在新能源車的邏輯下，雖然也整出了一套電池、電機、電控，以對應燃油車時代「三大件」。但就像巔峰巴薩的「MSN」組合一樣，說是組合，可誰都無法壓過最璀璨的那顆星。對電動車而言，動力電池部分，就是所謂最璀璨的星。這點僅從成本上就可以判斷。而僅僅是動力電池的電芯部分，就不止湊出所謂的「三大件」。光是核心組成部分，就有正極、負極、電解液、隔膜。而今天我們要聊的，就是電池電芯的「絕對巨星」，也就是正極材料的技術新突破。
正極材料拖新能源車後腿
先解釋一下為什麼正極材料是電池電芯中的「絕對巨星」，其實答案有點尷尬，因為現階段科技樹水平下，正極材料是最拖後腿的那個。雖然我們總是吐槽負極的石墨材料都是老古董了，期待硅基負極、金屬負極這些技術的替換。但事實是，即便石墨負極對比現階段最高水平的量產三元鋰電池，其克容量也是遙遙領先。雖然為了防止析鋰、死區等極端情況的出現，負極的設計一般會提供一定冗餘。但即便如此，正極材料的克容量也還遠遠不夠。而且堆砌更多的正極去對應負極，整個電芯的成本也被相應推高。
特別是在豐田、日產等日系車企，已經基本敲定在大約3年後開始陸續落地固態電池（至少是固態電解液）的背景下，正極材料的落後就顯得更加尷尬了。但在現行的技術邏輯下，如果只以容量論英雄，那麼正極材料似乎也已經走進了死胡同。且不說磷酸鋰路線，即便是套上磷酸錳鐵鋰的改進方案，仍然無法在電池容量上反殺三元鋰。至於鎳鈷錳三元鋰電池，其中鎳含量幾乎可以說是無以復加，那麼電池性能到底還能從什麼角度被提升呢？
從根本上來說，鋰電池的能量僅與容量和電壓有關。那麼提升電池的性能，就要從容量與電壓兩個角度著手。事實上，這也是三元鋰電池在性能上對磷酸鐵鋰電池形成碾壓的兩個方面。而眼下，能夠在電池容量和電壓上都雙殺鎳鈷錳三元鋰電池的正極材料的雛形，似乎已經開始顯現，這便是富鋰錳基正極材料。
容量更大、成本更低、安全性更高，真沒短板？
富鋰錳基正極材料理論上有著300mAh/g左右的克容量，以及額定電壓約4.5V的表現。對比主流三元鋰電池，富鋰錳基正極至少可以在容量上提升30%提上。並且電壓也能穩穩超過三元鋰電池（額定3.7V左右）。再加上傳統三元鋰電池中，錳就是作為穩定劑角色存在，安全性也得到了保障。更重要的是，錳還有成本優勢。三元鋰電池中，鈷的成本壓力自然不必說，所以高鎳電池除了容量優勢，也有降成本的考慮。但即便是鎳，相比錳而言，都可以用昂貴來形容。國內電池級硫酸錳的價格，長期徘徊在6000元/噸左右，而電池級硫酸鎳的價格大約在3萬元/噸左右。相比動輒上十萬元每噸的碳酸鋰而言，錳更是白菜價。而且全球錳礦儲量甚至還遠多於鎳礦，想要炒作錳的價格，基本沒有可操作性空間。
不過錳的這麼多優勢也不是今天才知道的，事實上在電池路線的混沌期，錳酸鋰方案就給出了相對穩定的結構，以及相對更高的工作電壓表現。但由於過於穩定的尖晶石結構，活性也相對更低，於是在電池容量上難以匹敵後來逐漸普及的鎳鈷錳三元鋰電池。即便是賦予錳酸鋰高鎳、高壓的屬性，其總的能量表現大約也只有鎳鈷錳三元鋰電池的8成左右。就這還得面臨電解液在高壓下的風險。
那麼解決問題的根本就在擺脫過於穩定的尖晶石結構，轉而採用三元鋰電池的層狀結構。這也是為什麼我更願意稱其為三元鋰電池的PLUS版，而非錳酸鋰電池變種的核心原因之一。打通結構，意在為鋰的脫嵌鋪平道路。在此基礎上，正極就還需要增加更多的鋰，這也是所謂「富鋰」的由來。由於正極材料為穩定的「錳基」（最開始應該也會保留鈷的使用），所以在層狀結構下，其過渡金屬層也可以含有鋰（鎳鈷錳三元鋰電池沒有）。由此便構成了一套錳酸鋰與層狀結構相結合的富鋰錳基電池。
但結合前面的技術介紹來看，即便是集合錳酸鋰的天生優勢，與三元鋰電池的工藝積累，富鋰錳基電池仍然有著清晰的短板。在充放電過程中，也就是鋰離子來回遷移的工作中，會產生少量的氧。即便是鎳鈷錳三元鋰結構下，氧的釋放也會影響原本金屬離子排列鬆動。隨著時間的推移，這一過程會降低電芯的電壓以及工作效率。但在富鋰錳基正極中，影響會更大。因為錳酸鋰的舒適區仍然是尖晶石結構，富鋰錳基的多層結構在被鬆動後，容易再次朝著尖晶石結構遷移。這也是為什麼富鋰錳基電池的有效循環壽命，明顯低於三元鋰電池與磷酸鐵鋰電池的主要原因。
解決這一問題的核心辦法，就是抑制氧的產生與強化新結構的排列。除了在正極部分，通過摻雜、包覆、修飾和路徑優化等方案外，固態電解液也能夠明顯減少正極與電解液之間的活性接觸，起到結構穩定的作用。同時，固態電解液也能夠適配更高工作電壓的富鋰錳基電池，發揮其最大的性能潛力。考慮到國內預計將在明年小規模驗證，以及2-3年內迎來規模化應用的技術進展。富鋰錳基電池預計會與固態電池前後腳落地，也算是一種雙向奔赴了。
就算富鋰錳基電池先一步落地，也可以在相對滿血版電壓稍低一點的情況下，與現階段的三元鋰電池，甚至是磷酸鐵鋰電池進行混裝。由此分別提升三元鋰電池的穩定性、控制其成本。又或者提升磷酸鐵鋰電池的整體電壓，以及電池容量密度等等。當然，富鋰錳基電池用「磷酸鐵鋰成本，造出超過高鎳三元鋰電池性能」的終極形態落地之後，現階段的動力電池格局，或許又將迎來一次洗牌。
