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【導(dǎo)語】發(fā)明了尖端科技的人是偉大的，獲得諾貝爾獎的人是偉大的，讓高大上的科技進(jìn)入尋常百姓家同樣是偉大的。作為人類歷史上最偉大發(fā)明之一的鋰電技術(shù) ，自其誕生之日起就深刻改變了人們的生活方式。值此星恒成立20周年之際，我們通過三篇產(chǎn)研特稿《歷程篇》、《技研篇》、《應(yīng)用篇》，回顧整個鋰電行業(yè)的發(fā)展歷程，來審視和梳理星恒一路走來的脈絡(luò)，并展望鋰電技術(shù)和應(yīng)用的未來，進(jìn)而試著去探討：如何將鋰電技術(shù)普及化，讓更多的人享受到科技的成就，實現(xiàn)鋰電的“科技平權(quán)”與普惠。
篇章二：技研篇
2008年，北京，595輛節(jié)能與新能源車以及50輛鋰電池電動大巴穿梭于奧運(yùn)村之中，其中有26輛裝配星恒鋰電池，這是新能源汽車在國內(nèi)的第一次示范化應(yīng)用，鋰電池在新能源汽車領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化曙光初現(xiàn)。
2010年，上海，超過1400輛新能源汽車以出租車、公交車和接待用車的形式，在世博場館和周邊運(yùn)行，這是世界規(guī)模最大的新能源汽車的示范運(yùn)行，其中裝配星恒鋰電池的新能源汽車達(dá)到200輛。
自上世紀(jì)70年代首顆鋰電池誕生，到90年代開啟商業(yè)化應(yīng)用，再到如今大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，鋰電池技術(shù)水平正在穩(wěn)步提升，動力鋰電池呈現(xiàn)錳基、三元和鐵基三大主流技術(shù)路線“三國演義”的競爭格局，并各自形成了自己的支持企業(yè)群落和技術(shù)研發(fā)生態(tài)體系。未來，作為人類歷史上最偉大技術(shù)之一的鋰電技術(shù)又將走向何方？
1982年，薩克雷、古迪納夫發(fā)明了尖晶石-錳酸鋰正極材料，并于1983年首次發(fā)表于材料研究報告中。
1996年，錳酸鋰電池在動力電池領(lǐng)域開啟商業(yè)化應(yīng)用，并成為第一代動力電池產(chǎn)品。
2003年，國內(nèi)錳酸鋰電池開始產(chǎn)業(yè)化。以星恒等為代表的企業(yè)，率先開發(fā)出材料性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全性良好、價格便宜的錳酸鋰材料，由此全面開啟了錳基電池產(chǎn)業(yè)化之路。
2006年，星恒首次將錳酸鋰電池應(yīng)用在電動輕型車上，不僅開啟了電動輕型車的鋰電化，更成就了高性價比的錳基電池與電動輕型車品類的高契合度。2019年錳基電池在電動輕型車鋰電池市場占比超過40%，到2023年，這一數(shù)字已達(dá)80%，錳基電池在電動輕型車鋰電第一大技術(shù)路線的優(yōu)勢愈發(fā)突出。
2008年、2010年，借助北京奧運(yùn)會和上海世博會的機(jī)遇，錳酸鋰電池被成功應(yīng)用在電動大巴上。
在當(dāng)前，隨著產(chǎn)業(yè)化的持續(xù)推進(jìn)，錳酸鋰電池材料研發(fā)速度加快，改性錳酸鋰使產(chǎn)品性能得到了大幅提升，通過錳酸鋰材料與三元等其他材料的混合使用提升能量密度和循環(huán)壽命，是鋰電池企業(yè)目前選擇的重要技術(shù)路線。
圖：星恒錳系材料產(chǎn)業(yè)鏈
