huì)使SEI（Solid Electrolyte Interphase，固體電解質(zhì)界面膜）持續(xù)消耗再生，耗費(fèi)活性鋰，降低循環(huán)次數(shù)。此外，反應(yīng)中還會(huì)產(chǎn)生氫氟酸腐蝕正極材料。
富鋰錳基在2V-4.8V電壓平臺(tái)基礎(chǔ)上的比容量可超200mA·h/g，是目前所用正極材料實(shí)際容量的兩倍左右，被認(rèn)為是繼磷酸鐵鋰和三元材料之后最具前景的動(dòng)力電池用正極材料。
但富鋰錳基充放電效率低、循環(huán)穩(wěn)定性差，使用過(guò)程中還會(huì)出現(xiàn)持續(xù)的電壓衰減，且4.8V高壓電解液是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的研發(fā)工作，這在一定程度上降低了其高比容量帶來(lái)的優(yōu)越性。
可以看出，相較于市面上主流的磷酸鐵鋰和三元?jiǎng)恿﹄姵兀唠妷骸⒊杀镜汀⒀h(huán)壽命短是錳基電池的共同特性。
目前，上述四種錳基正極材料中只有錳酸鋰得到廣泛應(yīng)用，年度產(chǎn)銷(xiāo)量在10萬(wàn)～12萬(wàn)噸。但由于錳酸鋰比容量上限僅約148mAh/g，電池能量密度較低，多用于輕型動(dòng)力領(lǐng)域。高工鋰電數(shù)據(jù)顯示，2020年錳酸鋰材料在二輪車(chē)電芯市場(chǎng)出貨規(guī)模中排名第一，市場(chǎng)份額達(dá)45%。
錳基材料產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程正在加速
雖然存在一定短板，但近年來(lái)隨著材料改性技術(shù)的進(jìn)步，錳基正極材料的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程正在加速。中信證券預(yù)計(jì)鋰電池用錳量將出現(xiàn)大幅增長(zhǎng)，到2035年有望增至130萬(wàn)噸以上，超過(guò)2021年的10倍，錳將成為“不容忽視的第四種電池金屬”。
中信證券認(rèn)為，率先發(fā)力新型錳基材料研發(fā)生產(chǎn)的正極企業(yè)和向下游電池材料延伸的錳產(chǎn)品制造商料將受益，并建議圍繞這兩條主線進(jìn)行投資。
從最上游的錳資源開(kāi)采來(lái)看，青島中程（300208.SZ）持有東帝汶錳礦約476公頃，目前勘探面積為103.47公頃，儲(chǔ)量約34萬(wàn)噸，錳含量約為45%-60%；三峽水利（600116.SH ）則擁有錳礦開(kāi)采、電解錳生產(chǎn)加工及銷(xiāo)售的完整產(chǎn)業(yè)鏈。
原料加工企業(yè)方面，五礦資本（600390）擁有亞洲最大的四氧化三錳廠和國(guó)內(nèi)最大的電解金屬錳生產(chǎn)基地，市場(chǎng)占有率超50%；紅星發(fā)展（600367）子公司大龍錳業(yè)主要生產(chǎn)一次電池和鋰電池用的電解二氧化錳（錳酸鋰的主要原材料）、三元正極材料使用的高純硫酸錳等產(chǎn)品；中鋼天源（002057）則是全球最大的四氧化三錳制造商。
另有錳產(chǎn)品制造商已開(kāi)始積極向下游拓展電池材料業(yè)務(wù)。
湘潭電化（002125）是國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的電解二氧化錳生產(chǎn)企業(yè)，電解二氧化錳年產(chǎn)12.2萬(wàn)噸。公司產(chǎn)品涵蓋了碳鋅電池級(jí)、無(wú)汞堿錳電池級(jí)、一次鋰錳電池級(jí)、錳酸鋰電池級(jí)和高性能電池級(jí)五大類(lèi)。公司正在布局錳酸鋰、四氧化三錳等錳系新能源電池材料。為了節(jié)約資本，公司正在湖南、廣西等地尋找低成本、安全性高的優(yōu)質(zhì)錳礦資源，現(xiàn)已取得湘潭楠木沖錳業(yè)有限公司51%的控股權(quán)、廣西靖西市愛(ài)屯錳礦普查探礦權(quán)，楠木沖錳礦復(fù)產(chǎn)后，有望為公司提供資源保障。
