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硫酸錳有望成為新型錳基正極材料的主要錳源
編輯:鑫欏資訊 更新于:2022-08-30 12:00:00 閱讀:

錳元素在地殼中平均含量約為0.1%,是工業生產重要的基礎性大宗原料礦產之一。2021年全球錳消費量超過2000萬噸,其中95%以上用于鋼鐵冶金行業,它是鋼材中除鐵以外用量最大的元素,有 “無錳不成鋼”之稱。


隨著國家新能源產業的發展,錳產品實現了新的用途,錳在電池行業的應用包括鋅錳電池和鋰離子電池正極材料,2021年合計消費占比約2%,其中鋰離子電池用錳量占比約0.5%。


地球上錳資源豐富、價格低廉,錳化合物電化學性能良好、對環境友好,因而錳系材料成為電池材料的重要原料。錳在鋰電正極材料中的應用當前主要以錳酸鋰和三元材料為主,而隨著新型錳基正極材料如磷酸錳鐵鋰電池擴產計劃落地、層狀金屬氧化物鈉離子電池率先量產,鋰電池用錳量將出現激增。


不同類型錳基正極材料含錳量有所不同:三元鎳鈷錳正極材料(NCM)中,錳元素含量普遍小于20%。而在錳酸鋰(LiMn2O4)、鎳錳酸鋰(LiNi0.5Mn1.5O4)正極材料中,錳含量約為61%和45%,是這兩種材料的主要構成金屬元素。對于磷酸錳鐵鋰(LMFP)材料,鐵錳比通常為1:1/3:2/3:1等,當鐵錳比為3:2時(即LiMn0.6Fe0.4PO4),錳元素含量為21%。富鋰錳基(xLi2MnO3·(1-x)LiMO2,M為Ni、Co、Mn)正極材料的化學式并不固定,當x=0.5,Ni/Co/Mn比例為1:1:1時,錳含量約34%。


鈉離子電池正極材料主要包括金屬氧化物體系(層狀、隧道結構)、普魯士藍化合物體系、聚陰離子化合物體系等。層狀氧化物正極材料具有能量密度高、倍率性能好等優勢,同時技術轉化容易,應用前景較好。以寧德時代專利中采用的層狀氧化物正極材料(Na0.85Li0.1(Ni0.25Mn0.75)0.7Fe0.2O2)為例,其錳元素含量為28%。

幾種錳基正極材料中,LMO和NCM材料綜合性能較好,容易進行工業化生產,目前已成為動力電池市場主流。近年來隨著改性技術的進步,LMFP材料的產業化進程顯著加速,與成熟正極材料的摻混有望使其成為新型錳基正極材料中最先實現產業化的品種。


富鋰錳基材料由于超高的比容量具有巨大的發展潛力,但其具有首次不可逆容量損失、循環過程中電壓衰減等缺點,對其改性技術較為復雜,目前產業化難度較大。LNMO具有超高的工作電壓及比能量密度,有望成為下一代高性能鋰離子電池材料之一,但由于目前無匹配的電解液,產業化難度同樣較高。


2021年下半年以來,鈉離子電池企業如雨后春筍般陸續成立。包括湖南立方、眾鈉能源在內的部分企業率先完成中試,送樣客戶滿意度高,并開始下一步量產線建設。預計2022年年底將是鈉離子電池量產的里程碑,包括中科海鈉、鈉創新能源在內的第一批量產鈉離子電池將受到市場檢驗。


硫酸錳有望成為新型錳基正極材料的主要錳源。


一方面,硫酸錳具有擴產方便、產品純度高、制備過程能耗低、成本控制好等突出優勢,有望成為未來錳基正極材料大規模應用后錳原料的首選。


另一方面,硫酸錳是錳系化合物的典型代表,可以用于生產金屬錳、其它錳鹽和錳氧化物,廣泛應用于能源、醫藥、化肥、飼料、食品、造紙、催化劑等行業,其中高純硫酸錳主要用于鋰電池三元正極(前驅體)材料,目前EMD用于制作錳酸鋰,未來有可能被四氧化三錳替代,其他鋰離子電池的錳源都是來自高純硫酸錳,或者從高純硫酸錳起步。


無論是現在的NCM三元前驅體,抑或是未來的磷酸錳鐵鋰、鈉電池的錳基高錳普魯士白,還是固態電池的鎳錳二元等材料,高純硫酸錳都是必須的錳源材料。相關數據顯示,至2040年,錳需求將增長80倍,其中70%來自高純硫酸錳,30%為高純電解錳。

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