2010年，將錳酸鋰與三元材料混搭使用的日產(chǎn)聆風(fēng)純電動轎車上市，全球累計銷量突破50萬輛，并迅速成為當(dāng)時的全球銷量冠軍。得益于錳酸鋰電池的高安全性，聆風(fēng)純電動轎車幾乎沒有發(fā)生過重大起火事故，與當(dāng)時的大多數(shù)電動汽車有著顯著區(qū)別。
2019年，星恒推出基于“錳酸鋰+三元”的錳系多元復(fù)合鋰材料的“超鋰S7”技術(shù)方案。
2022年，星恒再次推出基于“單晶錳酸鋰+磷酸錳鐵鋰”的第二代單晶錳酸鋰技術(shù)方案，循環(huán)壽命高達(dá)3500+次，相比鐵鋰能量密度理論提升15%-20%，-20℃放出90%的電量，解決鋰電池低溫短板。星恒錳基復(fù)合鋰產(chǎn)品不僅成為新國標(biāo)時代的電動車鋰電池絕對主力產(chǎn)品，更以領(lǐng)先的綜合性能定義了輕型車鋰電池的價值標(biāo)準(zhǔn)，目前已實現(xiàn)了近1000萬組的應(yīng)用。
錳基電池即將定義動力電池新格局
目前鋰電池主要為液態(tài)鋰電池，而液態(tài)鋰電池能量密度已接近上限，在更高的安全性和能量密度要求下，固態(tài)電池應(yīng)運(yùn)而生。通過引入不可燃的固態(tài)電解質(zhì)，可以本質(zhì)上保證安全性，同時兼容高能量密度正負(fù)極，固態(tài)電池有望成為下一代動力電池的終極解決方案。
作為中國最早將錳酸鋰規(guī)?；⑵占皯?yīng)用的企業(yè)，星恒在錳酸鋰固態(tài)化的技術(shù)路線上也走在行業(yè)前列。
2021年8月，星恒正式攜手TIES（天目湖先進(jìn)儲能技術(shù)研究院有限公司）共同創(chuàng)立“雙子星聯(lián)合實驗室”，雙方將共同致力于“耐高溫長壽命高安全的錳酸鋰材料和電池技術(shù)開發(fā)項目”的探索與研究。
該技術(shù)在星恒現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上，通過逐步導(dǎo)入納米固態(tài)電解質(zhì)、納米硅碳負(fù)極、固態(tài)電解質(zhì)復(fù)合隔膜等新技術(shù)，開發(fā)更耐高溫、長壽命、本質(zhì)安全的錳酸鋰材料和電池技術(shù)，逐漸實現(xiàn)錳酸鋰電池從液態(tài)到準(zhǔn)固態(tài)，到未來爭取實現(xiàn)全固態(tài)，從而顯著提升錳酸鋰電池的能量密度、循環(huán)壽命、安全性，同時發(fā)揮錳酸鋰電池的低成本、高倍率、低溫性能好的優(yōu)點，研究成果將成為電動輕型車和電動汽車動力電池領(lǐng)域，具有強(qiáng)大技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和產(chǎn)業(yè)競爭力的重要技術(shù)。
同年11月，星恒“準(zhǔn)固態(tài)高溫長壽命錳酸鋰電池技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化”項目獲得安徽省科技進(jìn)步二等獎。
2022年，由北京工業(yè)大學(xué)牽頭，星恒作為課題承擔(dān)單位的國家重點研發(fā)計劃“儲能與智能電網(wǎng)技術(shù)”重點專項“低成本長壽命錳基儲能鋰離子電池與系統(tǒng)研發(fā)”項目獲批立項。
2023年3月，該項目啟動暨實施方案論證會順利召開，標(biāo)志著項目正式進(jìn)入實質(zhì)性的研發(fā)階段，將在錳基儲能鋰離子電池等方面推出一系列重大研發(fā)成果，為我國在中長期儲能應(yīng)用領(lǐng)域提供有力支撐。