正極企業(yè)中，德方納米（300769.SZ）、當(dāng)升科技（300073.SZ）、廈鎢新能（688778.SH）、容百科技（688005.SH）相繼開(kāi)展在錳基電池材料方案的布局。
磷酸錳鐵鋰方面，德方納米進(jìn)度較為領(lǐng)先。公司在2021年和2022年與云南省曲靖經(jīng)開(kāi)區(qū)管委會(huì)共簽訂了100億元的新型磷酸鹽系正極材料生產(chǎn)基地項(xiàng)目的投資協(xié)議，布局內(nèi)容為石墨烯復(fù)合磷酸鐵錳鋰鋰離子電池正極材料的關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)。公司現(xiàn)具有百?lài)嵓?jí)別的中試線，相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)送樣電池廠，電池端測(cè)試已基本完成，現(xiàn)已進(jìn)入車(chē)端驗(yàn)證階段。當(dāng)升科技、廈鎢新能則仍處于小試階段。有業(yè)內(nèi)人士稱(chēng)，磷酸錳鐵鋰目前沒(méi)有規(guī)模化應(yīng)用，但應(yīng)該很快會(huì)提上議程。
值得一提的是，“寧王”也已悄然布局磷酸錳鐵鋰材料業(yè)務(wù)。2021年11月，寧德時(shí)代（300750.SZ）對(duì)江蘇力泰鋰能科技有限公司先是簽訂股權(quán)轉(zhuǎn)讓協(xié)議，緊接著認(rèn)購(gòu)新增注冊(cè)資本。一番操作下來(lái)，寧德時(shí)代擁有力泰鋰能60%股權(quán)，成為其第一大股東。而力泰鋰能主打產(chǎn)品就是磷酸錳鐵鋰材料，且擁有多項(xiàng)磷酸錳鐵鋰國(guó)家注冊(cè)專(zhuān)有技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)專(zhuān)利。
相比之下，布局鎳錳酸鋰材料的企業(yè)較少。容百科技2021年三季度報(bào)顯示，公司LNMO材料的小試工藝已經(jīng)成熟，正積極推進(jìn)性能優(yōu)化及工藝放大實(shí)驗(yàn)。
富鋰錳基方面，國(guó)內(nèi)已有多家公司儲(chǔ)備了相關(guān)生產(chǎn)技術(shù)。容百科技、當(dāng)升科技目前已進(jìn)入小試階段。多氟多、振華新材等企業(yè)據(jù)悉也開(kāi)展了富鋰錳基相關(guān)研發(fā)工作。
錳基正極終究只能是“配角”？
整體來(lái)看，目前企業(yè)布局主要集中在上游原料端，電池材料雖有布局但尚未大規(guī)模量產(chǎn)，從事相關(guān)電池生產(chǎn)的企業(yè)更是屈指可數(shù)。
新型錳基電池什么時(shí)候能迎來(lái)大規(guī)模的商用時(shí)代？
“錳基電池只會(huì)適當(dāng)占有市場(chǎng)，是輔助產(chǎn)品，不會(huì)成為主流。”有新能源分析師表示，比如磷酸錳鐵鋰具有與三元5系相近的能量密度，二者混合后在提升電池安全性和使用壽命的同時(shí)，還能進(jìn)一步優(yōu)化成本，在未來(lái)2～3年更多會(huì)以復(fù)配三元材料的方式加以應(yīng)用。
中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員夏永高也表示，當(dāng)時(shí)比亞迪舍棄磷酸錳鐵鋰技術(shù)的原因之一就是單獨(dú)使用會(huì)面臨一些難題。磷酸錳鐵鋰電池的材料粒徑需要做到50納米，粒徑小就易吸水，壓實(shí)密度也會(huì)降低，但與三元鋰電池配合使用有不錯(cuò)的效果。
但也有分析師表示，錳基材料電池有一定性?xún)r(jià)比了，但循環(huán)次數(shù)有差距，如果循環(huán)次數(shù)能提升，是有可能對(duì)磷酸鐵鋰和中鎳三元產(chǎn)生沖擊的，技術(shù)的突破還是主要問(wèn)題。