近年來，隨著材料改性技術(shù)的進(jìn)步，錳基正極材料已經(jīng)成為了動力電池研發(fā)的一個突破點。如性能媲美5系三元的無鈷電池，即鎳錳酸鋰，就是一種改性錳酸鋰，按錳鎳比3：1的比例加入了鎳，與錳酸鋰同為尖晶石結(jié)構(gòu)。未來電池材料的熱門富鋰錳基也是在錳酸鋰的基礎(chǔ)上研發(fā)起來的，克容量比高鎳三元高50%以上。基于在錳基路線的20年堅守，星恒除了傳統(tǒng)的錳酸鋰正極材料外，還著眼于如磷酸錳鐵鋰、富鋰錳基材料等新型錳基正極材料的技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。
錳基電池成就鋰電科技平權(quán)
科技從來不是為了擴(kuò)大世界的差距，而是要竭盡所能包容彼此的差異，不斷地縮小差距，把最好的技術(shù)普及化，讓每個人能夠享受到科技的樂趣，實現(xiàn)大眾化的“科技平權(quán)”與普惠。因此，性價比是消費者的永恒主題。
星恒的觀點是，鋰電企業(yè)需要把高高在上的鋰電池做到足夠便宜，讓老百姓買得起。錳酸鋰用鋰量低于三元和鐵鋰，也沒有鈷鎳等貴金屬，是性價比最高的鋰電池技術(shù)路線?；诖?，2003年，星恒秉持“做讓老百姓有幸福感的電池”的理念，自成立之初就確定了錳酸鋰技術(shù)路線。
經(jīng)過20年的發(fā)展，錳酸鋰電池的性能在不斷改善，循環(huán)次數(shù)得到極大提升，比如星恒的錳酸鋰電池已經(jīng)可以做到3500次循環(huán)，已有超過2600萬用戶使用星恒鋰電池。
尤其值得一提的是，不同于鋰電池在新能源汽車領(lǐng)域依靠巨額財政補(bǔ)貼進(jìn)行推廣應(yīng)用，錳酸鋰電池在電動輕型車鋰電池領(lǐng)域的應(yīng)用普及沒有任何補(bǔ)貼政策，錳基電池純粹依靠自身優(yōu)勢和純市場化競爭打敗了其他路線，成為了該領(lǐng)域的最優(yōu)選擇。這表明，錳基電池作為第一代動力電池，在大眾化的領(lǐng)域中持續(xù)釋放著生命力。
未來，星恒仍將秉持“做讓老百姓有幸福感的電池”的理念，為消費者提供更具性價比的鋰電池。在材料體系迭代優(yōu)化的基礎(chǔ)上做出性價比更高的電芯。迭代后的磷酸錳鐵鋰電池，也是從源頭上確保星恒鋰電產(chǎn)品具有行業(yè)領(lǐng)先的高性價比優(yōu)勢。
星恒堅信，產(chǎn)品越是迭代，就越要以更親民的價格走入千家萬戶。
關(guān)于動力電池，市場上一直有三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池技術(shù)路線的爭論，前者成本高但能量密度高、續(xù)航時間長，后者續(xù)航略差、但成本低且安全性高。
過去十余年，由于政策補(bǔ)貼、成本等因素，三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池的市場份額此消彼長。
鐵鋰三元之爭 — 多輪反轉(zhuǎn)下的拉鋸戰(zhàn)
2008年，北京奧運(yùn)會上亮相了595輛節(jié)能與新能源車以及50輛鋰電池電動大巴，這是動力電池在國內(nèi)汽車上的首次應(yīng)用。50輛電動大巴采用了錳酸鋰電池，這條技術(shù)路線起源于日本，后來朝著更高能量密度的三元鋰電池發(fā)展。其中裝配星恒鋰電池的26輛新能源車則使用了磷酸鐵鋰電池，這條路線在國內(nèi)正式生根發(fā)芽，星恒也開啟了鐵基路線的進(jìn)程。
2009年，星恒率先在海外市場實現(xiàn)突破。當(dāng)年法國電動汽車MIA選擇20余款電池進(jìn)行檢測，憑借優(yōu)異的性能，星恒磷酸鐵鋰電池成為其核心供應(yīng)商，并實現(xiàn)當(dāng)年銷售3000輛的佳績。
在日韓發(fā)展朝向三元鋰電池技術(shù)路線時，以美國A123公司為代表的磷酸鐵鋰技術(shù)路線開始興起。隨著2012年美國A123公司破產(chǎn)，三元鋰電池逐漸在國際上得到廣泛認(rèn)可。但彼時，中國市場更看重電池安全性能，加上在中國電動車發(fā)展初期應(yīng)用場景更偏向于商用車，因此很長一段時間內(nèi)磷酸鐵鋰電池占據(jù)了主流。2016年，磷酸鐵鋰電池在國內(nèi)占有率高達(dá)69%。
然而，2017年國家首次將電池能量密度納入新能源汽車補(bǔ)貼政策參考指標(biāo)，導(dǎo)致市場逐步向三元偏移。2018年，磷酸鐵鋰市占率首次被三元超越。2019年6月，三元市占率達(dá)到70%以上，占據(jù)絕對優(yōu)勢。
2019年，新出臺的補(bǔ)貼政策淡化能量密度和續(xù)航指標(biāo)，開啟了以高安全性、低成本為導(dǎo)向的補(bǔ)貼政策新周期，使磷酸鐵鋰的價格優(yōu)勢得以凸顯。另一方面，磷酸鐵鋰電池的性能得到極大提升，裝機(jī)量迅速提升，再次占據(jù)市場主導(dǎo)地位。以星恒高能鐵鋰電池為例，通過十年持續(xù)研發(fā)，星恒完成鐵鋰材料的技術(shù)突破，高能磷酸鐵鋰材料提升循環(huán)壽命，復(fù)合導(dǎo)電劑與復(fù)合型人造石墨等新型材料提升低溫性能，全方位改善傳統(tǒng)鐵鋰的短板，成功運(yùn)用到新能源汽車、儲能、共享電單車、叉車等領(lǐng)域。
在技術(shù)上，目前，磷酸鐵鋰電池的能量密度已經(jīng)接近“天花板”，材料本身性能難以大幅提升，正極材料亟需進(jìn)行一輪新的技術(shù)迭代和升級，在新一輪技術(shù)升級中，磷酸錳鐵鋰作為磷酸鐵鋰升級版的技術(shù)升級路徑最為明確。
磷酸錳鐵鋰產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用加速
磷酸錳鐵鋰，在磷酸鐵鋰的基礎(chǔ)上摻雜一定比例的錳而形成的新型磷酸鹽類正極材料。通過錳元素的摻雜，直擊磷酸鐵鋰與三元電池的兩大長期痛點，即能量密度高于磷酸鐵鋰，成本優(yōu)于三元電池。
過去，磷酸錳鐵鋰受限于其較低的導(dǎo)電性能與倍率性能，商業(yè)化的進(jìn)程緩慢。隨著碳包覆、納米化、補(bǔ)鋰技術(shù)等改性技術(shù)的進(jìn)步，極大改善了其導(dǎo)電性，多重優(yōu)勢使磷酸錳鐵鋰愈發(fā)受到市場青睞。
2022年，星恒推出基于“單晶錳酸鋰+磷酸錳鐵鋰”的第二代單晶錳酸鋰技術(shù)方案，在電動兩輪車等低速車應(yīng)用場景，星恒率先完成低比例磷酸錳鐵鋰產(chǎn)品的規(guī)?；a(chǎn)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
2023年初，星恒攜手?jǐn)?shù)碼品牌巨頭紐曼，共同研發(fā)推出的新款戶外移動電源產(chǎn)品-紐曼S系列，成為業(yè)界率先采用高性能磷酸錳鐵鋰材料的便攜式移動儲能產(chǎn)品，以超高安全性、超長循環(huán)壽命、超大容量和超級雙向快充等多重優(yōu)勢，得到消費者的追捧。
2023年10月，星恒再次取得技術(shù)突破，獨創(chuàng)的MFO錳鐵氧化物前驅(qū)體合成技術(shù)，已獲國家發(fā)明專利（專利號：ZL 2022 1 1230912.9；ZL 2022 1 1230914.8），并在國際發(fā)明專利上獲得美、日、韓等多國受理。
星恒錳鐵氧化物前驅(qū)體合成技術(shù)，突破磷酸錳鐵鋰電池性能瓶頸，使得材料導(dǎo)電性能相對于傳統(tǒng)磷酸錳鐵鋰的合成工藝，提高達(dá)一個數(shù)量級以上。在該技術(shù)加持下，星恒研發(fā)制造的高比例（70%）磷酸錳鐵鋰電池可輕松實現(xiàn)常溫4000次循環(huán)，高溫1400次循環(huán)，能量密度可達(dá)190Wh/Kg以上，且擁有超強(qiáng)的低溫放電性能。此外，前驅(qū)體MFO材料的原材料來源廣泛且成本低，能夠降低成品材料綜合成本。
現(xiàn)在，星恒正積極開展高比例磷酸錳鐵鋰在新能源汽車、家庭及商業(yè)儲能、下一代電動兩輪車鋰電池方面的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，引領(lǐng)磷酸錳鐵鋰電池在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用風(fēng)向。
隨著磷酸錳鐵鋰產(chǎn)業(yè)化快速推進(jìn)，對磷酸鐵鋰份額的替代將加速。根據(jù)中金公司預(yù)測，磷酸錳鐵鋰作為磷酸鐵鋰和5系三元的潛在替代材料，預(yù)計到2025年，磷酸錳鐵鋰對磷酸鐵鋰替代需求將達(dá)到56GWh，與三元復(fù)合搭配需求將達(dá)到28GWh，總體需求量約為84GWh。
在鋰電材料體系不斷更新、升級、迭代的同時，關(guān)于鋰電池的安全與可靠性問題，一直以來都是新能源行業(yè)最為重視的課題。從鋰電池近期發(fā)展來看，主要通過現(xiàn)有材料體系的迭代升級和結(jié)構(gòu)革新來提升鋰電池的安全性。
近年來，在鋰電安全領(lǐng)域，各類國家標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不斷出臺，在政策層面為鋰電池的使用安全保駕護(hù)航。
在企業(yè)層面，從材料到結(jié)構(gòu)和工藝，鋰電企業(yè)主要從技術(shù)上持續(xù)提升鋰電池的安全等級，積極布局各項技術(shù)推動產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。以星恒為例：
在材料方面，星恒自成立之初就確定了安全性最高的錳基材料路線，以及經(jīng)過不斷改良、安全性大幅提升的高能鐵鋰路線，并在遠(yuǎn)期將錳基電池固態(tài)化，進(jìn)一步提升安全等級。
在結(jié)構(gòu)和工藝方面，星恒通過9重電芯安全設(shè)計、8大電池模組安全設(shè)計以及在制造和檢測層面全過程嚴(yán)苛的質(zhì)量管控實現(xiàn)電池的高安全性，實現(xiàn)了“20年0重大事故”，為鋰電安全樹立了最有說服力的品質(zhì)背書。
星恒始終將安全放在第一位，用務(wù)實謹(jǐn)慎的態(tài)度對待每個產(chǎn)品。
鋰電池是集能量密度、功率、高低溫、壽命、安全以及成本等至少六個維度為一體的解決方案，我們需要的是綜合性的全能型選手，而不是某方面很強(qiáng)，但其他方面偏科的技術(shù)，針對不同的應(yīng)用領(lǐng)域，沒有最好的技術(shù)，只有最適合的技術(shù)，因為只有最適合的才是最好的。
無論是目前的錳基、鐵基和三元，還是更長遠(yuǎn)、擁有更高能量密度的鋰硫、鋰空電池，都值得包括星恒在內(nèi)的所有鋰電池企業(yè)去努力探索更實惠、更先進(jìn)的技術(shù)路線，從而推動我國鋰電池技術(shù)不斷向前發(fā)展，并持續(xù)以超高的性價比實現(xiàn)鋰電池的普及運(yùn)用，讓科技為人類造福。
